一种高频冲击加载装置的制作方法

本发明涉及一种高频冲击加载装置，具有适应恶劣环境、满足加载频率和冲击力波形要求、可实现多冲击点的同步或顺序冲击加载、使用寿命长等优点，适用于模拟高铁列车车轮对钢轨的高频冲击过程，属于工程技术领域。

背景技术：

随着高铁、航天等领域科学技术的不断发展，各种受载构件在铁路、桥梁、航天等方面得到大量的应用，在工程结构设计中必须充分考虑冲击载荷的作用。利用合理的冲击加载装置对各领域中典型的受载构件进行模拟冲击加载，模拟其所受冲击载荷及受冲击后的效果，获取相应的技术参数，有效为后续的研究提供客观数据支持，正成为研究构件所受冲击作用的一种有效途径。考虑到冲击载荷幅频特性的复杂性，以及常见装置的笨重性，如何在有限空间、有限重量约束下进行相应冲击模拟成为关键。传统的加载装置一般由计算机控制系统、液压系统和机构组件等组成，其操作复杂、设备价格昂贵、占地面积大。因此合理的冲击加载装置的研制就成为冲击应用研究中的核心部分。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：提供了一种高频冲击加载装置，该加载装置具有结构简单可靠、适应恶劣环境、满足冲击力波形和冲击加载频率要求、可实现多冲击点的同步或顺序冲击加载、使用寿命长等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种高频冲击加载装置，包括：

冲击波生成组件、摆动作动器、沉降补偿组件、封闭组件；摆动作动器一端与沉降补偿组件下端铰接，另一端上侧与封闭组件贴合，下侧与冲击波生成组件贴合。

冲击波生成组件包括电机一、储能飞轮、凸轮、凸轮轴；所述凸轮轴将其余各部分连接起来，凸轮的轮廓与摆动作动器上的滚轮贴合；所述储能飞轮用于平衡所需输入功率的波动。

摆动作动器包括摇臂、冲击头、滚轮；所述摇臂一端与沉降补偿组件下端铰接，另一端上侧与封闭装置贴合，下侧与滚轮贴合，冲头对冲击对象进行冲击。

沉降补偿组件包括电机二、水平位移调节件和竖直位移调节件；所述水平位移调节件和竖直位移调节件通过联动对摆动作动器铰接点位置进行调节，从而对冲击对象在冲击过程中的沉降进行补偿，保证冲头对冲击对象进行持续稳定的冲击。

封闭装置设有与摇臂右端上侧贴合的封闭压合杆。

所述摆动作动器，其右端滚轮与凸轮轮廓贴合，可通过控制摇臂左端铰接中心和冲头中心轴线之间的距离实现冲头摆动幅值，进而对冲击力幅值进行控制。

冲击头由冲头、冲头保持器、碟簧、挡板等组成，通过调整其中的碟簧弹力，可以实现对冲击力幅值的控制。

所述高频冲击加载装置通过控制凸轮转速、凸轮外廓和冲击头内部的碟簧弹力，可满足冲击加载频率、冲击力波形的要求。

所述高频冲击加载装置通过控制相邻凸轮安装时的初始相对转角，可以满足多个冲击点加载顺序的要求。

本发明中高频冲击加载装置的优点：

(1)可通过控制凸轮转速、凸轮外廓和冲头内部的碟簧弹力，满足冲击加载频率和冲击力波形的要求；

(2)可通过在同一凸轮轴上安装多个凸轮，并配置相应的摆动作动器、封闭组件等，实现多个冲击点的同步冲击加载；

(3)可通过控制相邻凸轮安装时的初始相对转角，满足多个冲击点冲击加载顺序的要求；

(4)可通过凸轮轮廓的改变控制摇臂端的运动规律，进而控制冲击头的载荷幅值变化；

(5)装置中的摇臂、冲击头、滚轮和封闭装置压合杆等零件均为金属材料制成，耐磨损，使用寿命长，且可靠性高；

(6)冲击波生成组件中储能飞轮可平衡输入功率的波动。

(7)该装置体积小，结构紧凑，重量轻，适合在超重环境下使用，特别是在超重离心机的吊篮中使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面对实施描述中所需要使用的附图作简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。其中：

图1是本发明具体实施方式提供的一种高频冲击加载装置的结构示意图

图2是本发明具体实施方式提供的冲击波生成组件的结构示意图

图3是本发明具体实施方式提供的摆动作动器的结构示意图

图4是本发明具体实施方式提供的摆动作动器中i局部视图的b-b剖视结构示意图

图5是本发明具体实施方式提供的沉降补偿组件的结构示意图

图6是本发明具体实施方式提供的封闭组件的结构示意图

图7是本发明具体实施方式提供的4个凸轮同步加载高频冲击加载装置示意图

图中标号，1-冲击波生成组件，2-摆动作动器，3-沉降补偿组件，4-封闭组件，101-储能飞轮，102-凸轮，103-轴承座，104-凸轮轴，105-电机一，201-摇臂，202-冲击头，203-滚轮轴，204-滚轮，301-电机二，302-丝杠，303-推块，304-斜块，305-水平位移调节件，306-推杆，307-摇臂支座，308-竖直位移调节件，309-销，401-碟簧座，402-碟簧盖，403-封闭压合杆，404-碟簧组一，2021-挡板，2022-冲头保持器，2023-冲头，2024-冲头传感器，2025-碟簧组二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：如图1所示，包括冲击波生成组件1、摆动作动器2、沉降补偿组件3、封闭组件4；摆动作动器2一端与沉降补偿组件3通过销轴309铰接，另一端下侧滚轮204与冲击波生成组件1中的凸轮102贴合，上侧与摆动作动器2中封闭贴合杆403贴合。

