一种导向跌落试验系统的制作方法

本实用新型涉及跌落实验装置领域，特别是一种导向跌落试验系统。

背景技术：

产品安全性跌落试验是为了模拟产品在吊装、运输及使用过程中可能遭遇跌落、撞击等意外事故而开展的安全性考核试验，跌落试验时需要根据模拟的事故场景进行在不同姿态下产品的角、棱、面跌落，因此对产品进行安全性考核时需要对产品跌落姿态进行严格的控制。传统的跌落试验方法只是在产品安装时调整初始姿态以满足试验要求，不对产品在下落过程的姿态进行控制。较高高度跌落时，由于产品结构的不对称性导致在下落过程风阻的不对称，引起试验产品下落姿态的变化，从而导致产品最终的碰靶姿态不能满足试验要求。目前国内外绝大多数采用的跌落试验方法均是采用无控自由下落跌落试验方法，其试验加载设备采用一次释放的方式，例如德国联邦材料和试验研究院、中国辐射防护研究院、中国兵器集团051基地等都采用无控自由下落方式，产品释放后无法对其姿态控制，这种方法对于低高度（≦9m）跌落能够满足试验加载要求，但对于较高高度（>9m）的跌落试验存在着较大碰靶姿态误差，导致产品考核的偏差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种导向跌落试验系统，通过采用两次释放的方式来确保实验产品在下落的过程中姿态的变化量在允许的范围内。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种导向跌落试验系统，包括跌落架、以及设置在跌落架下方的两个液压缓冲装置，所述两个液压缓冲装置与跌落架之间均设置有导向绳，还包括导向钢架，所述导向钢架的两端分别套设在不同的导向绳上，使导向钢架沿导向绳上下运动，所述跌落架上设置有提升装置，所述提升装置的输出端连接有一次释放装置，所述一次释放装置与导向钢架连接，所述导向钢架的底部设置有二次释放装置，导向钢架的下方且位于液压缓冲装置之间设置有跌落靶。

具体的，所述的液压缓冲装置包括安装基座，所述安装基座的顶部设置有液压缸，所述液压缸内套设有活塞筒，所述液压缸内的沿轴心轴向设置有卸荷锥，所述液压缸内设置有支撑，所述支撑的中部设置有节流孔，所述节流孔套设在卸荷锥上，所述活塞筒的底部与支撑连接。

具体的，所述的卸荷锥的顶部设置有支撑座，所述支撑座上设置有凸台，所述支撑座上阵列设置有溢流孔，所述凸台上套设有复位弹簧，所述的活塞筒的顶部设置有封盖，所述封盖的底部设置有圆柱台，所述复位弹簧的一端套设在所述圆柱台上。

具体的，封盖的顶部设置有牺牲体，所述安装基座的底部设置有第一导向绳连接柱，所述安装基座、卸荷锥、支撑座、封盖和牺牲体上均设置有中心孔，所述导向绳的一端与导向绳连接柱连接，另一端依次穿过安装基座、液压缸、卸荷锥、支撑座和封盖上设置的中心孔之后与跌落架连接。

具体的，所述活塞筒的上端周向阵列设置有多个喷孔，所述的液压缸的底部设置有连通液压缸内部的阀门。

具体的，所述的跌落架上设置有张紧装置，所述张紧装置包括第二导向绳连接柱，所述导向绳的一端与第二导向绳连接柱连接，所述第二导向绳连接柱的一端设置有外螺纹，还包括设置在跌落架上的张紧支架，所述张紧支架上设置有通孔，所述第二导向绳连接柱设有螺纹的一端穿过所述通孔并螺纹连接螺母。

具体的，所述活塞筒的下端设置有至少两个环形限位凸台，环形限位凸台上设置有环形密封槽，所述环形密封槽内设置有密封胶圈实现活塞筒与液压缸的密封，所述液压缸的顶部设置有限位盖用于限制活塞筒的移动极限位置。

