可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台及试验方法技术

本发明专利技术涉及一种可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台及试验方法，该可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台主要由主框架模块、升降模块、加力模块、抓锤模块、锤头模块、试件固定座、磁栅尺、动态力传感器、数据采集与处理模块等组成。安装在锤头侧面的磁栅尺可精确测量锤头的位移，而安装在试件固定座下方的动态力传感器可精确测量被测物所受的冲击力。本发明专利技术结构简单、操作方便且能快速、可靠地捕获冲击全过程的力‑位移信号并能精确计算出被测物所吸收的冲击能量，有利于材料的抗冲击性能分析与研究。

Drop hammer impact test bench and test method for accurate measurement of impact load and dynamic displacement

The present invention relates to a drop hammer impact test bench and test method which can accurately measure impact load and dynamic displacement. The drop hammer impact test bench mainly consists of main frame module, lifting module, loading module, grabbing hammer module, hammer head module, specimen fixing seat, magnetic grating ruler, dynamic force sensor, data acquisition and processing module, etc. \u3002 The magnetic grating ruler installed on the side of the hammer head can accurately measure the displacement of the hammer head, and the dynamic force sensor installed under the fixed seat of the specimen can accurately measure the impact force on the measured object. The invention has simple structure, convenient operation and can quickly and reliably capture the force and displacement signals of the whole impact process and accurately calculate the impact energy absorbed by the measured object, which is beneficial to the analysis and research of the impact resistance performance of the material.

