一种短距离加速和短距离制动的大负载撞击试验装置

技术领域

本发明涉及撞击试验装置技术领域，特别是一种短距离加速和短距离制动的大负载撞击试验装置。

背景技术

传统的大负载撞击试验装置一般采用火箭橇加载。火箭橇的工作原理是采用火箭发动机作为动力，推动橇车和试验产品沿着专门建造的高精度轨道运行，当速度达到规定速度后，启爆连接产品和橇车用的爆炸螺栓，产品与橇车分离后惯性飞出撞击靶标，完成对试验产品撞击考核，而橇车则在刹车系统的作用下停止在滑轨上，试验产品在撞击前的飞行距离较长。试验产品存在一定的运动姿态变化，试验结果偏差较大，同时，撬车在受到加速时会产生强烈振动，常规试验装置很难消除加速过程振动对产品的影响。

本撞击试验装置主要用于特种装备在采用直升机、运输机、高铁等运输工具运输过程中，发生高速撞击事故环境下的安全性考核，该装置主要由高压气源系统、发射系统、动力系统、试验滑轨、第一制动系统、第二制动系统、液压系统及测控系统等组成，其加载速度为20m/s～200m/s，该撞击试验系统可为特种装备的安全性研究与评估提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够保证试验件飞行姿态的短距离加速和短距离制动的大负载撞击试验装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种短距离加速和短距离制动的大负载撞击试验装置，包括高压气源系统、发射系统、承载小车、滑轨、一级制动系统、二级制动系统、测控系统组成和润滑系统，所述滑轨由两根平行的工字钢组成，所述承载小车沿所述滑轨移动，所述承载小车包括车板和适配器，所述适配器设置在所述车板底面，承载小车上设置有若干滑靴；

所述高压气源系统用于为所述发射系统提供高压气源，所述发射系统设置在所述滑轨下方，所述发射系统包括主牵引绳、往复车和牵引机构组成，所述主牵引绳连接在所述往复车一端，所述往复车设置在组成所述滑轨的两根工字钢之间，所述往复车在所述主牵引绳的拉动下沿所述滑轨移动，所述往复车上还设置有驱动器，所述驱动器与所述适配器接触，所述驱动器带动所述承载小车移动；

所述一级制动系统包括钢索、一级滑轮组和缓冲缸组，所述驱动器上还设置有与所述钢索适配的环槽，所述钢索缠绕在所述一级滑轮组上，所述钢索与所述缓冲缸组相连，所述钢索位于组成所述滑轨的两根工字钢之间，所述往复车的环槽能够卡住所述钢索；

所述二级制动系统包括缓冲水缸、二级滑轮组和阻拦绳，所述二级制动系统设置在所述滑轨上方，所述车板头部还设置有与所述阻拦绳适配的阻拦槽，所述阻拦绳缠绕在所述二级滑轮组上，所述阻拦绳与所述缓冲水缸相连，所述阻拦绳能够卡入所述阻拦槽内；

所述滑轨一端为首端，另一端为尾端，所述滑轨尾端还设置有靶标，所述承载小车沿滑轨从首至尾方向移动，所述承载小车上的试验件被发射后飞行一段距离撞上所述靶标，沿所述滑轨从首至尾依次设置有一级制动系统和二级制动系统，测控系统用于操纵各组件起止。

进一步的，所述高压气源系统包括高压储气罐，所述牵引机构包括动力缸、排气缸和活塞，所述动力缸一端与所述排气缸连通，所述动力缸另一端通过管道与所述高压储气罐连通，所述动力缸与所述高压储气罐的连通管道上还设置有发射阀，所述活塞活动设置在所述动力缸内，所述活塞可移动至所述排气缸内，所述排气缸上设置有若干通孔，所述主牵引绳的另一端连接在所述活塞上。

进一步的，还包括张紧机构和主定滑轮，所述张紧机构包括张紧绳和张紧装置，所述张紧绳一端连接在所述往复车上，所述张紧绳的另一端连接在所述活塞上，所述张紧装置包括张紧轮组和驱动油缸，所述张紧装置设置在所述滑轨首端下方，所述张紧绳缠绕所述张紧轮组，所述主定滑轮设置在所述滑轨接近尾端处下方，所述主牵引绳从所述主定滑轮上绕过，所述活塞的移动方向与所述承载小车移动方向平行且反向，所述活塞与所述承载小车同步移动。进一步的，所述承载小车上还设置有立背，所述立背设置在所述车板顶面尾部。