具体的，所述导向钢架两端的上部和下部均设置有导向套，所述导向套套设在导向绳上，所述导向套通过螺栓固定在导向钢架上。

具体的，所述导向钢架的底部且位于有二次释放装置的下方设置有止摆装置，所述的止摆装置包括固定在导向钢架上的安装板，所述安装板上设置有调节螺纹孔，所述调节螺纹孔螺纹连接有调节螺杆，所述调节螺杆上螺纹连接有调节螺母进行锁紧。。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型采用一次释放装置与二次释放装置结合来分别对导向钢架和试验产品进行释放的方式，在一次释放装置将导向钢架与一次释放装置分离后，导向钢架和试验产品一起自由落下，在这一过程中，由于设置有止摆装置，可以确保试验产品在于导向钢架一起下落的过程中始终保持初始的姿态，而在导向钢架和试验产品一起落下一定时间后二次释放装置将导向钢架与试验产品分离，这时仅由试验产品自由下落，失去止摆装置的控制，在试验产品自由下落的这一过程时间很短，所以其姿态的变化量很小，满足实验的要求，达到了再大于9m高度实验中精确控制试验产品姿态变化的效果。

2、本实用新型采用的液压缓冲装置采用渐变节流式的结构，其卸荷锥的外形采用了抛物线曲面结构，使节流孔的面积由大到小按一定规律变化，开始冲击时，缓冲速度较大，匹配较大的节流孔面积；缓冲将结束时，速度较低，匹配较小的节流孔面积，从而使缓冲力和缓冲速度的变化量大致保持不变。流过节流孔的流量是由冲击运动体的质量和速度确定的，大部分冲击能在液体流过节流孔时变成热量，使缓冲介质水加温，然后逸散于空气中。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的液压缓冲装置结构示意图；

图3为图2中a处的放大结构示意图；

图4为本实用新型的张紧装置结构示意图；

图5为本实用新型的止摆装置结构示意图；

图6为传统的缝隙节流原理示意图；

图7为传统的小孔节流原理示意图；

图8为传统节流缓冲装置缓冲过程速度、加速度曲线；

图9为本实用新型的液压缓冲装置45m跌落时的缓冲力-位移曲线；

图中：1-跌落架，2-提升装置，3-张紧装置，4-一次释放装置，5-导向钢架，6-二次释放装置，7-试验产品，8-导向绳，9-液压缓冲装置，10-跌落靶，11-止摆装置，12-牺牲体，13-喷孔，14-活塞筒，15-液压缸，16-支撑，17-卸荷锥，18-安装基座，19-第一导向绳连接柱，20-阀门，21-复位弹簧，22-封盖，23-导向套，24-环形限位凸台，25-支撑座，26-溢流孔，27-节流孔，28-限位盖，29-第二导向绳连接柱，30-张紧支架，31-安装板，32-调节螺母，33-调节螺杆。

