CN201935797U - 带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，包括：工作台部件、气压提升装置、提升高度调节装置、锁紧装置、气路系统和控制器，工作台上安装连接架，连接架通过提升架和连接轴连接，连接轴和提升气缸活塞杆螺纹连接。步进电机、丝杠支架和提升控制光电管支架装在支架座上。丝杠两端轴承支撑在丝杠支架上，并通过弹性联轴器与步进电机的轴相连，高度控制光电管装在与丝杠配合的螺母上。提升控制光电管安装在光电管支架上。增压气缸把液压油从接头注入导向座，推动导向座中的活塞压紧立柱，从而锁紧工作台。本实用新型锁紧力大，动作迅速，可有效防止二次反弹；可实现单次、连续冲击；可自动调节提升高度的，自动化程度高，维护方便。

Description

带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台

技术领域

本实用新型涉及力学环境试验技术的一种垂直冲击台，尤其涉及一种带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台。

背景技术

冲击碰撞台主要用于产品的力学环境试验，可以模拟实际的冲击脉冲和冲击能量，考核产品在使用、装卸和运输过程中预期可能遭受的冲击环境，以确定产品对各种冲击环境的适应能力。

国家标准在设备环境试验方法中，对冲击试验的严酷性要求一般为多次非重复性试验。但目前由于很多产品为俄罗斯引进技术，其对冲击试验的严酷性要求和国标有较大区别，需要进行1000～5000次横向冲击试验，并且脉冲宽度在20～80ms之间。显然，采用液压提升方式的垂直冲击台，每分钟最多进行1次冲击试验，试验效率低。碰撞试验台虽然碰撞次数可以达到80次/分，但跌落高度小于100mm，因此冲击能量小，冲击脉冲宽度一般在3～20ms之间，不能满足大冲击能量，连续冲击试验的要求。

气动式垂直冲击台采用气缸提升台面，通过快速放气自由跌落。气缸提升速度快，负载为200kg的气动垂直冲击台，其最大冲击次数可达到60次/分，并且其最大跌落高度可达1000mm，能满足较大冲击能量和连续冲击的试验要求。

吴斌等(“气压驱动垂直冲击试验台设计”，《机械设计与制造》，2002年5月)提出了一种气压驱动垂直冲击试验台，工作台的锁紧靠气缸上安装的锁紧装置，用弹簧压紧斜块抱住气缸活塞杆，锁紧装置充气后放松活塞杆。由于活塞杆直径小，因此这种锁紧装置只能用于静止时锁紧台面，不能进行冲击台面的二次反弹控制。另外由于没有独立的工作台面锁紧装置，台面和气缸活塞杆连接在一起，跌落时台面和气缸活塞杆一起跌落，气缸背压大大减缓了台面的跌落速度，并且提升高度越高，阻力作用越大，因此与液压台相比，同样的提升高度，冲击能量小1/3，限制了气动式垂直冲击台的使用范围。同时，该气压驱动垂直冲击试验台在气缸活塞上安装拉杆桥，拉杆桥两边用拉杆和工作台连接，用于提升工作台。拉杆长度约为600mm，直径Φ16mm，在冲击时容易产生自身振动，特别是在进行大过载，小脉宽冲击时，冲击波形杂波较大，甚至不能使用。另外，冲击试验台提升高度调节采用手动调节光电管的位置，调节精度差，自动化程度低，特别是设备标校时经常需要微调提升高度，手动操作难于控制，并且需要手工记录每次的调整值，效率很低。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，本实用新型提出了一种带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，采用的提升气缸和工作台的连接结构以及独立的气液锁紧装置，可以进行连续冲击和大能量单次冲击，并且能够控制台面的二次反弹，同时有效提高了高度调节精度、设备的自动化程度和使用效率。

为实现上述发明目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，包括控制器、工作台部件、气压提升装置、提升高度调节装置、锁紧装置和气路系统，包括控制器、工作台部件、气压提升装置、提升高度调节装置、锁紧装置和气路系统。

所述的工作台部件包括工作台、导向座、滑动套，导向座沿垂直方向安装在工作台上，导向座内压配滑动套，滑动套和立柱滑动配合。

所述气压提升装置包括连接架、提升气缸、提升架、连接轴、气缸安装座，连接架安装在工作台上，通过提升架和连接轴连接，连接轴和提升气缸的活塞杆连接，提升气缸通过气缸安装座固定在底座上。

