) 转轴的最小半径A,。 为保证冲击键（6)W自由落体方式完成冲击，要求冲击发生时，步进电机（3)释放绳索 的长度和冲击键（6)自由落体的高度相同。当步进电机（3)转速Z^7r/s时，如需满足最大 冲击载荷/心产 16N的实验要求(即，采用最大冲击高度么3产Im，则可计算出A,。的取值范围：
即可知如需满足最大冲击载荷/心产16N的实验要求，步进电机转轴（4)的最小半径A,。 需大于或等于0. 05m。
[0020] 实施例3 :满载荷冲击情况时冲击控制系统软件模块的设计 当冲击实验的冲击载荷为最大冲击载荷/心46N时，冲击控制系统软件模块中冲击程 度系数、步进电机（3)脉冲信号周期、步进电机（3)的释放、休止和复位时间设定的具体过 程如下： (1)冲击载荷系数r 本实施例中冲击载荷片所W可计算当前冲击载荷属最大冲击载荷/：g义比诚 大小：
即
(2) 步进电机（3)脉冲信号周期r 根据步进电机（3)的转速巧日细分倍数也计算步进电机（3)脉冲信号周期r:
(3) 冲击高度初始化时间?ο 系统启动后，冲击键（6)从最大冲击高度么J華至当前冲击高度A的过程，冲击键（6) 处于摆动状态，因此设定冲击键（6)恢复静止状态时间r。为10s，确保冲击键（6)下落前处 于静止状态，由此可计算出冲击高度初始化时间如
(4) 释放时间is 满载荷冲击过程中，在步进电机（3)转速不变的情况下，要求步进电机（3)释放绳索的 长度与冲击高度相同，电机释放绳索的时间等于冲击键（6)的自由落体时间：
(5) 休止时间 满载荷冲击过程中，由于步进电机（3)的释放时间等于冲击键（6)自由落体时间，因 此电机不需要休止，所^此时休止时间（^为〇。休止时间的计算如下：
(6) 复位时间?/ 为保证冲击完成后，冲击键（6)可W复位至冲击高度知并等待冲击键（6)恢复静止状 态，步进电机（3)应在休止时间结束后，立即复位(反转)后，停止转动，根据电机转速可W计 算该复位时间：
基于上述过程，通过设定软件模块的各参数后，冲击控制系统即可完成满载荷情况下 的冲击实验。
[0021] 实施例4 :半载荷冲击情况时冲击控制系统软件模块的设计 当冲击实验的冲击载荷只有最大冲击载荷一半，即当前冲击载荷：
时，冲 击控制系统软件模块中冲击程度系数、步进电机（3)脉冲信号周期、步进电机（3)的释放、 休止和复位时间设定的具体过程如下： (1) 冲击载荷系数r 本实施例中冲击载荷
，所^可计算当前冲击载荷/与最大冲击载荷/：3^之比r 的大小：
即
(2) 步进电机（3)脉冲信号周期r 根据步进电机（3)的转速巧日细分倍数也计算步进电机（3)脉冲信号周期r:
(3) 冲击高度初始化时间?ο 系统启动后，冲击键（6)从最大冲击高度么J華至当前冲击高度A的过程，冲击键（6) 处于摆动状态，因此设定冲击键（6)恢复静止状态时间r。为10s，确保冲击键（6)下落前处 于静止状态，由此可计算出冲击高度初始化时间如
(4) 释放时间is 半载荷冲击过程中，在步进电机（3)转速不变的情况下，要求步进电机（3)释放绳索的 长度与冲击高度相同，电机释放绳索的时间i/J、于冲击键（6)的自由落体时间：
(5) 休止时间 半载荷冲击过程中，由于步进电机（3 )的释放时间i/J、于冲击键（6 )自由落体时间，为 保证冲击键（6)完成冲击，需要设定休止时间在该时间内，电机处于休止状态。休止时 间的计算如下：
(6) 复位时间?/ 为保证冲击完成后，冲击键（6)可W复位至冲击高度知并等待冲击键（6)恢复静止状 态，步进电机（3)应在休止时间结束后，立即复位(反转)后，停止转动，根据电机转速可W计 算该复位时间：
基于上述过程，通过设定软件模块的各参数后，冲击控制系统即可完成半载荷情况下 的冲击实验。
【主权项】
