长脉宽高幅值气动冲击和气候综合环境应力试验装置的制作方法

本实用新型涉及气动冲击设备技术领域，特别是涉及长脉宽高幅值气动冲击和气候环境应力相结合的多环境应力模拟试验、环境试验、可靠性强化试验装置。

背景技术：

目前的三综合试验箱通过将气候试验箱和机械振动台结合可以同时模拟高低温湿热、振动环境应力和小量值机械冲击应力，但由机械振动台所激发的机械冲击应力至多为100g左右，远小于设备跌落、弹药发射过程中所产生的冲击加速度。而产生高机械冲击应力的设备如空气炮，自由落体式跌落台、转臂式高加速度离心机，占地大，常伴随冲击锤的行程长或转臂的活动半径大的结构特点，使得高机械冲击其难以与气候实验箱相结合。

而采用蓄能冲击气缸驱动活塞杆撞击冲击波型发生器的机械冲击能量不足，难以做到长脉宽高加速度的冲击，通常产生1ms脉宽的半正弦机械冲击，加速度峰值不足3000g，且冲击过程中冲击台面易发生高频冲击响应，冲击杂波较大；另外，活塞杆和冲击台面之间通过紧固螺栓刚性连接，在冲击过程中，紧固螺栓强度不足，易变形折断，带来安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了长脉宽高幅值气动冲击和气候综合环境应力试验装置，可以解决现有技术中存在的问题。

本实用新型提供了长脉宽高幅值气动冲击和气候综合环境应力试验装置，所述试验装置包括气候实验箱和工作台，所述气候实验箱内部具有工作室，所述工作台的顶部穿过所述气候实验箱底面上开设的通孔伸入到所述工作室中，且所述工作台和气候实验箱的底面之间密封连接；

所述工作台包括台体和冲击台面，所述台体内部具有蓄能冲击气缸，该气缸的活塞杆穿过所述台体的顶面，所述冲击台面安装在所述活塞杆的顶端，所述台体的顶面上安装有波形发生器，该波形发生器位于所述冲击台面的正下方；

所述冲击台面的中央开设有安装孔，紧固螺栓从该安装孔的顶部插入，从底部穿出，所述紧固螺栓的底端螺接在所述活塞杆的顶端；所述紧固螺栓和所述安装孔之间使用顶部聚氨酯弹簧连接在一起，所述安装孔和所述气缸活塞杆之间使用底部聚氨酯弹簧连接在一起。

较佳地，所述工作台上安装有密封圈，所述工作台通过该密封圈与所述气候实验箱密封连接。

较佳地，所述安装孔中预留有用于收纳和约束所述顶部和底部聚氨酯弹簧径向形变的变形空间。

较佳地，所述台体的底面上安装有多个空气弹簧。

较佳地，所述顶部聚氨酯弹簧和底部聚氨酯弹簧的上下两端均安装有垫片。

本实用新型实施例中的长脉宽高幅值气动冲击和气候综合环境应力试验装置，包括气候实验箱和工作台，工作台的顶部穿过气候实验箱底面上开设的通孔伸入到气候实验箱的工作室中，工作台包括台体和冲击台面，台体内部蓄能冲击气缸的活塞杆穿过台体的顶面，顶端安装有冲击台面，台体的顶面上安装有波形发生器，其位于冲击台面的正下方，活塞杆和冲击台面之间使用聚氨酯弹簧柔性连接，本实用新型通过冲击台面和活塞杆之间柔性连接，使高频振动被有效吸收，同时显著放大了冲击峰值，扩大了冲击脉宽，在规定冲击能量条件下可缩短冲击台面的设计行程，大大减小了工作台的体积，使其能够与气候实验箱结合，完成各种温度气压条件下的冲击试验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例提供的长脉宽高幅值气动冲击和气候综合环境应力试验装置的结构示意图；

图2为图1中试验装置的纵向切面结构示意图；

图3为图1中工作台在碰撞前的状态图；

图4为图3中工作台在碰撞后的状态图；

图5为图3中冲击台面的纵向切面结构示意图；

图6为气缸活塞杆和冲击台面之间刚性连接的冲击波形；

图7为气缸活塞杆和冲击台面之间柔性连接的冲击波形。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1和图2，本实用新型实施例中提供了长脉宽高幅值气动冲击和气候综合环境应力试验装置，该试验装置包括气候实验箱100和工作台200，所述气候实验箱100内部具有工作室110，所述工作台200的顶部穿过所述气候实验箱100底面上开设的通孔伸入到所述工作室110中，且所述工作台200和气候实验箱100的底面之间密封连接。

