專利名稱：氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沖擊試驗機，尤其涉及一種氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機。
背景技術(shù)：
經(jīng)典沖擊波形的模擬大多采用自由跌落式?jīng)_擊試驗機實現(xiàn)，但是航天器上各種火 工裝置引起的爆炸沖擊、火箭或炮彈的發(fā)射對彈上設(shè)備造成的沖擊等，是一種復雜振蕩的 沖擊波形，如果仍用經(jīng)典的沖擊波形來進行地面模擬試驗明顯不能符合實際需要。國內(nèi)外 普遍采用等效損傷的原則模擬復雜振蕩型沖擊波形，即，以沖擊響應(yīng)譜作為模擬沖擊環(huán)境 的標準?，F(xiàn)有的沖擊響應(yīng)譜的試驗的方法主要有以下三類(1)火工品爆炸方式；(2)機 械模擬方法C3)振動臺模擬?；鸸て繁ǚ绞侥M試驗技術(shù)具有模擬精確，加速度和頻率 范圍高，但試驗費用大，安全性差，加載量級離散性大；振動臺模擬方式設(shè)備規(guī)范，模擬成本 低，可控性高，但該方式試驗量級低。目前中小量級爆炸沖擊的響應(yīng)譜模擬方法主要以機械模擬方法為主，擺錘式?jīng)_擊 響應(yīng)譜試驗機是機械模擬方法中應(yīng)用最廣泛的一種。擺錘式響應(yīng)譜試驗機主要由諧振板、 擺錘、擺錘提升裝置、底座組成。試驗機提升裝置一般使用減速電機，電機輸出軸和擺錘中 間安裝電磁離合器，當電機帶動擺錘轉(zhuǎn)動到設(shè)定擺角后，電機停止，釋放電磁離合器，擺錘 自由下落，撞擊安裝在底座上的諧振板，產(chǎn)生振蕩沖擊波形。試驗機通過調(diào)整擺錘的重量和 提升的高度，來實現(xiàn)不同的沖擊過載；諧振板和擺錘之間可以安裝不同剛度的墊子，以調(diào)節(jié) 沖擊波形的脈沖寬度，從而調(diào)整響應(yīng)譜的拐點頻率；調(diào)整諧振板后部和底座之間的支撐剛 度，可以調(diào)整響應(yīng)譜的上升斜率。擺錘式響應(yīng)譜試驗機其負載能力可達到200kg，拐點頻率 100 1500Hz，最大沖擊響應(yīng)譜峰值35000m/s2(阻尼比5%, Q = 10) 擺錘式響應(yīng)譜試驗機技術(shù)比較成熟，是目前主要的一種沖擊響應(yīng)譜試驗方式。但 是，擺錘式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機有以下缺點(1)擺錘自由落體產(chǎn)生激勵能量有限，如果需要較大的沖擊能量，需要增大擺錘的 質(zhì)量和擺錘的半徑，不僅減速電機和離合器功率消耗大，并且占用較大的空間位置，需要特 別的安全防護；(2)采用電磁離合器吸合擺錘軸來防止擺錘二次反彈，離合器承受沖擊載荷，容易 損壞和磨損；(3)由于減速電機和離合器均安裝在很高的位置，安裝和維修非常不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、行程短、 激勵能量大、安裝和維修方便，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，包括底座和安裝在底座上的氣壓驅(qū)動錘頭裝置、諧振板支撐裝置和功能機構(gòu)，所述功能機構(gòu)包括剎車機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)和回位機構(gòu)；其特征在 于所述氣壓驅(qū)動錘頭裝置包括錘頭、兩條導軌和內(nèi)缸，內(nèi)缸一端插入錘頭一端的開 孔中，并與錘頭滑動密封，錘頭兩邊的凹槽卡設(shè)在對稱設(shè)置的兩條導軌中，導軌沿軸向固定 在底座上，內(nèi)缸端蓋處的螺釘軸與關(guān)節(jié)軸承連接，關(guān)節(jié)軸承和內(nèi)缸連接塊的耳片通過螺釘 軸銷接，且內(nèi)缸連接塊底面通過推力氣缸連接座固定在底座上；所述諧振板支撐裝置包括諧振板、四個以上限位卡塊、兩根滾動圓棒和緩沖座，諧 振板兩側(cè)的V型槽卡在對稱設(shè)置的四個以上限位卡塊中，諧振板由固定在圓棒安裝座上的 滾動圓棒支撐，限位卡塊和圓棒安裝座固定在底座上。進一步的講，所述錘頭開孔的一端內(nèi)壓配銅套，且錘頭一端的外端面上沿周向固 定連接外缸封頭，設(shè)置于外缸封頭上的槽中設(shè)有徑向密封圈和端面密封圈，徑向密封圈和 內(nèi)缸滑動密封，端面密封圈通過外缸封頭壓緊錘頭的外端面。所述諧振板靠近錘頭的一端連接波形發(fā)生器，另一端通過可調(diào)緩沖器水平固定在 緩沖座上，緩沖座固定在底座上所述導軌上端靠內(nèi)一邊為斜面，錘頭兩邊的凹槽卡在導軌中，并與導軌呈間隙配
