一种轻便高精度落锤冲击试验机的制作方法

本发明涉及一种冲击试验机，尤其是涉及一种轻便高精度落锤冲击试验机。

背景技术：

复合材料结构在制造和使用过程中，对于面外载荷十分敏感，容易在冲击作用下发生纤维断裂、分层和基体开裂等不同形式的损伤，从而使得结构的承载能力大大降低。同样，复合材料结构在航空工程领域应用的过程中，需要进行大量含损伤结构承载性能的测试工作，因而需要开展相应的冲击损伤预制试验。

astm测试标准d7136/d7136m-05规定了一类复合材料落锤冲击的试验方法，提出了测量和计算冲击力、冲击能量和反弹速度等物理量的具体要求，并规定了所用试验设备需要具有防二次冲击的功能。目前对于试片级试验件，通常采用台式冲击试验机进行测试，而对于复合材料大型工程结构，由于尺寸过大以及实际工况复杂等原因，不便使用台式冲击试验机对其进行任意位置/不同要求的冲击损伤预置工作。

中国专利cn108760537a公开了一种大型落锤冲击装置，用于测试金属、非金属、复合材料的性能，它包括：桩基础、承台、刚性平台、格构式刚性支架、高精度导轨、落锤、配重、防回弹二次撞击系统、激发装置、刚性墙、蝶形弹簧和千斤顶。所述的落锤包括锤体和锤头两部分，锤体和锤头之间安装有传感器，在落锤上的配重可根据情况自由增减，以满足不同冲击质量下的试验要求；配重上方的防回弹二次撞击系统可在锤头第一次撞击试件以后立即锁死，防止二次撞击，确保试验精度；格构式刚性支架上设置激发装置，此激发装置为一种弹射器，试验时可给予锤头初速度，使落锤冲击速度增大，满足高速撞击试验需求。该专利中将冲击装置固定在平台上，对平台上安装的试验件进行冲击。设备是固定的，设备材料也选用较重的钢轨等材料。对于尺寸较大、无法安装在试验台上的试验件，则需要将试验机放置在试验件上表面进行冲击，所以需要便于移动的设备，设备重量要小，应采用轻质的材料和轻量化的设计。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种整体结构简单且便于移动的，可放置于大型复合材料结构表面实施冲击的试验装置，能够实现冲击力、冲击速度、反弹速度测量，冲击点位置精度高，且具有一定自动化操作功能和防二次冲击能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轻便高精度落锤冲击试验机，包括落重冲击组件、光电测速系统、导轨-滑块系统、防二次冲击装置、提升释放装置和支持框架，

所述落重冲击组件通过导轨-滑块系统与支持框架连接，所述光电测速系统与落重冲击组件及支持框架相连，所述防二次冲击装置固定于支持框架底部，所述提升释放装置设置在支持框架上。

所述落重冲击组件包括落锤、冲头、力传感器，所述落锤经连接杆与所述冲头连接，所述力传感器设置在所述连接杆上。

所述光电测速系统包括开孔测速板、光电传感器及固定支架，所述开孔测速板固定在落锤上，所述光电传感器的测头设置在固定支架上，所述固定支架与支持框架相连。

所述固定支架上设有支架横杆，所述光电传感器的测头设置在支架横杆上。

所述支架横杆沿支持框架的纵向调节，冲击发生时开孔测速板的孔格下沿划过光电传感器测头之间光路的距离不超过5mm。

所述导轨-滑块系统包括内置双轴心的直线导轨及滑块，所述直线导轨固定在支持框架内侧，所述滑块设置在落锤两侧并沿直线导轨滑动。

所述直线导轨与支持框架的底座垂直。，且间距始终一致，保证落重冲击组件能够顺畅下落。

所述防二次冲击装置包括伸缩电机和防撞挡板，所述伸缩电机固定在支持框架底座内侧，防撞挡板通过电机推杆控制，沿支持框架底座内侧凹槽移动。落重冲击组件第一次下落后反弹时，触发伸缩电机，推动防撞挡板向冲击点位置移动，防止冲头对结构产生二次冲击。

所述提升释放装置包括提升吊机、开关磁铁-滑块组和控制握把，所述提升吊机设置在支持框架顶部，由控制握把上的开关控制通过吊索提升落重冲击组件到开关磁铁预设位置，开关磁铁固定在滑块上并随其上下移动，控制握把安装在支持框架外侧，设有提升吊机和开关磁铁的控制按钮。

所述支持框架由纵向型材构成的外框及设置在纵向型材底部的支撑脚组成，使用工业铝型材作为框架，一方面重量轻，一方面制造方便。底脚不固定，可放置于待测结构表面，为了便于操作，立柱上有两个把手，可实现全部的冲击操作过程。

与现有技术相比，本发明整体结构简单，组装方便，在多物理量实时同步测量的基础上，可以根据实际工况需要对各类大型工程结构进行移动式落重冲击测试。

本发明试验机的落重冲击组件在滑块控制下沿导轨下落运动，可以通过调整初始下落高度来控制冲击能量大小，而导轨-滑块系统造成的下落过程能量损耗可以通过损耗系数包络线测定实验得到，测速板开孔划过光电传感器光路时由触发信号时间差和孔格间距得到冲击速度，冲头接触试验件时由力传感器得到的冲击力，由此可以实现特定能量的冲击损伤预制和冲击过程研究的目的。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为图1中的局部结构示意图；