进一步的，所述车板上表面还设置有滑道，试验件通过托架和滑块安装在所述滑道上。

进一步的，试验件放置在托架上，所述托架底面设置有若干所述滑块，所述滑块活动安装在所述滑道上。

进一步的，如图所示，所述托架为木头材质，所述托架顶面为与试验件外形贴合的凹槽结构，。进一步的，所述往复车侧边还转动设置有若干活动轮，所述活动轮与所述滑轨接触并转动。进一步的，所述钢索上与环槽接触位置设置有缓冲块。

本发明具有以下优点：

当承载小车达到所需的速度时，由于惯性作用，往复车、承载小车将继续向前运动，当往复车上的环槽卡住第一制动系统的钢索时，第一制动系统的缓冲缸组启动，往复车减速，承载小车与往复车脱离，由于惯性将继续高速向前运动，继续高速向前运动的承载小车阻拦槽触碰第二制动系统的阻拦绳，承载小车拉动阻拦绳继续移动一段距离，第二制动系统缓冲水缸启动，对承载小车进行柔性制动，承载小车减速，试验件以与承载小车相同的速度被抛出靶标，水平撞击试验结束，装置的试验产品的飞行被分为长距离导向运动和短距离自由飞行两部分，有效降低试验件长距离飞行造成的飞行姿态和撞击方向的改变，提高撞击试验结果的精准性，同时在试验件长距离前进过程中对其两个推进装置进行两级柔性制动，降低制动过程对试验件造成的振动影响，减少试验件在运动过程中的动能损耗，保证实验过程稳定；

另外由于该加载装置采用了单点驱动的方式，解决了传统火箭橇因推力不对称引起的振动对产品的影响。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的一级制动系统结构示意图；

图3为本发明的一级制动系统钢索与环槽接触位置俯视图；

图4为本发明的二级制动系统俯视图；

图5为本发明的往复车结构示意图

图6为本发明的承载小车主视图

图7为本发明的滑轨右视图

图8为本发明的承载小车结构示意图

图9为本发明的承载小车上试验件活动示意图

图10为本发明的托架结构示意图

图中：1-主定滑轮、2-缓冲块、3-滑轨、4-活塞、5-动力缸、6-往复车、7-承载小车、8-张紧绳、9-排气缸、10-张紧装置、13-储气罐、14-发射阀、15-一级制动系统、16-主牵引绳、17-二级制动系统、18-试验件、19-车板、20-立背、21-滑块、22-滑道、24-阻拦绳、25-托架、27-适配器、28-驱动器、31-缓冲水缸、601-活动轮、1501-一级滑轮组、1502-钢索、1701-二级滑轮组、1901-滑靴、1902-阻拦槽、2801-环槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图1、2、3、4、7所示，一种短距离加速和短距离制动的大负载撞击试验装置，包括高压气源系统、发射系统、承载小车7、滑轨3、一级制动系统15、二级制动系统17、测控系统组成和润滑系统，所述滑轨3由两根平行的工字钢组成，所述承载小车7沿所述滑轨3移动，承载小车7用于试验件的安装固定，并通过它给试验件加载到期望的速度，所述承载小车7包括车板19和适配器27，所述适配器27设置在所述车板19底面，承载小车7上设置有若干滑靴1901；

所述高压气源系统用于为所述发射系统提供高压气源，所述发射系统设置在所述滑轨3下方，所述发射系统包括主牵引绳16、往复车6和牵引机构组成，所述主牵引绳16连接在所述往复车6一端，所述往复车6设置在组成所述滑轨3的两根工字钢之间，所述往复车6在所述主牵引绳16的拉动下沿所述滑轨3移动，所述往复车6上还设置有驱动器28，所述驱动器28与所述适配器27接触，所述驱动器28带动所述承载小车7移动，试验前，承载小车7的适配器27紧靠往复车6上的驱动器28，防止开始加速时，往复车对承载小车和试验件的剧烈冲击；