1. 多源变载荷冲击实验装置，特征在于：包括冲击实验平台和冲击控制系统。2. 如权利要求1所述的多源变载荷冲击实验装置，特征在于：冲击实验平台包括：可动 承载杆（7)、顶部固定架（8)、加强筋（9)、底部固定架（10)、立杆（11)、滑轨（12)，底部固定 架（10)、顶部固定架（8)、立杆（11)、可动承载杆（7)和加强筋（9)构成的长、宽和高分别为 A的长方体结构，边长为a的正方形底部固定架（10)的边角通过螺栓与长度为A的 立杆（11)下端连接，立杆（11)上端通过螺栓与边长为a的正方形的顶部固定架（8)的边角 连接；正方形顶部固定架（8)的对边固定有滑轨（12)，可动承载杆（7)可沿滑轨（12)平行 移动，可动承载杆（7)用于固定冲击控制系统的步进电机（3)，在冲击实验平台各个侧面的 沿对角安装长度为λ/ΤΠ 1的加强筋（9)，通过调整可动承载杆（7)和步进电机（3)的位置 和数量来实现对多源冲击位置的设定。3. 如权利要求1所述的多源变载荷冲击实验装置，特征在于：冲击控制系统由硬件和 软件两个模块组成。4. 如权利要求3所述的多源变载荷冲击实验装置，特征在于：冲击控制系统硬件模块 包括：单片机（1)、步进电机控制器（2)、步进电机（3)、转轴（4)、绳索（5)、冲击锤（6)，单片 机（1) 10端口通过杜邦线与步进电机控制器（2)的信号输入端口相连接，步进电机控制器 (2)的信号输出端口通过导线与步进电机相连（3)，步进电机（3)固定于可动承载杆（7)上， 冲击锤（6)通过绳索（5)悬挂于转轴（4)上。5. 如权利要求3或4所述的多源变载荷冲击实验装置，特征在于：硬件模块中步进电 机转轴的最小半径需结合最大冲击程度要求和步进电机转速进行确定，具体过程如下： (1) 最大冲击高度4_ 冲击锤采用自由落体方式完成冲击，如需满足最大冲击载荷的实验要求，则相应最 大冲击高度式中?为冲击锤的质量，ic为冲击时间 (2) 转轴的最小半径疋M 为保证冲击锤以自由落体方式完成冲击，要求冲击发生时，步进电机释放绳索的长度 和冲击锤自由落体的高度相同，如需满足最大冲击载荷的实验要求，则：式中，/为步进电机转速，t为最大冲击高度，疋，"为步进电机转轴的最小半径，为 最大冲击高度对应的自由落体时间，式（2)表明当步进电机转速确定后，步进电机转轴 的最小半径存在一个最小值。6. 如权利要求3所述的多源变载荷冲击实验装置，特征在于：冲击控制系统软件模块 通过设定冲击程度系数、步进电机脉冲信号周期、步进电机的释放、休止和复位时间实现对 变载荷冲击过程的自动控制，具体过程为： (1)冲击载荷系数r 不同冲击载荷/7的调整是通过设定不同冲击高度来实现的，定义冲击载荷系数r为当 前冲击载荷尸与最大冲击载荷之比：式中A为当前冲击高度， (2) 步进电机脉冲信号周期r 根据步进电机转速/，计算步进电机脉冲信号周期r:式中，々为步进电机的细分倍数， (3) 冲击高度初始化时间?〇 系统启动后，冲击锤从最大冲击高度九31降至当前冲击高度Α的时间?ο:式中，^为冲击锤恢复静止状态的时间， (4) 释放时间 冲击过程中，在步进电机转速不变的情况下，要求步进电机释放绳索的长度与冲击高 度相同，电机释放绳索的时间i/j、于等于冲击锤的自由落体时间：(5) 休止时间4 由于步进电机的释放时间i/J、于或等于冲击锤自由落体时间，为保证冲击锤完成冲 击，需要设定休止时间在该时间内，电机处于休止状态，休止时间的计算如下：(6) 复位时间匕 为保证冲击完成后，冲击锤可以复位至冲击高度九并等待冲击锤恢复静止状态，步进 电机应在休止时间结束后，立即复位(反转）后，停止转动，根据电机转速可以计算该复位时 间：
【专利摘要】本发明公开了多源变载荷冲击实验装置，包括冲击实验平台和冲击控制系统。冲击实验平台由底部固定架、顶部固定架、立杆、可动承载杆和加强筋构成，可动承载杆用于固定冲击控制系统的步进电机。通过调整可动承载杆及步进电机的位置和数量，可实现对多源冲击位置的设定；冲击控制系统由硬件和软件两个模块组成。硬件模块主要由单片机、步进电机控制器、步进电机、步进电机转轴和冲击锤构成。软件模块通过确定冲击程度系数、步进电机转速、步进电机的释放、休止和复位时间可实现对多源变载荷冲击过程的自动控制。
【IPC分类】G01N3/303
【公开号】CN105277450
【申请号】CN201510826665
【发明人】李鹏, 王裕华, 刘远, 黄金勇, 余杨杨
【申请人】华东交通大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月25日