CN214952759U - 一种对冲式超高速路面侵切试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种对冲式超高速路面侵切试验装置，包括：支架系统，用于为整个试验装置提供支撑和防护作用；动力系统，安装在所述支架系统上，用于为高速对冲提供动力；冲击系统，安装在所述支架系统上并位于所述动力系统上方，用于为高速对冲施加向下的力；采集系统，包括的采集板位于所述支架系统一侧，用于试验过程中试验数据的采集。本实用新型通过调节重锤高度和质量，更换不同的预制钢钎来改变钢钎的形状与大小，在预制土体底座下方垫楔块调节试验土体的放置角度等方式来模拟多种情形下的对冲式高速路面侵切试验。

Description

一种对冲式超高速路面侵切试验装置

技术领域

本实用新型涉及路面侵切试验技术领域，尤其涉及一种对冲式超高速路面侵切试验装置。

背景技术

对于高速侵切作用的研究，对防护工程有重要的意义。侵彻与穿透问题的研究已经有数百年的历史，也取得了非常多的成果，但是由于侵彻问题的复杂性，其中的很多问题仍然没有得到很好的解决。现阶段，防护工程中的侵切作用，通常通过爆炸方式推动子弹体进行模拟，通常采用弹药的形式，通过火药产生的反推力在瞬时将子弹体加速到一个水平。但是这种方式具有一定的危险性，属于特种作业，常规的实验室也不具备拥有火药的条件。因此研究一种实验室能够实现的，有一定安全性系数的，也同样能够产生超高的速度子弹体动能，较大的动能的高速侵切试验装置十分有必要，使其产生刚性碰撞，例如用于混凝土路面侵切的工程检测，有一定的必要性。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种对冲式超高速路面侵切试验装置，通过调节重锤高度和质量，更换不同的预制钢钎来改变钢钎的形状与大小，在预制土体底座下方垫楔块调节试验土体的放置角度等方式来模拟多种情形下的对冲式高速路面侵切试验。

为进一步实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种对冲式超高速路面侵切试验装置，包括：

支架系统，用于为整个试验装置提供支撑和防护作用；

动力系统，安装在所述支架系统上，用于为高速对冲提供动力；

冲击系统，安装在所述支架系统上并位于所述动力系统上方，用于为高速对冲施加向下的力；

采集系统，包括的采集板位于所述支架系统一侧，用于试验过程中试验数据的采集。

可选的，所述支架系统包括从下至上依次设置的底板、电机固定板和水平支撑杆，所述底板、电机固定板和水平支撑杆上具有用于穿过支撑杆的圆孔；

在所述底板上端放置有试样桶，两根重锤导轨竖向对称安装在所述水平支撑杆和电机固定板之间，所述水平支撑杆之间安装有横梁；定滑轮固定在所述横梁的下表面，用于改变钢丝绳的施力方向。

进一步的，还包括防护网，所述防护网安装在支架系统的外围，用于试验过程中保护试验人员。

进一步的，还包括防护板，所述防护板临时安装于重锤的下端，用于在装置调试和安装过程中防止重锤意外落下。

可选的，所述动力系统包括安装在电机固定板上的三相电机、减速箱、卷线筒、双轴离合器、轴承,以及一端固定在所述卷线筒表面的钢丝绳，

所述卷线筒一端与双轴离合器相连，另一端通过所述轴承固定在所述电机固定板上，用于缠绕钢丝绳来提升重锤；

所述双轴离合器一端与所述减速箱相连，另一端与所述卷线筒相连，用于控制减速箱和卷线筒的分离与闭合；

所述钢丝绳另一端穿过定滑轮与重锤相连，用于传递三相电机的动力。

可选的，所述冲击系统包括安装于两个重锤导道之间的重锤、安装在电机固定板上的缓冲器、安装在所述缓冲器上端的缓冲钢、安装在所述重锤两端的重锤滑块、安装在所述缓冲钢两端的缓冲钢滑块以及在所述重锤作用下插入至试样土体内的钢钎，

