一种高量级对撞冲击试验台的制作方法

本实用新型属于动力学试验领域，具体涉及一种在实验室环境下，针对引信、弹药、航天器等高可靠性产品的大质量、高加速度、长持续时间的高量级对撞冲击试验台。

背景技术：

引信、弹药、航天器产品，在工作过程中通常伴随高机械冲击环境，因此在科研、生产、使用过程中需开展各种有针对性的动力学机械冲击试验来考核其在高冲击环境下的生存能力、功能实现和动态性能。

在实验室内，由振动台完成的冲击试验，主要用于200倍重力加速度以下的低量级复杂冲击环境模拟。

马歇特锤击机、跌落式冲击试验台、纯机械的冲击放大装置和二次冲击装置，均为利用碰撞动能产生高过载的机械装置，通常只能对2Kg以下的小质量试验产品达到较大的冲击加速度，同时也存在碰撞能量不易设置和控制、碰撞加速度散布大的不足。

空气炮是实验室内常用的强冲击试验装置，以压缩空气作为动力驱动源，高压气室瞬间释放将试验弹在发射管内加速来模拟发射环境，为了获得更高的发射初速和加速度过载，通常需要增加发射管的长度和降低试验弹的质量，另外，受空气炮口径影响，空气炮试验通常只能对小尺寸、小质量的产品进行试验，而且空气炮密闭的试验环境通常需要对被测试品进行存储测试，不能外接导线测试，增加了试验成本和复杂度。

气动冲击台是实验室内常用的另一种冲击试验装置，以水平气动冲击台为例，通常由台体、冲击气缸、滑动工作台面、滑轨、限位挡板、波形垫片等组成，气缸活塞杆在气压驱动下推动工作台面在在滑轨上加速运动，滑动工作台面撞击限位挡板上的波形发生器，产生相应的冲击波形，但由于气缸活塞杆质量较大，导致气缸活塞运动速度较低，通常在10m/s～20m/s左右，极限值为30m/s，冲击能量有限。另外，机械冲击过载是由滑动工作台面和其上部固定的试验产品撞击冲击台限位挡板上的波形垫片产生的，随着冲击量级的提高，冲击台自身承受冲击力也同比加大，冲击台自身有限的机械强度制约了大质量试验产品在水平气动冲击台上的应用。

目前引信、弹药、航天器和一些高可靠性产品冲击试验量级要求对几十～几百千克的较大质量试验产品进行峰值不低于1000倍重力加速度，持续时间不低于1ms的高量级冲击试验，现有的实验室试验技术条件不能满足需求，导致在实验室冲击试验过程中考核不充分，不能充分暴露产品设计和制造缺陷。

目前，实验室环境下的机械冲击试验存在负载轻、峰值加速度低、冲击持续时间短等冲击能量不足的问题，而外场的炮击试验又存在试验成本高，测试回收困难的问题。

故针对大尺寸、大质量试验产品，急需开发实验室环境下的占地小、成本低、量级高的高加速度机械冲击试验设备，丰富实验室动态试验手段，以实现高冲击环境下产品的高可靠性要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种高量级对撞冲击试验台，以解决上述提出的一系列主要技术问题。

本实用新型的技术方案是：

一种高量级对撞冲击试验台，包括底座，所述底座上设置有第一推力装置和第二推力装置，所述第一推力装置和第二推力装置分别连接有一冲击推板，两个冲击推板相对设置，用于给位于它们之间的冲击组件提供冲击动力，所述冲击推板的冲击能量分别通过与其连接的推力装置单独控制，所述第一推力装置和第二推力装置的前后两侧分别设置有用于将冲击组件退回原位的复位装置，所述底座上还设置有滑轨，所述滑轨位于第一推力装置和第二推力装置中间，所述冲击组件与滑轨滑动连接。

优选的，所述第一推力装置和第二推力装置结构相同，均包括与底座固定的冲击气缸，所述冲击气缸内的冲击气缸活塞前端与冲击推板固定，所述冲击推板前端设置有用于缓冲和滤除机械杂波的缓冲装置，所述缓冲装置包括多个均布的聚氨酯弹簧。

