專利名稱：用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于材料高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究領(lǐng)域，具體涉及一種高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，該裝置能夠保證裝置組裝的穩(wěn)定性以及裝置組裝和應(yīng)力波到達(dá)試件的同步性，并避免試件因離開熱源而迅速降溫。
背景技術(shù)：
利用霍普金森(Hopkinson)壓桿進(jìn)行材料高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究的方法之一就是實(shí)驗(yàn)前保持波導(dǎo)桿與試件處于分離狀態(tài)，加熱僅對(duì)試件進(jìn)行，然后在沖擊前完成試件和波導(dǎo)桿的裝配。這類方法由于加熱時(shí)桿與試件分離，降低了桿中的溫度梯度，但試件中容易形成溫度不均勻，并且桿與試件接觸時(shí)，試件的整體溫度將下降，故此類方法的關(guān)鍵是減小桿與試件的冷接觸時(shí)間。名稱為“A technique for measuring the dynamic behavior of materials athigh temperatures”的文章(Lennon，International Journal of Plasticity，Vol.14，No.12，pp.1279-1292，1998)公開了一種高溫壓桿實(shí)驗(yàn)中的自動(dòng)組裝系統(tǒng)，采用入射桿單向移動(dòng)完成組裝，使試件離開熱源，引起較大降溫，且實(shí)驗(yàn)中組裝不穩(wěn)定，成功率較低。名稱為“高溫SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)及其應(yīng)用”的文章(謝若譯，爆炸與沖擊，2005，Vol.25，第4期，PP.300～334)介紹的高溫壓桿實(shí)驗(yàn)中的自動(dòng)組裝系統(tǒng)中，采用雙向自動(dòng)組裝結(jié)構(gòu)，但支座推動(dòng)氣路受氣炮擊發(fā)氣路的影響，推動(dòng)氣路不穩(wěn)定，組裝過程因?qū)嶒?yàn)條件的不同而不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中高溫壓桿實(shí)驗(yàn)時(shí)試件因離開熱源而降溫較大，以及組裝不穩(wěn)定致使成功率較低的不足，本實(shí)用新型提供了一種用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置。該裝置能夠保證裝置組裝的穩(wěn)定性以及裝置組裝和應(yīng)力波到達(dá)試件的同步性，并避免試件因離開熱源而迅速降溫。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是設(shè)置一種用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，包括入射桿、透射桿、分別設(shè)置在入射桿和透射桿上的兩個(gè)推動(dòng)支座、加熱爐及氣路；試件設(shè)置在加熱爐中心，推動(dòng)支座由氣缸和活塞組成。氣路設(shè)置為雙氣路，推動(dòng)支座的推動(dòng)氣路與空氣炮擊發(fā)氣路的氣源設(shè)置為各自獨(dú)立的兩個(gè)氣源。雙氣路含有總氣源、分氣源、空氣炮擊發(fā)氣路、小型儲(chǔ)氣罐、總閥門、推動(dòng)氣路。氣路部分的連接關(guān)系是總氣源通過空氣炮擊發(fā)氣路與總閥門連接，分氣源通過設(shè)置的小型儲(chǔ)氣罐與總閥門連接，總閥門通過推動(dòng)氣路再分別與兩個(gè)推動(dòng)支座連接，分氣源與小型儲(chǔ)氣罐之間還設(shè)置有控制進(jìn)氣速度和氣壓的小流量閥門。總閥門內(nèi)設(shè)置有閥門氣路I和閥門氣路II，還設(shè)置有可同時(shí)控制雙氣路的關(guān)閉或開啟的閥門手柄。閥門氣路I與閥門氣路II可以相互平行設(shè)置，也可交叉設(shè)置，但互不貫通。兩個(gè)推動(dòng)支座中的氣缸底部分別設(shè)置有環(huán)形凹槽或密封圈。兩個(gè)推動(dòng)支座中的氣缸活塞的行程之和大于入射桿和透射桿內(nèi)端面之間的距離。
