CN1621796A - 气压式多波形主动冲击波形发生器 - Google Patents

Abstract

一种涉及气压式多波形主动冲击波形发生器，包括成套弹性垫圈(1)，一级活塞杆(2)，环形密封圈(3)，常压小气室(4)，活塞(5)，高压气室(6)，二级活塞杆(7)，低压气室(8)，三六瓣密封圈(9)，O型密封圈(10)，压电陶瓷执行器(11)，缸盖(12)，冲击平台(13)，以及大缸体(a)和小缸体(b)所构成。本发明能对质量较大的产品实现半正弦波和后峰锯齿波等过载波形激励，具有良好的波形可控性和重复精度，可满足重载、大冲击试验要求，应用范围较广，且结构简单、可靠。

Description

气压式多波形主动冲击波形发生器

所属技术领域

本项发明为一种可满足重载、大冲击试验要求，特别涉及一种能够产生半正弦波、后峰锯齿波的气压式多波形主动冲击波形发生器。

背景技术

在导弹的发射过程中，能量的突然变化，有可能损害导弹系统的运行性能，常常还会破坏导弹的整体结构强度和电子设备的可靠性，降低命中率。因此，为适应越来越高的精度要求、安全要求，在导弹出厂之前，则需要对导弹进行一次性过载测试，从而确保导弹能够正常工作。但是目前对于重量较大的产品进行过载试验时，很难同时获得大的过载值与长的冲击脉宽，也很难控制过载波形的重复精度和可控性。

在国内外标准化组织或机构颁布的冲击和碰撞环境试验标准中，均规定了实验设备应满足的冲击、碰撞加速度脉冲的波形(包括半正弦波、后峰锯齿波等)、容差带和相应的速度变化量及容量。然而，冲击环境模拟技术发展到今天，除了几个能用函数准确定义的标准冲击脉冲能够在试验室中较为准确地反复重现以外，要复现工程中的真实冲击环境并达到一定的精确度尚存在一定的困难。特别对于一些大质量试件(如导弹)、加速度峰值较大、以及冲击波形要求较为严格的冲击试验，在波形和精度等方面很难符合标准规定的要求。

本发明“气压式多波形主动冲击波形发生器”针对质量较大的产品能够实现半正弦波和后峰锯齿波等过载波形激励，而且具有良好的波形可控性和重复精度。

发明内容

本项发明的目的在于提供一种可以满足重载、大冲击试验要求，有利于符合国军标的气压式多波形主动冲击波形发生器。

本项发明通过设置成套弹性垫圈，高压、常压、低压三个气室以及压电陶瓷执行器的构思来实现发明目的，该技术方案如下：

由大缸体构成高压气室，与大缸体下端相连的小缸体构成低压气室，缸盖置于大缸体上端内，大缸体与缸盖之间通过环形密封圈密封，活塞置于高压气室内与缸盖之间通过O型密封圈紧密接触形成常压小气室，活塞下端中央与穿过大缸体底壁延伸至低压气室中的二级活塞杆相连，二级活塞杆与大缸体底壁之间通过三六瓣密封圈密封，活塞上端中央与穿过缸盖的一级活塞杆的下端相连，一级活塞杆的上端连于其顶部装有成套弹性垫圈的冲击平台下端，压电陶瓷执行器位于大缸体的缸壁外上端与上下两个导气孔相连，其中下导气孔穿过大缸体的缸壁与高压气室相通，上导气孔穿过大缸体的缸壁和缸盖与常压小气室相通。

与现有技术相比，本项发明具有如下优点：

①本发明通过调节参数可实现半正弦波和后峰锯齿波两种波形激励。本发明的高压气室中预先装载有额定压值的高压气体，成套弹性垫圈在受到重载冲击作用后会发生弹性变形，当冲击载荷峰值低于高压气体所设置的阈值时，仅成套弹性垫圈工作，可实现半正弦波冲击脉冲激励；当冲击载荷达到高压气体所设置的阈值时，活塞瞬时向下运动，同时主动控制压电陶瓷执行器使高压气室与活塞上端的低压气室相通，进行主动卸荷，可实现后峰锯齿波冲击脉冲激励。

