CN201885864U - 气动式冲击响应谱试验机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种气动式冲击响应谱试验机，包括底座、气压驱动锤头装置、谐振板支撑装置和功能机构；气压驱动锤头装置包括锤头、导轨和内缸，内缸一端与锤头一端开孔滑动密封，锤头两边的凹槽卡设在对称设置的两条导轨中，导轨沿轴向固定在底座上，内缸端盖处的螺钉轴与关节轴承连接，关节轴承和内缸连接块的耳片销接，内缸连接块底面经推力气缸连接座固定在底座上；谐振板支撑装置包括谐振板、限位卡块、滚动圆棒和缓冲座，谐振板两侧的V型槽卡在对称设置的若干限位卡块中，谐振板由固定在圆棒安装座上的滚动圆棒支撑，限位卡块和圆棒安装座固定在底座上。本实用新型结构简单紧凑、操作简便、行程短、激励能量大、安装维修方便，且安全环保。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种冲击试验机，尤其涉及一种气动式冲击响应谱试验机。
背景技术
经典冲击波形的模拟大多采用自由跌落式冲击试验机实现，但是航天器上各种火工装置引起的爆炸冲击、火箭或炮弹的发射对弹上设备造成的冲击等，是一种复杂振荡的冲击波形，如果仍用经典的冲击波形来进行地面模拟试验明显不能符合实际需要。国内外普遍采用等效损伤的原则模拟复杂振荡型冲击波形，即，以冲击响应谱作为模拟冲击环境的标准。
现有的冲击响应谱的试验的方法主要有以下三类：(1)火工品爆炸方式；(2)机械模拟方法(3)振动台模拟。火工品爆炸方式模拟试验技术具有模拟精确，加速度和频率范围高，但试验费用大，安全性差，加载量级离散性大；振动台模拟方式设备规范，模拟成本低，可控性高，但该方式试验量级低。
目前中小量级爆炸冲击的响应谱模拟方法主要以机械模拟方法为主，摆锤式冲击响应谱试验机是机械模拟方法中应用最广泛的一种。摆锤式响应谱试验机主要由谐振板、摆锤、摆锤提升装置、底座组成。试验机提升装置一般使用减速电机，电机输出轴和摆锤中间安装电磁离合器，当电机带动摆锤转动到设定摆角后，电机停止，释放电磁离合器，摆锤自由下落，撞击安装在底座上的谐振板，产生振荡冲击波形。试验机通过调整摆锤的重量和提升的高度，来实现不同的冲击过载；谐振板和摆锤之间可以安装不同刚度的垫子，以调节冲击波形的脉冲宽度，从而调整响应谱的拐点频率；调整谐振板后部和底座之间的支撑刚度，可以调整响应谱的上升斜率。摆锤式响应谱试验机其负载能力可达到200kg，拐点频率100～1500Hz，最大冲击响应谱峰值35000m/s2(阻尼比5％，Q＝10)。
摆锤式响应谱试验机技术比较成熟，是目前主要的一种冲击响应谱试验方式。但是，摆锤式冲击响应谱试验机有以下缺点：
(1)摆锤自由落体产生激励能量有限，如果需要较大的冲击能量，需要增大摆锤的质量和摆锤的半径，不仅减速电机和离合器功率消耗大，并且占用较大的空间位置，需要特别的安全防护；
(2)采用电磁离合器吸合摆锤轴来防止摆锤二次反弹，离合器承受冲击载荷，容易损坏和磨损；
(3)由于减速电机和离合器均安装在很高的位置，安装和维修非常不便。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种气动式冲击响应谱试验机，其结构简单紧凑、行程短、激励能量大、安装和维修方便，从而克服了现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种气动式冲击响应谱试验机，包括底座和安装在底座上的气压驱动锤头装置、谐振板支撑装置和功能机构，所述功能机构包括刹车机构、锁紧机构和回位机构；其特征在于：
所述气压驱动锤头装置包括锤头、两条导轨和内缸，内缸一端插入锤头一端的开孔中，并与锤头滑动密封，锤头两边的凹槽卡设在对称设置的两条导轨中，导轨沿轴向固定在底座上，内缸端盖处的螺钉轴与关节轴承连接，关节轴承和内缸连接块的耳片通过螺钉轴销接，且内缸连接块底面通过推力气缸连接座固定在底座上；
所述谐振板支撑装置包括谐振板、四个以上限位卡块、两根滚动圆棒和缓冲座，谐振板两侧的V型槽卡在对称设置的四个以上限位卡块中，谐振板由固定在圆棒安装座上的滚动圆棒支撑，限位卡块和圆棒安装座固定在底座上。