I=I O所述錘頭兩邊凹槽中的斜面部分粘貼導軌貼。所述鎖緊機構(gòu)包括鎖緊氣缸、鎖緊舌和鎖緊舌套，鎖緊舌套安裝在底座的兩側(cè)，鎖 緊氣缸的活塞桿連接鎖緊舌，鎖緊舌設(shè)置于鎖緊舌套中。所述剎車機構(gòu)包括剎車氣缸、剎車軸、剎車制動塊和剎車軸套，剎車軸套安裝在底 座的兩側(cè)，剎車氣缸的活塞桿連接剎車軸的一端，剎車軸的另一端固定有剎車制動塊。所述錘頭的下面安裝剎車框架，剎車框架兩邊側(cè)板上安裝鎖緊塊，剎車框架后端 中心位置安裝回位頂塊。所述回位機構(gòu)采用回位氣缸，回位氣缸水平安裝在回位氣缸座上，回位氣缸座固 定在底座的底部。所述錘頭為鑄鋁件。所述內(nèi)缸5外徑Φ 100 Φ200mm，錘頭10運動行程為300 500mm，充氣壓力 0. 1 0. 6MPa。所述鎖緊氣缸公稱直徑Φ125 Φ160πιπι，推力行程50mm，充氣壓力0. 2 0. 6MPa ；所述剎車氣缸公稱直徑Φ125 Φ160πιπι，推力行程50mm，充氣壓力0. 2 0. 6MPa ；所述回位氣缸公稱直徑Φ 100 Φ 120mm,推力行程600 800mm，充氣壓力0. 1 0. 6MPa ；本發(fā)明工作時，將試驗品固定在諧振板上，回位氣缸充氣，回位活塞桿伸出頂在回 位頂塊上，推動激勵臺面回位到鎖緊位置。鎖緊氣缸充氣，鎖緊氣缸活塞桿推動鎖緊舌頂緊 鎖緊塊，鎖緊錘頭后，內(nèi)缸充氣到設(shè)定壓力后，鎖緊機構(gòu)釋放，錘頭加速運動，撞擊到諧振板 前面的波形發(fā)生器上，在諧振板上產(chǎn)生沖擊波形，傳遞到試驗品上。同時錘頭回彈，剎車氣 缸充氣，剎車氣缸活塞桿伸出，通過剎車制動塊壓緊剎車框件側(cè)面制動錘頭。通過改變充氣壓力的大小，錘頭的質(zhì)量，可以獲得不同的激勵能量；調(diào)整波形發(fā)生器的剛度，可以調(diào)整沖 擊的脈沖寬度，得到不同的響應(yīng)譜拐點頻率；調(diào)整可調(diào)緩沖器的剛度，可以調(diào)整響應(yīng)譜低頻 段的上升斜率，以滿足不同響應(yīng)譜試驗規(guī)范要求。由于上述技術(shù)方案的使用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(1)錘頭裝置、鎖緊機構(gòu)、剎車機構(gòu)和回位機構(gòu)中的氣缸均采用小于0. 6MPa低壓 空氣為動力，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，環(huán)保無污染；(2)采用膨脹氣缸為動力，在錘頭加速運動過程中，推力損失小，達到所需的沖擊 末速度，只需較短行程，設(shè)備占地面積小；(3)可以增大內(nèi)缸直徑或者采用雙內(nèi)缸方式來增加激勵能量，進行大負載和大過 載的沖擊響應(yīng)譜試驗；(4)錘頭上可以安裝配重，很方便增加錘頭的質(zhì)量，滿足大范圍響應(yīng)譜試驗要求；(5)通過精確調(diào)節(jié)充氣壓力控制錘頭的沖擊末速度，沖擊的重復性好。


