CN208805429U - 冲击检测试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种冲击检测试验装置，涉及冲击检测领域，包括导轨、底座、落锤缓冲装置、夹持装置、重力落锤装置；所述导轨竖直固定在所述底座的上方，所述落锤缓冲装置固定在所述导轨的两侧，所述夹持装置固定在所述导轨的中间且位于所述落锤缓冲装置的下方；所述重力落锤装置包括落锤、束缚滑车、顶支架、调整弹簧；所述落锤通过所述束缚滑车连接所述导轨；所述顶支架与所述落锤固定连接，所述顶支架与所述落锤缓冲装置的顶部对应；所述调整弹簧安装在所述落锤的底部。本实用新型的优点在于：能够进行高g冲击检测试验，相对于空气炮结构简单，成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及冲击检测领域，尤其涉及一种冲击检测试验装置。
背景技术
产生几千到数万g的冲击加速度，常规的方法是采用空气炮加速轻金属弹丸，然后以近音速甚至超音速的速度撞击目标，或者撞击霍普金森杆然后由霍普金森杆整形后传递给目标，通常在撞击部位插入一定厚度的缓冲和整形材料，以调整冲击强度和冲击波形的宽度。空气炮属于复杂和昂贵的专业设备，综合技术和成本因素不考虑使用。
考虑到：1、子弹抛洒初速≤20m/s；2、子弹重量不大于3.5Kg；我们初步考虑采用重力落锤撞击被测目标实现高g冲击模拟。
重力落锤装置可以对3.5Kg以内小重量物体进行近万g的冲击模拟。
由子弹重量和初速可以知道，冲击后子弹获得动能为：
Eb＝0.5*mb*Vb2＝700J；
同时Vb2＝∫0 ∞ab(t)dt，ΔXab＝0 ∞ab(t)dt2；
从上式可知调整冲击后子弹的初速就可以调整赋予子弹的动能；控制冲击作用力波形就可以控制冲击加速度波形和冲击持续时间，而冲击力波形可以通过改变碰撞物体之间的弹性系数控制。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够进行高g冲击检测试验且相对于空气炮结构简单，成本较低的冲击检测试验装置。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：冲击检测试验装置，包括导轨(1)、底座(2)、落锤缓冲装置(3)、夹持装置(4)、重力落锤装置(5)；
所述导轨(1)竖直固定在所述底座(2)的上方，所述落锤缓冲装置(3)固定在所述导轨(1)的两侧，所述夹持装置(4)固定在所述导轨(1)的中间且位于所述落锤缓冲装置(3)的下方，所述夹持装置(4)用于夹持目标物体；
所述重力落锤装置(5)包括落锤(51)、束缚滑车(52)、顶支架(53)、调整弹簧(54)；所述落锤(51)通过所述束缚滑车(52)连接所述导轨(1)，所述束缚滑车(52)沿所述导轨(1)移动；所述顶支架(53)与所述落锤(51)固定连接，所述顶支架(53)与所述落锤缓冲装置(3)的顶部对应；所述调整弹簧(54)安装在所述落锤(51)的底部。
作为优化的技术方案，所述束缚滑车(52)固定在所述落锤(51)的顶部，所述束缚滑车(52)与所述落锤(51)之间连接有缓冲块(55)，所述顶支架(53)固定在所述束缚滑车(52)的顶部。
作为优化的技术方案，所述落锤缓冲装置(3)包括液压活塞装置(31)、储液缸(32)、恒压泄流阀(33)；两个液压活塞装置(31)分别竖直固定在所述导轨(1)的两侧，所述顶支架(53)的两侧分别与两个液压活塞装置(31)的活塞顶端对应；各液压活塞装置(31)分别通过连接管连接储液缸(32)，各连接管上分别设有恒压泄流阀(33)。使用恒压泄流阀使液压活塞装置内保持恒定压力，落锤缓冲装置保持恒定的制动力。