具体实施方式

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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1～9所示，一种导向跌落试验系统，包括跌落架1、以及设置在跌落架1下方的两个液压缓冲装置9，所述两个液压缓冲装置9与跌落架1之间均设置有导向绳8，还包括导向钢架5，所述导向钢架5的两端分别套设在不同的导向绳8上，使导向钢架5沿两根导向绳8上下运动，所述跌落架1上设置有提升装置2，所述提升装置2的输出端连接有一次释放装置4，所述一次释放装置4与导向钢架5连接，所述导向钢架5的底部设置有二次释放装置6，所述导向钢架5的底部且位于二次释放装置6的下方设置有止摆装置11，导向钢架5的下方且位于液压缓冲装置9之间设置有跌落靶10。在现有技术中跌落实验装置多用于高度小于九米的实验，如各种电子产品的跌落实验，其实验的高度更是不会超过五米，在进行上述的跌落实验时由于其实验的高度低，产品在从释放到碰靶的这一过程时间短，在自由落下的过程中产品的姿态满足实验的碰靶误差，所以不需要对产品的姿态进行严格的控制，但是当实验高度超过九米时，在自由落下时由于高度过高，落下的时间增长，且在落下的过程中会由于产品的不对称性导致在下落过程风阻的不对称，引起试验产品下落姿态的变化，从而导致产品最终的碰靶姿态不能满足试验要求，所以在对实验高度高于九米的跌落实验需要对产品的姿态进行控制；本实施例的上述方案将实验产品7通过柔性绳固定在二次释放装置6上，以确保吊点通过产品质心垂直线，而二次释放装置7固定在导向钢架5的下端，导向钢架5又通过一次释放装置4连接提升装置2，提升装置2可以采用卷扬机，通过绳索连接一次释放装置4，提升装置2将导向钢架5及实验产品7一起提升到实验的高度，在实验室开始时，一次释放装置4工作，将导向钢架5与提升装置2断开，在导向钢架5断开后，在重力的作用下导向钢架5与实验产品7一起落下，在落下的过程中由于在导向钢架5上设置有止摆装置11，在这一过程中会使实验产品保持姿态不变，在导向钢架5与实验产品7下落时，为了保证导向钢架5的姿态不会改变，本方案采用导向绳8导向的方案，在跌落架1上设置两根导向绳8，导向钢架5的两端套设在导向绳8上，导向绳8是紧绷在液压缓冲装置9与跌落架1之间的，这样在导向钢架5自由下落时就能沿着导向绳8下落，其下落的姿态不会改变，在导向钢架5和实验产品7一起下落一段时间后，实验产品7与跌落靶10的距离减小，但是导向钢架5还没有与液压缓冲装置9接触时，这时二次释放装置7工作，将实验产品7与导向钢架5分离，在分离后实验产品7和导向钢架5继续以分离时的初速度自由下落，直至实验产品7最终碰靶，在这一过程中导向钢架5在继续下落一段距离后会与液压缓冲装置9接触，在液压缓冲装置9装置的缓冲作用下，最终使导向钢架5停止在液压缓冲装置9上，这样做的目的是为了确保导向钢架5的完好，以便重复使用，在二次释放装置6释放实验产品7后，由于释放时的高度已经在九米以下，这时仅由实验产品7自由下落，且下落的速度快，在脱离止摆装置11后，其下落的时间很短，所以其姿态变化很小，满足精度的要求，通过上述的方案就很好解决了传统高度跌落试验中试验产品碰靶姿态精度较差的问题，需要说明的是在上述方案中一次释放装置4采用电永磁机构的方式，在导向钢架5上设置吸盘，通过磁力吸附的方式将一次释放装置4与导向钢架5连接成一个整体，磁力消失，即可将一次释放装置4与导向钢架5断开，卷扬机是上的钢丝绳的一端设置有挂钩，一次释放装置4固定在挂钩上，这样卷扬机就可以提升一次释放装置4来提升导向钢架5，二次释放装置6采用爆炸螺栓或液压驱动机构，用于试验产品的投放，一次释放装置4和二次释放装置6都是现有的技术，常用于跌落实验中。

如图2和3所示，所述的液压缓冲装置9包括安装基座18，所述安装基座18的顶部设置有液压缸15，所述液压缸15内套设有活塞筒14，所述液压缸15内沿轴心轴向设置有卸荷锥17，所述液压缸15内设置有支撑16，所述支撑16的中部设置有节流孔27，所述节流孔27套设在卸荷锥17上，所述活塞筒14的底部与支撑16连接，本实施例的实验系统用于高度超过九米的跌落实验，导向钢架5在从20米左右高度下落到与液压缓冲装置9接触的高度时，其速度快，重量大，需要具有很强缓冲能力的机构才能达到缓冲的作用，本方案优选采用液压缓冲的方式来进行缓冲，实验前在液压缸15内盛装缓冲介质，卸荷锥17的底部固定在液压缸15的底部，卸荷锥17外形采用了抛物线曲面结构，其上端的直径小于下端的直径，支撑16的侧壁是与液压缸15内侧壁紧密接触的，卸荷锥17的上端穿过支撑16中部开设的节流孔27，在导向钢架5向下压活塞筒14时，活塞筒14将力传递给支撑16，进而使支撑16下压，在支撑16下压时，由于节流孔27与卸荷锥17之间存在供缓冲介质溢出的间隙，所以缓冲介质在支撑16下压时会通过节流孔27被挤入活塞筒14内，达到缓冲的目的，活塞筒14与导向钢架5一起在液压缓冲装置9的作用下继续下落直至速度减为零，由于液压缓冲装置9的卸荷锥17采用了抛物线曲面结构，其为渐变节流式缓冲结构，其优点是在整个缓冲过程中缓冲腔内的压力p近似不变，使得活塞筒14及导向钢架5在缓冲过程的运动近似于匀减速运动，其速度变化和能量的消耗较均匀，减少了两者之间的相互冲击，使缓冲过程平稳，避免了传统缓冲装置在缓冲起点和终点存在的加速度突变，导致液压缸结构损坏，由于本实用新型采用了渐变节流式缓冲装置，其工作原理是随着行程的变化，使节流孔27的面积由大到小按一定规律变化：开始冲击时，缓冲速度较大，匹配较大的节流孔27面积；缓冲将结束时，速度较低，匹配较小的节流孔27面积，从而使缓冲力和缓冲速度的变化量大致保持不变，流过节流孔27的流量是由冲击运动体的质量和速度确定的，大部分冲击能在液体流过节流孔27时变成热量，使缓冲介质水加温，然后逸散于空气中，其缓冲过程缓冲力随位移变化如图9所示，图9中是2.1t导向钢架在有效跌落高度为45m的实验条件；传统的变节流式液压缓冲装置主要用于液压缸内对运动活塞的缓冲，结构原理如图6和7所示，安装在液压缸底部，缓冲行程短，缓冲能量小，不适用于跌落试验中长行程、大冲量物体的缓冲，同时，传统的变节流缓冲装置为等减速缓冲无速度突变，即无硬冲击存在，但在缓冲起点和终点都存在加速度突变，如图8所示，即存在软冲击问题，容易造成液压缸结构损坏。

