基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备

本发明涉及冲击测试领域，具体是一种基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备。

背景技术：

1、冲击测试设备主要用于结构损伤评定，常用的有建筑幕墙撞击测试，其利用钟摆式加速将重力势能转化为动能，让测试体与幕墙发生碰撞，但其规模较小，并且测试体与绳索刚性连接，无法释放测试体，也无法达到较高的最终速度。现有的钟摆式加速方法，测试体的最终速度能达到15.8m/s，但均无法达到不规则块体崩塌时的速度要求（即＞70m/s），而电磁轨道炮的出口速度可以达到2500m/s，但轨道炮对于测试体的要求很高，需要较高的硬度，并且轨道炮在加速过程中会产生较高的热量，会导致测试体在高温下的异常形变，破坏其原始状态。

2、申请号为202311051493.7的发明专利公开了一种隧道口防护系统的飞石模拟撞击测试装置，其模拟了落石对于隧道口防护装置的撞击，采用弹性复位力的加速方式，利用弹性对测试体进行加速，该方法可以模拟块石的冲击试验，但加速构件与块体采用夹具固定，会破坏测试体的原始形状，并且也无法达到较高的最终速度，也没有对加载装置的减速过程。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备。

2、本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，该设备包括外壳、左通电导轨、载体平台、载物盒、加速滚轮、载物盒位置传感器、载物盒供电导轨和右通电导轨；

3、外壳的底面开有加速滚轮槽；载体平台的底面转动安装有加速滚轮；加速滚轮设置于加速滚轮槽中，与加速滚轮槽配合，沿加速滚轮槽运动，实现载体平台的运动；载物盒固定于载体平台上，用于无接触式无损运载测试体；载物盒供电导轨固定于外壳的底面，用于为载物盒供电，使载物盒内产生磁场，实现载物盒中的测试体的无接触式无损运载；载物盒位置传感器固定在外壳上，与左通电导轨的绝缘导轨的始端处于同一竖直面，用于检测载物盒是否到达指定位置，控制载物盒释放测试体；

4、左通电导轨和右通电导轨对称固定在外壳的底面；左通电导轨和右通电导轨的结构相同，均包括加速导轨、绝缘导轨、减速导轨、导电连接件、通电导轨导电刷、加速导轨始端固定环和减速导轨末端固定环；

5、加速导轨、绝缘导轨和减速导轨依次相互固定连接，形成通电导轨主体；通电导轨主体与外部电源电连接；加速导轨始端固定环和减速导轨末端固定环分别固定于通电导轨主体的始端和末端，并与外壳固定连接；导电连接件嵌套在通电导轨主体的外侧，与通电导轨主体滑动连接，且与载体平台固定连接，并为载体平台供电；通电导轨导电刷固定在导电连接件上；通电导轨导电刷接触通电导轨主体。

6、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

7、（1）本发明采用安培力电磁轨道加速，测试体的最终速度高，满足测试体崩塌时的速度要求；采用磁悬浮的方式载物，加速过程中载具与测试体不直接接触，实现了测试体的无接触式无损运载和快速释放。

8、（2）本发明的通电导轨分为加速段、减速段和位于两者之间的绝缘部分。加速段采用导电刷柔性连接，降低了高速运动摩擦生热对连接件的磨损；相对于重力落锤冲击测试，本发明的加速段可以实现更高的最终释放速度。减速时先通过绝缘部分断电，然后通过反向通电实现电磁减速，缩短了减速段的长度。优选可设置有减速弹簧来物理减速，实现电磁减速和物理减速的混合，加强了减速效果。

9、（3）本发明通过载物盒内壁的线圈产生的磁场，以洛伦兹力的方式，使测试体在载物盒中处于悬浮状态，并通过测试体位置传感器的监测情况在加速过程中不断调整作用于测试体上的每个方向洛伦兹力的大小，保证了在加速过程中测试体不与载物盒接触，实现对测试体的无接触式无损运载，维持了测试体原始的形状和特性，且实现了测试体的快速释放，尤其适用于磁性不规则块体，由于是无接触式运载，材料的外形不受夹具条件的限制，实现了对任意形状块体的加速测试。

10、（4）本发明的载体平台中优选设置有制冷管，对加速过程中因为磁场作用产生的热量进行中和，满足了不同测试体对温度的要求，所以本发明同样适用于极端气候环境下，冰岩混合块体从高位崩塌点的快速冲击测试。

11、（5）本发明优选具有升降和旋转功能，实现多种不同的冲击角度，可以更好地模拟不同工况下的冲击情况。

技术特征：

1.基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，该设备包括外壳（1）、左通电导轨（2）、载体平台（3）、载物盒（5）、加速滚轮（6）、载物盒位置传感器（7）、载物盒供电导轨（8）和右通电导轨（10）；

2.根据权利要求1所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，左通电导轨（2）和右通电导轨（10）均还包括减速弹簧（204）和绝缘环（205）；绝缘环（205）嵌套在通电导轨主体的外侧；减速弹簧（204）嵌套在通电导轨主体的外侧，一端与减速导轨末端固定环（209）接触或固定连接，另一端与绝缘环（205）接触或固定连接。

3.根据权利要求1所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，载物盒供电导轨（8）位于外壳（1）的底面的中心线上；

4.根据权利要求1所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，载体平台（3）包括载体平台壳体（301）和载体平台导电板（302）；

5.根据权利要求4所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，载体平台（3）还包括制冷管（303）；制冷管（303）固定于载体平台壳体（301）的内部，与载物盒（5）接触。

6.根据权利要求1所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，载物盒（5）包括开关门（501）、线圈（502）、测试体位置传感器（503）、线圈固定芯（504）、电动推杆（505）、电动推杆储存槽（506）和载物盒壳体（507）；

7.根据权利要求6所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，测试体位置传感器（503）紧贴线圈（502）的外壁，四个测试体位置传感器（503）沿线圈（502）的外壁的周向均匀布置。

8.根据权利要求6所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，线圈固定芯（504）均固定于开关门（501）的内壁的正中心以及载物盒壳体（507）的每个内壁的正中心。

9.根据权利要求1所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，载物盒供电导轨（8）包括载物盒导电连接件一（801）、载物盒供电导轨端部固定环（802）、载物盒供电导轨导电刷（803）、载物盒供电导轨主体（804）、绝缘连接件（805）和载物盒导电连接件二（806）；

10.根据权利要求1所述的基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，其特征在于，该设备还包括升降机构（9）、升降平台（11）、旋转轨道（12）和旋转滚轮（13）；

技术总结
本发明公开了一种基于安培力加速的磁性高能崩滑体冲击测试设备，包括外壳、左通电导轨、载体平台、载物盒、加速滚轮、载物盒位置传感器、载物盒供电导轨和右通电导轨。本发明的通电导轨分为加速段、减速段和位于两者之间的绝缘部分。加速时采用导电刷柔性连接，实现更高的最终释放速度。减速时先通过绝缘部分断电，然后通过反向通电实现电磁减速，缩短了减速段的长度。本发明通过载物盒内壁的线圈产生的磁场，通过洛伦兹力的方式，使测试体在载物盒中处于悬浮状态，保证了在加速过程中测试体不与载物盒接触，实现对测试体的无接触式无损运载，维持了测试体原始的形状和特性，且实现了测试体的快速释放。

技术研发人员：黄达,张贝,张伯川,彭建兵,杨怡婷
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10