②本发明能有效控制过载值，并可调节冲击波形参数，获得陡峭的脉冲后沿。本发明在冲击平台上设有成套弹性垫圈，可以通过增加或减少弹性垫圈的数量及尺寸，以调节弹性垫圈的刚度、阻尼系数等参数，来控制后峰锯齿波波形的前沿以及半正弦波的波形；高压气室中装有高压气体，低压气室中装有低压气体，可通过对高低压气室中气体额定压力的调节，实现后峰锯齿波波形后沿的控制；在高压气室与活塞上端常压小气室之间设置有由压电陶瓷执行器控制的气体通道，通过主动控制压电陶瓷执行器的工作状态，可降低因O型密封圈的弹性回复而产生的后沿时间延迟，严格控制峰值加速度的大小，并避免因O型密封圈的弹性回复而可能产生的二次冲击，保持波形后沿的平稳。因此，本发明能够对冲击试验过程中的半正弦波和后峰锯齿波波形的严酷度、质量进行严格控制，使其符合标准。

③本发明适应几十公斤到几吨重量试件的冲击过载试验。本项发明的结构设计允许冲击物体的重量有几十公斤到数吨，冲击加速度峰值高达20～25g，因此本项发明可满足重载、大冲击试验要求，应用范围较广。

④本发明可同时获得大的冲击加速度峰值与长的冲击脉冲宽度。本发明所产生的冲击脉冲加速度峰值与冲击脉冲波形的前、后沿宽度相互独立可调，通过成套弹性垫圈和高、低压双气室以及压电陶瓷执行器可对冲击脉冲波形的峰值及前、后沿宽度作任意调整，故本发明所产生的脉冲波形可以完全落入标准力脉冲波形及其容差带内。

⑤本发明在冲击试验后可自动恢复到初始状态。本发明的二级活塞杆略细于一级活塞杆，可以保证在冲击行程结束后，高压气室内的活塞两侧具有一定的压力差而产生向上支撑力，使活塞自动上移至起始位置，气体压力损失小，重复应用性高。

⑥本发明结构简单、可靠、可反复使用，重复精度高。本发明对冲击脉冲波形的前沿调节依靠调整成套弹性垫圈的数量及尺寸，后沿调节依靠高低压气室中的气体压力直接调节，并由压电陶瓷执行器实现主动控制，故本项发明具有调整简便的优点。

本发明的有益效果是，通过机械模拟手段，可准确、简捷地重现大重量物体在工程应用过程中的实际冲击与加降速状态，可满足多种类型的重物、大冲击过载冲击试验要求。此外，通过添加其他辅助装置，本发明可对瞬态冲击过程的运动参量、过载曲线、冲击力等进行计算机自动采集、处理与分析，能够实现重物加速度过载性能的综合检测。

附图说明

图1为本项发明气压式多波形主动冲击波形发生器总体结构示意图。

图1中标号及符号名称：1.成套弹性垫圈，2.一级活塞杆，3.环形密封圈，4.常压小气室，5.活塞，6.高压气室，7.二级活塞杆，8.低压气室，9.三六瓣密封圈，10.O型密封圈，11.压电陶瓷执行器，12.缸盖，13.冲击平台，a.大缸体，b.小缸体。

具体实施方式：

根据图1叙述本发明的具体组成、工作原理及工作过程：

本项发明包括成套弹性垫圈1，活塞5，常压小气室4，高压气室6，低压气缸8，压电陶瓷执行器11，冲击平台13等部分。活塞5位于高压气缸6与常压小气室4之间，通过与缸盖12之间的O型密封圈10的紧密接触实现密封，下端与二级活塞杆7相连，上端通过一级活塞杆2与冲击平台13相连，缸盖12起到固定、密封与导向作用；冲击平台13上固有成套弹性垫圈1；二级活塞杆7下断延伸至低压气室8中，并由三六瓣密封圈9实现密封，其主要起到进一步调节活塞5两端压力差，调节波形后沿宽度作用；压电陶瓷执行器11位于缸壁外上端，其连接两个导气孔，一导气孔穿过缸壁与高压气室6相通，另一导气孔穿过缸壁、缸盖12与常压小气室4相通，通过主动控制压电陶瓷执行器11的工作状态，可在后峰锯齿波冲击脉冲响应时，减少因O型密封圈10的弹性回复而产生的后沿时间延迟，严格控制峰值加速度的大小，并避免因O型密封圈10的弹性回复而产生的二次冲击，保持波形后沿的平稳。因此，可以通过调节成套弹性垫圈1的刚性、阻尼系数，调节高压气室6与低压气缸8中的气体额定压力，以及主动控制压电陶瓷执行器11，来实现不同类型的标准冲击脉冲波形，以符合国军标要求。