所述重锤滑块卡在重锤导轨的凹槽内，所述重锤能沿重锤导轨上下滑动，所述重锤用于冲击钢钎，为所述钢钎提供能量；

所述缓冲钢中心设置有一个钢钎限位孔，用于固定钢钎的方向，使钢钎垂直于缓冲钢。

进一步的，还包括对称安装在所述缓冲钢下端的两块钢钎挡板，这两块钢钎挡板中间设置有卡扣，用于使这两块钢钎挡板合在一起。

可选的，所述采集系统包括激光测速传感器、激光反光纸、土压力传感器、土位移传感器和采集板，

所述激光测速传感器安装在电机固定板上，所述激光测速传感器发射的激光束穿过缓冲钢上设置的小孔；

所述激光反光纸贴在重锤底面与所述激光测速传感器对齐，用于反射激光测速传感器发射的激光束，完成测速；

所述土压力传感器和土位移传感器埋置在试验土体中，用于测量钢钎对冲过程中土体的变化和受力大小；

所述采集板与激光测速传感器、土压力传感器和土位移传感器相连，用于采集传感器返回的数据。

可选的，还包括控制系统，所述控制系统包括电机开关、PLC控制器和重锤释放开关，

所述电机开关连接于PLC控制器和三相电机中间，用于控制三相电机的工作与停止；

所述重锤释放开关一端连接双轴离合器，一端连接电源，用于控制双轴离合器的断开与闭合。

进一步的，还包括限位开关，所述限位开关安装在重锤导轨上，当重锤上升到所述限位开关的高度时触发限位开关；

所述PLC控制器与所述电机开关和限位开关相连，用于接收限位开关的信号来控制电机开关的闭合与断开。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型通过调节重锤高度和质量，更换不同的预制钢钎来改变钢钎的形状与大小，在预制土体底座下方垫楔块调节试验土体的放置角度等方式来模拟多种情形下的对冲式高速路面侵切试验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型支架系统结构示意图；

图3为本实用新型重锤轨道的位置示意图；

图4为本实用新型水平支撑杆与定滑轮的位置示意图；

图5为本实用新型防护网的位置示意图；

图6为本实用新型防护板与重锤轨道的结构示意图；

图7为本实用新型动力系统结构示意图；

图8为本实用新型动力系统安装位置示意图；

图9为本实用新型冲击系统结构示意图；

图10为本实用新型重锤和缓冲钢结构示意图；

图11为本实用新型钢钎挡板结构示意图；

图12为本实用新型控制系统结构示意图；

图13为本实用新型采集系统结构示意图；

图14为本实用新型激光测速传感器和激光反光纸位置示意图。

附图中：

100—支架系统：101—支撑杆，102—底板，103—电机固定板，104—水平支撑杆，105—重锤导轨，106—横梁，107—定滑轮，108—防护网，109—防护板，110—试样桶；

200—动力系统：201—三相电机，202—减速箱，203—卷线筒，204—双轴离合器，205—钢丝绳，206—轴承；

300—冲击系统：301—重锤，302—缓冲器，303—缓冲钢，304—重锤滑块，305—缓冲钢滑块，306—钢钎，307—钢钎挡板，308—钢钎限位孔；

400—控制系统：401—电机开关，402—PLC控制器，403—重锤释放开关，404—限位开关；

500—采集系统：501—激光测速传感器，502—激光反光纸，503—土压力传感器，504—土位移传感器，505—采集板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

一种对冲式超高速路面侵切试验装置，如图1所示，包括支架系统100、动力系统120、冲击系统300、控制系统400和采集系统500。

图2为支架系统的结构示意图，本实用新型的支架系统100由支撑杆101、底板102、电机固定板103、水平支撑杆104、重锤导轨105、横梁106、定滑轮107、防护网108、防护板109和试样桶110十个部分构成，支架系统100为整个试验装置提供固定支撑和保护作用。

所述支撑杆101为四根钢制的粗丝杆，为装置提供竖向支撑，支撑杆上从下至上依次固定有底板102，电机固定板103，水平支撑杆104。

所述底板102为一块钢制硬板，位于支撑杆101的下端，四角有孔可以穿过支撑杆101，用螺母固定在支撑杆101上，底板102用于提高装置的稳定性和放置试样桶110。

所述电机固定板103为一块钢制硬板，位于支撑杆101的中部，四角有孔可以穿过支撑杆101，用螺母固定在支撑杆101上，中心有通孔可以穿过钢钎306，电机固定板103用于安装三相电机201、减速箱202、卷线筒203、双轴离合器204、缓冲器302。

图3和图4为重锤轨道、水平支撑杆和动滑轮的位置示意图。

所述水平支撑杆104为四根水平放置的钢梁，安装在支撑杆101的上端，为横梁106和重锤导轨105的安装提供固定作用。

所述重锤导轨105为两根钢制的导轨，竖向对称安装在水平支撑杆104和电机固定板103之间，重锤滑块304可以在重锤导轨105中上下滑动，重锤导轨105用于限制重锤301的运动方向。

