一种嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置

本发明属于电磁驱动装置，特别是涉及一种嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置。

背景技术：

1、螺线电磁驱动技术是通过螺线管产生磁场来实现机械驱动的先进方法。在某些特定实验领域，高速运动的冲击头是必不可少的，而电磁驱动正是在短行程内驱动大质量冲击头的有效手段。螺线管电磁驱动主要依赖于驱动线圈和感应线圈的无接触配合来完成驱动任务。驱动线圈固定在某一位置，而感应线圈则与冲击头集成在一起，通过感应线圈传递驱动力，从而完成冲击头的发射。

2、在冲击头加速至预定速度后，感应线圈的处置方式有两种：一种是随冲击头一同发射出去，这种模式通常是一次性的，成本相对较高；另一种是在发射筒内，通过减速阻尼装置利用惯性使感应线圈与冲击头脱离，这种模式允许感应线圈回收并重复使用。

3、考虑到电磁驱动对定位和行程控制的严格要求，以确保驱动效率的最大化，本发明引入了电磁铁吸附和起升卷扬机的联合控制方式，在降低整个设备造价和维护成本的同时，增加了冲击头回收就位的自动化功能，降低了实验工作的强度，而且还提高了定位和控制的灵活性。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决上述背景技术中提到的技术问题，本发明提出一种嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其不仅实现了减速感应线圈、自动化定位和回收冲击头的功能，而且结构紧凑，具有广泛的实用性，能够在短行程内完成高速直线驱动，驱动大质量冲击头。此装置主要依托螺线管电磁驱动技术，以冲击头为目标，使其达到所需的试验速度，从而完成冲击或发射试验。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，包括发射筒、电磁感应线圈、电磁驱动线圈、可调减速阻尼器、冲击头和提升机构，所述发射筒内安装有电磁感应线圈、电磁驱动线圈和可调减速阻尼器，所述电磁驱动线圈固定于发射筒内壁，所述可调减速阻尼器安装于发射筒内壁与冲击头的驱动杆外周之间，所述电磁感应线圈套在冲击头的驱动杆外周，所述驱动杆上端连接提升机构。

3、更进一步地，所述冲击头由驱动杆和冲击块通过螺栓连接组成，冲击块可拆卸。

4、更进一步地，所述冲击头外套有导向环，导向环内径与驱动杆外径之间采用间隙配合。

5、更进一步地，所述嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置还包括配合垫圈，所述电磁感应线圈通过配合垫圈套在冲击头的驱动杆上。

6、更进一步地，所述可调减速阻尼器包括阻挡环、减速弹簧和缓冲器，所述阻挡环用于限制配合垫圈和感应线圈的运动范围，减速弹簧用于在发射过程中提供阻力以及在发射完成后提供回复力，缓冲器用于吸收冲击能量并减小对整个装置的冲击，所述配合垫圈的外径大于阻挡环的内径，而驱动杆的直径又小于阻挡环的内径。

7、更进一步地，所述电磁感应线圈的外径小于电磁驱动线圈的内径2～5mm，使驱动线圈能在上限位和阻挡环之间自由移动。

8、更进一步地，所述电磁驱动线圈的上限位与电磁感应线圈的下表面齐平，下限位与阻挡环的上表面齐平。

9、更进一步地，所述提升机构包括电磁铁、导向滑轮和卷扬机，所述卷扬机和电磁铁通过线绳连接，所述线绳绕过导向滑轮。

10、更进一步地，所述电磁铁的外径小于配合垫圈以及电磁感应线圈的内径，以确保能从中穿过并准确吸附到驱动杆上。

11、一种采用嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：

12、(1)在启动发射阶段，控制器会分别控制电磁铁断电，以及电磁驱动线圈通电，此时，冲击头、电磁感应线圈和配合垫圈会自由落体至电磁驱动线圈区域，并在电磁力的作用下继续加速，完成发射过程；

13、由于配合垫圈的外径大于阻挡环的内径，而驱动杆的直径又小于阻挡环的内径，因此当配合垫圈接触到阻挡环时，配合垫圈和电磁感应线圈会被阻挡环阻挡，进而减速并留在发射筒内，等待下一次使用；

14、(2)冲击头继续前进，并受导向环的约束，在完成一次试验后，如需要进行下次试验，则回到试验准备阶段，再次启动卷扬机提升冲击头，为下一次试验做准备。

15、与现有技术相比，本发明所述的一种嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置的有益效果是：

16、(1)本发明发射筒设计为中空圆柱体结构，上方留有装配空间，方便与其他支撑部件(如试验平台或框架)连接。发射筒内部经过精密处理，确保配合公差，并设有阶梯区域，用于安装电磁驱动线圈、可调减速阻尼器、定位环等辅助部件。