本實(shí)用新型中的雙氣源，也可以從總氣源中引出一條分氣源，這樣，推動(dòng)氣路與空氣炮擊發(fā)氣路仍是兩條獨(dú)立氣路。
在入射桿和透射桿上各設(shè)置一個(gè)推動(dòng)支座，當(dāng)試件溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，推動(dòng)兩桿向中間移動(dòng)，完成裝置的組裝，保持試件處于有效加熱范圍之內(nèi)。
將推動(dòng)支座的推動(dòng)氣路與空氣炮擊發(fā)氣路分離，不再使用氣炮尾氣，設(shè)置獨(dú)立氣源或從總氣源上引出一條支路，以分氣源作為推動(dòng)支座的動(dòng)力，使推動(dòng)氣源和氣炮擊發(fā)既能聯(lián)動(dòng)，又互不影響，以避免因?qū)嶒?yàn)條件的不同造成推動(dòng)氣壓變化而引起的組裝過程不穩(wěn)定。
前后推動(dòng)支座采用相同結(jié)構(gòu)，氣缸底部設(shè)置一環(huán)形凹槽，或設(shè)置密封圈，以保證活塞均勻受力。兩推動(dòng)支座活塞行程之和需大于兩桿內(nèi)端面之間的距離，以使當(dāng)兩桿與試件完全接觸以后，支座氣缸中依然保持對(duì)活塞的壓力，也即保證波導(dǎo)桿不因裝配振蕩而從試件端面彈開。
為不使波導(dǎo)桿對(duì)試件產(chǎn)生過大壓力，需對(duì)推動(dòng)支座中氣壓進(jìn)行控制，在支座與氣源之間設(shè)置一小型儲(chǔ)氣罐，并在氣罐上安裝氣壓表，用于監(jiān)視推動(dòng)氣壓。小型儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣閥采用小流量閥門，以控制氣體注入儲(chǔ)氣罐的速度，便于控制儲(chǔ)氣罐氣壓。
小型儲(chǔ)氣罐的出氣閥(即推動(dòng)支座的充氣閥)與空氣炮的擊發(fā)閥均為快開閥，采用一個(gè)總閥門，在開炮的同時(shí)打開推動(dòng)支座的充氣閥。當(dāng)彈丸相同時(shí)，因?yàn)椴煌臍馀跉鈮合聫椡璧娘w行時(shí)間不同，不同的推動(dòng)氣壓下支座的動(dòng)作時(shí)間也不相同，故在正式實(shí)驗(yàn)前，需對(duì)氣炮氣壓和推動(dòng)氣壓進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，繪制對(duì)照表，以得到最佳配比，使裝置既能完成自動(dòng)組裝，又能保證最短冷接觸時(shí)間。
本實(shí)用新型的有益效果是，在采用實(shí)驗(yàn)前僅對(duì)試件加熱的方式進(jìn)行高溫Hopkinson壓桿實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠保證裝置組裝的穩(wěn)定性，提高組裝成功率，并保證裝置組裝和應(yīng)力波到達(dá)試件的同步性，減小桿與試件的冷接觸時(shí)間，減輕試件中的溫度不均勻，減少試件的整體溫度下降。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)前僅對(duì)試件加熱時(shí)導(dǎo)桿、試件相對(duì)位置結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型的用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置的實(shí)施例1總體結(jié)構(gòu)示意圖，推動(dòng)支座的推動(dòng)氣源設(shè)置為獨(dú)立氣源。
圖3為本實(shí)用新型的用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置的實(shí)施例2的總體結(jié)構(gòu)示意圖，推動(dòng)支座的推動(dòng)氣源為從總氣源上引出的一條支路。