所述横梁106为钢制梁，安装在两根水平支撑杆104之间，下表面装有定滑轮107，为重锤301提升时的受力梁。

所述定滑轮107为标准件，固定在横梁106的下表面，用于改变钢丝绳205的施力方向。

图5和图6为防护网和防护板的结构示意图。

所述防护网108为钢制的小孔钢丝网，安装在支架100的外围，用于试验过程中保护试验人员。

所述防护板109为钢制的硬质板，临时安装于重锤301的下端，防止在装置调试和安装过程中重锤301意外落下造成意外。

所述试样桶110为钢制圆桶，放置于底板102上，用于承装试样所需的土样。

图7为动力系统结构示意图，图8为动力系统位置示意图。

本实用新型的动力系统200包括三相电机201、减速箱202、卷线筒203、双轴离合器204、钢丝绳205和轴承206六部分构成。所述动力系统200为试验装置提供高速对冲的动力。

所述三相电机201和减速箱202为标准件，安装在电机固定板103上，给重锤301的提升提供动力。

所述卷线筒203为钢制圆筒，一端与双轴离合器204相连，另一端用轴承206固定在电机固定板103上，用于缠绕钢丝绳205来提升重锤301。所述卷线筒203表面有凹槽用于限制钢丝绳205的滑动，同时有一小孔洞，用于固定钢丝绳205的一端。

所述双轴离合器204为标准件，固定在电机固定板103上，一端与减速箱202相连，另一端与卷线筒203相连，用于控制减速箱202和卷线筒203的分离与闭合。当双轴离合器204断开时，左右两根轴可以自由转动，当双轴离合器204闭合时，左右两根轴通过电磁力连接在一起同时转动。

所述钢丝绳205为标准件，一端固定在卷线筒203的表面，另一端穿过定滑轮107与重锤301相连，用来传递三相电机201的动力。

所述轴承206为标准件，安装在电机固定板103上，与卷线筒203的一端相连，用于固定卷线筒203。

图9为冲击系统结构示意图。本实用新型的冲击系统300由重锤301、缓冲器302、缓冲钢303、重锤滑块304、缓冲钢滑块305、钢钎306、钢钎挡板307和钢钎限位孔308八个部分构成；冲击系统300是试验的实施系统。

图10为重锤和缓冲钢的结构示意图。

所述重锤301为一块钢制重物，安装于两个重锤导道105之间，重锤301两端安装有重锤滑块304，重锤滑块304卡在重锤导轨105的凹槽内，重锤301可沿重锤导轨105上下滑动，重锤301用于冲击钢钎306，为钢钎306提供能量。

所述缓冲器302为标准件，安装在电机固定板103上，上端安装缓冲钢303，所述缓冲器302用于降低重锤301下落冲击钢钎306后的速度，降低重锤301与缓冲钢303碰撞后的振动和噪音。

所述缓冲钢303为一钢制硬块，安装在缓冲器302上端，两边安装有缓冲钢滑块305，可以在重锤导轨105中上下滑动。缓冲钢303用于承接冲击钢钎306后的重锤301，降低重锤301的速度。

所述重锤滑块304为两个钢制的圆柱形硬块，安装在重锤301的两端，用于限制重锤301的前后偏移及扭转，使得重锤301能垂直冲击钢钎306。

所述缓冲钢滑块305为两个钢制的圆柱形硬块，安装在缓冲钢303的两端，用于限制缓冲钢303的前后偏移及扭转。

所述钢钎306为与试样土体对冲的元件，根据试验要求分为多种形状及大小。

图11为钢钎挡板的结构示意图。

所述钢钎挡板307为两块轻质的活动挡板，对称安装在所述缓冲钢下端，两块挡板中间有卡扣，能使两块挡板合在一起，钢钎306缓慢放置不会撞开卡扣，当重锤301冲击钢钎306后，钢钎306获得巨大能量，可以轻易撞开卡扣冲击试样土体。

所述钢钎限位孔308为缓冲钢303中心的一个圆孔，其内径略大于钢钎306直径，试验前钢钎306放置在钢钎限位孔308内，用于固定钢钎306的方向，使钢钎306垂直于缓冲钢303。

图12为控制系统结构示意图。本实用新型的控制系统400包括电机开关401、PLC控制器402、重锤释放开关403和限位开关404四个部分，用于整个试验设备的控制。

所述电机开关401为标准件，连接于PLC控制器402和三相电机201中间，用于控制三相电机201的工作与停止，也通过PLC控制器402控制电机开关401闭合与断开，也可以手动控制电机开关401的闭合与断开。