优选的，所述复位装置包括第一复位装置和第二复位装置，所述第二复位装置包括分别设置在第二推力装置前后侧的工作台面限位挡板，所述工作台面限位挡板上穿设有复位气缸二，所述复位气缸二的后端与底座固定，所述复位气缸二的前端与冲击锤限位缓冲支架固定，所述工作台面限位挡板远离第二复位装置的一端设置有冲击锤限位组件；所述第一复位装置包括分别设置在第一推力装置前后侧的冲击锤限位挡板，所述冲击锤限位挡板上穿设有复位气缸一，所述复位气缸一的后端与底座固定，所述复位气缸一的前端与工作台面限位缓冲支架固定，所述冲击锤限位挡板远离第一复位装置的一端设置有工作台面限位组件。

优选的，所述工作台面限位组件包括与冲击锤限位挡板和底座分别固定的工作台面限位缓冲支架，所述工作台面限位缓冲支架与滑轨平行，所述工作台面限位缓冲支架远离冲击锤限位挡板的一端设置有缓冲垫一。

优选的，所述冲击锤限位组件包括与工作台面限位挡板和底座分别固定的冲击锤限位缓冲支架，所述冲击锤限位缓冲支架与滑轨平行，所述冲击锤限位缓冲支架远离工作台面限位挡板的一端设置有缓冲垫二。

优选的，所述工作台面限位挡板和冲击锤限位挡板相对的面上分别设置有气缸活塞缓冲垫片。

优选的，所述冲击组件包括与滑轨分别滑动连接的冲击锤和工作台面，所述冲击锤位于第一推力装置右侧，所述工作台面位于第二推力装置左侧，所述工作台面与冲击锤相对的面上设置有冲击头，所述冲击锤与工作台面相对的面上设置有波形垫片，所述波形垫片与冲击头的位置相对。

优选的，所述冲击锤包括多个叠加起来用于改变配重的质量块。

优选的，所述工作台面上表面设置有多个用于连接试品夹具的安装孔。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种高量级对撞冲击试验台，其有益效果是：

1、本实用新型采用对撞冲击原理，在相同脉宽条件下，对撞冲击加速度较常规冲击台成倍放大；

2、本实用新型在对撞冲击过程中，冲击台只起支撑作用，对台体自身和地基的冲击极小，可有效加载大尺寸、大质量的试验产品；

3、本实用新型减小了台体尺寸，实现了轻量化设计；

4、本实用新型通过调节蓄能气压可实现高量级对撞能量的精确控置，试验结束后，还可利用复位装置对冲击锤和工作台面自动复位，控制简便、安全可靠、重复性好；

5、本实用新型满足了高量级冲击的实验室应用需求，实用性强，值得推广。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的初始工作状态示意图；

图3为本实用新型的对撞工作状态的示意图；

图4为本实用新型的对撞结束后冲击锤和工作台面惯性运动状态的示意图；

图5为本实用新型的复位气缸工作，将冲击锤和工作台面复位的示意图；

图6为本实用新型的复位气缸回位操作的示意图。

附图标记：

1、底座；2、复位装置；201、第一复位装置；202、第二复位装置；3、冲击锤限位挡板；4、气缸活塞缓冲垫片；5、工作台面限位缓冲支架；6、缓冲垫一；7、滑轨；8、缓冲垫二；9、冲击锤限位缓冲支架；10、工作台面限位挡板；11、冲击气缸；12、冲击气缸活塞；13、冲击推板；14、冲击锤；15、波形垫片；16、冲击头；17、工作台面。

具体实施方式

本实用新型提供了一种高量级对撞冲击试验台，下面结合图1到图6的结构示意图，对本实用新型进行说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种高量级对撞冲击试验台，包括底座1，所述底座1上设置有第一推力装置和第二推力装置，所述第一推力装置和第二推力装置分别连接有一冲击推板13，两个冲击推板13相对设置，用于给位于它们之间的冲击组件提供冲击动力，所述冲击推板13的冲击能量分别通过与其连接的推力装置单独控制，所述第一推力装置和第二推力装置的前后两侧分别设置有用于将冲击组件退回原位的复位装置2，所述底座1上还设置有滑轨7，所述滑轨7位于第一推力装置和第二推力装置中间，所述冲击组件与滑轨7滑动连接。

进一步的，所述第一推力装置和第二推力装置结构相同，均包括与底座1固定的冲击气缸11，所述冲击气缸11内的冲击气缸活塞12前端与冲击推板13固定，所述冲击推板13前端设置有用于缓冲和滤除机械杂波的缓冲装置，所述缓冲装置包括多个均布的聚氨酯弹簧。