如图3所示，所述卸荷锥17的顶部设置有支撑座25，所述支撑座25上设置有凸台，所述支撑座25上阵列设置有溢流孔26，所述凸台上套设有复位弹簧21，所述的活塞筒14的顶部设置有封盖22，封盖22通过螺栓固定在活塞筒14上，所述封盖22的底部设置有圆柱台，所述复位弹簧21的一端套设在所述圆柱台上，将复位弹簧21设置在活塞筒14内，支撑座25设置在卸荷锥17的顶部，在活塞筒14下压的过程中卸荷锥17是保持静止状态的，所以支撑座25也是保持静止装置，而复位弹簧21设置在封盖22与支撑座25之间，在活塞筒14下压的过程中会使复位弹簧21压缩，达到一定的缓冲效果，其主要用于活塞筒14的复位，在试验完成后将导向钢架5脱离液压缓冲装置9时，活塞筒14可以在复位弹簧21的作用下自动复位，为下次的实验做准备。

进一步的，所述封盖22的顶部设置有牺牲体12，牺牲体12采用橡胶块或泡沫铝结构，用于削减试验时导向钢架5与液压缓冲装置9接触瞬间的瞬间冲击，减小了两者之间的相互冲击，延长了导向钢架5和液压缓冲装置9的使用寿命，所述安装基座18的底部设置有第一导向绳连接柱19，所述安装基座18、液压缸15底部、卸荷锥17、支撑座25、封盖22和牺牲体12上均设置有中心孔，所述导向绳8的一端与第一导向绳连接柱19连接，另一端依次穿过安装基座18、液压缸15、卸荷锥17、支撑座25和封盖22上设置的中心孔后与跌落架1连接，通过上述的方案将导向绳8固定在液压缓冲装置9上，其工作不会受导向钢架5与液压缓冲装置9接触缓冲的影响。

进一步的，所述活塞筒14的上端周向阵列设置有多个喷孔13，所述的液压缸15的底部设置有连通液压缸15内部的阀门20，在活塞筒14下压过程中液压缸15缸体内的缓冲介质通过节流孔27被挤入活塞筒14内部后并从活塞筒14壁上的大量喷孔13喷射出，带走冲击动能，减小了缓冲介质对活塞筒14内壁的冲击，同时，提高了缓冲效率；阀门20包括进水阀和出水阀，试验前，首先关闭出水阀，然后通过进水阀向液压缸15内注缓冲介质，缓冲介质可以是水，直至水从液压缸15上部溢出，关闭进水阀，注水过程在水的作用下，活塞筒14向上运动至顶部，此时液压缓冲装置9处于工作状态，缓冲介质采用自来水，降低了装置运动部位的密封性要求，简化了密封结构，节约了研制和使用成本，同时还减少了对环境的污染。