圖4為用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置的實(shí)施例1和實(shí)施例2的總閥門結(jié)構(gòu)示意圖圖5為用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置的實(shí)施例1推動(dòng)支座的剖視圖圖6為用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置的實(shí)施例2推動(dòng)支座的剖視圖圖中1.入射桿2.透射桿推動(dòng)支座(3、23、33、43) 普通支座(4、24)5.試件6.加熱爐7.總氣源8.空氣炮9.小型儲(chǔ)氣罐10.總閥門11.推動(dòng)氣路分氣源(12、27)13.小流量閥門14.氣壓表15.擊發(fā)氣路16.閥門氣路I17.閥門氣路II18.閥門手柄 進(jìn)氣孔(19、29)20.環(huán)形凹槽活塞(21、31)22.密封圈氣缸(25、35)具體實(shí)施方式
圖1是實(shí)驗(yàn)前僅對(duì)試件5加熱時(shí)導(dǎo)桿1、透射桿2和試件5的相對(duì)位置關(guān)系圖。圖中入射桿1由一個(gè)普通支座4和一個(gè)推動(dòng)支座3支撐，同樣透射桿2也由一個(gè)普通支座24和一個(gè)推動(dòng)支座23支撐。對(duì)試件5加熱時(shí)，入射桿1和透射桿2均處于加熱爐6之外，不會(huì)被同時(shí)加熱。當(dāng)試件溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，推動(dòng)支座(3、23)在氣缸內(nèi)活塞的作用下，推動(dòng)入射桿1和透射桿2向試件5運(yùn)動(dòng)，完成裝置的組裝，而試件5則仍處于加熱爐6的有效加熱范圍之內(nèi)，避免試件因離開熱源而迅速降溫。
實(shí)施例1圖2、圖4、圖5中，用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，包括入射桿1、透射桿2、分別設(shè)置在入射桿1和透射桿2上的推動(dòng)支座(3、23)、加熱爐6及氣路；試件設(shè)置于加熱爐6中心，推動(dòng)支座(3、23)分別由氣缸和活塞組成。氣路設(shè)置為雙氣路，推動(dòng)支座的推動(dòng)氣路11和空氣炮的擊發(fā)氣路15設(shè)置為各自獨(dú)立的氣源氣路；雙氣路含有總氣源7、獨(dú)立的分氣源12、空氣炮的擊發(fā)氣路15、小型儲(chǔ)氣罐9、總閥門10、推動(dòng)氣路11；氣路部分的連接關(guān)系是總氣源7通過空氣炮的擊發(fā)氣路15與總閥門10連接，分氣源12通過設(shè)置的小型儲(chǔ)氣罐9與總閥門10連接，總閥門10通過推動(dòng)氣路11分別與推動(dòng)支座(3、23)連接，分氣源12與小型儲(chǔ)氣罐9之間還設(shè)置有可控制進(jìn)氣速度和氣壓的小流量閥門13；總閥門10內(nèi)設(shè)置有互不貫通的雙氣路通道，即閥門氣路I 16與閥門氣路II 17，還設(shè)置有同時(shí)控制雙氣路的關(guān)閉或開啟的閥門手柄18，在入射桿1上的推動(dòng)支座3內(nèi)設(shè)置有進(jìn)氣孔19，在氣缸底部設(shè)置有環(huán)形凹槽20，在透射桿2的推動(dòng)支座23內(nèi)也設(shè)置有進(jìn)氣孔，在氣缸底部也設(shè)置有環(huán)形凹槽。閥門氣路I 16控制分氣源12的推動(dòng)氣路11，閥門氣路II 17控制空氣炮的擊發(fā)氣路15。推動(dòng)支座3中和推動(dòng)支座23中的氣缸活塞的行程之和大于入射桿1和透射桿2內(nèi)端面之間的距離。
圖2中，推動(dòng)支座(3、23)采用小型儲(chǔ)氣罐9作推動(dòng)氣源，與空氣炮8的空氣炮的擊發(fā)氣路15徹底分離。空氣炮8的擊發(fā)閥門與推動(dòng)支座(3、23)的充氣閥門采用同一個(gè)快開閥門即總閥門10，當(dāng)總閥門10動(dòng)作時(shí)，空氣炮8的空氣炮的擊發(fā)氣路15和推動(dòng)支座(3、23)的充氣氣路11同時(shí)打開或關(guān)閉，但兩氣路在閥門內(nèi)并不交叉，故空氣炮8內(nèi)的氣壓大小不會(huì)影響到推動(dòng)支座3的充氣氣路11中的氣壓，也就不會(huì)對(duì)推動(dòng)支座(3、23)的動(dòng)作速度產(chǎn)生影響，這樣就使推動(dòng)支座(3、23)和空氣炮8的擊發(fā)既能聯(lián)動(dòng)，又互不影響，避免組裝過程因?qū)嶒?yàn)條件的不同而不穩(wěn)定。