如图2所示，冲击波生成组件1包括储能飞轮101、凸轮102、轴承座103、凸轮轴104和电机一105；通过凸轮轴104将储能飞轮101、凸轮102、轴承座103和电机一105连接起来；

轴承座103和电机一105固连；

储能飞轮101和凸轮102通过键(未图示)分别与凸轮轴104连接；

凸轮102根据冲击力波形的要求而设计成特定外轮廓；储能飞轮101和轴承座103都以凸轮102为中心，对称分布其两侧；

储能飞轮101的特点是其质心保持在凸轮轴104的轴线上，转动惯量较大，用于平衡输入功率需求的波动。

如图3和图4所示，摆动作动器200包括摇臂201、冲击头202、滚轮轴203和滚轮204；

摇臂201左端通过销轴309与摇臂支座307铰接，摇臂201旋转中心线保持在冲击头202最下端端面所在平面内；摇臂201右端上侧与封闭贴合杆403接触；滚轮轴203将摇臂201和滚轮204连接，滚轮204和凸轮102轮廓贴合；冲击头202中的冲头2023与冲击对象(如钢轨)接触。

如图5所示，沉降补偿组件3包括电机二301、丝杠302、推块303、斜块304、水平位移调节件305、推杆306、摇臂支座307、竖直位移调节件308和销轴309；

电机二301、水平位移调节件305和竖直位移调节件308固连在吊篮侧壁上；

水平位移调节件305用于控制水平方向的移动，电机二301通过螺套(未图示)与丝杠302一端螺纹连接，丝杠302另一端与推块303连接，推块303置于水平位移调节件305的水平方向运动的空腔内；

竖直位移调节件308用于控制摇臂支座307竖直方向的位移，斜块304位于推块303的斜槽中，并且与推杆306螺纹固连，推杆306与摇臂支座307螺纹固连，摇臂支座307和竖直位移调节零件308通过燕尾槽连接，从而控制摇臂支座307只进行竖直方向上的移动；

利用水平位移调节件305和竖直位移调节件308的各自特征，通过电机二301的驱动，经丝杠302、推块303、斜块304、推杆306、摇臂支座307、销轴309的配合，从而控制着摆动作动器2在竖直方向的移动，以对冲击过程引起的沉降进行补偿，确保冲击头202中的冲头2023对冲击对象的持续稳定冲击。

如图6所示，封闭组件4包括碟簧座401、碟簧盖402、封闭压合杆403和碟簧组一404，其中碟簧座401固定在吊篮侧壁上，碟簧盖402通过螺钉固定在碟簧座401上，封闭压合杆403下端和摇臂201右端上部贴合，碟簧组一404保持在由碟簧盖402和封闭压合杆403组成的封闭空间里，封闭压合杆403和碟簧组一404同轴；

碟簧组一404的作用是保证封闭压合杆403与摇臂201右端上部紧密贴合，且其能够承受较大的载荷，其变形量大于凸轮102轮廓最大幅值差。

如图4所示，冲击头202包括挡板2021、冲头保持器2022、冲头2023、冲头传感器2024和碟簧组二2025；碟簧组二2025上端与摇臂201贴合，冲头保持器2022和冲头2023由上到下依次贴合，然后用挡板2021与摇臂201通过螺钉固定，将上述零件封闭在如图4所示空间里；

冲头2023与冲头保持器2022和挡板2021组成球铰，以保证冲击过程中冲头2023始终与冲击面良好贴合；

碟簧组二2025由两对碟簧叠合组成，安装在由摇臂201和冲头保持器2022形成的封闭空间里，并且碟簧组二2025能够承受较大的载荷，其变形量大于由于凸轮102轮廓的误差而导致的冲头运动误差，以使通过其变形，保证冲击力幅值的稳定性。

冲头传感器2024粘附于冲头2023下端圆柱侧面，用于对压力的感应并及时反馈给位置补偿组件3。

开始工作时，冲击头202与冲击对象(如钢轨)接触，滚轮204与凸轮102轮廓最凹处贴合；工作后，电机一105驱动凸轮轴104转动，凸轮轴104带动凸轮102旋转，在凸轮102的轮廓约束下，滚轮204带动摇臂201绕销轴309向上摆动，同时摇臂201右端上侧对封闭压合杆403施加压力，碟簧组一404被压缩，此时摆动作动器2与冲击波生成组件1紧密贴合；电机一105仍旧高频转动，滚轮204与凸轮102紧密贴合，摇臂作动器2随凸轮102外廓幅值的变化而作规律性变化，其冲头2023规律性对冲击对象施加冲击力，满足冲击力波形的要求。

如图7所示，通过在同一凸轮轴104上安装n个(图示4个)相同凸轮102，并配置对应的摆动作动器2、沉降补偿组件3和封闭组件4，n个(图示4个)冲头2023可实现n个(图示4个)冲击点的同步冲击加载。

在如图7的基础上，对n个(图示4个)凸轮102按设计要求进行排布，控制右起第1个凸轮不动，将第2个凸轮相对第1个凸轮顺时针旋转α1，将第3个凸轮相对第2个凸轮顺时针旋转α2，将第4个凸轮相对第3个凸轮顺时针旋转α3，……，将第n个凸轮相对第n-1个凸轮顺时针旋转αn-1，最后将n个凸轮安装固定，驱动该加载装置，n个(图示4个)冲头2023可实现n个(图示4个)冲击点的顺序冲击加载。

在冲击过程中，如果冲击对象发生沉降，冲击头202的冲头传感器2024会检测到力值得减小，从而将冲击力较小的情况反馈给沉降补偿组件3，通过判断进行位移补偿，以保证冲击力的大小满足要求。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。