【技术实现步骤摘要】
可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台及试验方法
：本专利技术涉及一种可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台及试验方法。
技术介绍
：冲击试验台用于产品投产前在实验室模拟产品在实际使用过程中承受冲击破坏的能力，并以此来评定产品的抗冲击能力，并通过冲击加载试验数据，优化产品结构与强度。现有技术中的冲击试验台主要有自由落体式冲击试验台、摆锤式冲击试验台、霍普金森压杆试验台三大类。自由落体式冲击试验台原理简单，在进行冲击试验时，试件与动台面刚性连接，重力使动台面顺着导向机构自由下落并撞击静台面，使动台面以及试样产生脉冲半正弦加速度波形。摆锤式冲击试验台利用摆锤冲击前位能与冲击后所剩余位能之差在度盘上显示出来的方式，得到试样的吸收功。霍普金森压杆试验台采用压缩空气炮射出一高速弹丸，使其与一细长杆撞击，可在杆内产生超过100000g以上的加速度应力波信号，被测试件安装在入射杆和透射杆之间承受冲击载荷。现有技术的冲击试验台虽能进行试件的冲击试验，但均存在试件承受的冲击载荷与冲击作用下试件的动态变形量无法直接、准确获得的不足。
技术实现思路
：本专利技术提供一种可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台及试验方法，该可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台结构简单、设计合理，可对试样进行加载试验测量。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：包括用于放置试件的固定台面和位于固定台面上方的顶板，所述固定台面与顶板之间设有若干支撑柱和导向柱，所述导向柱上滑设有锤头，所述顶板自上而下穿设有钢丝绳和与钢丝绳第一端头连接并用于吸附锤头的电磁铁，所述钢丝绳第二端头穿过顶板上方并连接固定在位于固定台面上的电动绞盘，所述顶板的下表面设有加力模块，该加力模块包括设在顶板下方的加力板和设在加力板与顶板之间的加力弹簧。进一步的，上述固定台面与试件之间设有动态力传感器，所述锤头侧部设有磁栅尺读磁头，所述磁条导向柱旁侧设有导向柱，所述磁条导向柱安装有与磁栅尺读磁头相对应的磁条。进一步的，上述加力弹簧靠近顶板的一侧设有轮辐式拉压力传感器，所述加力弹簧靠旁侧设有拉杆式直线位移传感器。进一步的，上述固定台面放置在地面上，作为试验台的基础，其上钻有若干螺纹孔，用于安装固定支座和电动绞盘，固定支座是支撑柱、导向柱的安装接头，通过螺纹连接安装固定台面上，支撑柱是试验台的承力柱，上端为阶梯轴并加工有外螺纹,下端为光轴，支撑柱的下端套进固定座内，并由螺栓锁紧，顶板是落锤冲击试验台的上安装平台，顶板的四角加工有四个大的通孔，通孔的位置与支撑柱相对应，顶板安装在支撑柱阶梯轴的端面上，并由圆螺母进行锁紧和防松，顶板正中心位置加工有一大通孔以允许升降模块的钢丝绳穿过，试验台的两根导向柱与四根支撑柱的安装方式一致，一端通过固定座安装在固定台面，另一端通过圆螺母与顶板相互紧固连接。进一步的，上述电动绞盘通过螺纹连接安装在主框架模块的固定台面上，电动绞盘用于实现钢丝绳的收、放，钢丝绳的一端用起吊螺栓连接在电磁铁上，另一端则安装在电动绞盘上，两个定滑轮通过螺栓安装在顶板的上表面，两个定滑轮用于实现钢丝绳的运动导向。进一步的，上述加力模块上的导向杆的两端均加工有外螺纹，导向杆一端通过螺纹与加力板进行紧固，顶板上与导向杆对应位置加工有光孔并安装有石墨自润滑铜套，导向杆可穿过石墨自润滑铜套、顶板与限位螺母进行螺纹连接，加力模块上的上弹簧座与下弹簧座的一端都加工有外螺纹，另一端均为筒状结构，轮辐式拉压力传感器的外圆周加工有若干安装孔，通过内六角螺栓紧固到顶板的下表面，轮辐式拉压力传感器的正中心加工有螺纹孔并与上弹簧座的外螺纹配合，加力板为圆环状结构，允许抓锤模块和升降模块的钢丝绳从其正中间穿过，加力板上加工有与上弹簧座相对应的螺纹孔，用于安装下弹簧座，加力板上还加工有一光孔，该光孔允许拉杆式拉压力传感器的拉杆头穿过并实现螺纹紧固，加力弹簧安装在上弹簧座与下弹簧座之间，拉杆式直线位移传感器通过拉杆式直线位移传感器安装支座安装在顶板的下表面，轮辐式拉压力传感器用于测量加力弹簧受压缩情况下所产生的附加弹簧力的大小，拉杆式直线位移传感器用于测量加力弹簧的变形量，导向杆用于实现加力模块的垂向导向作用。进一步的，上述锤头两端安装有石墨自润滑铜套并穿过导向柱，上端用石墨自润滑铜套挡盖对石墨自润滑铜套进行约束，所述固定台面上设有试件固定座，所述试件固定座的凸环侧壁加工有螺纹孔，当试件放置在试件固定座上可用螺栓加紧试件的底部，试件固定座的底部加工有若干光孔，用于实现试件固定座与动态力传感器的连接，动态力传感器的上端面与试件固定座通过螺纹相连接，下端面则通过螺纹连接的方式安装在下转接板上，下转接板再通过螺纹连接的方式安装到固定台面上，动态力传感器用于测量冲击过程中的载荷变化情况（动态力信号）。进一步的，读磁头和磁条构成磁栅尺，在固定台面与顶板之间安装的铝合金型材作为磁条的安装载体，读磁头安装在磁头安装座上，该磁头安装座通过螺纹连接安装在锤头的边沿上，磁头安装座上开有槽孔，便于调整读磁头与磁条之间的距离，使读磁头与磁条的距离保持0.5mm的间隙，磁栅尺输出信号为方形脉冲，通过计算输出的脉冲数可精确测量冲击过程中锤头的运动位移，进而可精确计算出锤头的运动速度和加速度。进一步的，采用NI数据采集卡对加力模块中的轮辐式拉压力传感器和拉杆式直线位移传感器、动态力传感器、磁栅尺进行实时数据采集，将采集的电压信号（或由电荷信号转化成的电压信号）经过Labview程序数据处理转换后，能够实时、直观显示各项数据值，进而绘制出所需求的用于表征材料特性的各类函数关系图。本专利技术可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台的试验方法，其特征在于：控制使电动绞盘正向转动释放钢丝绳，电磁铁在重力作用下带动钢丝绳一起向下运行，当电磁铁接触到锤头时按压停止按钮将电动绞盘停止释放钢丝绳，随后点击通电按钮使电磁铁通电产生磁力吸住锤头，确认稳定吸住锤头后再点击上升按钮，电动绞盘反向转动回收钢丝绳从而带动电磁铁及锤头向上运动，当锤头上升到安全销孔位置时，停止运行电动绞盘，分别把安全销插入两根导向柱上的销孔中，对锤头产生安全限位作用以防止锤头下落砸伤操作人员，确认锤头安全后，将受冲击试件通过四根锁紧螺栓固定在试件固定座中；试件固定后，继续通过上位机模块控制电动绞盘的继续转动以带动锤头继续上升，如冲击台自身自由高度无法满足目标冲击能量时，则此时电动绞盘继续转动以带动锤头继续上升对加力弹簧施加负载，当锤头接触到加力板后，此时，数据采集与处理模块同步采集与处理轮辐式拉压力传感器和拉杆式直线位移传感器数据，当根据采集的弹簧力计算出的弹性势能和根据高度计算的锤头重力势能之和能满足预设目标冲击能量数值时，停止运行电动绞盘，由于所选用的电动绞盘转速缓慢，所以能精确控制冲击能量并在极短的时间内停止电动绞盘的运行；随后拔掉导向柱上的安全销，确认安全后，对电磁铁断电，锤头在自身重力和加力弹簧的反作用力下以及导向柱的约束下对试件进行冲击试验，在冲击下落过程中，数据采集与处理模块实时、精准采集安装在锤头上的读磁头与磁条的相对位移数据和试件固定座上的动态力传感器所测量的冲击载荷数据，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：包括用于放置试件的固定台面和位于固定台面上方的顶板，所述固定台面与顶板之间设有若干支撑柱和导向柱，所述导向柱上滑设有锤头，所述顶板自上而下穿设有钢丝绳和与钢丝绳第一端头连接并用于吸附锤头的电磁铁，所述钢丝绳第二端头穿过顶板上方并连接固定在位于固定台面上的电动绞盘，所述顶板的下表面设有加力模块，该加力模块包括设在顶板下方的加力板和设在加力板与顶板之间的加力弹簧。