进一步的，所述的跌落架1上设置有张紧装置3，所述张紧装置3包括第二导向绳连接柱29，所述导向绳8的一端与第二导向绳连接柱29连接，所述第二导向绳连接柱29的一端设置有外螺纹，还包括设置在跌落架1上的张紧支架30，所述张紧支架30上设置有螺纹孔，所述第二导向绳连接柱29设有螺纹的一端与所述螺纹孔连接并螺纹连接有螺母进行锁紧，在实验的过程中需要使导向绳8保持紧绷的状态才能确保导向钢架5能沿导向绳8向下稳定自由下落，本方案优选给导向绳8施加300kg的力，第二导向绳连接柱29转动可以使其与张紧支架30之间产生螺纹传动，已达到调节张紧力的目的，在张紧力达到要求后，通过螺母进行锁紧。

进一步的，所述活塞筒14的下端设置有至少两个环形限位凸台24，环形限位凸台24上设置有环形密封槽，所述环形密封槽内设置有密封胶圈实现活塞筒14与液压缸15的密封，所述液压缸15的顶部设置有限位盖28用于限制活塞筒14的移动极限位置。

如图2所示，所述导向钢架5两端的上部和下部均设置有导向套23，所述导向套23套设在导向绳8上，所述导向套23通过螺栓固定在导向钢架5上，导向套23包括左右对称的两部分组件构成，其中部设置有孔，左右对称的两部分组件合并且通过螺栓连接后就可以将导向绳8包覆在内，形成索道，上述方案中在导向钢架5的两侧每侧均设置有两个导向套23，且两个导向套23分布在导向钢架5的上端和下端，如果每侧只设置一个导向套23，这样可能会造成在导向钢架5在下落的过程中会产生姿态的变化，或倾覆，因为导向钢架5的两侧仅有一个约束，这样的结构是不够稳定的，而在设置两个导向套23后，其在一条导向绳8上设置两个约束，两个导向套23的距离够长，这样的结构才够稳定。

如图5所示，所述导向钢架5的底部且位于二次释放装置6的下方设置有止摆装置11，所述的止摆装置11包括安装板31，所述安装板31上设置有调节螺纹孔，所述调节螺纹孔螺纹连接有调节螺杆33，调节螺纹孔和调节螺杆33均设置有多个，所述调节螺杆33的另一端与导向钢架5螺纹连接，所述调节螺杆33上螺纹连接有调节螺母32，在使用时安装板31固定在导向钢架5的顶部，通过旋转调节调节螺杆33使其上下移动，将其调节螺杆33抵在实验产品7的表面上，通过多个调节螺杆33共同抵在实验产品7的表面上可以使其姿态固定，达到防止实验产品7摆动的效果。

一种使用导向跌落试验系统进行试验的方法，包括以下步骤：

s1、试验准备：通过张紧装置3向两根导向绳8施加300kg预紧力，使导向绳8呈张紧状态；同时通过阀门20向液压缸15内注水；

s2、试验产品安装：通过提升装置2将导向钢架5放下，利用柔性绳将试验产品7与二次释放装置6连接，调整止摆装置11上的调节螺杆33使其与试验产品7表面抵接；上述方案中优选设置四根调节螺杆33，四根调节螺杆33抵在试验产品7上能对试验产品7的对个自由度进行限制，防止其摆动；然后通过提升装置2将导向钢架5和试验产品7提升到试验产品7的底面距跌落靶10的高度为20m，本方案以高度20m为例；液压缓冲装置9的高度为5m；

s3、释放导向钢架：一次释放装置4工作，将导向钢架5与一次释放装置4断开，使导向钢架5和试验产品7沿导向绳8自由下落；

s4、释放试验产品：在一次释放装置4释放导向钢架5和试验产品7后1.3s二次释放装置6工作，在下落1.3s后，此时试验产品7下落了13m，距离跌落靶10上表面为7m，将试验产品7与二次释放装置6分离，试验产品7与导向钢架5分离后按分离时的速度继续自由下落直至试验产品7碰靶，导向钢架5分离后下落一段时间，在液压缓冲装置9的作用下速度平稳减小直至为零，并停止在液压缓冲装置9顶部，导向跌落试验结束，其中，无控下落时间约0.7s非常短，试验产品7姿态变化很小。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。