图3为图2的右视结构示意图；

图4为落重冲击组件下落前的结构示意图；

图5为光电测速系统处的局部结构示意图；

图6为准备冲击状态的结构示意图；

图7为图6中的局部结构示意图；

图8为图7的右视结构示意图；

图9为落重冲击组件沿导轨下落的结构示意图；

图10为图9中的局部结构示意图；

图11为图10的右视结构示意图；

图12为冲头和试验件接触发生冲击时的结构示意图；

图13为图12中的局部结构示意图；

图14为图13的右视结构示意图；

图15为落重冲击组件反弹后被防撞挡板接住的结构示意图；

图16为图15中的局部结构示意图；

图17为图16的右视结构示意图。

图中，1-冲头、2-力传感器、3-连接杆、4-落锤、5-滑块、6-开孔测速板、7-固定支架、8-支架横杆、9-光电传感器、10-支撑框架、11-框架底座、12-支撑蹄脚、13-伸缩电机、14-防撞挡板、15-支持框架、16-控制握把、17-滑块、18-磁铁、19-导轨、20-吊机、21-框架顶部。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

一种轻便高精度落锤冲击试验机，其结构如图1所示，本实施例便携式低速冲击试验机包括：落重冲击组件、光电测速系统、导轨-滑块系统、防二次冲击装置、提升释放装置和支持框架15等机构组成。落重冲击组件通过导轨-滑块系统与支持框架15连接，光电测速系统与落重冲击组件及支持框架相连，防二次冲击装置固定于支持框架底部，提升释放装置设置在支持框架上。

以下是针对上述机构进一步的说明。光电测速系统由设置在落重冲击组件上的开孔测速板6和固定于固定支架7上的光电传感器9组成，更进一步来说，光电传感器9设置在连接在固定支架7上的支架横杆8上，可以沿固定支架7上下调整位置，如图2-3所示。防二次冲击装置固定于支持框架15的下部，位于支撑框架10以及框架底座11所形成的区域，介于冲头1和冲击试验件之间，提升释放装置由固定于框架顶部21的电机20和开关磁铁-滑块组组成。落重冲击组件的结构如图4所示，包括落锤4、冲头1、力传感器2，其中冲头1、力传感器2和落锤4之间通过连接杆3串联连接。光电测速系统包括开孔测速板6、光电传感器9和固定支架7、支架横杆8；其中，开孔测速板6固定在落锤4上，光电传感器9设置在支架横杆8上，固定支架7的底部与试验机的支撑框架10相连。试验机使用过程中，需调节支架横杆8沿导轨19长度方向的相对位置，使得冲击发生时开孔测速板6的孔格下沿划过光电传感器9之间光路的距离不超过5mm，如图5所示。

使用的导轨-滑块系统包括双轴心直线型的导轨19及相应滑块5。导轨19固定在支持框架15内侧，滑块5设置在落锤4两侧，导轨-滑块系统安装过程中，需调试使两导轨19与框架底座11垂直，且间距始终一致，保证落重冲击组件能够顺滑下落。防二次冲击装置包括：伸缩电机13和防撞挡板14；其中，伸缩电机13固定在支撑框架10以及框架底座11所形成的区域内，防撞挡板14通过伸缩电机13推杆控制，沿支撑框架10以及框架底座11内侧凹槽移动，落重冲击组件第一次下落后反弹时，触发伸缩电机13推动防撞挡板14向冲击点位置移动，防止冲头1对结构产生二次冲击。

提升释放装置包括：提升吊机20、开关磁铁-滑块组和控制握把16；其中，提升吊机20设置在框架顶部21，由控制握把16上的开关控制通过吊索提升落重冲击组件到磁铁18的预设位置，磁铁18固定在滑块17上并随其上下移动，控制握把16安装在支持框架15外侧，同时其上设有提升吊机20和磁铁18的控制按钮。支持框架15包括不同尺寸的铝合金型材以及设置在最底部的支撑蹄脚12；其中，铝合金型材之间通过连接角件连接，底部由四个支撑蹄脚12支撑，并可以通过蹄脚螺丝来调节支持框架的水平度。

本发明装置的具体操作流程和防二次冲击原理如图6-17所示。

图6-8表示试验机准备冲击状态：控制握把16控制提升吊机20提升开关磁铁-滑块组至所需冲击能量对应高度，打开磁铁18的开关，同样将落重冲击组件提升至同样高度，由磁铁18吸住；

利用控制握把16关闭磁铁18的开关，释放落重冲击组件沿导轨19下落，如图9-11所示，当开孔测速板6下沿划过光电传感器测头9之间光路时，触发第一次测速信号，开孔测速板6的开孔上沿划过光路时触发第二次测速信号，由两次信号的时间差和孔格间距可以计算得到实时冲击速度；

冲头1和试验件接触发生冲击时，由力传感器2输出可以得到冲击力大小，如图12-14；

冲击结束后，落重冲击组件反弹，进而触发伸缩电机13，推动防撞挡板14向冲击点位置移动，当落锤冲击组件再次下落时，如图15-17所示，防撞挡板14运行到冲击点位置，将其接住并防止冲头1对试验件进行二次冲击。

落重冲击组件下落后反弹过程中，类似冲击速度计算过程，由开孔测速板6开孔上沿及其下沿先后划过光电传感器9的测头之间光路的时间差，和孔格间距可以得到该次冲击试验的反弹速度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。