一种高速冲击加载装置

1.本实用新型属于速度加载领域，更具体地，涉及一种高速冲击加载装置及其应用。


背景技术：

2.高速冲击模拟器能为短道速滑、冰球项目和自由式滑雪等冰雪项目的关键指标测试提供所需要的速度。将短道速滑、冰球等在水平面内的运动项目称为水平面运动，人体碰撞速度为12m/s，最大质量不大于70kg。将自由式滑雪等在斜面内的运动项目称为斜面运动，着陆点处水平速度为 4m/s，垂直速度为13.52m/s，最大质量不大于70kg。根据自由式滑雪、短道速滑和冰球运动等不同场景下对高速冲击模拟系统的要求，高速冲击模拟器的核心是加速装置，加速装置需要对人体或相关肢体加速到12m/s，由于工程限制，对加速装置提出了较高的要求。传统的加速驱动方式例如自由落体与摆锤式、丝杠螺母、液压与气动等，具有结构庞大不易实施或者速度低等限制，因此，这些驱动方式不适宜用于加速装置。


技术实现要素：

3.针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供了一种高速冲击加载装置及其应用，可以实现装置速度的提升，获取所需要的速度。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了一种高速冲击加载装置，所述装置包括：机架组件；导向组件，所述导向组件包括多根圆筒，所述多根圆筒平行固定于所述机架组件内，多根圆筒上套设有相同的弹簧；滑台组件，所述滑台组件为中心向外分支结构，其中，分支的支数与所述圆筒的根数相同，且每一分支结构的端部设有滚动轴承，所述滚动轴承套设于圆筒的端部，所述分支结构的中心外部设有夹持单元，用于夹持待加速装置，所述分支结构的中心内部设有挂钩；直线电机组件，包括直线电机和挂钩锁紧件，所述直线电机设于所述机架组件上，并位于导向组件上与滑台组件相对的一端，所述挂钩锁紧件与所述挂钩配合以在电机的作用下压缩弹簧，进而释放后实现滑台的高速加载。
5.优选地，所述机架组件上设有位置可调节的挡铁，所述挡铁设于滑台组件与电机之间，挡铁上设有接近开关，当所述滑台组件在所述接近开关的监测范围时，所述挂钩锁紧件与所述挂钩脱离。
6.优选地，所述装置还包括控制单元，所述控制单元与所述直线电机、接近开关和滑台组件连接，用于控制所述直线电机的运动机挂钩的脱除，以及滑台组件对待加速装置的释放。
7.优选地，所述机架组件上还设有位置传感器，用于监视滑台组件释放待加速装置时的位置。
8.优选地，所述机架组件上还设有速度传感器，用于监视滑台组件释放待加速装置时的速度。
9.优选地，所述挂钩锁紧件与所述挂钩为詹氏挂钩。
10.优选地，所述装置还包括冲击缓冲器，所述冲击缓冲器包括压缩弹簧和设于压缩
弹簧两端面的橡胶，一端橡胶与所述滑台组件连接，另一端橡胶与所述机架组件连接。
11.优选地，所述导向组件包括4根圆筒，所述滑台组件为x形，四个端部设置有滚动轴承，中间交点处设有夹持单元和挂钩。
12.通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
13.1.本技术的导向组件具有多个，并通过电机压缩弹簧，在弹簧提供驱动力的过程中，多个相同的弹簧可以保证驱动过程中的稳定性和方向一致性，进而获得想要速度的同时保证了方向性。
14.2.机架组件上设有位置可调节的挡铁，进而通过调节挡铁的位置，可限制滑台的压缩量，挡铁上设有接近开关，进而可以实现挂钩的及时脱除，获得所需速度。
15.3.冲击缓冲器可以实现三道缓冲，一道是滑台组件与橡胶的缓冲，二道是压缩弹簧的缓冲，三道是另一橡胶与机架之间的缓冲，进而避免了滑台组件对机架的冲击。
附图说明
16.图1是本技术实施例提供的高速冲击加载装置的结构示意图；
17.图2是本技术实施例的詹氏挂钩的安装位置示意图；
18.图3是本技术实施例的詹氏挂钩的部分结构示意图；