所述的提升高度调节装置包括丝杠支架、丝杠、高度控制光电管、弹性联轴器、步进电机、支架座，支架座垂直安装在底座上，丝杠的两端轴承支撑于丝杠支架上，丝杠支架垂直安装在支架座上，并通过丝杠支架的底板和支架座固定，丝杠通过弹性联轴器与步进电机的轴相连；高度控制光电管装在与丝杠配合的螺母上，支架座上还安装了光电管支架，光电管支架上安装提升控制光电管，提升控制光电管可以在光电管支架的槽中上下移动。

所述的气液锁紧装置包括增压气缸和活塞，增压气缸把液压油通过导向座上的接头注入导向座，推动导向座中的活塞压紧立柱，从而锁紧工作台，实现工作台提升到位的锁紧和防止二次反弹控制。

所述的气路系统包括气源、三通、锁紧减压器、锁紧电磁阀、提升减压器、提升电磁阀。气源输出的压缩空气通过三通分别送给锁紧减压器和提升减压器。锁紧减压器减压后，连接到锁紧电磁阀，由锁紧电磁阀控制增压气缸的供气和放气；提升减压器减压后，连接到提升电磁阀，提升电磁阀控制提升气缸的供气和放气。

上述方案中，立柱垂直插入底座开的配合孔中，并在立柱底部安装一个限位板，防止立柱拔出。

上述方案中，提升气缸下面的进气口安装一个快放阀，快放阀上安装流量调节气嘴，在气缸放气时能够实现快速放气，并且快放阀出气口安装的流量调节气嘴可以控制气缸放气的快慢，控制工作台跌落的速度。

上述方案中，工作台为铸铝和锻铝平台，其在上安装的连接架为钢件，为了增加其连接刚度，连接架用螺钉和工作台连接时，工作台连接孔镶钢套。

上述方案中，提升气缸行程在600～1000mm之间，气缸直径Φ100～Φ160mm，工作压力0.2～0.8MPa。

上述方案中，增压气缸直径Φ80～Φ160mm，工作压力0.4～0.8MPa，增压比25。

上述方案中，提升气缸安装在底座的中间，两边各一个。工作台采用四个立柱导向，工作台上对应安装四个导向座，每个导向座中均安装活塞。

上述方案中，高度控制光电管和提升控制光电管均采用Φ18直径反射式光电管，其反射距离控制在100mm以内。

上述方案中，控制器采用PLC或者计算机控制系统，控制器采集高度控制光电管和提升控制光电管的电平变化信号，并根据指令控制锁紧电磁阀和提升电磁阀的开闭。控制器可以发出脉冲信号和方向控制信号，控制步进电机的正转和反转。

本实用新型工作时，先根据提升高度要求，由控制器控制步进电机转动，由丝杠带动丝杠螺母上安装的提升高度控制光电管上下运动到设定的提升高度。

试验品安装在工作台上面，单次冲击时，松开提升架和气缸连接轴的螺钉，控制器控制提升电磁阀打开，提升气缸供气，提升装置带动工作台提升，提升到高度控制光电管位置时，高度控制光电管被工作台遮挡，高度控制光电管输出低电平，控制器检测到高度控制光电管低电平信号后，打开锁紧电磁阀，增压气缸供气，管路中的液压油推动导向座中活塞压紧立柱，从而使工作台停止在当前位置。随后控制器控制提升电磁阀关闭，提升气缸放气，当提升气缸活塞杆在活塞杆重力的作用下缩回后，控制器关闭锁紧电磁阀，增压气缸放气，管路中的液压油失压，活塞正压力消失，工作台靠自重自由跌落到底座上安装的波形发生器上，产生需要的冲击波形，同时控制器产生一定延时，然后控制锁紧电磁阀打开，气液锁紧装置锁紧工作台，防止二次反弹。

连续冲击时，拧紧提升架和气缸连接轴的螺钉；控制器控制提升电磁阀打开，提升气缸供气，提升工作台到高度控制光电管位置时，高度控制光电管被工作台遮挡，高度控制光电管输出低电平，控制器检测到光电管低电平信号后，关闭提升电磁阀，提升气缸通过快放阀快速放气，工作台和提升气缸活塞杆一起跌落到底座上安装的波形发生器上，产生需要的冲击波形，同时，提升控制光电管被工作台遮挡，提升控制光电管变低电平，控制器检测到提升控制光电管低电平信号后，控制提升电磁阀打开，提升气缸供气，再次提升工作台，实现连续冲击。

