一种小量级的脉冲力发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种小量级的脉冲力发生装置，属于动态力学计量技术领域。
【背景技术】
[0002] 脉冲力是在短促时间间隔内因力参量急剧变化而激起系统瞬态脉冲运动，并引起 系统产生明显动量变化的一种动态力作用，是一种瞬间的暂态能量交换，是动态力的重要 表现形式之一。在科技工业中的结构加载、零部件试验、碰撞试验、材料试验、生物力学及工 业自动化控制及监测等领域中，广泛存在着小量级脉冲力的测量。例如：飞行员跳伞的弹射 力测试、运动员跑动落脚力（lkN?2kN)、微机械接触力（lkN以内）等。为了满足此类测试 实验的可靠性，提高工业产品加工水平，加强工业产品生产过程质量控制，提出了小量程脉 冲力测量传感器的量值溯源需求，因此迫切需要研制小量级脉冲力发生装置为脉冲力传感 器的校准提供稳定可靠的激励源。
[0003] 国内以往的脉冲力发生装置基本采用沿导向机构下落的锤体与动态力传感器撞 击的方式产生脉冲力激励，脉冲力能够溯源到下落锤体的质量及撞击过程中锤体的运动加 速度。这类装置结构原理简单，较易实现。但受到锤体下落时释放瞬间不同步的影响，以及 下落过程中锤体与导向机构之间垂向摩擦力的作用，撞击过程中横向运动和摩擦力会对激 励力值的重复性产生较大影响，并引入一定的横向力影响；同时受到导向机构等机械结构 限制，装置一般较为笨重，下落锤体的质量较大，撞击产生的脉冲力值也较大，例如中国计 量科学院的1MN动态力标准装置。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有落锤装置受到的限制及存在的不足，提供一种小量级的 脉冲力发生装置，改进了脉冲力发生装置的发生方式，能减小横向运动及垂向摩擦力影响， 实现小量级脉冲力激励。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种小量级的脉冲力发生装置，改变以往下落撞击的能量转换方式，采用压缩气 体推动弹丸在气缸内向上运动撞击的方式产生脉冲力激励；其组成具体包括底座、升降杆、 导杆、气缸塞、冲击气缸、弹丸、砧体、缓冲垫层、动态力传感器、质量块，限位机构和支架。
[0007] 带有螺纹的升降杆垂直安装在底座上，能够上下移动；导杆与升降杆相连，导杆相 对升降杆能上下运动。导杆上方支承气缸塞，弹丸置于气缸塞上方。
[0008] 导杆上端伸入冲击气缸，气缸塞、弹丸、砧体、缓冲垫层均置于冲击气缸内部。冲击 气缸的下端口与导杆间通过密封圈密闭，密封圈上有个进气孔。
[0009] 支架下端垂直安装在底座上。冲击气缸垂直于底座、安装于支架上端，冲击气缸下 端在升降杆上方。冲击气缸上端的侧壁制作有泄气槽。
[0010] 缓冲垫层安装于砧体下方，动态力传感器安装在砧体上方，动态力传感器上表面 紧固一质量块。限位机构紧固在支架上端，位于质量块上方、与质量块间有一定间距，用于 限制撞击后砧体、动态力传感器及质量块的向上运动位移过大。
[0011] 发生装置通过机械加工精度保证弹丸与砧体撞击的对中性；通过在冲击气缸内壁 附加自润滑轴承，减少弹丸、砧体等运动过程中垂向摩擦力的影响；通过增加弹丸和砧体导 向长度以减小横向运动，减少侧向力对动态力传感器输出力值的影响。从而提高发生装置 产生的脉冲力激励幅值的重复性。
[0012] 将进气孔通过电磁阀与外部蓄能气缸连接，外部气源的压缩空气经过滤器净化、 减压阀减压，进入蓄能气缸。发生装置工作时，首先通过升降杆调整气缸塞在气缸内的位 置，接通电磁阀，压缩空气快速释放进入冲击气缸驱动弹丸从气缸塞上部初始位置向上运 动，在气缸出口处撞击放置于出口平台上的砧体及动态力传感器。
[0013] 撞击过程产生近似半正弦的脉冲加速度运动，通过已知质量的质量块作用于动态 力传感器，对其产生脉冲力激励。对该脉冲力发生装置能够建立简化脉冲力模型如式（1):
[0014] F=Ma+Mg (1)
[0015] 式中：a--质量块的运动加速度；
[0016] M--质量块质量和被校动态力传感器等效质量之和；
[0017]g--重力加速度；
[0018] F--传感器承受的脉冲力。
[0019] 通过调整压缩气体压力，弹丸的初始位置，砧体及质量块质量，砧体下方缓冲垫层 的软硬程度及厚度，能够获得不同量级和不同持续时间的脉冲力激励。限位机构紧固在质 量块上方，对砧体撞击后向上运动的位移进行限制。撞击过程结束后，冲击气缸再通过泄气 槽排气，使弹丸回落到冲击气缸下方气缸塞上，准备下一次撞击。
[0020] 有益效果
[0021] 本发生装置结构简单，成本较低，并且由于质量块直接安装于动态力传感器上，无 需附加机构，质量块的质量可以做到很小，因此极易实现几kN以内的小量级脉冲力激励。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明装置的整体结构示意图；
[0023] 图2是【具体实施方式】中质量块14的脉冲加速度实测曲线；
[0024] 图3是【具体实施方式】中动态力传感器12的脉冲力输出曲线；
[0025] 标号说明：1_底座、2-升降杆、3-导杆、4-密封圈、5-进气孔、6-气缸塞、7-弹丸、 8_冲击气缸、9-自润滑轴承、10-缓冲垫层、11-砧体、12-动态力传感器、13-泄气槽、14-质 量块、15-限位机构、16-支架。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明做详细说明：
[0027] 本发明的发生装置如图1所示，包括底座1、升降杆2、导杆3、密封圈4、气缸塞6、 弹丸7、冲击气缸8、自润滑轴承9、缓冲垫层10、砧体11、动态力传感器12、质量块14、限