CN117740568B - 双波冲击试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲击试验机技术领域，尤其涉及一种双波冲击试验机。双波冲击试验机包括冲击试验机、正波发生器、负波发生器和蓄能机构，摆锤的一端转动设置于基座上，驱动机构与摆锤传动连接，以驱动摆锤的锤头转动至设定高度。正波发生器可拆卸地设置于工作台面底部的锤击工位并能够在受到锤击后被触发，以生成正向脉冲波。负波发生器与工作台面可拆卸地活动连接，负波发生器能够在工作台面受到锤击并向上滑动后被触发，以生成负向脉冲波。锤头能够在设定高度自由下落并锤击未安装正波发生器的锤击工位；或者，锤头能够在蓄能机构的驱动下锤击安装于锤击工位的正波发生器。在冲击试验机上增加了双波冲击试验功能，以真实模拟水下爆炸冲击环境。

Description

双波冲击试验机

技术领域

本发明涉及冲击试验机技术领域，尤其涉及一种双波冲击试验机。

背景技术

为研究舰船结构及其设备的抗冲击能力，最直接的方法是进行实船水下爆炸冲击试验。但是由于水下爆炸试验的费用高、环境破坏大、测试周期长等原因，通常采用冲击试验机模拟水下爆炸冲击环境，以在地面完成舰船设备的水下爆炸冲击试验任务。为了更准确地模拟水下爆炸冲击环境，目前以双波冲击试验机取代传统的单脉冲冲击试验机完成试验过程，相应的试验规范主要有BV043/85、MIL-S-901D等。

现有的双波冲击试验机主要采用气动或液压蓄能结构，通过高压气体或液压蓄能驱动冲击锤头对工作台面进行冲击，产生所需的冲击波形。由于气动蓄能或液压蓄能方式均需采用高精度控制的阀体完成蓄能动作，使得现有的双波冲击试验机的结构较为复杂，维护成本和使用成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双波冲击试验机，以在现有的冲击试验机的基础上设计出双波冲击试验机，以真实模拟水下爆炸冲击环境，提高双波冲击试验机的通用性并降低成本。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

双波冲击试验机，包括：

冲击试验机，包括基座、砧台、工作台面、摆锤和驱动机构，所述砧台与所述驱动机构均固定设置于所述基座上，所述工作台面沿竖直方向滑动设置于所述砧台的上表面，所述摆锤的一端转动设置于所述基座上，所述驱动机构与所述摆锤传动连接，以驱动所述摆锤的锤头转动至设定高度；

正波发生器，可拆卸地设置于所述工作台面底部的锤击工位并能够在受到锤击后被触发，以生成正向脉冲波；

负波发生器，设置于所述砧台上并与所述工作台面可拆卸地活动连接，所述负波发生器能够在所述工作台面受到锤击并向上滑动后被触发，以生成负向脉冲波；

蓄能机构，所述锤头能够在所述设定高度自由下落并锤击未安装所述正波发生器的所述锤击工位；或者，能够在所述蓄能机构的驱动下锤击安装于所述锤击工位的所述正波发生器。

作为优选方案，所述双波冲击试验机还包括设置于所述基座上的制动机构，所述制动机构能够锁定或释放所述摆锤。

作为优选方案，所述冲击试验机还包括转轴，所述转轴转动设置于所述基座上，所述摆锤的锤杆的一端安装于所述转轴上，所述锤杆的另一端与所述锤头相连，所述驱动机构的输出端与所述转轴相连，所述制动机构能够锁定或释放所述转轴。