17、(2)本发明冲击头通过柔性套接的方式与感应线圈结合，这种设计简化了发射前的准备步骤，且对定位和配合要求较低。驱动完成后，冲击头与感应线圈自动分离，冲击头继续前行，而配合垫圈和感应线圈则在可调减速阻尼器的作用下减速，并留在发射筒内，以备后续使用。

18、(3)本发明冲击头由驱动杆和冲击块组成，驱动杆设计为杆状，方便传递驱动力和确保驱动方向的控制。驱动杆上方与配合垫圈柔性套接，下方则采用固接方式与冲击块连接，同时也可根据需求更换冲击块，以改变冲击头的质量。

19、(4)本发明的阻挡环用于限制配合垫圈和感应线圈的运动范围，减速弹簧和缓冲器则平稳地减速阻挡环与感应线圈。整个模块可根据所需减速体的速度和质量调节整体阻尼比，以实现最佳的减速效果。

20、(5)本发明在发射筒下方，配置了由耐磨材料制成的导向环，其表面光滑，摩擦系数低，确保了冲击头的发射方向精度，同时尽量减少对驱动速度的影响。

21、(6)此外，本发明还配备了提升机构。该提升机构由电磁铁和起升机构组成，电磁铁能够实现电动精准控制，并与冲击头自动连接和脱离。起升机构则精准控制发射就位，并能够提升较大质量的冲击头。整个回收、就位、发射和再回收的过程可实现自动化控制。

技术特征：

1.一种嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：包括发射筒(1)、电磁感应线圈(2)、电磁驱动线圈(4)、可调减速阻尼器(5)、冲击头(7)和提升机构(8)，所述发射筒(1)内安装有电磁感应线圈(2)、电磁驱动线圈(4)和可调减速阻尼器(5)，所述电磁驱动线圈(4)固定于发射筒(1)内壁，所述可调减速阻尼器(5)安装于发射筒(1)内壁与冲击头(7)的驱动杆(701)外周之间，所述电磁感应线圈(2)套在冲击头(7)的驱动杆(701)外周，所述驱动杆(701)上端连接提升机构(8)。

2.根据权利要求1所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述冲击头(7)由驱动杆(701)和冲击块(702)通过螺栓连接组成，冲击块(702)可拆卸。

3.根据权利要求1所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述冲击头(7)外套有导向环(6)，导向环(6)内径与驱动杆(701)外径采用间隙配合。

4.根据权利要求1所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置还包括配合垫圈(3)，所述电磁感应线圈(2)通过配合垫圈(3)套在冲击头(7)的驱动杆(701)上。

5.根据权利要求4所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述可调减速阻尼器(5)包括阻挡环(501)、减速弹簧(502)和缓冲器(503)，所述阻挡环(501)用于限制配合垫圈(3)和电磁感应线圈(2)的运动范围，减速弹簧(502)用于在发射过程中提供阻力以及在发射完成后提供回复力，缓冲器(503)用于吸收冲击能量并减小对整个装置的冲击。

6.根据权利要求5所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述配合垫圈(3)的外径大于阻挡环(501)的内径，而驱动杆(701)的直径又小于阻挡环(501)的内径，所述电磁感应线圈(2)的外径小于电磁驱动线圈(4)的内径2～5mm，使电磁驱动线圈(4)能在上限位和阻挡环(501)之间自由移动。

7.根据权利要求6所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述电磁驱动线圈(4)的上限位与电磁感应线圈(2)的下表面齐平，下限位与阻挡环(501)的上表面齐平。

8.根据权利要求4所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述提升机构(8)包括电磁铁(801)、导向滑轮(802)和卷扬机(803)，所述卷扬机(803)和电磁铁(801)通过线绳连接，所述线绳绕过导向滑轮(802)。

9.根据权利要求8所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，其特征在于：所述电磁铁(801)的外径小于配合垫圈(3)以及电磁感应线圈(2)的内径，以确保能从中穿过并准确吸附到驱动杆(701)上。

10.一种采用如权利要求9所述的嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置的试验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种嵌套式可分离感应环电磁驱动竖向冲击试验装置，属于电磁驱动装置技术领域。解决了现有竖向冲击试验装置存在的成本高问题。其发射筒内安装有电磁感应线圈、电磁驱动线圈和可调减速阻尼器，电磁驱动线圈固定于发射筒内壁，可调减速阻尼器安装于发射筒内壁与冲击头的驱动杆外周之间，电磁感应线圈套在冲击头的驱动杆外周，驱动杆上端连接提升机构。其不仅实现了减速感应线圈、自动化定位和回收冲击头的功能，而且结构紧凑，具有广泛的实用性，能够在短行程内完成高速直线驱动，驱动大质量冲击头。此装置主要依托螺线管电磁驱动技术，以冲击头为目标，使其达到所需的试验速度，从而完成冲击或发射试验。

技术研发人员：兰朋,黄洋,刘曼兰
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5