进一步的讲，所述锤头开孔的一端内压配铜套，且锤头一端的外端面上沿周向固定连接外缸封头，设置于外缸封头上的槽中设有径向密封圈和端面密封圈，径向密封圈和内缸滑动密封，端面密封圈通过外缸封头压紧锤头的外端面。
所述谐振板靠近锤头的一端连接波形发生器，另一端通过可调缓冲器水平固定在缓冲座上，缓冲座固定在底座上
所述导轨上端靠内一边为斜面，锤头两边的凹槽卡在导轨中，并与导轨呈间隙配合。
所述锤头两边凹槽中的斜面部分粘贴导轨贴。
所述锁紧机构包括锁紧气缸、锁紧舌和锁紧舌套，锁紧舌套安装在底座的两侧，锁紧气缸的活塞杆连接锁紧舌，锁紧舌设置于锁紧舌套中。
所述刹车机构包括刹车气缸、刹车轴、刹车制动块和刹车轴套，刹车轴套安装在底座的两侧，刹车气缸的活塞杆连接刹车轴的一端，刹车轴的另一端固定有刹车制动块。
所述锤头的下面安装刹车框架，刹车框架两边侧板上安装锁紧块，刹车框架后端中心位置安装回位顶块。
所述回位机构采用回位气缸，回位气缸水平安装在回位气缸座上，回位气缸座固定在底座的底部。
所述锤头为铸铝件。
所述内缸5外径Φ100～Φ200mm，锤头10运动行程为300～500mm，充气压力0.1～0.6MPa。
所述锁紧气缸公称直径Φ125～Φ160mm，推力行程50mm，充气压力0.2～0.6MPa；
所述刹车气缸公称直径Φ125～Φ160mm，推力行程50mm，充气压力0.2～0.6MPa；
所述回位气缸公称直径Φ100～Φ120mm，推力行程600～800mm，充气压力0.1～0.6MPa；
本实用新型工作时，将试验品固定在谐振板上，回位气缸充气，回位活塞杆伸出顶在回位顶块上，推动激励台面回位到锁紧位置。锁紧气缸充气，锁紧气缸活塞杆推动锁紧舌顶紧锁紧块，锁紧锤头后，内缸充气到设定压力后，锁紧机构释放，锤头加速运动，撞击到谐振板前面的波形发生器上，在谐振板上产生冲击波形，传递到试验品上。同时锤头回弹，刹车气缸充气，刹车气缸活塞杆伸出，通过刹车制动块压紧刹车框件侧面制动锤头。通过改变充气压力的大小，锤头的质量，可以获得不同的激励能量；调整波形发生器的刚度，可以调整冲击的脉冲宽度，得到不同的响应谱拐点频率；调整可调缓冲器的刚度，可以调整响应谱低频段的上升斜率，以满足不同响应谱试验规范要求。
由于上述技术方案的使用，本实用新型与现有技术相比有如下优点：
(1)锤头装置、锁紧机构、刹车机构和回位机构中的气缸均采用小于0.6MPa低压空气为动力，结构简单，安全可靠，环保无污染；
(2)采用膨胀气缸为动力，在锤头加速运动过程中，推力损失小，达到所需的冲击末速度，只需较短行程，设备占地面积小；
(3)可以增大内缸直径或者采用双内缸方式来增加激励能量，进行大负载和大过载的冲击响应谱试验；
(4)锤头上可以安装配重，很方便增加锤头的质量，满足大范围响应谱试验要求；
(5)通过精确调节充气压力控制锤头的冲击末速度，冲击的重复性好。
附图说明
图1为本实用新型一较佳实施例中气动式冲击响应谱试验机的气压驱动装置结构图；
图2为本实用新型一较佳实施例中气动式冲击响应谱试验机的主视图；
图3为本实用新型一较佳实施例中气动式冲击响应谱试验机的左视图；
图4为本实用新型一较佳实施例中气动式冲击响应谱试验机的谐振板支撑结构图；
图5为本实用新型一较佳实施例中气动式冲击响应谱试验机的回位机构安装示意图；
以上各图中所示附图标记及其指示的部件分别为：1推力气缸连接座；2内缸连接块；3螺钉轴；4关节轴承；5内缸；6径向密封圈；7气缸封头；8端面密封圈、9铜套；10锤头；11底座；12导轨；13刹车气缸；14锁紧气缸；15波形发生器；16谐振板；17限位卡块；18可调缓冲器；19缓冲座；20锁紧舌；21锁紧舌套；22锁紧块；23刹车框架；24刹车制动块；25刹车轴套；26刹车轴；27圆棒安装座；28滚动圆棒；29回位顶块；30回位气缸座；31回位气缸。
具体实施方式
以下结合附图及一较佳实施例对本实用新型的技术方案作详细说明。
本实施例的气动式冲击响应谱试验机最大负载200kg，谐振板尺寸(长×宽×高)600mm×500mm×40mm，重量135kg。锤头尺寸(长×宽)800mm×500mm，采用锻铝锤头，重量200kg，锤头内腔体直径160mm，最大运动行程350mm。可以达到的主要技术指标为：