其中，聚氨酯弹簧起到缓冲和滤除机械杂波的作用。

其中，滑轨与冲击气缸11的长度方向平行。

进一步的，所述复位装置2包括第一复位装置201和第二复位装置202，所述第二复位装置202包括分别设置在第二推力装置前后侧的工作台面限位挡板10，所述工作台面限位挡板10上穿设有复位气缸二，所述复位气缸二的后端与底座1固定，所述复位气缸二的前端与冲击锤限位缓冲支架9固定，所述工作台面限位挡板10远离第二复位装置202的一端设置有冲击锤限位组件；所述第一复位装置201包括分别设置在第一推力装置前后侧的冲击锤限位挡板3，所述冲击锤限位挡板3上穿设有复位气缸一，所述复位气缸一的后端与底座1固定，所述复位气缸一的前端与工作台面限位缓冲支架5固定，所述冲击锤限位挡板3远离第一复位装置201的一端设置有工作台面限位组件。

其中，复位装置实现对冲击锤和工作台面的自动复位。

进一步的，所述工作台面限位组件包括与冲击锤限位挡板3和底座1分别固定的工作台面限位缓冲支架5，所述工作台面限位缓冲支架5与滑轨7平行，所述工作台面限位缓冲支架5远离冲击锤限位挡板3的一端设置有缓冲垫一6。

进一步的，所述冲击锤限位组件包括与工作台面限位挡板10和底座1分别固定的冲击锤限位缓冲支架9，所述冲击锤限位缓冲支架9与滑轨7平行，所述冲击锤限位缓冲支架9远离工作台面限位挡板10的一端设置有缓冲垫二8。

进一步的，所述工作台面限位挡板10和冲击锤限位挡板3相对的面上分别设置有气缸活塞缓冲垫片4。

进一步的，所述冲击组件包括与滑轨7分别滑动连接的冲击锤14和工作台面17，所述冲击锤14位于第一推力装置右侧，所述工作台面17位于第二推力装置左侧，所述工作台面17与冲击锤14相对的面上设置有冲击头16，所述冲击锤14与工作台面17相对的面上设置有波形垫片15，所述波形垫片15与冲击头16的位置相对。

进一步的，所述冲击锤14包括多个叠加起来用于改变配重的质量块。

进一步的，所述工作台面17上表面设置有多个用于连接试品夹具的安装孔。

其中，试验产品用试品夹具紧固安装在工作台面上，当冲击锤和工作台面对撞时，工作台面上的试验产品受冲击产生高量级冲击过载。

本实用新型公开了一种高量级对撞冲击试验台，具体是一种基于气动式的高量级水平冲击试验台，主体结构包括推力装置、冲击推板、复位装置、滑轨、冲击组件和底座等部分组成，结构示意见图1所示。

推力装置：共2套，每套包括冲击气缸、气动自锁紧控制机构、冲击气缸活塞、冲击推板等，冲击气缸活塞的推杆前端一体固定连接有冲击推板，冲击气缸通过支架固定连接在底座上，冲击气缸通过冲击气缸活塞的推杆作用于冲击推板，推动冲击推板去推动设置在滑轨中的冲击组件快速直线运动。推力装置有2套，分别同时驱动冲击锤和工作台面相向直线运动，发生对撞。通过调节2套冲击气缸的蓄能气压可实现对撞冲击能量的精确控置，2套气缸组件同步误差在50ms内即可满足对撞要求。

其中，冲击组件包括冲击锤、波形垫片、工作台面和冲击头，波形垫片固定连接在冲击锤的撞击端上，冲击头固定连接在工作台面的撞击端上，冲击锤和工作台面冲击台面滑动支撑在滑轨上以在试验中进行直线运动。

其中，波形垫片粘贴在冲击锤的撞击端上，波形垫片的材料、厚度可根据冲击碰撞对冲击波形和脉宽的要求进行设置和更换。

其中，工作台面为刚性结构，工作台上表面制作有安装孔，主要用于连接试品夹具。改变试品的安装方式或方向，就可以进行不同方向的试验，可获得试品在不同方向所需的冲击波形。