作为优化的技术方案，各液压活塞装置(31)的活塞上分别设有复位弹簧(34)。工作完毕后，在复位弹簧的弹力下，液压活塞装置的活塞自动复位。
作为优化的技术方案，所述夹持装置(4)包括适配座夹持装置(41)、适配座(42)；两个适配座夹持装置(41)相对固定在所述导轨(1)的两侧，所述适配座(42)连接在两个适配座夹持装置(41)之间；所述适配座(42)的底部为适应目标物体轮廓的形状。
作为优化的技术方案，该冲击检测试验装置还包括加速度测量装置(6)、距离测量装置(7)；所述加速度测量装置(6)包括加速度传感器(61)、加速度读出装置(62)，所述加速度传感器(61)安装在目标物体上，所述加速度传感器(61)连接所述加速度读出装置(62)；所述距离测量装置(7)安装在所述底座(2)上，所述距离测量装置(7)朝向目标物体。
作为优化的技术方案，所述距离测量装置(7)采用激光测距尺。
作为优化的技术方案，该冲击检测试验装置还包括提升装置(8)，所述提升装置(8)包括提升机(81)、挂钩(82)、滑轮(83)，所述提升机(81)的提升绳索通过挂钩(82)连接所述重力落锤装置(5)，所述滑轮(83)设在所述导轨(1)的顶部，所述提升绳索的中部绕过所述滑轮(83)。通过提升装置提升目标物体，省时省力，工作效率高。
作为优化的技术方案，所述挂钩(82)采用电磁释放挂钩。自动释放目标物体，操作方便。
作为优化的技术方案，所述夹持装置(4)的下方设有目标物体缓冲装置(9)。
本实用新型的优点在于：能够进行高g冲击检测试验，相对于空气炮结构简单，成本较低。
附图说明
图1是本实用新型实施例冲击检测试验装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例落锤缓冲装置的结构示意图。
图3是本实用新型实施例夹持装置、目标物体、加速度测量装置的结构示意图。
图4是本实用新型实施例重力落锤装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，冲击检测试验装置，包括导轨1、底座2、落锤缓冲装置3、夹持装置4、重力落锤装置5、加速度测量装置6、距离测量装置7、提升装置8、目标物体缓冲装置9。
导轨1竖直固定在底座2的上方，落锤缓冲装置3固定在导轨1的两侧，夹持装置4固定在导轨1的中间且位于落锤缓冲装置3的下方。
落锤缓冲装置3包括液压活塞装置31、储液缸32、恒压泄流阀33、复位弹簧34。
两个液压活塞装置31分别竖直固定在导轨1的两侧，各液压活塞装置31分别通过连接管连接储液缸32，各连接管上分别设有恒压泄流阀33，各液压活塞装置31的活塞上分别设有复位弹簧34，各液压活塞装置31的活塞顶端分别设有缓冲胶垫。
夹持装置4包括适配座夹持装置41、适配座42。
两个适配座夹持装置41相对固定在导轨1的两侧，适配座42连接在两个适配座夹持装置41之间；适配座42的底部为适应目标物体轮廓的形状，用于夹持目标物体。
重力落锤装置5包括落锤51、束缚滑车52、顶支架53、调整弹簧54、缓冲块55。
束缚滑车52固定在落锤51的顶部，束缚滑车52与落锤51之间连接有缓冲块55，落锤51通过束缚滑车52连接导轨1，束缚滑车52沿导轨1移动。
顶支架53为水平设置的横杆，顶支架53固定在束缚滑车52的顶部，顶支架53的两侧分别与两个液压活塞装置31的活塞顶端对应。
调整弹簧54安装在落锤51的底部，通过调整弹簧54设置碰撞物体之间的弹性系数。
