一种基于气体爆炸的高能冲击力锤及其试验方法

本发明涉及一种振动测试，具体为一种基于气体爆炸的高能冲击力锤及方法及方法。

背景技术：

1、近年来，冲击力锤是频响函数测试、模态测试等振动试验过程中的关键设备，也是振动测试中广泛使用的激励设备。冲击力锤给被测结构施加脉冲激励，并通过冲击力锤上的力传感器测量该脉冲力信号，再通过预先布置的传感器采集结构上关键点的力学响应，即可获得被测系统上激励点到响应点的频响函数。通过一定的试验模态辨识方法，处理被测结构上的频响函数，即可计算出系统的各阶模态频率、振型、阻尼等参数。目前采用力锤激励的模态试验，由于其操作简便，精度高，被广泛应用于航空航天、汽车、特种设备等各个领域。

2、国内外现有的冲击力锤，冲击量程仅到22kn，依靠人工手动操作，冲击能量有限，无法对矿山设备、港口设备、土木结构等大型被测结构进行有效的激励。其次，传统的冲击力锤在人工操作时，对操作者的水平要求较高，否则会由于每次锤击的“力道”不同，难以控制每次敲击的频率和幅度，且容易发生“连击”等无效激励，导致试验获得的频响函数质量差，甚至试验失败。再次，传统力锤需要工程师在现场操作，对于危险工况和需要定期激励的工况，无法做到远程控制激励。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明旨在提供一种基于气体爆炸的高能冲击力锤及方法，该击力锤结构紧凑，操作简单，体积小冲击能量大，可以远程控制，也可以有效避免人工锤击时的连击。解决了传统冲击力锤能量小无法激励大结构、无法远程激励的问题。

2、本发明采用的技术方案是：

3、本发明一种用于试验模态测试的高能冲击力锤，包括：密封气缸、活塞及爆炸控制面板。其中，气缸安装于基座上，活塞上安装有复位弹簧，活塞上安装有测力机构和复位机构，爆炸控制面板上包括排气排水机构、进气机构、点火机构、测距传感器、气罐和控制机构。

4、所述测力机构包括传力杆、力传感器、传感器连接器及锤头，其中力传感器安装于传力杆和锤头之间，锤头为可更换锤头。

5、所述复位机构包括连杆和复位弹簧，其中复位弹簧可在传力杆上自由滑动且力锤不工作时，复位弹簧将活塞压至缸底。

6、所述排气排水机构包括一个电磁阀，电磁阀为气、水通用的两通直动式电磁阀。

7、所述进气机构包括氢气进气电磁阀和氧气进气电磁阀各一个，电磁阀为气体用两通直动式电磁阀。

8、所述点火机构为1个火花塞。

9、所述测距传感器为1个激光测距传感器。

10、所述气罐包括压缩氢气罐1个和压缩氧气罐1个。

11、所述控制机构包括1个直流电源，4个自复位按钮开关，1个测控仪表；4个自复位按钮开关分别控制排气排水机构、氢气进气阀门、氧气进气阀门、点火机构；测控仪表连接测距传感器，显示活塞底部到缸底的距离。

12、基于上述基于气体爆炸的高能冲击力锤本申请还提供其试验方法，所述试验方法包括以下步骤：

13、1）根据被测结构的频谱特性选配合适的锤头，锤头包括低频锤头、中频锤头和高频锤头；

14、2）将高能冲击力锤的气缸固定在被测结构附近，调整好锤头与敲击点的距离和角度；

15、3）将测力机构上的力传感器导线与数据采集仪连接，用于在测试过程中记录冲击力信号；

16、4）在控制机构上接通电源，打开排气排水阀门，排尽缸体内的空气水汽，关闭阀门；

17、5）打开氢气电磁阀通过观察测距传感器的测控仪表控制氢气进气量为活塞行程的1%，关闭氢气电磁阀；打开氧气电磁阀通过观察测距传感器的测控仪表控制氧气进气量为活塞行程的24%，关闭氧气电磁阀；

18、6）打开点火机构开关，氢气氧气混合物爆炸，推动活塞运动，进行锤击动作；

19、7）根据试机效果，参考步骤5）调整氢气氧气比例和总进气量改变冲击能量大小和冲击速度；

20、8）重复步骤4~6进行正式试验。

21、步骤5）中，打开氢气或者氧气进气电磁阀后，测控仪表的位移变化量之比，即为氢氧进气总量之比；

22、步骤6）中，点火机构开关，为人工点动打开；

23、步骤7）中， 氢气在氧气中的比例在4%~50%之间调整。

24、本发明具有以下有益效果及优点：

25、1.本发明给出的高能冲击力锤结构紧凑，操作简单，体积小冲击能量大，可以远程控制，也可以有效避免人工锤击时的连击。解决了传统冲击力锤能量小无法激励大结构、无法远程激励的问题。

26、2.本发明提供的高能冲击力锤，改变了传统力锤中容易出现的连击现象，以及多次锤击冲击能量大小不一样的问题。通过控制氢气氧气的比例和总进气量，可以大量程、重复控制冲击能量，且重复性优。使得测量数据更加精准。

技术特征：

1.一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述冲击锤的结构包括：密封气缸、活塞及爆炸控制面板；其中，所述密封气缸安装于基座上，所述密封气缸内设有活塞，所述活塞上设有复位弹簧，活塞上安装有测力机构和复位机构；爆炸控制面板通过电力导线、信号导线、气体管道与密封气缸连接，所述爆炸控制面板上设有排气排水机构、进气机构、点火机构、测距传感器、气罐和控制机构。

2.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述测力机构包括传力杆、力传感器、传感器连接器及锤头，所述传力杆与活塞相连接，其中力传感器安装于传力杆和锤头之间，锤头为可更换锤头。

3.如权利要求2所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述复位机构包括连杆和复位弹簧，其中，所述复位弹簧一端顶在气缸顶盖上一端顶在活塞上，在传力杆上自由滑动且力锤不工作时，复位弹簧将活塞压至缸底。

4.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述排气排水机构包括电磁阀，电磁阀为气、水通用的第一两通直动式电磁阀。

5.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述进气机构包括氢气进气电磁阀和氧气进气电磁阀各一个，电磁阀为气体用两通直动式电磁阀。

6.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述点火机构为火花塞。

7.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述测距传感器为激光测距传感器。

8.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述气罐包括压缩氢气罐和压缩氧气罐，分别连接氢气进气电磁阀和氧气进气电磁阀。

9.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤，其特征在于，所述控制机构包括一个直流电源，4个自复位按钮开关和1个测控仪表；4个自复位按钮开关分别控制排气排水机构、氢气进气阀门、氧气进气阀门、点火机构；测控仪表连接测距传感器，显示活塞底部到缸底的距离。

10.如权利要求1所述一种基于气体爆炸的高能冲击力锤的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括以下步骤：

技术总结
本申请公开一种基于气体爆炸的高能冲击力锤及其试验方法，所述冲击锤的结构包括：密封气缸、活塞及爆炸控制面板；其中，所述密封气缸安装于基座上，所述密封气缸内设有活塞，所述活塞上设有复位弹簧，活塞上安装有测力机构和复位机构；爆炸控制面板通过电力导线、信号导线、气体管道与密封气缸连接，所述爆炸控制面板上设有排气排水机构、进气机构、点火机构、测距传感器、气罐和控制机构。该击力锤结构紧凑，操作简单，体积小冲击能量大，可以远程控制，也可以有效避免人工锤击时的连击。解决了传统冲击力锤能量小无法激励大结构、无法远程激励的问题。

技术研发人员：陶言和,郭勤涛,张磊
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15