作为优选方案，所述制动机构包括：

夹紧驱动件，设置于所述基座上；

刹车盘，固定套装于所述转轴上；

刹车片，所述夹紧驱动件与两个所述刹车片传动连接，以使两个所述刹车片相互靠近，以抱紧所述刹车盘；或者，使两个所述刹车片相互远离，以释放所述刹车盘。

作为优选方案，所述冲击试验机还包括角度检测器，所述角度检测器设置于所述转轴上，以检测所述转轴的旋转角度。

作为优选方案，所述驱动机构包括驱动主体和离合器，所述摆锤通过所述离合器选择性地与所述驱动主体或所述蓄能机构传动连接。

作为优选方案，所述双波冲击试验机还包括导向轴，所述砧台上沿所述竖直方向开设有通孔，所述导向轴的顶端与所述工作台面相连，所述导向轴的底端滑动穿过所述通孔。

作为优选方案，所述导向轴的底端设置有限位法兰，所述限位法兰的横截面面积大于所述通孔的开孔面积。

作为优选方案，所述双波冲击试验机还包括调高机构，所述调高机构设置于所述砧台上并支撑连接于所述工作台面，以调节所述工作台面的初始高度。

作为优选方案，所述双波冲击试验机还包括光电传感器，所述光电传感器设置于所述基座上并能够测量所述工作台面经过所述调高机构调节后的所在高度。

本发明的有益效果为：

本发明提出的双波冲击试验机，通过在冲击试验机的基础上增加正波发生器、负波发生器和蓄能机构形成双波冲击试验机。蓄能机构能够提高设定高度的锤头的下落速度并锤击正波发生器，使得正波发生器与负波发生器均被触发，以分别产生正向脉冲波和负向脉冲波，使得双波冲击试验机在一次冲击激励下产生满足要求的正负双脉冲波，以真实模拟水下爆炸冲击环境，从而实现舰艇及其设备的抗冲击性能考核和装备的可靠性评估。同时，还可以将正波发生器从工作台面底部的锤击工位拆下，负波发生器与工作台面断开连接，摆锤的锤头在设定高度下自由下落并锤击工作台面底部的锤击工位，以完成冲击试验。本发明提出的双波冲击试验机在冲击试验功能的基础上增加了双波冲击试验功能，提高了双波冲击试验机的通用性，简化了整体结构，避免了试验设备的重复建设，降低了维护成本和使用成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双波冲击试验机的结构示意图一；

图2是本发明实施例提供的双波冲击试验机的结构示意图二。

图中部件名称和标号如下：

1、基座；2、砧台；3、工作台面；4、摆锤；41、锤杆；42、锤头；5、驱动机构；6、负波发生器；61、挂钩；7、制动机构；71、夹紧驱动件；72、刹车盘；73、刹车片；8、转轴；9、支架；10、导向轴；11、调高机构；12、光电传感器；13、隔振缓冲器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、“左”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

现有的双波冲击试验机主要采用气动或液压蓄能结构，通过高压气体或液压蓄能驱动冲击锤头对工作台面进行冲击，产生所需的冲击波形。由于气动蓄能或液压蓄能方式均需采用高精度控制的阀体完成蓄能动作，使得现有的双波冲击试验机的结构较为复杂，维护成本和使用成本较高。

为解决上述问题，如图1和图2所示，本实施例提出了一种双波冲击试验机，双波冲击试验机包括冲击试验机、正波发生器、负波发生器6和蓄能机构，冲击试验机包括基座1、砧台2、工作台面3、摆锤4和驱动机构5，砧台2与驱动机构5均固定设置于基座1上，工作台面3沿竖直方向（图中的上下方向）滑动设置于砧台2的上表面，摆锤4的一端转动设置于基座1上，驱动机构5与摆锤4传动连接，以驱动摆锤4的锤头42转动至设定高度。正波发生器可拆卸地设置于工作台面3底部的锤击工位并能够在受到锤击后被触发，以生成正向脉冲波。负波发生器6设置于砧台2上并与工作台面3可拆卸地活动连接，负波发生器6能够在工作台面3受到锤击并向上滑动后被触发，以生成负向脉冲波。锤头42能够在设定高度自由下落并锤击未安装正波发生器的锤击工位；或者，锤头42能够在蓄能机构的驱动下锤击安装于锤击工位的正波发生器。