所述一级制动系统15包括钢索1502、一级滑轮组1501和缓冲缸组，所述驱动器28上还设置有与所述钢索1502适配的环槽2801，所述钢索1502缠绕在所述一级滑轮组1501上，所述钢索1502与所述缓冲缸组相连，所述钢索1502位于组成所述滑轨3的两根工字钢之间，所述往复车6的环槽2801能够卡住所述钢索1502；

所述二级制动系统17包括缓冲水缸31、二级滑轮组1701和阻拦绳24，所述阻拦绳24的材质为迪尼玛绳，所述二级制动系统17设置在所述滑轨3上方，所述车板19头部还设置有与所述阻拦绳24适配的阻拦槽1902，所述阻拦绳24缠绕在所述二级滑轮组1701上，所述阻拦绳24与所述缓冲水缸31相连，所述阻拦绳24能够卡入所述阻拦槽1902内；

所述滑轨3一端为首端，另一端为尾端，滑轨3尾端还设置有靶标，测控系统用于操纵各组件起止，所述承载小车7沿滑轨3从首至尾方向移动，所述承载小车7上的试验件18被发射后飞行一段距离撞上所述靶标，沿所述滑轨3从首至尾依次设置有一级制动系统15和二级制动系统17，当承载小车7达到所需的速度时，由于惯性作用，往复车6、承载小车7将继续向前运动，当往复车6上的环槽2801的卡住第一制动系统15的钢索1502时，第一制动系统的缓冲缸组启动，往复车6减速，承载小车7与往复车6脱离，继续高速向前运动，承载小车7沿滑轨3进行的运动能够将往复车6被制动减速脱离带来的振动化解掉部分，继续高速向前运动的承载小车7阻拦槽1902触碰第二制动系统17的阻拦绳24，承载小车拉动阻拦绳24继续移动一段距离，第二制动系统17缓冲水缸31启动，对承载小车7进行柔性制动，承载小车7减速，试验件以与承载小车7相同的速度被抛出靶标，水平撞击试验结束，装置的试验产品的长距离飞行被分为匀速运动和短距离飞行两部分，有效降低试验件长距离飞行造成的飞行姿态和撞击方向的改变，有效提高撞击试验结果的准确性，同时在试验件18匀速前进过程中对其两个推进装置进行两级柔性制动，降低制动过程对试验件18造成的振动影响，减少试验件18在匀速运动过程中的动能损耗，保证实验过程稳定。

进一步的，所述高压气源系统包括高压储气罐13，所述牵引机构包括动力缸5、排气缸9和活塞4，所述动力缸5一端与所述排气缸9连通，所述动力缸5另一端通过管道与所述高压储气罐13连通，所述动力缸5与所述高压储气罐13的连通管道上还设置有发射阀14，所述活塞4活动设置在所述动力缸5内，所述活塞4可移动至所述排气缸9内，所述排气缸9上设置有若干通孔，所述主牵引绳16的另一端连接在所述活塞4上，发射前，应通过润滑系统对动力缸5内壁喷射油雾，以减少活塞与缸壁间的摩擦，提高发射速度的精确和稳定性，同时提高动力缸5和活塞4使用寿命。

进一步的，还包括张紧机构和主定滑轮1，所述张紧机构包括张紧绳8和张紧装置10，所述张紧绳8一端连接在所述往复车6上，所述张紧绳8的另一端连接在所述活塞4上，所述张紧装置10包括张紧轮组和驱动油缸，所述张紧装置10设置在所述滑轨3首端下方，所述张紧绳8缠绕所述张紧轮组，通过张紧机构对主牵引绳16施加预紧力，使主牵引绳16始终保持张紧状态，降低发射时对试验件18的冲击，同时还减少绳子与动力缸5筒内壁间的摩擦，提高主牵引绳16使用寿命，所述主定滑轮1设置在所述滑轨3接近尾端处下方，所述主牵引绳16从所述主定滑轮1上绕过，所述活塞4的移动方向与所述承载小车7移动方向平行且反向，所述活塞4与所述承载小车7同步移动，当接到发射命令后，打开发射阀14，此时储气罐13内高压气体经进气管路源源不断进入动力气缸5，活塞4两端巨大的压力差，使得高压气体推动活塞4高速运动(从滑轨3尾端向首端)，活塞4通过主牵引绳16和定滑轮1拖动往复车6、承载小车7向相反的方向高速运动(从滑轨首端向尾端)。当承载小车7达到所需的速度时，活塞4脱离动力缸，进入排气缸9，动力缸5内的气体通过排气缸9上的通孔排出，活塞4两端压力平衡，活塞4逐步停止运动，往复车6停止运动后，张紧装置10拉动往复车和活塞4反向运动，使装置迅速自动复位。