圖1為本發(fā)明一較佳實施例中氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機的氣壓驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明一較佳實施例中氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機的主視圖；圖3為本發(fā)明一較佳實施例中氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機的左視圖；圖4為本發(fā)明一較佳實施例中氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機的諧振板支撐結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明一較佳實施例中氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機的回位機構(gòu)安裝示意圖；以上各圖中所示附圖標記及其指示的部件分別為1推力氣缸連接座；2內(nèi)缸連接 塊；3螺釘軸；4關(guān)節(jié)軸承；5內(nèi)缸；6徑向密封圈；7氣缸封頭；8端面密封圈、9銅套；10錘 頭；11底座；12導軌；13剎車氣缸；14鎖緊氣缸；15波形發(fā)生器；16諧振板；17限位卡塊； 18可調(diào)緩沖器；19緩沖座；20鎖緊舌；21鎖緊舌套；22鎖緊塊；23剎車框架剎車制動 塊；25剎車軸套J6剎車軸；27圓棒安裝座；觀滾動圓棒；29回位頂塊；30回位氣缸座；31 回位氣缸。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及一較佳實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細說明。本實施例的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機最大負載200kg，諧振板尺寸(長X寬X 高)600mm X 500mm X 40mm，重量135kg。錘頭尺寸(長X寬)800mm X 500mm，采用鍛鋁錘頭， 重量200kg，錘頭內(nèi)腔體直徑160mm，最大運動行程350mm?？梢赃_到的主要技術(shù)指標為1)拐點頻率100 1500Hz可調(diào)；2)最大沖擊響應(yīng)譜峰值35000m/s2。對于負載質(zhì)量要求較小的試驗機，可以減小錘頭質(zhì)量和減小錘頭內(nèi)腔體直徑。如 果需要更大的激勵力和激勵質(zhì)量，可以選用鋼臺面以增加錘頭質(zhì)量、同時加大錘頭內(nèi)腔體 直徑或者采用雙氣缸結(jié)構(gòu)。本實施例的壓縮空氣由同一臺空氣壓縮機提供，額定壓力0. 7MPa。鎖緊氣缸直徑 125mm,氣缸行程50mm，鎖緊壓力不大于0. 3MPa。剎車氣缸直徑125mm，氣缸行程50mm，剎車 壓力根據(jù)驅(qū)動壓力大小其調(diào)節(jié)范圍在0. 3 0. 6MPa?；匚粴飧字睆?00mm，氣缸行程600mm，回位氣缸充氣壓力0. 2 0. 3MPa。參閱圖1-5，本實施例的部件及其連接關(guān)系為錘頭10兩邊的凹槽卡在兩側(cè)的導軌12中，導軌12沿軸向用螺釘固定在底座11 上；內(nèi)缸5端蓋處的螺釘軸和關(guān)節(jié)軸承4螺紋連接，關(guān)節(jié)軸承4的插銷孔和內(nèi)缸連接塊2耳 片孔中插入螺釘軸3，內(nèi)缸連接塊2的底面用螺釘連接在推力氣缸連接座1上，推力氣缸連 接座1用螺釘固定在底座11上；錘頭10開孔一端壓配銅套9，外缸封頭7周向用螺釘固定 在錘頭10的外端面上，徑向密封圈6和端面密封圈8放在在外缸封頭7的槽中；徑向密封 圈6和內(nèi)缸5滑動密封，端面密封圈8通過外缸封頭7的安裝螺釘壓緊錘頭10的外端面。諧振板16兩側(cè)V型槽卡在限位卡塊17中，下面由兩條滾動圓棒28支撐，滾動圓 棒觀用螺釘固定在兩個圓棒安裝座27上，四個限位卡快17和圓棒安裝座用螺釘固定在底 座11上；諧振板15前端粘貼波形發(fā)生器15，后端頂在可調(diào)緩沖器18上，可調(diào)緩沖器18用 螺釘水平固定在緩沖座19上，緩沖座19兩邊凸緣用螺釘固定在底座11上。在底座11的兩側(cè)安裝鎖緊舌套21，鎖緊舌套21用螺釘固定在底座11上，鎖緊氣 缸14安裝在鎖緊舌套21外部，鎖緊氣缸14活塞桿螺紋和鎖緊舌20連接。在底座11的兩側(cè)安裝剎車軸套25，剎車軸套25用螺釘固定在底座11上，剎車氣 缸13安裝在剎車軸套25外部，剎車氣缸13活塞桿螺紋和剎車軸沈連接，剎車制動塊M 用螺釘上在剎車軸沈外端面上。