由于上述技术方案的使用，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、冲击台既可以进行连续冲击也可以进行单次大过载冲击；

2、工作台上安装大刚性连接架和提升架，在小脉宽和大过载冲击时，冲击波形好；

3、采用气液锁紧装置，可以有效防止二次反弹；

4、安装了提升高度光电管升降自动调节装置，可以方便设置提升高度，提高了冲击台自动化程度；

5、冲击台提升装置、气液缓冲装置可均采用小于1.0MPa的低压气源，能源单一，维护方便，且有利于保持环境的清洁。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例结构示意简图；

图2为本实用新型一较佳实施例的提升结构示意图；

图3为本实用新型一较佳实施例的主视图；

图4为本实用新型一较佳实施例中锁紧装置的结构示意图；

图5为本实用新型一较佳实施例中气路系统的结构示意图；

图中所示各标记所示组件为：1接头；2工作台；3连接架；4提升气缸；5提升架；6立柱；7连接轴；8丝杠支架；9丝杠；10高度控制光电管；11导向座；12提升控制光电管；13光电管支架；14弹性联轴器；15电机；16支架座；17流量调节气嘴；18快放阀；19气缸安装座；20底座；21气囊；22底板；23阻尼器；24限位板；25波形发生器；26增压气缸；27活塞；28滑动套；29控制器；30气源；31三通；32锁紧减压器；33锁紧电磁阀；34提升减压器；35提升电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和一较佳实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1～5所示，本实施例带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台的负载为1000kg，工作台尺寸(长×宽)为1000×1000mm，重量450kg，两个提升气缸直径Φ160mm，行程1000mm，四根立柱直径80mm，立柱长度1800mm。

增压气缸26采用1∶25增压比气缸，压紧活塞26采用青铜材料，活塞直径Φ70mm。

本实施例的气源由一台空气压缩机提供，流量必须大于1.08m³/min，额定使用压力调到1.0MPa，气源必须要加滤水和油雾器，保证提升气缸的工作寿命。

两个Φ160mm直径的提升气缸在0.8MPa可以提升的最大重量为3200kg，提升压力根据负载大小由提升减压器调节，调节压力在0.2～0.8MPa，在连续冲击时提升压力不能调得太大，否则会因为压缩机供气不足，造成压力不稳定，而使重复性变差。本设备由于负载较大，连续冲击速度不超过40次/每分钟，可以在压缩机后接一个储气罐稳压，提高连续冲击的重复性。

锁紧压力可根据负载大小调节，调节范围在0.4～0.8MPa之间，锁紧压力尽量调节小，使活塞正压力尽量小，以提高活塞的使用寿命。活塞用青铜材料，和镀铬钢立柱的静摩擦系数0.1，因此在0.8MPa时，单个活塞可以锁紧的最大重量为564kg，四个活塞能锁紧的最大重量为2256kg。

底座20，气囊21、底板22、阻尼器23组成冲击系统的缓冲装置。气囊和阻尼器的数量可以根据工作台的负载和冲击过载确定，本实施例用12个气囊和16个阻尼器。

步进电机15保持转矩不小于2.5N.m，步距角1.8°。丝杠9为了保证在冲击中不变形，需要有足够的刚度，直径选用25mm，螺距10mm。步进电机脉冲控制不需要细分，因此由控制器每发一个脉冲对应提升控制光电管运动的距离为0.05mm，有很高的控制精度。

本实施例的连接关系为：

工作台2两边安装连接架3，连接架3用螺钉上在工作台2镶嵌的钢螺套上，连接架3下面用螺钉和提升架5连接，提升架5用螺母和连接轴7连接，连接轴7和提升气缸4的活塞杆螺纹连接，提升气缸4底部用螺钉安装在气缸安装座19上，气缸安装座19用螺钉固定在底座20上；导向座11沿垂直方向用六个螺钉紧固在工作台2上，导向座11内压配滑动套28，滑动套28和立柱6滑动配合；四根立柱6垂直插入底座20开的配合孔中，并在立柱6底部安装一个限位板24，限位板24用一个M16的螺钉上在立柱6的端面，防止立柱6拔出；底座20上安装波形发生器25。