在本实施例中，通过在冲击试验机的基础上增加正波发生器、负波发生器6和蓄能机构形成双波冲击试验机。蓄能机构能够提高设定高度的锤头42的下落速度并锤击正波发生器，使得正波发生器与负波发生器6均被触发，以分别产生正向脉冲波和负向脉冲波，使得双波冲击试验机在一次冲击激励下产生满足要求的正负双脉冲波，以真实模拟水下爆炸冲击环境，从而实现舰艇及其设备的抗冲击性能考核和装备的可靠性评估。同时，还可以将正波发生器从工作台面3底部的锤击工位拆下，负波发生器6与工作台面3断开连接，摆锤4的锤头42在设定高度下自由下落并锤击工作台面3底部的锤击工位，以完成冲击试验。在冲击试验功能的基础上增加了双波冲击试验功能，提高了双波冲击试验机的通用性，简化了整体结构，避免了试验设备的重复建设，降低了维护成本和使用成本。

需要说明的是，上述双波冲击试验机既适用于HJB554-2012、BV043/85等双波冲击试验标准，也适用于GJB150.18-86、GJB150.18A-2009、GJB360、GB/T2423、MIL-S-901D等中量级冲击试验标准。正波发生器受到锤击后被触发生成的正向脉冲波为正向半正弦脉冲波。负波发生器6被触发生成的负向脉冲波为负向半正弦脉冲波，以满足双波冲击试验标准。

当进行双波冲击试验时，基座1放置于试验坑内。基座1包括壳体和隔振缓冲器13，壳体为结构钢焊接成型的空心壳体，以提高壳体的结构强度。还可以根据不同的试验需要，在壳体内浇铸不同重量的混凝土调节双波冲击试验机的总重量。基座1的底面和周向四个侧面均安装有隔振缓冲器13，隔振缓冲器13采用复合隔振橡胶为基体，具备良好的隔振、吸振效果，以实现双波冲击试验机工作时与周边环境的隔振效果。

进一步地，在试验坑内，壳体的四周还安装有光栅式安全隔离栏，安全隔离栏一旦感应到有物体穿过进入双波冲击试验机的附近区域内，安全隔离栏向双波冲击试验机的控制单元发送报警信号，使得控制单元紧急停止试验，防止发生安全事故，提高了试验过程的安全性。本实施例的控制单元主要用于完成试验过程的动作控制及信号采集处理等常规的控制动作，由于双波冲击试验机的控制单元为现有技术，对于控制单元的具体结构和工作过程不再赘述。

本实施例的摆锤4包括锤杆41和锤头42，锤杆41的一端与锤头42相连，锤杆41的另一端设置有套筒，套筒套装于转轴8上，以使转轴8通过套筒带动锤杆41与锤头42沿图中箭头所示方向或与图中箭头所示方向相反的方向转动。具体地，锤头42采用合金钢材质，撞击面经热处理，使得锤头42具有表面高硬度高耐磨、芯部高韧性的特性，避免锤头42在锤击时发生裂纹损伤，提高了试验过程的安全性。

如图1和图2所示，冲击试验机还包括转轴8，转轴8转动设置于基座1上，摆锤4的锤杆41的一端安装于转轴8上，锤杆41的另一端与锤头42相连，驱动机构5的输出端与转轴8相连。具体地，基座1上固定安装有支架9，转轴8通过轴承转动安装于支架9上，驱动机构5能够驱动转轴8在支架9上转动，以带动摆锤4的锤头42升高至设定高度。

需要说明的是，锤头42随转轴8的转动的角度范围为0°～270°。冲击试验机还包括角度检测器，角度检测器设置于转轴8上，以检测转轴8的旋转角度。通过角度检测器准确测量摆锤4的旋转角度，即锤头42的提升高度。当摆锤4的旋转角度超过最大限定值（270°）时，角度检测器向控制单元发送报警信号，使得控制单元通过制动机构7（如图1所示）锁定摆锤4，避免发生危险，提高了试验过程的安全性。