1)拐点频率：100～1500Hz可调；
2)最大冲击响应谱峰值：35000m/s2。
对于负载质量要求较小的试验机，可以减小锤头质量和减小锤头内腔体直径。如果需要更大的激励力和激励质量，可以选用钢台面以增加锤头质量、同时加大锤头内腔体直径或者采用双气缸结构。
本实施例的压缩空气由同一台空气压缩机提供，额定压力0.7MPa。锁紧气缸直径125mm，气缸行程50mm，锁紧压力不大于0.3MPa。刹车气缸直径125mm，气缸行程50mm，刹车压力根据驱动压力大小其调节范围在0.3～0.6MPa。回位气缸直径100mm，气缸行程600mm，回位气缸充气压力0.2～0.3MPa。
参阅图1-5，本实施例的部件及其连接关系为：
锤头10两边的凹槽卡在两侧的导轨12中，导轨12沿轴向用螺钉固定在底座11上；内缸5端盖处的螺钉轴和关节轴承4螺纹连接，关节轴承4的插销孔和内缸连接块2耳片孔中插入螺钉轴3，内缸连接块2的底面用螺钉连接在推力气缸连接座1上，推力气缸连接座1用螺钉固定在底座11上；锤头10开孔一端压配铜套9，外缸封头7周向用螺钉固定在锤头10的外端面上，径向密封圈6和端面密封圈8放在在外缸封头7的槽中；径向密封圈6和内缸5滑动密封，端面密封圈8通过外缸封头7的安装螺钉压紧锤头10的外端面。
谐振板16两侧V型槽卡在限位卡块17中，下面由两条滚动圆棒28支撑，滚动圆棒28用螺钉固定在两个圆棒安装座27上，四个限位卡快17和圆棒安装座用螺钉固定在底座11上；谐振板15前端粘贴波形发生器15，后端顶在可调缓冲器18上，可调缓冲器18用螺钉水平固定在缓冲座19上，缓冲座19两边凸缘用螺钉固定在底座11上。
在底座11的两侧安装锁紧舌套21，锁紧舌套21用螺钉固定在底座11上，锁紧气缸14安装在锁紧舌套21外部，锁紧气缸14活塞杆螺纹和锁紧舌20连接。
在底座11的两侧安装刹车轴套25，刹车轴套25用螺钉固定在底座11上，刹车气缸13安装在刹车轴套25外部，刹车气缸13活塞杆螺纹和刹车轴26连接，刹车制动块24用螺钉上在刹车轴26外端面上。
底座11的底部用螺钉固定回位气缸座30，回位气缸31用螺钉水平安装在回位气缸座30的外面。
工作时，两个锁紧气缸14充气，锁紧舌20伸出，压住锁紧块22，锁紧锤头10。然后内缸5开始充气，调节气缸中的压力为设定值后，锁紧气缸14放气，锁紧舌20在锤头10的推力下自动释放，锤头10在气压的作用下在导轨12上加速运动一定行程后，撞击谐振板16上的波形发生器15，产生相应的冲击波形，同时控制快速放气阀释放内缸5内气体，并控制刹车气缸13充气，刹车轴26伸出，带动刹车制动块24夹紧刹车框架23，防止二次反弹。冲击完成后回位气缸31充气，回位气缸31活塞杆伸出，推动刹车框架23上安装的回位顶块29，使锤头10回到起始位置。
本实施例中，导轨12上端靠内一边为斜面，采用斜面导轨，容易调整锤头卡槽和导轨侧面配合间隙，尽量减小左右的配合间隙，保证在冲击过程中横向运动小。
本实施例中，锤头10和导轨12配合的部分粘有导轨贴，一方面避免铝在钢导轨上磨损，增加机器的使用寿命；另一方面减小了摩擦力，使工作台运动更加灵活。
本实施例中，内缸5为固定部件，其通过关节轴承、螺钉轴、内缸连接块、推力气缸连接座，最终和底座连接。中间安装关节轴承可以补偿锤头在一定范围内的晃动，保护气缸不易损坏。
本实施例中，锤头10腔体前部分压配一段铜套9，内缸5在铜套9上滑动配合，一方面降低对整过外缸内壁的加工精度要求，并减小内外缸的滑动摩擦力。
本实施例中，内缸5的充气压力可以在0.1～0.6MPa之间调节，从而调节锤头10的冲击初始速度。
本实施例中，波形发生器15用直径Φ120mm，厚度5mm毛粘制作，为了得到不同的冲击脉冲宽度，可以粘贴多层毛粘。如果要求冲击脉冲宽度更小，以可用同样直径的牛皮垫。
本实施例中，可调缓冲器18用用直径Φ160mm，厚度5mm毛粘制作，调整响应谱斜率时，可以叠放多层毛粘。如果需要刚度更小，可以采用相同直径的橡胶板。
本实用新型气动式冲击响应谱试验机结构简单紧凑、行程短、激励能量大、安装和维修方便，且安全环保。
