专利名称：一种压差发射式多直径分离式霍普金森拉压一体杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速动态冲击实验霍普金森(Hopkinson)拉压杆设备，尤其 是涉及一种压差发射式多直径分离式霍普金森拉压一体杆。
背景技术：
现有霍普金森压杆设备一般都是采用单独的压杆或单独的拉杆，而且一种 等截面直杆设备往往需要一套单独的发射装置。所述发射装置的发射方式，有 的采用气阀手动释放工作，操作麻烦，效率低；而采用气压差发射的，容积却 不可变，杆子及发射炮定位不统一，杆子支撑固定不可调，或者可调却定位不 统一，十分不便于实验工作的调试。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种杆子可调，构 成部件定位统一的自动压差发射式多直径分离式霍普金森拉压一体杆。
本发明进一步的目的在于提供一种发射气腔容积可变的自动压差发射式多 直径分离式霍普金森拉压一体杆。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现其包括发射系统、压杆系统、 拉杆系统、吸收杆、液压缓冲器、光学导轨、精密微调支撑件和整形器，所述 发射系统、液压缓冲器和精密微调支撑件安装在光学导轨上，压杆系统、拉杆 系统和吸收杆安装在精密微调支撑件上；在压杆系统中，发射系统安装在光学 导轨的一侧，沿发射系统炮管轴心依次为入射压杆、透射压杆、吸收杆和液压 缓冲器；在拉杆系统中，液压缓冲器直接安装在发射炮管口前面，光学导轨一 侧首先是液压缓冲器，再依次是发射系统、拉杆、入射拉杆和透射拉杆；拉杆上套有套筒子弹；整形器安装于拉杆一端。
所述光学导轨为设备的底座，也是统一定位的基准。
发射系统的自动控制系统包括单片机和单片机控制板，单片机外接压力传 感器，压力传感器用于探测发射气腔内气压；压力传感器与单片机控制板的"传 感器输入"接口连接。
整形器可选用标准件内六角螺栓，在靠近螺栓头部处车出一段细小圆柱段。 本发明进一步的目的通过以下技术方案予以实现在发射系统中的发射气 腔内设置有螺孔，通过螺孔可以安装体积块，以改变发射气腔的容积，从而使 得发射装置可以同时满足压杆、拉杆以及不同杆径系统子弹对各种发射速度要 求。
本发明将现有不同直径等截面杆霍普金森压杆及拉杆综合到一套实验设备 装置上，置备实验设备成本大大减少，对于需同时采购几套压杆及拉杆设备的 单位，设备费用更是可以成倍数减少，实验设备占用空间也相应成倍减少。如 原来购买014. 5mm压杆019咖拉杆的费用分别要9万元及17万元，同时购买2 套设备的话，目前市场价总金额26万元左右，而购买本发明之016mm的拉压一 体杆只需要13万；而且，原来两个设备需要两个不同的实验平台，采用一体杆 后只需要一个实验平台就可以了；所有部件采用统一的定位，拉压杆的安装通 过精密微调支撑件实行量化操作，安装工作统一简单；单片机控制系统，气压 设定数字化，实现小功率电动作控制快速大幅度机械动作，实现对测试电路的 零干扰；发射气腔容积可变，可以同时满足压杆、拉杆以及不同杆径系统子弹 对各种发射速度要求。
图1 (a)是本发明拉压一体杆一实施例的压杆系统整体结构示意图。 图1 (b)是本发明拉压一体杆一实施例的拉杆系统整体结构示意图。图l(C)是图l(b)所示拉杆系统的内部杆系结构放大示意图。
图2是本发明拉压一体杆发射系统一实施例主要部件结构示意图。
图3是图2 A-A处剖视图。
图4是图l(c)所示整形螺栓的外形示意图。