具体地，驱动机构5包括驱动主体和离合器，摆锤4通过离合器选择性地与驱动主体或蓄能机构传动连接。本实施例的驱动主体为液压马达，液压马达固定安装于支架9上，且液压马达的输出端与转轴8相连，以驱动转轴8带动摆锤4在支架9上转动，以使锤头42转动至设定高度。液压马达能够输出较大扭矩，以提高摆锤4的锤击效果。在其他实施例中，驱动主体还可以为电机等常规的驱动部件。

需要说明的是，为了实现双波冲击试验功能，蓄能机构能够提升摆锤4的锤头42的初始冲击动能。蓄能机构集成于驱动主体内，实现了蓄能机构与驱动机构5的紧凑安装。当驱动主体通过离合器与摆锤4传动连接时，驱动主体驱动转轴8转动设定角度，以带动摆锤4的锤头42转动（沿图中箭头所示方向的反方向）至设定高度。当锤头42到达设定高度并处于锁紧状态时，蓄能机构开始反向蓄能，以增加摆锤4的锤击动能。当摆锤4解锁后能够加速转动（沿图中箭头所示方向）并锤击安装于锤击工位的正波发生器。

具体地，蓄能机构采用液压蓄能方式，具体可以为液压马达，以向锤头42在转动过程中提供额外的转矩，使得摆锤4具有在自身重力的基础上获得更多的动能，大大增加了摆锤4与工作台面3的锤击工位（或安装于锤击工位上的正波发生器）接触时的冲击速度。

如图1和图2所示，双波冲击试验机还包括设置于基座1上的制动机构7，制动机构7能够锁定或释放摆锤4。具体地，制动机构7能够锁定或释放转轴8，以实现摆锤4的锁定或释放。制动机构7包括夹紧驱动件71、刹车盘72和刹车片73，夹紧驱动件71设置于基座1上。刹车盘72固定套装于转轴8上。夹紧驱动件71与两个刹车片73传动连接，以使两个刹车片73相互靠近，以抱紧刹车盘72；或者，使两个刹车片73相互远离，以释放刹车盘72。此外，在摆锤4完成一次锤击后，制动器能够将摆锤4再次锁定，避免摆锤4发生二次冲击，提高了试验过程的安全性。

当进行冲击试验时，摆锤4转动至设定高度，夹紧驱动件71驱动两个刹车片73相互靠近，以抱紧刹车盘72，从而锁定摆锤4。然后夹紧驱动件71驱动两个刹车片73相互远离，以释放刹车盘72，从而使摆锤4的锤头42在自身重力作用下转动并锤击工作台面3底部的锤击工位。当进行双波冲击试验，摆锤4转动至设定高度，夹紧驱动件71驱动两个刹车片73相互靠近，以抱紧刹车盘72，从而锁定摆锤4。蓄能机构开始反向蓄能，当蓄能完成后，夹紧驱动件71驱动两个刹车片73相互远离，以释放刹车盘72，从而使摆锤4的锤头42在自身重力和蓄能机构施加的反向转矩的作用下加速转动并锤击安装于锤击工位的正波发生器。本实施例的双波冲击试验机通过锤头42的重力与机械蓄能方式提供摆锤4的动能，相对于仅仅依赖于摆锤4重力提供锤击载荷的方式具有更高的控制精度以及更好的冲击重复性能，可减少试验调试过程的时间，从而提高试验效率。

如图1和图2所示，双波冲击试验机还包括导向轴10，砧台2上沿竖直方向开设有通孔，导向轴10的顶端与工作台面3相连，导向轴10的底端滑动穿过通孔。当工作台面3受到摆锤4的锤击后，工作台面3能够沿竖直方向向上移动，导向轴10能够对工作台面3的移动过程起到限位导向作用，提高了工作台面3移动过程的稳定性。