加速度测量装置6包括加速度传感器61、加速度读出装置62。
加速度传感器61安装在目标物体上，加速度传感器61通过电缆连接加速度读出装置62，加速度读出装置62固定在导轨1的一侧，加速度读出装置62能够读出和记录加速度传感器61测得的目标物体加速度。
距离测量装置7安装在底座2上，距离测量装置7采用激光测距尺，距离测量装置7朝向目标物体，用于测量目标物体的移动距离。
提升装置8包括提升机81、挂钩82、滑轮83。
提升机81采用卷扬机，固定在导轨1的一侧。
提升机81的提升绳索为钢丝绳，提升绳索通过挂钩82连接顶支架53顶部的连接环，挂钩82采用电磁释放挂钩。
两个滑轮83并排间隔设在导轨1的顶部，提升绳索的中部依次绕过两个滑轮83。
夹持装置4的下方设有目标物体缓冲装置9，目标物体缓冲装置9的两端分别连接导轨1的两侧。
本实用新型冲击检测试验装置的工作步骤为：
提升装置8将重力落锤装置5提升到导轨1的顶部，然后将挂钩82释放使重力落锤装置5落下，落锤51碰撞适配座42使目标物体落下。
落锤51与适配座42碰撞后，顶支架53与液压活塞装置31的活塞顶端的缓冲胶垫接触，首先挤压缓冲胶垫初步减速，然后通过缓冲胶垫推压活塞下移；活塞下移过程中首先压缩空气层进一步平滑制动力度，然后推动液压活塞装置31内的液体，使其通过恒压泄流阀33流入储液缸32，液体在流过恒压泄流阀33的孔时液体动能转换为内能，落锤缓冲装置3将重力落锤装置5的残余动能耗散并转换为液体的内能。
工作完毕后，在复位弹簧34的弹力下，液压活塞装置31的活塞自动复位，同时通过单向阀和过滤器将液体由储液缸32重新吸回液压活塞装置31内，当活塞经过通气孔时吸入一定量的空气重新形成空气层。
关键参数计算：
碰撞后重力落锤装置5的总动能约为1123J，其中束缚滑车52和顶支架53制动过程中吸收和消耗的动能约996J；
设液压活塞装置31可以提供恒定的阻力F，液压活塞装置31的制动行程取0.2m，完全消耗动能需要两个液压活塞装置31提供的制动力为：F＝996J/0.2m＝4980N＝508Kgf；
每个液压活塞装置31需要提供的制动力为254Kgf；
通常液压系统的工作压力为P＝3000Psi(下限)＝20.7MPa＝211Kg/cm2，我们取液压活塞装置31工作压力为恒压36Kgf/cm2＝3.67Mpa，则活塞直径为D＝30mm；
活塞连杆强度分析：活塞连杆使用347不锈钢，它的屈服强度为275Mpa；活塞连杆为中空管状，内径20mm，外径26mm，截面积约217mm2，计算承力为254kgf，承力压强＝254kgf/217mm2＝11.47Mpa，安全余量＝24.0倍；
筒内液体重量合计为ml＝283g，再考虑阀体和管路液体，总液体重量应小于350g，因此可以忽略液体惯性重量对制动期间前沿加速度的影响；
另外由于缓冲胶垫和液压活塞装置31内气体层的缓冲，可以平滑制动期间的加速度曲线，以减小制动期间的峰值加速度从而保护各个机件。
子弹撞击过程仿真：
设：
子弹(含目标夹持)质量：3.50Kg；
子弹初速：0m/s；
重锤质量：9.00Kg；
重锤初速度：14m/s
冲击持续时间：500μs；
峰值加速度：6500g(半正弦波)；
仿真结果：
子弹末速度：20.28m/s；
重锤撞击后速度：6.11m/s；
重锤峰值加速度：2528g；
重锤与子弹最大相对位移：2.152mm；
重锤与子弹脱离时刻：约490us；
整形弹簧倔强系数：101000N/mm；
重力落锤装置5制动过程仿真：
设：
考虑制动过程中的重力作用；
重力落锤装置的总质量：9.60Kg；
落锤质量：9.00Kg；