19.图4是本技术实施例的机架框体的结构示意图；
20.图5是本技术实施例的圆筒的结构示意图；
21.图6是本技术实施例的导向组件的结构示意图；
22.图7是本技术实施例的滚动轴承的结构示意图；
23.图8是本技术实施例的直线电机组件的结构示意图。
24.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
25.100-机架组件、200-导向组件、300-滑台组件、400-直线电机组件、500
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冲击缓冲器、600-詹氏挂钩。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.请参阅图1，本实用新型提供了一种高速冲击加载装置，所述装置包括机架组件100、导向组件200、滑台组件300和直线电机组件400，具体结构如下。
28.机架组件，包括机架框体，优选为u形结构，如图4所示，其中开口端用于射出待加速装置，开口端相对的一端设置直线电机组件。所述机架组件采用焊接结构。
29.所述机架组件上设有位置可调节的挡铁，所述挡铁设于滑台组件与电机之间，挡铁上设有接近开关，当所述滑台组件在所述接近开关的监测范围时，所述挂钩锁紧件与所述挂钩脱离。进一步优选的方案中，所述挂钩锁紧件与所述挂钩为詹氏挂钩600，如图2和图3所示。
30.进一步优选的方案中，所述机架组件上还设有位置传感器，用于监视滑台组件释
放待加速装置时的位置。
31.进一步优选的方案中，所述机架组件上还设有速度传感器，用于监视滑台组件释放待加速装置时的速度。
32.导向组件，所述导向组件包括多根圆筒，如图5所示，所述多根圆筒平行固定于所述机架组件内，多根圆筒上套设有相同的弹簧。本实施例中，所述导向组件包括4根圆筒，每根圆筒上均设有弹簧，四个弹簧完全相同。
33.滑台组件，如图6所示，所述滑台组件为中心向外分支结构，其中，分支的支数与所述圆筒的根数相同，且每一分支结构的端部设有滚动轴承，所述滚动轴承套设于圆筒的端部，所述分支结构的中心外部设有夹持单元，用于夹持待加速装置，所述分支结构的中心内部设有挂钩。
34.本实施例中滑台组件采用沿圆周等距分布的三列滚动轴承(如图7所示)进行导向，以满足滑动速度要求，滑台组件中心的外面安装机械爪，用于抓取和释放待加速装置，例如假肢等；滑台组件中心的里面安装詹氏挂钩，实现与电机的自动连接和脱离。
35.直线电机组件，如图8所示，包括直线电机和挂钩锁紧件，所述直线电机设于所述机架组件上，并位于导向组件上与滑台组件相对的一端，所述挂钩锁紧件与所述挂钩配合以在电机的作用下压缩弹簧，进而释放后实现滑台的高速加载。
36.本技术的詹氏挂钩在脱开状态下，利用弹簧使两个挂钩复位；在连接状态下，左挂钩由直线电机驱动凸轮锁紧连接钩，并通过安装在左挂钩座的接近开关指示挂钩的连接状态。
37.进一步优选的方案中，所述装置还包括控制单元，所述控制单元与所述直线电机、接近开关和滑台组件连接，用于控制所述直线电机的运动机挂钩的脱除，以及滑台组件对待加速装置的释放。
38.进一步优选的方案中，所述装置还包括冲击缓冲器500，所述冲击缓冲器包括压缩弹簧和设于压缩弹簧两端面的橡胶，一端橡胶与所述滑台组件连接，另一端橡胶与所述机架组件连接。进而，冲击缓冲器可以实现三道缓冲，一道是滑台组件与橡胶的缓冲，二道是压缩弹簧的缓冲，三道是另一橡胶与机架之间的缓冲，进而避免了滑台组件对机架的冲击。
39.实施例
40.本技术的高速冲击加载装置满足为80kg假肢提供12m/s速度的要求。其采用的相关参数如下：
41.(1)运动部件(含动平台和假肢)质量：120kg，
42.(2)弹簧刚度：17.28n/mm
43.(3)最大压缩量：1m。
