冲击试验机弹射装置的控制与设计

　　前言

　　冲击试验机上,弹射装置是用来悬挂和运载球状或半球状的刚性模型作高速运动,使其高速(25±1 km/h)撞击被测物(如头枕)。这种撞击速度获得的方式有机械方式、液压方式和气动方式等,综合比较各种传动与控制方式,机械和液压方式所获得的驱动速度较小,因而不适合用于较高速度的冲击试验机上。气动控制系统以其结构紧凑,安全、可靠,操作自如,动作迅速等诸多优点而成为弹射装置控制系统的优选控制方式。

　　气动控制以压缩空气作为传递动力和信号的介质,压缩空气可以用于储存能量,实现集中供气,短时间释放能量,以获得间歇运动中的高速响应,使得运动物体在较短的时间里获得较高的速度。在冲击强度动态测试中,弹射系统是最关键的技术之一,弹射系统的性能直接影响冲击测试效果和产品性能测试精确性。在做冲击试验机时,要考虑到理论计算与工程实践的差别,而且计算出的冲击速度等诸多动力参数均为一个粗略的范围,并且这些参数的影响因素也不能完全确定,因而需要多次试验,并从中选择合理的参数作为冲击测试参数,所以需要将弹射装置的工作压力和弹射速度均做成可调。根据客户要求,按照产品研制和生产设计的原则,针对冲击试验机,我们设计了如图1所示的冲击试验机弹射装置。本文就其控制原理、设计与调试过程中的细节等作了较为详细的阐述。

　　1　冲击试验机弹射装置气动原理

　　根据《GB11550-1995汽车座椅头枕性能要求和试验方法》中动态试验要求:前方撞击试验要求撞击点在座椅中心面上距头枕顶端,平行于躯干基准线向下65mm处,沿水平方向将头型以25±1 km/h的速度向头枕的前面撞击;后方撞击试验要求撞击点位于座椅中心面上,且在与水平面成45°角的直线与头枕后面相切的切点上,沿与水平面成45°角,将头型以25±1 km/h的速度向头枕的后面撞击(如图2所示)。因而,弹射装置中弹射气缸执行动作是循环往复直线运动,并且要求弹射气缸活塞杆能够在与水平面成0°~45°角度范围内顺利复位。由以上分析可知,控制系统应该包含弹射气缸的弹射驱动系统和收回(复位)驱动系统。结合前面介绍,其速度要求可调。综上所述,我们设计了如图3所示气动控制系统原理。

　　该气动控制系统具体工作原理:当气源1通压后,压缩空气经三联件2净化和润滑后分成两路,一路为控制回路,另外一路经稳压回路进入储气罐9中。控制回路中,常态时,3个换向电磁阀均处于断电状态:储气罐进气回路3b, 5b通;二位三通气控流量阀5a切换方向,弹射回路断开;回收气缸7有杆腔通压,无杆腔无压,活塞杆缩回至末端。当储气罐中气压达到传感器设定值后,传感器即输出高电平置位电磁阀3b切断进气回路;当弹射回路控制电磁阀3c收到弹射控制信号时,2个气控流量阀5a,5b同时切换方向,弹射回路中件9, 5a, 5b,件8接通,储气罐中储存的巨大气压能瞬时爆发,使弹射气缸8活塞杆高速弹射出去,然后复位弹射回路控制电磁阀3c,则弹射回路9, 5a, 5b,件8断开;当回收气缸电磁阀3a收到回收控制信号时,回收气缸7无杆腔通压,有杆腔无压,回收气缸7活塞杆伸出,当安装在头型上磁铁和安装在回收气缸活塞杆前端的铁套筒通过磁引力吸合起来后,复位回收控制电磁阀3a,回收气缸就会将头型连同弹射气缸缩回到原位状态。