落锤初速：6.11m/s；
制动力：4980N；
束缚滑车部分初速度：13.74m/s(＝14m/s-4150N/8Kg*0.0005s)；
阻尼器阻尼系数：压缩＝1N·s2/m2；拉伸＝220N·s2/m2；
缓冲胶垫倔强系数：10000N/m。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种冲击检测试验装置，其特征在于：包括导轨(1)、底座(2)、落锤缓冲装置(3)、夹持装置(4)、重力落锤装置(5)；
所述导轨(1)竖直固定在所述底座(2)的上方，所述落锤缓冲装置(3)固定在所述导轨(1)的两侧，所述夹持装置(4)固定在所述导轨(1)的中间且位于所述落锤缓冲装置(3)的下方，所述夹持装置(4)用于夹持目标物体；
所述重力落锤装置(5)包括落锤(51)、束缚滑车(52)、顶支架(53)、调整弹簧(54)；所述落锤(51)通过所述束缚滑车(52)连接所述导轨(1)，所述束缚滑车(52)沿所述导轨(1)移动；所述顶支架(53)与所述落锤(51)固定连接，所述顶支架(53)与所述落锤缓冲装置(3)的顶部对应；所述调整弹簧(54)安装在所述落锤(51)的底部。
2.如权利要求1所述的冲击检测试验装置，其特征在于：所述束缚滑车(52)固定在所述落锤(51)的顶部，所述束缚滑车(52)与所述落锤(51)之间连接有缓冲块(55)，所述顶支架(53)固定在所述束缚滑车(52)的顶部。
3.如权利要求1所述的冲击检测试验装置，其特征在于：所述落锤缓冲装置(3)包括液压活塞装置(31)、储液缸(32)、恒压泄流阀(33)；两个液压活塞装置(31)分别竖直固定在所述导轨(1)的两侧，所述顶支架(53)的两侧分别与两个液压活塞装置(31)的活塞顶端对应；各液压活塞装置(31)分别通过连接管连接储液缸(32)，各连接管上分别设有恒压泄流阀(33)。
4.如权利要求3所述的冲击检测试验装置，其特征在于：各液压活塞装置(31)的活塞上分别设有复位弹簧(34)。
5.如权利要求1所述的冲击检测试验装置，其特征在于：所述夹持装置(4)包括适配座夹持装置(41)、适配座(42)；两个适配座夹持装置(41)相对固定在所述导轨(1)的两侧，所述适配座(42)连接在两个适配座夹持装置(41)之间；所述适配座(42)的底部为适应目标物体轮廓的形状。
6.如权利要求1所述的冲击检测试验装置，其特征在于：该冲击检测试验装置还包括加速度测量装置(6)、距离测量装置(7)；所述加速度测量装置(6)包括加速度传感器(61)、加速度读出装置(62)，所述加速度传感器(61)安装在目标物体上，所述加速度传感器(61)连接所述加速度读出装置(62)；所述距离测量装置(7)安装在所述底座(2)上，所述距离测量装置(7)朝向目标物体。
7.如权利要求6所述的冲击检测试验装置，其特征在于：所述距离测量装置(7)采用激光测距尺。
8.如权利要求1所述的冲击检测试验装置，其特征在于：该冲击检测试验装置还包括提升装置(8)，所述提升装置(8)包括提升机(81)、挂钩(82)、滑轮(83)，所述提升机(81)的提升绳索通过挂钩(82)连接所述重力落锤装置(5)，所述滑轮(83)设在所述导轨(1)的顶部，所述提升绳索的中部绕过所述滑轮(83)。
9.如权利要求8所述的冲击检测试验装置，其特征在于：所述挂钩(82)采用电磁释放挂钩。
10.如权利要求1所述的冲击检测试验装置，其特征在于：所述夹持装置(4)的下方设有目标物体缓冲装置(9)。
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