其中，冲击锤为刚性结构，由多个质量块组成，其质量块可灵活增减，以调整自身配重。

其中，所述复位装置自身长度较长，但通过紧凑的安装固定方式，在正常发挥自身功能的前提下，不额外增加试验台的长度和宽度，一定程度上减小了台体尺寸。

其中，复位装置包括第一复位装置和第二复位装置，第一复位装置和第二复位装置分别含有2个复位气缸，复位气缸总共4个，其中2个安装在工作台面两侧的上部，用于复位冲击锤，2个安装在冲击锤两侧的下部，用于复位工作台面，由于复位气缸长度较长，可在2个冲击锤限位挡板、2个工作台面限位挡板中部设置通孔，使复位气缸可以穿过2个冲击锤限位挡板、2个工作台面限位挡板上的通孔安装。冲击锤和工作台面对撞结束后，复位气缸的活塞推杆迅速伸出，将冲击锤和工作台面推回到原来位置；

其中，起限位缓冲作用的功能部件包括2个冲击锤限位挡板、2个工作台面限位挡板、4个气缸活塞缓冲垫片、2个工作台面限位缓冲支架、2个冲击锤限位缓冲支架。

其中，冲击锤限位挡板和工作台面限位缓冲支架固连，工作台面限位挡板和冲击锤限位缓冲支架固连，工作台面限位缓冲支架、冲击锤限位缓冲支架用于限制冲击锤和工作台面的过度位移，使冲击锤和工作台面，只能在冲击台中部工作台面限位缓冲支架、冲击锤限位缓冲支架之间的位置发生碰撞。

若冲击台发生故障，冲击锤或工作台面异常运动，冲击锤或工作台面将与冲击锤限位缓冲支架、工作台面限位缓冲支架发生碰撞。冲击锤限位缓冲支架、工作台面限位缓冲支架前端分别设置有缓冲垫二、缓冲垫一,其作用是缓冲吸收冲击锤和工作台面的动能，不用于产生碰撞波形，故其厚度可以设置的很厚，通过延长碰撞缓冲时间，减小冲击锤、工作台面对底座的冲击力，同时缓冲吸收冲击锤或工作台面动能，使其运动停止。

2个冲击锤限位挡板、2个工作台面限位挡板固定在底座上。冲击锤限位挡板、工作台面限位挡板分别设置于推力装置的两侧，4个限位挡板上贴有4个气缸活塞缓冲垫片、起到将冲击锤、工作台面限位在气缸组件前方，并安全保护推力装置的作用。

底座具有与推力装置、冲击组件、复位装置以及滑轨连接的接口，为冲击试验提供支撑。

所述冲击头与所述冲击锤体之间通过螺纹连接加以固定。

其中，冲击组件通过冲击锤体上设置的滑轮或滑块安装在滑轨中。

其中，冲击台面材料优选高强度航空铝制成。

其中，冲击锤材料优选硬质合金钢。

当冲击锤质量远大于冲击台面加试验产品质量时，对撞可实现冲击台面冲击加速度的放大。冲击台面与冲击锤对撞的冲击量级约为冲击台面撞固定挡板冲击量级的2倍。

当冲击台面质量加试验产品质量和冲击锤质量相等，对撞过程在对撞面法线方向上作用力基本平衡，冲击台只起支撑作用，对地基冲击极小，这样，冲击台面可以做的很大，可有效加载大尺寸、大质量的试验产品。

当设备工作过程中发生故障，冲击锤或冲击台面单独直线运动，则会与冲击锤限位缓冲支架、工作台面限位缓冲支架碰撞并停止，2组限位缓冲支架对2套气缸组件形成安全保护。

缓冲垫二、缓冲垫一厚度远厚于波形垫片厚度，冲击锤或冲击台面与冲击锤限位缓冲支架、工作台面限位缓冲支架的碰撞力较弱，这样，支架和挡板的机械强度可适当降低(例如降低支架和挡板的厚度)，实现了冲击台轻量化设计的要求。

结合图2到图6，对本实用新型进行一次冲击的工作过程描述如下：

系统复位：推力装置中的冲击气缸自动复位，复位气缸推动冲击锤和工作台面水平低速运动，当冲击锤和工作台面分别触碰到限位挡板时，复位气缸回位，气动自锁紧机构封闭；

打开电磁阀给推力装置中储气缸充气，直到压力传感器检测充气达到设定气压；

气缸组件中的气动自锁紧装置瞬间释放，推力装置的气缸活塞分别推动冲击锤和工作台面沿滑轨相向直线运动，冲击锤和工作台面在冲击台中部发生对撞，产生所需加速度波形；

冲击结束，系统复位。

其中，设冲击锤质量为m1,工作台面和被试产品总质量为m2,冲击锤和工作台面在对撞前被气缸组件推动前进，对碰前速度相等，均为v，对碰后工作台面和被试产品反弹速度为v’，假设碰撞过程为完全弹性碰撞，根据动量与动能定量，如m1>>m2，则工作台面和被试产品在对撞后的速度变化量约为4v,而工作台面完全弹性碰撞固定挡板后反弹产生的速度变化量为2v，对撞产生的冲击加速度和冲击动能较传统水平冲击台的工作台面撞击固定挡板上的波形垫片提高了约2倍。