所述PLC控制器402为标准件，与电机开关401和限位开关404相连，用于接收限位开关404的信号来控制电机开关401的闭合与断开。

所述重锤释放开关403为双轴离合器204的开关标准件，一端连接双轴离合器204，一端连接电源，用于用于控制双轴离合器204的断开与闭合。

所述限位开关404为标准件，安装在重锤导轨105上，当重锤301上升到限位开关404的高度时触发限位开关404，PLC控制器402接收限位开关404的信号后断开电机开关401，三相电机201停止工作，重锤301停止上升。

图13为采集系统结构示意图。本实用新型的采集系统500由激光测速传感器501、激光反光纸502、土压力传感器503、土位移传感器504和采集板505构成，为整个试验提供数据采集。

图14为激光测速传感器和激光反光纸的位置示意图。

所述激光测速传感器501为标准件，安装在电机固定板103上，其激光束穿过缓冲钢303的小孔，通过贴在重锤301底面的激光反光纸502反射回激光测速传感器501，测出激光传感器501与重锤301的距离，通过两次较短时间距离的变化得到重锤301的速度。

所述激光反光纸502为标准件，贴在重锤301底面与激光测速传感器501对齐，用于反射激光测速传感器501发射的激光束，完成测速。

所述土压力传感器503和土位移传感器504均为标准件，埋置在试验土体中，用于测量钢钎306对冲过程中土体的变化和受力大小。

所述采集板505为标准件，与激光测速传感器501，土压力传感器503和土位移传感器504相连，用于采集传感器返回的数据。

下面参照图1至图14并结合上述区别技术特征的描述，对本实用新型的对冲式超高速路面侵切试验装置的具体工作流程进行简单介绍，具体工作流程如下：

(1)装置安装

第一步：安装支架100，将三相电机201，减速箱202，卷线筒203，双轴离合器204安装在电机固定板103上；

第二步：安装重锤导轨105，缓冲器302，缓冲钢303；

第三步：将重锤301安装在重锤导轨105之间；安装横梁106，定滑轮107；

第四步：将钢丝绳205穿过定滑轮107，一段固定在重锤301上，另一段固定在卷线筒203上。

(2)试验前准备

第一步：放置试样桶110，在试样桶110内装入试验所需的试样，并按试验要求埋设土压力传感器503和土位移传感器504；

第二步：将限位开关404安装在试验所需的高度，连接限位开关404，电机开关401和PLC控制器402；连接重锤释放开关403。

第三步：关闭重锤释放开关403，手动控制电机开关401，使重锤301抬高一小段距离，在重锤301下部安装防护板109，避免安装过程中重锤301意外脱落，造成意外。

第四步：在电机固定板105上安装激光测速传感器501，将激光束对准缓冲钢303的开孔处，在重锤301底面相对应的位置贴上激光反光纸502。

第五步：将激光测速传感器501，土压力传感器503，土位移传感器504和采集板505相连；将采集板505和PLC控制器402与电脑连接，按试验要求完成相应的设置。

第六步：在缓冲钢303的钢钎限位孔308下端安装钢钎挡板307，并检查钢钎挡板307是否灵活。

(3)试验步骤

第一步：检查装置的各个部分安装是否正确，线路连接是否正确。

第二步：将钢钎挡板307合璧，把试验所需的钢钎306放入钢钎限位孔308中。

第三步：卸下防护板109，在支架100外围安装防护网108。

第四步：打开激光测速传感器501，土压力传感器503，土位移传感器504和采集板505。

第五步：关闭重锤释放开关403，打开PLC控制器402，三相电机201开始工作，重锤301被拉高；当重锤301拉高到指定高度时触发限位开关404，限位开关404将信号传送给PLC控制器402，PLC控制器402断开电机开关401，三相电机201停止工作，重锤301停止上升。

第六步：打开重锤释放开关403，双轴离合器204断开约束，重锤301在重力作用下加速下落，冲击钢钎306，将钢钎306射入试验的土体中；土体中的土压力传感器503和土位移传感器504记录土体数据，激光测速传感器501记录下重锤301下落过程的速度。

第七步：关闭重锤释放开关403，取出试样桶110，试验完成。

以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，包括：

支架系统(100)，用于为整个试验装置提供支撑和防护作用；

动力系统(200)，安装在所述支架系统(100)上，用于为高速对冲提供动力；

冲击系统(300)，安装在所述支架系统(100)上并位于所述动力系统(200)上方，用于为高速对冲施加向下的力；

采集系统(500)，包括的采集板(505)位于所述支架系统(100)一侧，用于试验过程中试验数据的采集。

2.根据权利要求1所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，所述支架系统(100)包括从下至上依次设置的底板(102)、电机固定板(103)和水平支撑杆(104)，所述底板(102)、电机固定板(103)和水平支撑杆(104)上具有用于穿过支撑杆(101)的圆孔；