进一步地，导向轴10的底端设置有限位法兰，限位法兰的横截面面积大于通孔的开孔面积，以避免导向轴10的下端伸入通孔或由下向上穿出通孔，以限定工作台面3与导向轴10由下向上移动的行程。本实施例的工作台面3下端连接有多个导向轴10，以提高对工作台面3的支撑和限位效果，保证工作台面3向上移动过程的稳定性。

如图1和图2所示，双波冲击试验机还包括调高机构11，调高机构11设置于砧台2上并支撑连接于工作台面3，以调节工作台面3的初始高度，从而调节工作台面3向上的运动行程。本实施例的调高机构11为调节油缸，调节油缸具有四个，四个调节油缸的活塞杆分别与工作台面3的四个边角区域支撑连接，通过改变活塞杆的伸出长度即可改变工作台面3的初始高度，从而改变工作台面3向上的运动行程，以满足双波冲击试验标准。通过调节油缸还能够在工作台面3下落时起到缓冲支撑作用，进一步提高了试验的安全性。在其他实施例中，调节高机构还可以为电推杆或调节气缸等，在此不作具体限定。

进一步地，双波冲击试验机还包括光电传感器12，光电传感器12设置于基座1上并能够测量工作台面3经过调高机构11调节后的所在高度。当调节油缸将工作台面3调节到位后，光电传感器12能够测量工作台面3的高度，若满足工作台面3的初始高度要求，则光电传感器12向控制单元发送信号，使得控制单元控制调节油缸的活塞杆停止伸缩移动，否则调节油缸通过活塞杆的伸缩移动继续调节工作台面3的初始高度直至满足工作台面3的初始高度要求为止。通过光电传感器12以实现工作台面3初始高度的精确调节。

本实施例的负波发生器6为气压阻尼式负波发生器，通过调节负波发生器6的内部气压和调节杆直径调节负波发生器6的刚度，从而达到调节波形的目的。四个负波发生器6的挂钩61与工作台面3相连，当工作台面3受到锤击向上移动时能够拉动挂钩61同步移动，以触发负波发生器6。在整个锤击过程中，负波发生器6均提供向下的阻力，使得工作台面3的速度减小到零。负波发生器6可以通过高压氮气瓶、空压机等方式供气，通过电磁阀控制负波发生器6内部的压力大小。电磁阀安装于气源与负波发生器6之间的管路中，利用电磁阀的通断控制负波发生器6的充气和放气过程。由于正波发生器与负波发生器6均为现有技术，对于正波发生器与负波发生器6生成波形的结构和原理不再赘述。

为了便于理解，以双波冲击试验机的双波冲击试验模式和冲击试验模式进行具体说明。

当双波冲击试验机在执行双波冲击试验模式时，试验过程为：

1）启动驱动机构5，摆锤4随转轴8沿图中箭头所示方向的反方向转动，直至摆锤4的锤头42提升至设定高度。

2）制动机构7通过刹车片73夹紧刹车片73，以锁定提升至设定高度的摆锤4。

3）驱动机构5的驱动主体通过离合器与转轴8脱离，蓄能机构反向蓄能，并通过离合器与转轴8传动连接，以给摆锤4增加锤击动能。

4）制动机构7释放摆锤4，摆锤4的锤头42加速下落。

5）当摆锤4撞击工作台面3底部的正波发生器后，正波发生器产生正向脉冲波。

6）撞击结束后，工作台面3向上运动，并拉动负波发生器6的挂钩61向上运动，使得负波发生器6被触发并产生负向脉冲；

7）在撞击结束的同时，摆锤4反弹（沿图中箭头所示方向的反方向转动），制动机构7再次锁定摆锤4，避免摆锤4二次撞击工作台面3，试验结束。

当双波冲击试验机在执行冲击试验（本实施例为中量级强冲击试验）模式时，试验过程为：

1）卸下正波发生器，并将工作台面3与负波发生器6的挂钩61脱离。

2）启动驱动机构5，摆锤4随转轴8沿图中箭头所示方向的反方向转动，直至摆锤4的锤头42提升至设定高度。

3）摆锤4的锤头42依靠重力自由下落撞击工作台面3底部，试验结束。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.双波冲击试验机，其特征在于，包括：