支架座16垂直安装在底座20上，两边耳片的六个螺钉孔和底座20螺钉连接，丝杠支架8两端有轴承座，丝杠9的两端轴安装在轴承座中，丝杠支架8垂直安装在支架座16上，并通过丝杠支架8底板和支架座16螺钉固定，丝杠9通过弹性联轴器14与电机15的轴相连，高度控制光电管10装在与丝杠9配合的螺母上。L型光电管支架13的底面用螺钉固定在支架座16上，光电管支架13的直面安装提升控制光电管12，提升控制光电管12可以在光电管支架13的槽中上下移动。

增压气缸26的出油口用液压软管和接头1连接，其余三个导向座11的供液接头之间用铜管连接。四个导向座11中的活塞27在安装立柱6前先安装在导向座11中，活塞27上两个沟槽安装O型密封圈，O型密封圈和导向座11圆孔外壁滑动密封。

气源30输出的压缩空气用塑料软管连接到三通31上，再分为两路分别用塑料软管连接到锁紧减压器32和提升减压器34的进气口。锁紧减压器32输出口用塑料软管连接到锁紧电磁阀33进气口，锁紧电磁阀33出气口用塑料软管连接到增压气缸26的进气口；提升减压器34出口通过塑料软管连接到提升电磁阀35的进气口，提升电磁阀35的出气口用塑料软管连接快放阀18的进气口，快放阀18的出气口为外螺纹，通过一个转接头直接拧在提升气缸4的进气口上，流量调节阀17的外丝直接拧在快放阀18的排气口内螺纹上。

高度控制光电管10和提升控制光电管12的电缆连接到控制器29中，锁紧电磁阀33和提升电磁阀35的电磁线圈连接到控制器29的继电器触头上，步进电机15的四芯电缆连接到控制器29中安装的步进电机驱动器的相应连接端子上。

冲击台的工作过程是：

单次冲击时，松开提升架5和气缸连接轴7的螺钉，控制器29控制提升电磁阀35打开，提升气缸4供气，提升气缸4活塞杆通过连接轴7、提升架5、连接架3带动工作台2提升，提升到高度控制光电管10位置时，高度控制光电管10被工作台2遮挡，高度控制光电管10输出低电平，控制器29检测到高度控制光电管10低电平信号后，打开锁紧电磁阀33，增压气缸26供气，管路中的液压油推动导向座11中的活塞27压紧立柱6，从而使工作台2停止在当前位置。控制器29控制提升电磁阀35关闭，提升气缸4放气，当气缸活塞杆在活塞杆重力的作用下缩回后，控制器29关闭锁紧电磁阀，增压气缸26放气，管路中的液压油失压，活塞正压力消失，工作台2靠自重自由跌落到底座20上安装的波形发生器25上，产生需要的冲击波形，同时控制器29产生一定延时，然后控制锁紧电磁阀33打开，气液锁紧装置锁紧工作台2，防止二次反弹。

连续冲击时，拧紧提升架5和气缸连接轴7的螺钉；控制器29控制提升电磁阀35打开，提升气缸4供气，提升工作台2到高度控制光电管10的位置时，高度控制光电管10被工作台遮挡，高度控制光电管10输出低电平，控制器29检测到光电管10低电平信号后，关闭提升电磁阀35，提升气缸4通过快放阀18快速放气，工作台2和提升气缸4活塞杆一起跌落到底座20上安装的波形发生器25上，产生需要的冲击波形，同时，提升控制光电管12被工作台遮挡，提升控制光电管12变低电平，控制器29检测到提升控制光电管12的低电平信号后，控制提升电磁阀35打开，提升气缸4供气，再次提升工作台2，实现连续冲击。