案例1：冲击锤质量200kg，工作台面质量10kg，被试产品质量10kg，工作台面和被试产品总质量20kg，对撞前速度均为20m/s，在完全弹性碰撞条件下，工作台面在对撞前后的速度变化量为80m/s，设置冲击锤上的波形垫片厚度能产生脉宽为1ms的半正弦冲击脉冲，在冲击过程动能损失50％的条件下，工作台面通过对撞可对10kg负载产生脉宽1ms，峰值不低于8000g的半正弦冲击脉冲。

若m1＝m2，则冲击锤和工作台面在对撞之后交换速度，冲击加速度没有放大。其意义在于对撞过程作用力基本平衡，冲击台只起支撑作用，对地基冲击极小，这样，冲击台面可以做的很大，可有效加载大尺寸、大质量的试验产品。

案例2：冲击锤质量1000kg，工作台面质量500kg被试产品质量500kg，工作台面和被试产品总质量1000kg，对撞前速度均为5m/s，在完全弹性碰撞条件下，工作台面在对撞前后的速度变化量为10m/s，设置冲击锤上的波形垫片厚度能产生脉宽为1ms的半正弦冲击脉冲，在冲击过程动能损失50％的条件下，工作台面通过对撞可对500kg负载产生脉宽1ms，峰值不低于1000g的半正弦冲击脉冲。

在案例1中，由于冲击锤质量大于工作台面，对撞结束后，冲击锤和工作台面一起向右运动，冲击锤与冲击锤限位缓冲支架碰撞后，缓冲、减速并停止，工作台面与工作台面限位挡板碰撞后，缓冲、减速并停止，冲击锤限位缓冲支架前端的缓冲垫片可以设置的很厚，延长了碰撞时间，降低了冲击锤对限位缓冲支架的碰撞力。

例如：限位缓冲支架前端的缓冲垫片厚度远厚于冲击锤上波形垫片厚度，冲击锤与冲击锤限位缓冲支架的碰撞时间为30ms，则比碰撞时间为1ms情况降低冲击力30倍。

传统的冲击试验台的冲击过载产生在运动的冲击锤与固定的限位挡板上的波形垫片的碰撞瞬间，为得到高量级的冲击过载，需要提高冲击锤质量，提高冲击锤碰撞前速度，随着冲击量级的提高，台体自身承受冲击力也同比加大，另外冲击气缸的极限速度约为30m/s，通常为10～20m/s，制约了冲击台冲击量级的提高。

本实用新型利用2组冲击气缸分别推动冲击锤和工作台面在滑轨上相向运动并对撞，对台体自身冲击过载极小，适用于对大质量试验产品的高量级机械冲击。当冲击锤质量远大于冲击台面加试验产品质量时，对撞可实现冲击台面冲击加速度的放大。冲击台面对撞冲击锤的冲击量级约为冲击台面撞击固定在冲击的限位挡板的冲击量级的2倍。当冲击锤质量和冲击台面质量加试验产品质量相等，对撞过程在对撞面法线方向上作用力基本平衡，冲击台只起支撑作用，对台体自身和地基冲击极小，这样，冲击台面可以做的很大，可有效加载大尺寸、大质量的试验产品。

本实用新型利用2个气缸组件分别快速推动冲击锤和工作台面在滑轨上相向对撞冲击，使冲击加速度成倍放大的同时，对台体自身冲击过载极小，适用于对大质量试件的高加速度、长持续时间的高量级机械冲击。另外，通过调节2套冲击气缸的蓄能气压可实现对高量级对撞能量的精确控置，试验结束后，可利用复位装置对冲击锤和工作台面自动复位。

综上所述，本实用新型提供的一种高量级对撞冲击试验台，负载能力大，台面尺寸小，可通过调节蓄能气压直接控制高量级对撞的能量，实现了轻量化设计和自动化复位操作，具有控制简便、安全可靠、重复性好的起点，满足了高量级冲击的实验室应用需求，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本实用新型的较佳的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。