图中l.发射系统，2.入射压杆，3.透射压杆，4.吸收杆，5.液压缓冲器， 6.精密导轨，7.精密微调支撑件，8.拉杆，9.入射拉杆，IO.试验试样，11.透 射拉杆，12.整形螺栓，13.套筒子弹，14.连接件，15.阀体，16.盖子，17.发 射气腔，18.节流螺栓，19.气缸，20.活塞。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图l(a)、图l(b)、图l(c)，本实施例包括发射系统l、入射压杆2、 透射压杆3、拉杆8、入射拉杆9、透射拉杆ll、吸收杆4、液压缓冲器5、精 密微调支撑件7、整形螺栓12和光学导轨6，所述光学导轨6为设备的底座， 也是统一定位的基准；发射系统l、液压缓冲器5、精密微调支撑件7安装在光 学导轨6上，入射压杆2、透射压杆3、拉杆8、入射拉杆9、透射拉杆ll、吸 收杆4安装在精密微调支撑件7上；压杆系统中，发射系统1安装在光学导轨6 的一侧，沿发射系统1炮管轴心依次为入射压杆2、透射压杆3、吸收杆4、液 压缓冲器5;在拉杆系统中，液压缓冲器5直接安装在发射炮管口前面，在光学 导轨6—侧首先是液压缓冲器5，再依次是发射系统l、拉杆8、入射拉杆9、 透射拉杆ll;拉杆8杆体上,有套筒子弹13;整形器12安装于拉杆8—端。 如图1 (c)所示，拉杆8和入射拉杆9之间设有连接件14。 参照图2、图3，发射系统1主要包括阀体15，发射气腔17、气缸19，气 缸19内设有活塞20，气缸19 一侧设有节流螺栓18，阀体15—端连接炮管， 另一端设有沉孔，所述沉孔用于安装堵块或法兰盘直线轴承；发射气腔17内设置有螺孔(图中未示出)，通过螺孔可以安装体积块，以改变发射气腔的容积。 发射系统l的自动控制系统包括单片机和单片机控制板，单片机外接压力 传感器，压力传感器用于探测发射气腔内气压。单片机控制板上有"传感器输 入"接口 (压力传感器与单片机控制板的"传感器输入"接口连接)、三个继电 器开关输出、"充气"按钮、"暂停"按钮、"放气"按钮、"目标气压上调"按
钮、"目标气压下调"按钮、"功能选择"按钮、"reset"按钮、8个状态led显 示灯、液晶显示屏。压力传感器将压力信息传送至单片机，单片机根据气压信 息进行相应继电器动作，液晶屏或led进行相应的状态显示。
参照图4，整形螺栓12，选用标准件内六角螺栓，在靠近头部处车出一段 较小圆柱段。套筒子弹打击时，由于圆柱段直径小于螺纹段直径，因而断裂时， 必在小圆柱段发生断裂，从而在入射拉杆中产生直接矩形拉伸波。矩形拉伸波 幅度大小取决于小圆柱段直径的尺寸大小，最终，可以通过控制小圆柱段直径 尺寸大小控制入射拉伸波大小。
要进行压杆实验时，将发射系统1在光学导轨6上固定好后，在发射系统1 的阀体15—端的沉孔内装入堵块，将一端封死；然后往炮管塞入与压杆等直径 的子弹，以子弹为基准，利用精密微调支撑7依次调好入射压杆2、透射杆3、 吸收杆4以及液压缓冲器5;在入射杆与透射杆之间装入试样10，即可进行分 离式霍普金森压杆实验。
如要进行拉杆动态拉伸实验，则将发射系统1炮口调换方向，将液压缓冲 器180度换向并移至发射系统炮管口位置前，将发射系统l中阀体15上一端的 原来安装的堵块替换成法兰盘直线轴承，用拉杆8 (如图l(b))穿过直线轴承， 并在炮内拉杆上套上套筒子弹，在拉杆端用整形螺栓12将台阶挡块固定；然后 以拉杆8为基准，将入射拉杆9与拉杆8用螺柱连接，在入射拉杆9与透射拉 杆11之间装入实验试样10，即可变成直接拉伸的拉杆系统(如图l (b))进行实验。
压杆系统与拉杆系统之间的更换过程只需约15分钟。
发射装置采用压差式发射，发射过程为先往发射系统1充离存气体；开 始充气时活塞20腔内压力(来自气源)大于发射气腔17内的压力；利用该压 力差，推动活塞20顶住发射系统1的出气口；然后气源通过节流螺栓18逐步 往发射气腔17内充气；当发射气腔17内气压到达目标气压后，系统会自动将
气源通道关闭，并同时将活塞20腔内高压气体瞬间释放；此时活塞20腔内气 压立即降为大气压，发射气腔17内压力大于活塞20腔内气压；利用该压力差， 推动活塞20退回原位，从而打开发射系统1出气口，发射气腔17内高压气体