上述实施例中，根据负载的大小，调节提升减压器34进气压力大小，可以改变提升的速度。

上述实施例中，调节高度控制光电管10的高低位置，控制工作台2跌落高度。

上述实施例中，调节流量调节气嘴17的出气口直径大小，可以调节工作台2下落的速度，使冲击完成后工作台慢慢落下。

上述实施例中，调节流量调节气嘴17的出气口直径大小，可以调节工作台2在连续冲击过程中的跌落速度，调节冲击的过载大小，可以在较高的跌落高度，实现较低的冲击能量。

上述实施实例中，锁紧电磁阀33和提升电磁阀35选用3/8接口的两位三通电磁阀，锁紧电磁阀33、提升电磁阀35、锁紧减压器32、提升减压器34连接口均采用3/8外螺纹转Φ10mm的快插接头，它们之间的管路均采用外径Φ10mm，耐压1.0MPa的塑料软管，通过快插方式连接。

上述实施例中，可以调节提升控制光电管12的高低，调节连续冲击时提升气缸的进气时间和位置，也可以控制工作台跌落的速度，从而控制冲击过载的大小。

上述实施例中，工作台的提升高度为100～900mm，在连续冲击时，由于提升气缸的活塞杆与提升架不脱开，即使安装了快速放气阀，由于气缸背压的作用，冲击最大初始速度也不大于2.0m/s，冲击能量有限。

单次冲击时，提升气缸的活塞杆与提升架脱开，工作台面是自由落体运动，因此最大初始速度可以达到4.5m/s，能满足大过载冲击试验的要求。

如果需要提高连续冲击的频次，一方面需要改用流量更大的气路器件和增大管路的公称通径。最主要的是连续冲击时气量消耗很大，需要增加一个大的储气罐，使得在连续冲击过程中保持气压的稳定。

需要指出的是，以上较佳实施例仅用于说明本实用新型的内容，除此之外，本实用新型还有其它实施方式。但是，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，包括控制器、工作台部件、气压提升装置、提升高度调节装置、锁紧装置和气路系统，其特征在于：

所述的工作台部件包括工作台、导向座和立柱，导向座沿垂直方向固定安装在工作台上，并与立柱滑动配合；

所述气压提升装置包括连接架、提升气缸、提升架、连接轴和气缸安装座，连接架安装在工作台上，并通过提升架和连接轴连接，连接轴和提升气缸的活塞杆连接，提升气缸通过气缸安装座固定在底座上；

所述的提升高度调节装置包括丝杠支架、丝杠、高度控制光电管、弹性联轴器、步进电机和支架座，支架座垂直安装在底座上，丝杠的两端轴承支撑于丝杠支架上，丝杠支架垂直安装在支架座上，并通过丝杠支架底板和支架座固定，丝杠通过弹性联轴器与步进电机的轴相连，高度控制光电管装在与丝杠配合的螺母上，支架座上还安装了光电管支架，光电管支架上安装提升控制光电管，提升控制光电管可以在光电管支架的槽中上下移动；

所述的锁紧装置包括增压气缸和活塞，增压气缸与导向座连通，活塞设置在导向座内，并由增压汽缸注入导向座内的液压油驱动而压紧立柱，从而锁紧工作台；

所述的气路系统包括气源、锁紧减压器、锁紧电磁阀、提升减压器和提升电磁阀，气源与锁紧减压器和提升减压器分别连通，锁紧减压器减压后与锁紧电磁阀连接，锁紧电磁阀控制增压气缸的供气和放气，提升减压器减压后与提升电磁阀连接，提升电磁阀控制提升气缸的供气和放气；

所述气压提升装置、提升高度调节装置、锁紧装置和气路系统均由控制器控制。

2.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述的导向座内压配滑动套，滑动套和立柱滑动配合。

3.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述气源通过一三通分别与锁紧减压器和提升减压器连通。

4.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述立柱垂直插入底座开的配合孔中，且立柱底部安装有一个限位板。

5.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述提升气缸下面的进气口安装一快放阀，快放阀上安装流量调节气嘴。

6.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述工作台为铸铝或锻铝平台，所述连接架为钢制构件，所述连接架通过螺钉与工作台上的连接孔连接，该连接孔内镶设钢套。

7.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述提升气缸为两个，其对称安装在底座中间，所述立柱为四个，其对应安装在工作台上的四个导向座。

8.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述高度控制光电管和提升控制光电管均采用反射式光电管。

9.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述控制器采用PLC或者计算机控制系统，所述控制器与高度控制光电管和提升控制光电管连接，并控制锁紧电磁阀、提升电磁阀和步进电机。

10.根据权利要求1所述的带气液锁紧装置的气动式垂直冲击台，其特征在于，所述底座上安装有波形发生器。

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