在所述底板(102)上端放置有试样桶(110)，两根重锤导轨(105)竖向对称安装在所述水平支撑杆(104)和电机固定板(103)之间，所述水平支撑杆(104)之间安装有横梁(106)；定滑轮(107)固定在所述横梁(106)的下表面，用于改变钢丝绳(205)的施力方向。

3.根据权利要求2所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，还包括防护网(108)，所述防护网(108)安装在支架系统(100)的外围，用于试验过程中保护试验人员。

4.根据权利要求2所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，还包括防护板(109)，所述防护板(109)临时安装于重锤(301)的下端，用于在装置调试和安装过程中防止重锤(301)意外落下。

5.根据权利要求1所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，所述动力系统(200)包括安装在电机固定板(103)上的三相电机(201)、减速箱(202)、卷线筒(203)、双轴离合器(204)、轴承(206)，以及一端固定在所述卷线筒(203)表面的钢丝绳(205)，

所述卷线筒(203)一端与双轴离合器(204)相连，另一端通过所述轴承(206)固定在所述电机固定板(103)上，用于缠绕钢丝绳(205)来提升重锤(301)；

所述双轴离合器(204)一端与所述减速箱(202)相连，另一端与所述卷线筒(203)相连，用于控制减速箱(202)和卷线筒(203)的分离与闭合；

所述钢丝绳(205)另一端穿过定滑轮(107)与重锤(301)相连，用于传递三相电机(201)的动力。

6.根据权利要求1所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，所述冲击系统(300)包括安装于两个重锤导道(105)之间的重锤(301)、安装在电机固定板(103)上的缓冲器(302)、安装在所述缓冲器(302)上端的缓冲钢(303)、安装在所述重锤(301)两端的重锤滑块(304)、安装在所述缓冲钢(303)两端的缓冲钢滑块(305)以及在所述重锤(301)作用下插入至试样土体内的钢钎(306)，

所述重锤滑块(304)卡在重锤导轨(105)的凹槽内，所述重锤(301)能沿重锤导轨(105)上下滑动，所述重锤(301)用于冲击钢钎(306)，为所述钢钎(306)提供能量；

所述缓冲钢(303)中心设置有一个钢钎限位孔(308)，用于固定钢钎(306)的方向，使钢钎(306)垂直于缓冲钢(303)。

7.根据权利要求6所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，还包括对称安装在所述缓冲钢(303)下端的两块钢钎挡板(307)，这两块钢钎挡板(307)中间设置有卡扣，用于使这两块钢钎挡板(307)合在一起。

8.根据权利要求1所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，所述采集系统(500)包括激光测速传感器(501)、激光反光纸(502)、土压力传感器(503)、土位移传感器(504)和采集板(505)，

所述激光测速传感器(501)安装在电机固定板(103)上，所述激光测速传感器(501)发射的激光束穿过缓冲钢(303)上设置的小孔；

所述激光反光纸(502)贴在重锤(301)底面与所述激光测速传感器(501)对齐，用于反射激光测速传感器(501)发射的激光束，完成测速；

所述土压力传感器(503)和土位移传感器(504)埋置在试验土体中，用于测量钢钎(306)对冲过程中土体的变化和受力大小；

所述采集板(505)与激光测速传感器(501)、土压力传感器(503)和土位移传感器(504)相连，用于采集传感器返回的数据。

9.根据权利要求1所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，还包括控制系统(400)，所述控制系统(400)包括电机开关(401)、PLC控制器(402)和重锤释放开关(403)，

所述电机开关(401)连接于PLC控制器(402)和三相电机(201)中间，用于控制三相电机(201)的工作与停止；

所述重锤释放开关(403)一端连接双轴离合器(204)，一端连接电源，用于控制双轴离合器(204)的断开与闭合。

10.根据权利要求9所述的对冲式超高速路面侵切试验装置，其特征在于，还包括限位开关(404)，所述限位开关(404)安装在重锤导轨(105)上，当重锤(301)上升到所述限位开关(404)的高度时触发限位开关(404)；

所述PLC控制器(402)与所述电机开关(401)和限位开关(404)相连，用于接收限位开关(404)的信号来控制电机开关(401)的闭合与断开。

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