参照图3、图4和图5，所述工作台200包括台体210和冲击台面230，所述台体210内部具有蓄能冲击气缸(图未示)，该气缸的活塞杆220穿过所述台体220的顶面，所述冲击台面230安装在所述活塞杆220的顶端，被测物300即固定在所述冲击台面230的顶面上。如图5所示，所述冲击台面230的中央开设有安装孔，紧固螺栓221从该安装孔的顶部插入，从底部穿出，所述紧固螺栓221的底端螺接在所述活塞杆220的顶端。所述紧固螺栓221的螺帽和所述安装孔之间使用顶部聚氨酯弹簧222连接在一起，所述安装孔和所述气缸活塞杆220之间使用底部聚氨酯弹簧223连接在一起。在本实施例中，所述顶部聚氨酯弹簧222和底部聚氨酯弹簧223的上下两端均安装有垫片224。

由于所述顶部聚氨酯弹簧222和底部聚氨酯弹簧223在冲击过程中轴向会产生压缩，同时径向的直径也会变大，因此所述安装孔中预留了变形空间225。冲击结束后当气缸气压去掉后所述顶部聚氨酯弹簧222和底部聚氨酯弹簧223会自动恢复原形。

所述冲击台面230底部的安装孔中预留所述底部聚氨酯弹簧223径向形变空间较小，在将冲击台面通过紧固螺栓221固定在活塞杆的安装预紧过程中，底部聚氨酯弹簧223被轴向压缩，并在径向伸长，填充整个安装孔的剩余空间，底部聚氨酯弹簧223可增强紧固螺栓221的联接强度，降低冲击台面230的高频响应，起到对机械冲击波形的高频滤波作用。

所述台体210的顶面上安装有波形发生器240，该波形发生器240位于所述冲击台面230的正下方，且该波形发生器240上安装有一层密封圈250，所述工作台200通过该密封圈250与所述气候实验箱100密封连接。

基于上述结构，在冲击过程中两个聚氨酯弹簧对紧固螺栓进行了缓冲，同时延长了冲击时间，将冲击能量增大了2倍以上。两个聚氨酯弹簧的硬度和阻尼根据所述冲击台面230的质量和冲击强度匹配设计，使其在长脉冲高峰值加速度冲击的过程中产生大的纵向压缩，同时吸收高频振动，抑制冲击杂波。

如果不采用柔性连接，所述冲击台面230在碰撞后被气压锁死在所述波形发生器240上将减小反弹速度和冲击加速度，而且还极易引起震荡，碰撞产生的波形如图6所示。本实用新型通过活塞杆220与冲击台面230之间聚氨酯弹簧的柔性连接设计，使得冲击台面230在碰撞波形发生器240后产生较大的反弹速度和冲击加速度，碰撞产生的波形如图7所示。

由于在冲击过程中的冲击力巨大，要求冲击台面230要进行轻量化设计，强度设计和频响分析。通过对冲击台面230的设计，使得冲击台面230的直径不低于80mm，质量不大于1.5kg的条件下实现1～10KHz的频率响应，并抗30000g机械冲击，且易于加工。

活塞杆220、冲击台面230及其连接件、顶部聚氨酯弹簧222、底部聚氨酯弹簧223、密封圈250采用了耐高低温材料或具有耐高低温特性，使其能在-70℃～150℃条件下进行实验，以考核被测产品在高低温条件下的抗冲击性能。同时顶部和底部聚氨酯弹簧具有高强度、高弹性、吸振性能优良的特点。可根据冲击台面的冲击能量对其结构、硬度、高低温特性进行针对性设计，且可更换。顶部和底部聚氨酯弹簧也可更换为其他性能相似的柔性联接材料。

所述台体210的底面上安装有多个空气弹簧260，使工作台200可以免除地基安装，同时通过给空气弹簧260充气，可使空气弹簧260顶起台体210，一方面可以缓冲台体对地面的冲击振动，另一方面可以用来使工作台上部的密封圈压紧在气候实验箱下部的通孔上，达到密封的效果。

本实用新型中的长脉宽高幅值气动冲击和气候综合环境应力试验装置可在气压0.8MPa和冲击台面行程20cm条件下产生脉宽0.5ms，峰值大于10000g的半正弦冲击，或脉宽1ms，峰值大于5000g的半正弦冲击。其冲击量值高于冲击台面行程为1.8m的跌落式冲击试验台的双自由度冲击放大器所产生的冲击量值。由于冲击台面的行程较短，使其可以与气候试验箱相结合，而且便于在实验过程中通过导线测试和实时观察状态。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。