瞬间从腔内释放至炮管中，推动炮管内子弹高速撞击入射杆，从而形成高速发 射。
发射系统1的工作由单片机自动控制。系统初始状态时，"暂停"及"放气"
按钮为无定义动作状态，"充气"按钮处于待命状态；通过按"充气"按钮打开
充气电磁阀，开始对发射气腔17充气； 一旦充气动作处于工作状态，"暂停"
及"放气"按钮均进入待命状态，可以按"暂停"关闭充气电磁阀，也可以按
"放气"进行即时气压下的发射；充气过程中， 一旦发现有问题，可以按"暂 停"按钮关闭充气电磁阀，暂停充气动作；"暂停"按钮处于工作状态时，"充 气"、"目标气压上调"、"目标气压下调"及"放气"按钮均处于待命状态，可 以按"放气"按钮进行当前气压下的发射工作，也可以通过"目标气压上调"、
"目标气压下调"按钮重新设定发射目标气压，参数设定好后，还可以按"充 气"按钮，继续对发射气腔17充气；当压力传感器检测到发射气腔17内气压 大于或等于目标气压时，充气电磁阀自动关闭，同时打开放气电磁阀，'自动进 行发射。
当使用压杆系统时，在阀体15的沉孔内安装堵块，将其完全封死，从而使发射系统1推动圆柱形子弹在炮管内滑动，实现压杆子弹的发射。当使用拉杆
系统时，在阀体15的沉孔内安装法兰盘直线轴承，调换炮管方向，将拉杆穿过 轴承，在炮管内的拉杆杆体上套上套筒子弹，实现发射套筒子弹打击杆端台阶， 从而产生直接拉伸应力波。
拉杆和压杆直径取决于发射炮管的大小，因为发射系统1容积可以变化， 子弹速度控制可以实现无级变化。所以压杆系统可以满足所有直径小于炮管内 径的压杆的安装，也可以满足直径小于0.8倍炮管内径的拉杆的安装，从而实 现拉杆和压杆多直径的一体化。
设备定位统一为光学导轨6的一个侧面及顶面，光学导轨6安装时，使一 个侧面统一保持在一个平面，支撑水平面保持在一个平面。发射系统l、精密微 调支撑件7及液压缓冲器5的定位统一以这两个面为基准面，从而实现了系统 的统一定位。精密微调支撑件7采用光学手动平台组装，实现上下左右二维的 无级调整，平台最小分辨调节动作为10微米，完全可以实现精密微调。
权利要求
1、一种压差发射式多直径分离式霍普金森拉压一体杆，包括发射系统、压杆系统、拉杆系统、吸收杆、液压缓冲器、光学导轨，其特征在于，还设有精密微调支撑件和整形器，所述发射系统、液压缓冲器和精密微调支撑件安装在光学导轨上，压杆系统、拉杆系统和吸收杆安装在精密微调支撑件上；在压杆系统中，发射系统安装在光学导轨的一侧，沿发射系统炮管轴心依次为入射压杆、透射压杆、吸收杆和液压缓冲器；在拉杆系统中，液压缓冲器直接安装在发射炮管口前面，光学导轨一侧首先是液压缓冲器，再依次是发射系统、拉杆、入射拉杆和透射拉杆，拉杆杆体上套有套筒子弹；整形器安装于拉杆一端。
2、根据权利要求1所述的压差发射式多直径分离式霍普金森拉压一体杆， 其特征在于，发射系统中的发射气腔内设置有螺孔。
全文摘要
一种压差发射式多直径分离式霍普金森拉压一体杆，其包括发射系统、压杆系统、拉杆系统、吸收杆、液压缓冲器、光学导轨、精密微调支撑件和整形器，所述发射系统、液压缓冲器和精密微调支撑件安装在光学导轨上，压杆系统、拉杆系统和吸收杆安装在精密微调支撑件上；在压杆系统中，发射系统安装在光学导轨的一侧，沿发射系统炮管轴心依次为入射压杆、透射压杆、吸收杆和液压缓冲器；在拉杆系统中，液压缓冲器直接安装在发射炮管口前面，光学导轨一侧首先是液压缓冲器，再依次是发射系统、拉杆、入射拉杆和透射压杆。本发明将现有不同直径等截面杆霍普金森压杆及拉杆综合到一套实验设备装置上，置备实验设备成本减少；安装简单。
文档编号G01M7/00GK101504326SQ20091004282
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者岩 肖, 陈柏生 申请人:湖南大学