為保證推動(dòng)支座(3、23)的充氣氣路11與空氣炮8的擊發(fā)氣路15不發(fā)生交叉，在總閥門10內(nèi)，閥門氣路16I與閥門氣路II 17互不貫通，并由同一閥門手柄18控制，當(dāng)旋動(dòng)閥門手柄18時(shí)，閥門氣路16I與閥門氣路17II同時(shí)關(guān)閉或開啟。這樣兩氣路既能聯(lián)動(dòng)，又互不影響。
在組裝過程中，為不使入射桿1和透射桿2對(duì)試件5產(chǎn)生過大壓力，在總閥門10與分氣源12之間設(shè)置一小型儲(chǔ)氣罐9，用作推動(dòng)支座(3、23)的氣壓源。在小型儲(chǔ)氣罐9上安裝壓力表14，監(jiān)視氣罐中的氣壓。小型儲(chǔ)氣罐9的進(jìn)氣閥13采用小流量閥門，以控制氣體注入小型儲(chǔ)氣罐9的速度，便于控制其氣壓。
推動(dòng)支座3由氣缸25和活塞21組成，在氣缸底部設(shè)置一環(huán)形凹槽20，使氣體可沿環(huán)向迅速充滿整個(gè)空間，以保證初始充氣時(shí)活塞21受力均勻。推動(dòng)支座23與推動(dòng)支座3的結(jié)構(gòu)相同。在組裝過程中，入射桿1、透射桿2與試件5發(fā)生碰撞將產(chǎn)生裝配振蕩，為保證入射桿1和透射桿2不因振蕩而與試件5脫離接觸，兩推動(dòng)支座活塞行程之和應(yīng)大于兩桿內(nèi)端面之間的距離，以使當(dāng)兩桿與試件完全接觸后，支座氣缸中依然保持對(duì)活塞的壓力。
本實(shí)用新型的用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置的整個(gè)工作流程是，首先關(guān)閉總閥門10，并使入射桿1和透射桿2與試件5處于如圖1所示的相對(duì)位置，對(duì)試件5單獨(dú)進(jìn)行加熱。當(dāng)試件5溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，將氣源7中的壓縮氣體注入空氣炮8，同時(shí)開小流量啟閥門13，給小型儲(chǔ)氣罐9充氣。當(dāng)空氣炮8與小型儲(chǔ)氣罐9中的氣壓達(dá)到要求時(shí)，開啟總閥門10，小型儲(chǔ)氣罐9中的壓縮氣體分別進(jìn)入推動(dòng)支座(3、23)的氣缸中，推動(dòng)入射桿1和透射桿2向中間移動(dòng)，與試件5完全接觸，完成自動(dòng)組裝，同時(shí)氣炮擊發(fā)，彈丸飛出撞擊入射桿1，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例2在圖3、圖4、圖6中，用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，包括入射桿1、透射桿2、分別設(shè)置在入射桿1和透射桿2上的推動(dòng)支座(33、43)、加熱爐(6)及氣路；試件設(shè)置于加熱爐6中心，推動(dòng)支座33由氣缸35和活塞31組成，推動(dòng)支座43與推動(dòng)支座33結(jié)構(gòu)相同。氣路設(shè)置為雙氣路，推動(dòng)支座的推動(dòng)氣路與空氣炮擊發(fā)氣路設(shè)置為各自獨(dú)立的氣源氣路；雙氣路含有總氣源7、由總氣源7中引出的分氣源27、空氣炮的擊發(fā)氣路15、小型儲(chǔ)氣罐9、總閥門10、推動(dòng)氣路11；氣路部分的連接關(guān)系是總氣源7通過擊發(fā)氣路15與總閥門10連接；分氣源27通過設(shè)置的小型儲(chǔ)氣罐9與總閥門10連接，總閥門10通過推動(dòng)氣路11分別與推動(dòng)支座(33、43)連接，分氣源27與小型儲(chǔ)氣罐9之間還設(shè)置有可控制進(jìn)氣速度和氣壓的小流量閥門13；總閥門10內(nèi)設(shè)置有互不貫通的雙氣路通道，還設(shè)置有同時(shí)控制雙氣路的關(guān)閉或開啟的閥門手柄18；推動(dòng)支座33內(nèi)設(shè)置有進(jìn)氣孔29，在氣缸底部設(shè)置有密封圈22，推動(dòng)支座43內(nèi)也設(shè)置有進(jìn)氣孔，在氣缸底部也設(shè)置有密封圈。推動(dòng)支座33和推動(dòng)支座43中的氣缸活塞的行程之和大于入射桿1和透射桿2內(nèi)端面之間的距離。