在进行冲击试验时，首先根据冲击要求计算额定冲击载荷峰值大小，若为半正弦波冲击脉冲响应，则仅使成套弹性垫圈1工作，即预先通过输气孔向高压气室6中装载一定压力的高压气体，要使高压气室6中的高压气体所提供的支撑载荷高于额定冲击载荷，而低压气室8中的气体可设为常压状态，此时，再根据波形的前后沿宽度要求以及冲击载荷峰值的大小设置成套弹性垫圈1的数量及尺寸大小，来调整成套弹性垫圈1的刚性、阻尼系数等参数，以使冲击脉冲波形满足冲击试验要求。

若冲击试验要求为后峰锯齿波响应，则使高压气室6中的高压气体所提供的支撑载荷等于额定冲击载荷，此时要兼顾到低压气室8中的气体压力以使冲击波形的后沿宽度满足冲击要求，而冲击波形的前沿调解仍然要靠设置成套弹性垫圈1的数量及尺寸，即调整成套弹性垫圈1的刚性、阻尼系数等参数来满足冲击要求。当冲击载荷峰值达到并超过高压气室6内气体压力所提供的支撑载荷时，活塞5瞬时向下运动，活塞5两侧的压力迅速持平，即由气体提供的支撑载荷急剧下降，此时成套弹性垫圈中蓄积的大量弹性变形能瞬时释放，反作用于质量远小于冲击物体的活塞5及活塞杆2、7，可实现后峰锯齿波冲击脉冲响应。但在活塞5向下运动的瞬间，受压的O型密封圈10则会弹性回复，产生一定的波形后沿延迟，造成峰值加速度的超差，因此，在冲击载荷峰值达到额定值的同时启动压电陶瓷执行器11，导通高压气室6与常压小气室4进行主动卸荷，可降低因O型密封圈10回弹而产生的冲击响应时间延迟，严格控制峰值加速度的大小，并避免因O型密封圈10的弹性回复而产生的二次冲击，保持波形后沿的平稳。此外，由于二级活塞杆7及低压气室8的存在，可进一步降低活塞杆两侧的压差，更好地控制后峰锯齿波后沿的严酷度与宽度，由于二级活塞杆7略细于一级活塞杆2，可以保证在冲击行程结束后，高压气室6内的活塞两侧具有一定的压力差而产生向上支撑力，使活塞自动上移至起始位置，主动控制压电陶瓷执行器11，关闭高压气室6导气孔，并使常压小气室4导气孔与外界大气相通，当常压小气室4的气体压力为常压时关闭该小气室导气孔，此时，整个系统再次恢复到预工作状态。

Claims (1)

1.一种气压式多波形主动冲击波形发生器，其特征在于，包括由大缸体(a)构成的高压气室(6)，与大缸体(a)下端相连的小缸体(b)构成低压气室(8)，缸盖(12)装于大缸体(a)上端内，大缸体(a)与缸盖(12)之间通过环形密封圈(3)密封，活塞(5)置于高压气室(6)内，与缸盖(12)之间通过O型密封圈(10)紧密接触形成常压小气室(4)，活塞(5)下端中央与穿过大缸体(a)底壁延伸至低压气室(8)中的二级活塞杆(7)相连，二级活塞杆(7)与大缸体(a)底壁之间通过三六瓣密封圈(9)密封，活塞(5)上端中央与穿过缸盖(12)的一级活塞杆(2)的下端相连，一级活塞杆(2)的上端连于其顶部装有成套弹性垫圈(1)的冲击平台(13)下端，压电陶瓷执行器(11)位于大缸体(a)的缸壁外上端与上下两个导气孔相连，其中下导气孔穿过大缸体(a)的缸壁与高压气室(6)相通，上导气孔穿过大缸体(a)的缸壁和缸盖(12)与常压小气室(4)相通。

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