进一步的，所述承载小车7上还设置有立背20，所述立背20设置在所述车板19顶面尾部，试验件18靠在立背20上，防止试验件18在制动前与承载小车7相对运动。

进一步的，所述车板19上表面还设置有滑道22，试验件18通过托架25和滑块21安装在所述滑道22上。

进一步的，如图6、8、9所示，试验件18放置在托架25上，所述托架25底面设置有若干所述滑块21，所述滑块21活动安装在所述滑道22上。

进一步的，如图10所示，所述托架25为木头材质，所述托架25顶面为与试验件18外形贴合的凹槽结构，二级制动系统17启动后，承载小车7减速，试验件18在滑块21的带动下沿滑道22移动，然后才脱离承载小车7高速飞出，进一步降低承载小车7减速对试验件18的运动状态的影响。

进一步的，如图5所述，所述往复车6侧边还转动设置有若干活动轮601，所述活动轮601与所述滑轨3接触并转动，避免往复车6与滑轨3接触造成的动能损耗。

进一步的，所述钢索1502上与环槽2801接触位置设置有缓冲块2，缓冲块2为聚氨酯材质，防止制动时，往复车6切割钢索，提高钢索1502使用寿命。

本发明在使用时，根据试验件18的重量决定给储气罐13充气的气压，再通过辅助工具将试验件18安装在承载小车7上，将承载小车7及试验件18沿滑轨3推至发射起点，承载小车7上的适配器27紧靠往复车6上的驱动器28，控制张紧机构工作，使得主牵引绳16呈张紧状态，再控制液压系统给动力缸5内壁喷射油雾，减少活塞4与动力缸5内壁间的摩擦，当接到发射命令后，快速打开发射阀14，此时储气罐13内高压气体经进气管路源源不断进入动力气缸5，活塞4两端巨大的压力差，使得高压气体推动活塞4高速运动(从滑轨尾端向首端)，活塞4通过主牵引绳16和主定滑轮1拖动往复车6、承载小车7及试验件18一起向相反的方向高速运动(从滑轨3首端向尾端)，在测控系统的控制下，当承载小车8达到要求速度时，活塞4脱离动力缸5，进入排气缸9，由于惯性作用往复车6、承载小车及试验件7将继续向前运动，当往复车6的环槽2801卡住第一制动系统15的钢索1502，第一制动系统11的缓冲缸组启动，往复车6减速，承载小车7及试验件18与往复车6脱离，继续高速向前运动，继续高速向前运动的承载小车7的阻拦槽1902卡住第二制动系统17的阻拦绳24，第二制动系统17缓冲水缸31启动，承载小车7减速，由于惯性，试验件18开始与承载小车7分离，当完全分离后，以相同的速度被抛出靶标，水平撞击试验结束。

本发明采用了通过快速释放高压气体推动活塞4，并带动承载小车7和试验件18沿滑轨3快速运动，来实现目标速度，同时通过制动系统制动承载小车7，实现试验件18与承载小车7的分离，由于试验件18分离后惯性飞行时间短，从而完成试验件按预定姿态对固定靶体的精准撞击。由于该加载装置采用了单点驱动的方式，解决了传统火箭橇因推力不对称引起的振动对产品的影响；另外试验系统的加速段很短，约为75m，制动段长约20m，总长为120m，因此与传统的火箭橇试验装置比较起来该试验装置占地面积小、建设成本低；另外，承载小车7可以安全回收并重复使用，试验动力来自高压空气，因此单次试验成本非常低。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明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，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明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。