圖3中，推動(dòng)支座(33、43)的氣源不設(shè)置單獨(dú)的氣源，而是從總氣源7上另辟一條分氣源27，以分氣源27作為推動(dòng)氣源，因推動(dòng)支座(33、43)的充氣氣路11與空氣炮8的擊發(fā)氣路15并不交叉，故兩者同樣既能聯(lián)動(dòng)，又互不影響。
本實(shí)施例的工作流程同實(shí)施例1。
當(dāng)彈丸相同時(shí)，因?yàn)椴煌臍馀跉鈮合聫椡璧娘w行時(shí)間不同，不同的推動(dòng)氣壓下支座的動(dòng)作時(shí)間也不相同，故在正式實(shí)驗(yàn)前，需對(duì)氣炮氣壓和推動(dòng)氣壓進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，繪制對(duì)照表，以得到最佳配比，使裝置既能完成自動(dòng)組裝，又能保證最短冷接觸時(shí)間。
權(quán)利要求1.一種用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，包括入射桿(1)、透射桿(2)、分別設(shè)置在入射桿(1)和透射桿(2)上的推動(dòng)支座(3、23)、加熱爐(6)及氣路；推動(dòng)支座(3、23)分別由氣缸和活塞組成；其特征在于氣路設(shè)置為雙氣路，推動(dòng)支座的推動(dòng)氣路與空氣炮擊發(fā)氣路設(shè)置為各自獨(dú)立的氣源氣路；雙氣路含有總氣源(7)、分氣源、空氣炮的擊發(fā)氣路(15)、小型儲(chǔ)氣罐(9)、總閥門(10)、推動(dòng)氣路(11)；其連接關(guān)系是，總氣源(7)通過空氣炮的擊發(fā)氣路(15)與總閥門(10)連接，獨(dú)立的分氣源通過設(shè)置的小型儲(chǔ)氣罐(9)與總閥門(10)連接，總閥門(10)通過推動(dòng)氣路(11)分別與推動(dòng)支座(3、23)連接，分氣源與小型儲(chǔ)氣罐(9)之間還設(shè)置有控制進(jìn)氣速度和氣壓的小流量閥門(13)；總閥門(10)內(nèi)設(shè)置有雙氣路通道，還設(shè)置有控制雙氣路的關(guān)閉或開啟的閥門手柄(18)；推動(dòng)支座(3、23)的氣缸底部設(shè)置有環(huán)形凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，其特征在于所述的總閥門(10)內(nèi)設(shè)置的雙向氣路為閥門氣路I和閥門氣路II，閥門氣路I與閥門氣路II互不貫通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，其特征在于所述的推動(dòng)支座氣缸底部設(shè)置的環(huán)形凹槽采用密封圈代替。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于高溫霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)的雙向雙氣路自動(dòng)組裝裝置，屬于材料高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究領(lǐng)域。本實(shí)用新型的裝置在入射桿和透射桿上各設(shè)置一個(gè)氣動(dòng)推動(dòng)支座，組裝時(shí)推動(dòng)兩桿向試件方向移動(dòng)，形成雙向組裝，保持試件處于有效加熱范圍之內(nèi)。推動(dòng)支座的推動(dòng)氣路與空氣炮擊發(fā)氣路分離設(shè)置，并設(shè)置氣路總閥門統(tǒng)一控制推動(dòng)氣路與空氣炮擊發(fā)氣路的開關(guān)，使推動(dòng)支座與空氣炮擊發(fā)既能聯(lián)動(dòng)，又互不影響。設(shè)置小型儲(chǔ)氣罐作為推動(dòng)氣源，通過控制其氣壓來(lái)控制推動(dòng)支座的推動(dòng)速度。該裝置能夠保證裝置組裝的穩(wěn)定性，提高組裝成功率，保證裝置組裝和應(yīng)力波到達(dá)試件的同步性，并避免試件因離開熱源而迅速降溫。
文檔編號(hào)G01N3/30GK2909236SQ200620034468
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者謝若澤, 張方舉, 田常津, 李思忠, 王薇, 何鵬, 吳慶海, 徐艾民 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所