【技术特征摘要】
1.一种可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：包括用于放置试件的固定台面和位于固定台面上方的顶板，所述固定台面与顶板之间设有若干支撑柱和导向柱，所述导向柱上滑设有锤头，所述顶板自上而下穿设有钢丝绳和与钢丝绳第一端头连接并用于吸附锤头的电磁铁，所述钢丝绳第二端头穿过顶板上方并连接固定在位于固定台面上的电动绞盘，所述顶板的下表面设有加力模块，该加力模块包括设在顶板下方的加力板和设在加力板与顶板之间的加力弹簧。2.根据权利要求1所述的可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：所述固定台面与试件之间设有动态力传感器，所述锤头侧部设有磁栅尺读磁头，所述导向柱旁侧设有磁条导向柱，所述磁条导向柱安装有与磁栅尺读磁头相对应的磁条。3.根据权利要求2所述的可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：所述加力弹簧靠近顶板的一侧设有轮辐式拉压力传感器，所述加力弹簧靠旁侧设有拉杆式直线位移传感器。4.根据权利要求1所述的可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：所述固定台面放置在地面上，作为试验台的基础，其上钻有若干螺纹孔，用于安装固定支座和电动绞盘，固定支座是支撑柱、导向柱的安装接头，通过螺纹连接安装固定台面上，支撑柱是试验台的承力柱，上端为阶梯轴并加工有外螺纹,下端为光轴，支撑柱的下端套进固定座内，并由螺栓锁紧，顶板是落锤冲击试验台的上安装平台，顶板的四角加工有四个大的通孔，通孔的位置与支撑柱相对应，顶板安装在支撑柱阶梯轴的端面上，并由圆螺母进行锁紧和防松，顶板正中心位置加工有一大通孔以允许升降模块的钢丝绳穿过，试验台的两根导向柱与四根支撑柱的安装方式一致，一端通过固定座安装在固定台面，另一端通过圆螺母与顶板相互紧固连接。5.根据权利要求1所述的可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：所述电动绞盘通过螺纹连接安装在主框架模块的固定台面上，电动绞盘用于实现钢丝绳的收、放，钢丝绳的一端用起吊螺栓连接在电磁铁上，另一端则安装在电动绞盘上，两个定滑轮通过螺栓安装在顶板的上表面，两个定滑轮用于实现钢丝绳的运动导向。6.根据权利要求3所述的可精确测量冲击载荷与动态位移的落锤冲击试验台，其特征在于：所述加力模块上的导向杆的两端均加工有外螺纹，导向杆一端通过螺纹与加力板进行紧固，顶板上与导向杆对应位置加工有光孔并安装有石墨自润滑铜套，导向杆可穿过石墨自润滑铜套、顶板与限位螺母进行螺纹连接，加力模块上的上弹簧座与下弹簧座的一端都加工有外螺纹，另一端均为筒状结构，轮辐式拉压力传感器的外圆周加工有若干安装孔，通过内六角螺栓紧固到顶板的下表面，轮辐式拉压力传感器的正中心加工有螺纹孔并与上弹簧座的外螺纹配合，加力板为圆环状结构，允许抓锤模块和升降模块的钢丝绳从其正中间穿过，加力板上加工有与上弹簧座相对应的螺纹孔，用于安装下弹簧座，加力板上还加工有一光孔，该光孔允许拉杆式拉压力传感器的拉杆头穿过并实现螺纹紧固，加力弹簧安装在上弹簧座与下弹簧座之间，拉杆式直线位移传感器通过拉杆式直线位移传感器安装支座安装在顶板的下表面，轮辐式拉压力传感器用于测量加力弹簧受压缩情况下所产生的附加弹簧力的大小，拉杆式直线位移传感器用于测量加力弹簧的变形量，导向杆用于实现加力模块的垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乙万，江磊，白鸿柏，薛新，任志英，邵一川，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35