上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气动式冲击响应谱试验机，包括底座和安装在底座上的气压驱动锤头装置、谐振板支撑装置和功能机构，所述功能机构包括刹车机构、锁紧机构和回位机构；其特征在于：
所述气压驱动锤头装置包括锤头(10)、两条导轨(12)和内缸(5)，内缸(5)一端插入锤头(10)一端的开孔中，并与锤头(10)滑动密封，锤头(10)两边的凹槽卡设在对称设置的两条导轨(12)中，导轨(12)沿轴向固定在底座(11)上，内缸(5)端盖处的螺钉轴与关节轴承(4)连接，关节轴承(4)和内缸连接块(2)的耳片通过螺钉轴(3)销接，且内缸连接块(2)底面通过推力气缸连接座(1)固定在底座(11)上；
所述谐振板支撑装置包括谐振板(16)、四个以上限位卡块(17)、两根滚动圆棒(28)和缓冲座(19)，谐振板(16)两侧的V型槽卡在对称设置的四个以上限位卡块(17)中，谐振板(16)由固定在圆棒安装座(27)上的滚动圆棒(28)支撑，限位卡块(17)和圆棒安装座(27)固定在底座(11)上。
2.根据权利要求1所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述锤头(10)开孔的一端内压配铜套(9)，且锤头(10)一端的外端面上沿周向固定连接外缸封头(7)，设置于外缸封头(7)上的槽中设有径向密封圈(6)和端面密封圈(8)，径向密封圈(6)和内缸(5)滑动密封，端面密封圈(8)通过外缸封头(7)压紧锤头(10)的外端面。
3.根据权利要求1所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述谐振板(16)靠近锤头(10)的一端连接波形发生器(15)，另一端通过可调缓冲器(18)水平固定在缓冲座(19)上，缓冲座(19)固定在底座(11)上
4.根据权利要求1所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述导轨(12)上端靠内一边为斜面，锤头(10)两边的凹槽卡在导轨(12)中，并与导轨(12)呈间隙配合。
5.根据权利要求1或4所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述锤头(10)两边凹槽中的斜面部分粘贴导轨贴。
6.根据权利要求1所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述锁紧机构包括锁紧气缸(14)、锁紧舌(20)和锁紧舌套(21)，锁紧舌套(21)安装在底座(11)的两侧，锁紧气缸(14)的活塞杆连接锁紧舌(20)，锁紧舌(20)设置于锁紧舌套(21)中。
7.根据权利要求1所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述刹车机构包括刹车气缸(13)、刹车轴(26)、刹车制动块(24)和刹车轴套(25)，刹车轴套(25)安装在底座(11)的两侧，刹车气缸(13)的活塞杆连接刹车轴(26)的一端，刹车轴(26)的另一端固定有刹车制动块(24)。
8.根据权利要求1所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述锤头(10)的下面安装刹车框架(23)，刹车框架(23)两边侧板上安装锁紧块(22)，刹车框架(23)后端中心位置安装回位顶块(29)。
9.根据权利要求1所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述回位机构采用回位气缸(31)，回位气缸(31)水平安装在回位气缸座(30)上，回位气缸座(30)固定在底座(11)的底部。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的气动式冲击响应谱试验机，其特征在于，所述锤头(10)为铸铝件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20110629 Effective date of abandoning: 20120725 |