一种大负载释放装置及其设计方法与流程

本发明涉及大能量冲击试验装置，尤其是一种大负载释放装置及其设计方法。

背景技术：

1、在冲击测试中，常采用负载跌落法考核被测试元器件的冲击刚度和强度。负载跌落法需要将负载提升至一定高度，然后在瞬间释放负载，让负载自由落体，撞击被测试元器件。负载释放装置是冲击测试设备的核心部件之一，用于抓取和释放负载，负载释放装置的可靠性和操作简便性，决定了测试设备的安全性和工作效率。

2、现有的负载释放装置结构强度不足，可靠性不足，常出现抓取负载不牢的情况，在提升过程中负载容易脱落，造成人员受伤和工件受损。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的大负载释放装置及其设计方法，通过采用四连杆机构控制动抓钩的开合，保证负载释放装置的结构强度和可靠性；并且通过设置安全销孔，保障释放装置在负载提升过程中不会开启释放，从而保证负载释放装置的安全性。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种大负载释放装置设计方法，包括定抓钩、动抓钩、凸字形连杆和三角板组成四连杆机构，定抓钩与动抓钩通过转动销轴转动连接，四连杆机构承载负载；

4、使定抓钩和动抓钩的受力面角度对称，为了确保动抓钩在负载的重力作用下能够自动打开，对设置在定抓钩上的第一斜面和设置在动抓钩上的第二斜面的角度进行设计；

5、对动抓钩与负载的接触面即第二斜面进行受力分析：

6、设第二斜面与水平方向的夹角为α，那么第二斜面需要承受垂直于水平方向的负载的重力f，将重力f分解为f1、f2和f3；

7、其中，f1表示动抓钩受力面所承受的正压力，f1的方向垂直于第二斜面，f1由如下公式表示：

8、f1＝f/cosα                                                  (1)

9、f2表示使动抓钩转动的力，f2的方向垂直于动抓钩的转动力矩的力臂，f2由如下公式表示：

10、f2＝f1·sin(α-α1)                                        (2)

11、式中，α1表示动抓钩的转动力矩的力臂与垂直方向的夹角；

12、f3表示阻碍动抓钩转动的摩擦力f3，f3的方向与第二斜面平行，f3由如下公式表示：

13、f3＝μ·f1                                                    (3)

14、式中，μ表示摩擦系数，定抓钩、动抓钩使用65mn弹簧钢材质，连接销轴使用40cr合金钢材质，摩擦系数μ值取0.15；

15、设计计算时，为了确保动抓钩可以释放，需要满足如下公式：

16、f2·l-f3·cos(α-α1) ·l-μ·f·r≥0                        (4)

17、式中，l表示动抓钩的转动力矩的力臂长度，r表示转动连接定抓钩与动抓钩的转动销轴的半径，r＝25mm；

18、化简可得：

19、sin(α-α1) ·l/cosα-μ·cos(α-α1) ·l/cosα-μ·r≥0    (5)

20、定抓钩和动抓钩的受力面角度对称，则第一斜面与水平方向的夹角为180°-α。

21、增大第二斜面与水平方向的夹角为α或减小使动抓钩发生转动的力矩的力臂与垂直方向的夹角α1均可以增大使动抓钩转动的力f2。

22、一种利用如权利要求1所述的设计方法所设计的大负载释放装置，包括与四连杆机构中的凸字形连杆转动连接的第一限位杆和第二限位杆，所述第一限位杆和第二限位杆通过连接杆安装在定抓钩的外侧面，连接杆的中部设置通孔，定抓钩的侧部安装有缓冲杆，所述缓冲杆穿过连接杆中部的通孔，定抓钩的侧端还安装有驱动机构，所述驱动机构的输出端与第一限位杆和第二限位杆对应，驱动机构推动第一限位杆和第二限位杆向上抬起；

23、所述定抓钩、动抓钩、凸字形连杆和三角板均为一体式结构；

24、所述定抓钩的结构为：包括定抓钩本体，所述定抓钩本体的侧端设置有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽的内部两侧面设置有对应的三角板安装销孔，第二凹槽的内部两侧面设置有对应的动抓钩安装销孔，第二凹槽的下方设置有第一钩状结构，所述第一钩状结构设置有第一斜面，所述第一斜面与水平方向的夹角为165.5°，第一钩状结构还设置有与动抓钩配合的第一端面，定抓钩本体的另一侧端设置有用于安装驱动机构的第二安装板和第三安装板，第二安装板的上方设置有用于安装缓冲杆的第一安装板，定抓钩本体的两侧面设置有限位轴，所述限位轴的上方设置有安装孔；

25、所述动抓钩的结构为：包括与第一钩状结构对应的第二钩状结构，所述第二钩状结构设置有第二端面，所述第二端面在动抓钩闭合时与第一端面配合贴紧，第二钩状结构还设置有与第一斜面对称的第二斜面，所述第二斜面与水平方向的夹角为14.5°，第二钩状结构的顶部设置有凸块，所述凸块的侧面开有定抓钩安装销孔和第一凸字形连杆安装销孔；

26、所述凸字形连杆的结构为：包括凸出部，所述凸出部的侧面开有限位杆安装销孔，凸出部的底部设置有开口状结构，所述开口状结构的中部开有通槽，所述通槽的两侧面开有对应的第一安全销孔，所述第一安全销孔的下方开有对应的第二销孔，所述第二销孔的下方开有对应的第一销孔；

27、所述三角板的结构为：包括呈三角板本体，所述三角板本体侧面的三个内角处分别开有第五销孔、第二凸字形连杆安装销孔和第二安全销孔。

28、作为上述技术方案的进一步改进：

29、所述动抓钩的凸块与定抓钩的第二凹槽配合安装。

30、所述定抓钩安装销孔与动抓钩安装销孔通过销轴配合连接，所述第一凸字形连杆安装销孔与第一销孔通过销轴配合连接。

31、所述三角板通过第一凹槽与定抓钩配合安装，三角板通过凸字形连杆的通槽与凸字形连杆配合安装。

32、所述第五销孔与三角板安装销孔通过销轴配合连接，所述第二凸字形连杆安装销孔与第二销孔通过销轴配合连接。

33、所述第一安全销孔与第二安全销孔在定抓钩与动抓钩闭合时通过插入安全销轴使四连杆机构自锁。

34、所述第一限位杆的侧部设置有与限位轴配合的第一限位槽，所述第二限位杆设置有与限位轴配合的第二限位槽。

35、所述驱动机构的结构为：包括电机，所述电机的输出端连接t形块，所述t形块约束第一限位杆和第二限位杆向下运动。

36、本发明的有益效果如下：

37、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设计定抓钩、动抓钩、三角板和凸字形连杆构成的四连杆机构，保证负载释放装置的结构强度和可靠性；并且通过设置安全销孔，保障释放装置在负载提升过程中不会开启释放，从而保证负载释放装置的安全性。

38、本发明还具有如下优点：

39、(1)通过力学分析设计v形斜面角度，从而使动抓钩产生的转动力矩m大于等于0且尽量小，可以保证负载释放装置能够释放负载，并且在负载释放瞬间能够最大限度减小负载对释放装置的冲击力，延长释放装置的使用寿命。

40、(2)本发明采用限位杆和安全销构成双重安全保障，即使出现人员误操作也不会使装置开启，从而保护人员和工件的安全。

41、(3)本发明设置有缓冲杆，可以在负载释放瞬间约束限位杆的运动，保护限位杆和负载释放装置。

42、(4)本发明采用市场上常见的电机作为驱动方式，便于购置，便于电机损坏时更换。