44.在上述参数情况下，最大弹簧作用力为17280n。高速冲击加载装置尺寸设计为3387
×
1180
×
981.5mm，重约1812kg。
45.所述机架组件，采用焊接结构，形状为u形。u形内宽500mm，为在滑台组件上安装假肢提供足够空间。内u形两侧安装挡铁，挡铁上安装接近开关，调整挡铁位置，可限制滑台组件的压缩量，接近开关通知控制单元切断直线电机驱动，可按100mm间距变换挡铁位置，设置8档挡铁位置，即可按1000、900、800、700、600、500、400、300mm来控制弹簧压缩量； u形机架顶部安装位置传感器，监测释放假肢的滑台位置，通知控制单元释放假肢；内u形一侧安
装导向杆，使夹持机械爪电源线的滑环在其上跟随滑台组件运动；外u形一侧安装速度传感器，监测滑台的运动速度。
46.所述直线电机组件，一端为詹氏挂钩，另一端为里姆泰克 sja80-s-v1-1100-nf-p3-rh-fcp-ar型直线电机。电机功率3kw，带制动器，行程1100mm，额定拉力30kn，运动速度23.3mm/s，1.1m行程约需 47s。
47.所述导向圆筒，导向圆筒为4个外径160mm内径145mm长1640mm 空心圆筒，其直径根据弹簧特性参数确定。4个导向圆筒中心间距为790
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600mm，相同的压缩弹簧套在导向圆筒上，推动滑台沿导向圆筒运动。
48.所述滑台组件，为减轻质量，滑台主体采用铝合金6061-t4铝板焊接。滑台组件质量为34.2kg，正面呈x形，长高尺寸为1042
×
852mm，厚 156mm。滑台组件的4角套在中心间距为790
×
600mm的4个导向圆筒上。由于滑台组件的运动速度高达12m/s，一般的直线轴承(滑动轴承6m/s、直线运动球轴承1m/s)不能满足该滑动速度要求，故采用沿圆周等距分布的三列滚动轴承导向。滚动轴承采用1204双列调心滚子球轴承，极限转速 14000rpm，轴承外圈直径47mm。当滑台运动速度为12m/s时，轴承外圈转速为4876rpm，远低于轴承极限转速。滚子轴承导向结构。滑台背面安装詹氏挂钩中的一个挂钩，当直线电机推动另一个詹氏挂钩到达滑台挂钩时，一对詹氏挂钩扣紧，实现直线电机和滑台的自动连接。詹氏挂钩脱开后，用弹簧使挂钩复位。
49.所述冲击缓冲器，滑台组件释放假肢后，仍以高速运动，采用冲击缓冲器，能避免滑台组件与机架发生撞击。现有的缓冲器尺寸大，结构受限，不宜使用，因此使用压缩弹簧构建的冲击缓冲器。缓冲器冲击圆环两侧面安装缓冲橡胶，前侧面橡胶与滑台接触，形成第一道缓冲；圆环运动通过拉杆压缩弹簧，形成主要缓冲，缓冲压缩弹簧安装在导向筒内，可减小冲击器长度尺寸；冲击圆环后侧面橡胶与机架接触，形成第三道缓冲。目前弹簧缓冲距离设定为100mm，可承受约70％的冲击。
50.所述詹氏挂钩，詹氏挂钩一边(左挂钩)与直线电机连接，另一边(右挂钩)安装在滑台组件上。詹氏挂钩脱开后，用弹簧使两个挂钩复位。詹氏挂钩连接后，左挂钩由直线电机驱动凸轮锁紧连接钩，并通过安装在左挂钩座的接近开关指示挂钩的连接状态。左挂钩锁紧后，驱动主直线电机将滑台拉回到指定位置。安装假肢后，可指示脱开挂钩，使弹簧推动滑台前冲，此时，退回挂钩锁紧电机，詹氏挂钩自动脱开，滑台组件即可靠弹簧推力前冲。
51.本技术的整体实现原理如下：具有一定姿态的假人安装在滑台组件上，滑台组件与导向圆筒上的弹簧相连，使用直线电机弹簧压缩到指定位置后释放滑台，在弹簧力作用下滑台组件沿导向筒做变加速运动，运动至弹簧力为0时，滑台速度降低，被加速对象以惯性继续运动并脱离滑台，完成后续的动作，如着陆或碰撞等。
52.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。