垂直冲击试验及校准方法

　　0　引言

　　垂直冲击机可以对试件在垂直方向作加速度的冲击试验,用来考核试件在受到垂直方向的加速度时,各方面性能所受影响的程度。在做冲击试验前,必须按照冲击试验的技术要求对垂直冲击机进行校准,只有这样才能保证试件冲击试验的准确、安全与可靠。

　　1　结构组成及其工作原理

　　可以对200 kg以下试件做垂直试验的垂直冲击机分为气动和电动控制两个部分,气动控制可实现气动夹紧、气动释放、气动冲击;电动控制可实现电动卷扬冲击,电动机、滑轮组完成上提工作,将工作台提升到一定高度,然后电磁铁释放机构释放工作台,工作台沿导轨以一定加速度完成自由落体,实现加速度的垂直冲击试验。

　　垂直冲击机组成框图如图1,实物照片如图2所示。由图1可以看出,垂直冲击机是由机架、释放机构、缓冲器及试件保护装置和垂直冲击控制仪组成。缓冲器支座分别安装在机架底端,固定缓冲器,以便作垂直方向的冲击试验;导轨支架安装在机架上;被测试件安装在气动夹具中连同工作台组件一起在导轨支架上滑动;缓冲器、导轨皆固定不动,两个外气缸用固定板焊接在一起,并安装在底部,组成冲击气缸组件,而被试件通过气动夹具固定在工作台上。试验时,当输入的冷气气源,经过陶瓷过滤器、减压阀、三位开关,输入到左右气缸组合,给左右气缸的下气室供气,外气缸固定不动,内气缸向受力方向移动,将工作台和试件顶起,提升到一定高度,通过调节减压阀使其达到所需压力来改变提升的高度。然后由电磁阀停止给左右气缸的下气室供气,转而使它们排气,并给左右气缸的上气室供气,此时的一供一排,使内气缸加速下降,工作台和试件沿导轨以一定的加速度向底部的缓冲器冲去,使被试件得到所需的冲击加速度。这样在气动力的作用下垂直冲击气缸组件(含被试件)可以沿导轨上下往复移动,实现垂直冲击实验。

　　缓冲器由航空液压油、压缩空气、橡胶缓冲垫等共同起缓冲作用。缓冲器主要以缸体、针塞、大活塞、小活塞、橡胶缓冲垫等零件组成。其缓冲能力的大小可以通过选用不同直径的针塞以控制油孔的大小来进行调节。垂直冲击时选用直径大一些的针塞可以得到较小的缓冲,其它参数不变时,加速度变大。反之,可选用直径小一些的针塞,即可获得较小的加速度。

　　试件固定在一刚性试验台面上,提升台面到一定高度,然后突然释放,使试件及试验台一起自由跌落在橡胶缓冲垫上。从台面跌落触到缓冲垫时起,台面向下运动受阻从而产生一很大的与重心方向相反的加速度。在此加速度下,速度变小至零,加速度达到峰值,运动体的动能完全转变成缓冲垫的弹性势能,之后在弹性势变形能作用下,使台面反弹向上运动,速度渐增,反向加速度减小直至台面与缓冲垫脱离接触为止,使台面及被试件受到一加速度脉冲的作用。若缓冲垫为完全弹性体,则该脉冲为一纯半正弦脉冲,实际产生的则是近似半正弦波脉冲。