底座11的底部用螺釘固定回位氣缸座30，回位氣缸31用螺釘水平安裝在回位氣 缸座30的外面。工作時，兩個鎖緊氣缸14充氣，鎖緊舌20伸出，壓住鎖緊塊22，鎖緊錘頭10。然 后內(nèi)缸5開始充氣，調(diào)節(jié)氣缸中的壓力為設(shè)定值后，鎖緊氣缸14放氣，鎖緊舌20在錘頭10 的推力下自動釋放，錘頭10在氣壓的作用下在導軌12上加速運動一定行程后，撞擊諧振板 16上的波形發(fā)生器15，產(chǎn)生相應(yīng)的沖擊波形，同時控制快速放氣閥釋放內(nèi)缸5內(nèi)氣體，并控 制剎車氣缸13充氣，剎車軸沈伸出，帶動剎車制動塊M夾緊剎車框架23，防止二次反彈。 沖擊完成后回位氣缸31充氣，回位氣缸31活塞桿伸出，推動剎車框架23上安裝的回位頂 塊四，使錘頭10回到起始位置。本實施例中，導軌12上端靠內(nèi)一邊為斜面，采用斜面導軌，容易調(diào)整錘頭卡槽和 導軌側(cè)面配合間隙，盡量減小左右的配合間隙，保證在沖擊過程中橫向運動小。本實施例中，錘頭10和導軌12配合的部分粘有導軌貼，一方面避免鋁在鋼導軌 上磨損，增加機器的使用壽命；另一方面減小了摩擦力，使工作臺運動更加靈活。本實施例中，內(nèi)缸5為固定部件，其通過關(guān)節(jié)軸承、螺釘軸、內(nèi)缸連接塊、推力氣缸 連接座，最終和底座連接。中間安裝關(guān)節(jié)軸承可以補償錘頭在一定范圍內(nèi)的晃動，保護氣缸 不易損壞。本實施例中，錘頭10腔體前部分壓配一段銅套9，內(nèi)缸5在銅套9上滑動配合，一 方面降低對整過外缸內(nèi)壁的加工精度要求，并減小內(nèi)外缸的滑動摩擦力。本實施例中，內(nèi)缸5的充氣壓力可以在0. 1 0. 6MPa之間調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)錘頭10 的沖擊初始速度。本實施例中，波形發(fā)生器15用直徑Φ120πιπι，厚度5mm毛粘制作，為了得到不同的 沖擊脈沖寬度，可以粘貼多層毛粘。如果要求沖擊脈沖寬度更小，以可用同樣直徑的牛皮
本實施例中，可調(diào)緩沖器18用用直徑Φ 160mm，厚度5mm毛粘制作，調(diào)整響應(yīng)譜斜 率時，可以疊放多層毛粘。如果需要剛度更小，可以采用相同直徑的橡膠板。本發(fā)明氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機結(jié)構(gòu)簡單緊湊、行程短、激勵能量大、安裝和維修 方便，且安全環(huán)保。上述較佳實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù) 的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本 發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，包括底座和安裝在底座上的氣壓驅(qū)動錘頭裝置、諧 振板支撐裝置和功能機構(gòu)，所述功能機構(gòu)包括剎車機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)和回位機構(gòu)；其特征在 于所述氣壓驅(qū)動錘頭裝置包括錘頭(10)、兩條導軌(12)和內(nèi)缸(5)，內(nèi)缸(5) —端插入 錘頭(10) —端的開孔中，并與錘頭(10)滑動密封，錘頭(10)兩邊的凹槽卡設(shè)在對稱設(shè)置 的兩條導軌(12)中，導軌(12)沿軸向固定在底座(11)上，內(nèi)缸(5)端蓋處的螺釘軸與關(guān) 節(jié)軸承(4)連接，關(guān)節(jié)軸承(4)和內(nèi)缸連接塊(2)的耳片通過螺釘軸(3)銷接，且內(nèi)缸連接 塊(2)底面通過推力氣缸連接座(1)固定在底座(11)上；所述諧振板支撐裝置包括諧振板(16)、四個以上限位卡塊(17)、兩根滾動圓棒(28)和 緩沖座(19)，諧振板(16)兩側(cè)的V型槽卡在對稱設(shè)置的四個以上限位卡塊(17)中，諧振 板(16)由固定在圓棒安裝座(27)上的滾動圓棒(28)支撐，限位卡塊(17)和圓棒安裝座 (27)固定在底座(11)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述錘頭(10)開孔 的一端內(nèi)壓配銅套(9)，且錘頭(10) —端的外端面上沿周向固定連接外缸封頭(7)，設(shè)置于 外缸封頭⑵上的槽中設(shè)有徑向密封圈(6)和端面密封圈(8)，徑向密封圈(6)和內(nèi)缸(5) 滑動密封，端面密封圈(8)通過外缸封頭(7)壓緊錘頭(10)的外端面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述諧振板(16)靠 近錘頭(10)的一端連接波形發(fā)生器(15)，另一端通過可調(diào)緩沖器(18)水平固定在緩沖座 (19)上，緩沖座(19)固定在底座(11)上
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述導軌(12)上端 靠內(nèi)一邊為斜面，錘頭(10)兩邊的凹槽卡在導軌(12)中，并與導軌(12)呈間隙配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述錘頭(10) 兩邊凹槽中的斜面部分粘貼導軌貼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述鎖緊機構(gòu)包括 鎖緊氣缸(14)、鎖緊舌(20)和鎖緊舌套(21)，鎖緊舌套(21)安裝在底座(11)的兩側(cè)，鎖 緊氣缸(14)的活塞桿連接鎖緊舌(20)，鎖緊舌(20)設(shè)置于鎖緊舌套(21)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述剎車機構(gòu)包括 剎車氣缸(13)、剎車軸(26)、剎車制動塊(24)和剎車軸套(25)，剎車軸套(25)安裝在底座 (11)的兩側(cè)，剎車氣缸(13)的活塞桿連接剎車軸(26)的一端，剎車軸(26)的另一端固定 有剎車制動塊(24)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述錘頭(10)的下 面安裝剎車框架(23)，剎車框架(23)兩邊側(cè)板上安裝鎖緊塊(22)，剎車框架(23)后端中 心位置安裝回位頂塊(29)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述回位機構(gòu)采用 回位氣缸(31)，回位氣缸(31)水平安裝在回位氣缸座(30)上，回位氣缸座(30)固定在底 座(11)的底部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，其特征在于，所述錘 頭(10)為鑄鋁件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣動式?jīng)_擊響應(yīng)譜試驗機，包括底座、氣壓驅(qū)動錘頭裝置、諧振板支撐裝置和功能機構(gòu)；氣壓驅(qū)動錘頭裝置包括錘頭、導軌和內(nèi)缸，內(nèi)缸一端與錘頭一端開孔滑動密封，錘頭兩邊的凹槽卡設(shè)在對稱設(shè)置的兩條導軌中，導軌沿軸向固定在底座上，內(nèi)缸端蓋處的螺釘軸與關(guān)節(jié)軸承連接，關(guān)節(jié)軸承和內(nèi)缸連接塊的耳片銷接，內(nèi)缸連接塊底面通過推力氣缸連接座固定在底座上；諧振板支撐裝置包括諧振板、限位卡塊、滾動圓棒和緩沖座，諧振板兩側(cè)的V型槽卡在對稱設(shè)置的若干限位卡塊中，諧振板由固定在圓棒安裝座上的滾動圓棒支撐，限位卡塊和圓棒安裝座固定在底座上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊、操作簡便、行程短、激勵能量大、安裝和維修方便，且安全環(huán)保。
文檔編號G01M7/08GK102121869SQ20101057187
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者劉建平, 吳斌, 王琛, 郁南 申請人:蘇州世力源科技有限公司