冲击试验机，包括基座（1）、砧台（2）、工作台面（3）、摆锤（4）和驱动机构（5），所述砧台（2）与所述驱动机构（5）均固定设置于所述基座（1）上，所述工作台面（3）沿竖直方向滑动设置于所述砧台（2）的上表面，所述摆锤（4）的一端转动设置于所述基座（1）上，所述驱动机构（5）与所述摆锤（4）传动连接，以驱动所述摆锤（4）的锤头（42）转动至设定高度；

正波发生器，可拆卸地设置于所述工作台面（3）底部的锤击工位并能够在受到锤击后被触发，以生成正向脉冲波；

负波发生器（6），设置于所述砧台（2）上并与所述工作台面（3）可拆卸地活动连接，所述负波发生器（6）能够在所述工作台面（3）受到锤击并向上滑动后被触发，以生成负向脉冲波；

蓄能机构，所述锤头（42）能够在所述设定高度自由下落并锤击未安装所述正波发生器的所述锤击工位；或者，能够在所述蓄能机构的驱动下锤击安装于所述锤击工位的所述正波发生器；

所述双波冲击试验机还包括设置于所述基座（1）上的制动机构（7），所述制动机构（7）能够锁定或释放所述摆锤（4）；

所述冲击试验机还包括转轴（8），所述转轴（8）转动设置于所述基座（1）上，所述摆锤（4）的锤杆（41）的一端安装于所述转轴（8）上，所述锤杆（41）的另一端与所述锤头（42）相连，所述驱动机构（5）的输出端与所述转轴（8）相连，所述制动机构（7）能够锁定或释放所述转轴（8）；

所述制动机构（7）包括：

夹紧驱动件（71），设置于所述基座（1）上；

刹车盘（72），固定套装于所述转轴（8）上；

刹车片（73），所述夹紧驱动件（71）与两个所述刹车片（73）传动连接，以使两个所述刹车片（73）相互靠近，以抱紧所述刹车盘（72）；或者，使两个所述刹车片（73）相互远离，以释放所述刹车盘（72）。

2.根据权利要求1所述的双波冲击试验机，其特征在于，所述冲击试验机还包括角度检测器，所述角度检测器设置于所述转轴（8）上，以检测所述转轴（8）的旋转角度。

3.根据权利要求1所述的双波冲击试验机，其特征在于，所述驱动机构（5）包括驱动主体和离合器，所述摆锤（4）通过所述离合器选择性地与所述驱动主体或所述蓄能机构传动连接。

4.根据权利要求1所述的双波冲击试验机，其特征在于，所述双波冲击试验机还包括导向轴（10），所述砧台（2）上沿所述竖直方向开设有通孔，所述导向轴（10）的顶端与所述工作台面（3）相连，所述导向轴（10）的底端滑动穿过所述通孔。

5.根据权利要求4所述的双波冲击试验机，其特征在于，所述导向轴（10）的底端设置有限位法兰，所述限位法兰的横截面面积大于所述通孔的开孔面积。

6.根据权利要求1所述的双波冲击试验机，其特征在于，所述双波冲击试验机还包括调高机构（11），所述调高机构（11）设置于所述砧台（2）上并支撑连接于所述工作台面（3），以调节所述工作台面（3）的初始高度。

7.根据权利要求6所述的双波冲击试验机，其特征在于，所述双波冲击试验机还包括光电传感器（12），所述光电传感器（12）设置于所述基座（1）上并能够测量所述工作台面（3）经过所述调高机构（11）调节后的所在高度。