本發(fā)明涉及機(jī)械制造和試驗(yàn)裝置，具體而言，涉及一種用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、目前，沖擊試驗(yàn)一般是通過實(shí)物沖擊試驗(yàn)得到試件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，然后分析其破壞機(jī)制，為建筑、設(shè)備設(shè)計(jì)提供更加可靠的理論依據(jù)。沖擊試驗(yàn)可以模擬落石、車輛、船舶等撞擊過程，得到撞擊過程的撞擊力時(shí)程、撞擊能量等，可用于研究防護(hù)裝置以減輕撞擊的損害。并且沖擊試驗(yàn)機(jī)安裝方便，可以裝備多種監(jiān)測設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理分析。沖擊試驗(yàn)手段通常包括跌落式臺(tái)架試驗(yàn)、擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)、下滑式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置、浮動(dòng)沖擊平臺(tái)試驗(yàn)及爆炸沖擊試驗(yàn)等。國外對(duì)沖擊試驗(yàn)裝置的研發(fā)起步很早，通過對(duì)沖擊試驗(yàn)裝置發(fā)展過程的調(diào)查研究，沖擊試驗(yàn)裝置的研發(fā)可以分為三個(gè)階段。第一階段：最初的沖擊試驗(yàn)裝置一般使用橡膠、彈簧等材料來獲得被撞擊時(shí)的加速度波形，也稱作沖擊波形，一般一種類型的沖擊試驗(yàn)裝置只會(huì)產(chǎn)生一種類型的沖擊波，此階段沖擊試驗(yàn)裝置自動(dòng)化水平程度較低。第二階段：由于新材料的出現(xiàn)以及自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，開始利用一些特殊材料在液壓或氣動(dòng)的控制下制成不同形式的波形發(fā)生裝置，從而一種試驗(yàn)機(jī)能產(chǎn)生各種類型的沖擊波形，并且波形生成精度與運(yùn)行的穩(wěn)定性較高，極大地提升了沖擊試驗(yàn)裝置的自動(dòng)化水平。第三階段：隨著集成電子技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，智能沖擊試驗(yàn)裝置開始出現(xiàn)，一臺(tái)沖擊試驗(yàn)裝置不僅可以產(chǎn)生多種類型的沖擊波形，而且可以采集、顯示和分析響應(yīng)加速度的波形，實(shí)現(xiàn)了智能化。

2、沖擊試驗(yàn)裝置主要是自由落錘、水平擺錘、振動(dòng)沖擊、脈沖式、彈射式、爆炸等形式，針對(duì)彈射式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置，彈射式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置能源主要是壓縮氣體、液壓和爆炸等，落石、車輛或者船舶等體積和質(zhì)量都較大的試件，沖擊試驗(yàn)一般采用的跌落式、下滑式或者水平擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置。自身重力的沖擊試驗(yàn)裝置：跌落式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置，下滑式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置以及擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置。當(dāng)前的彈射式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置撞擊能量精度低、可調(diào)性差、重復(fù)性低，不滿足一些諸如座椅碰撞、材料特性研究等撞擊能量低、撞擊高精度的試驗(yàn)要求。

3、綜上所述，存在如下至少一種技術(shù)問題：

4、當(dāng)前的彈射式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置撞擊能量精度低、可調(diào)性差、重復(fù)性低，不滿足一些諸如座椅碰撞、材料特性研究等撞擊能量低、撞擊高精度的試驗(yàn)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置及其使用方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)前的彈射式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置撞擊能量精度低、可調(diào)性差、重復(fù)性低，不滿足一些諸如座椅碰撞、材料特性研究等撞擊能量低、撞擊高精度的試驗(yàn)要求的技術(shù)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，包括：

3、高精度控制系統(tǒng)，所述高精度控制系統(tǒng)與上位機(jī)相連；

4、驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)與高精度控制系統(tǒng)相連；

5、直線電磁彈射器，所述直線電磁彈射器與驅(qū)動(dòng)電源和高精度控制系統(tǒng)相連；

6、沖擊模塊，所述沖擊模塊與直線電磁彈射器相連；

7、通過上位機(jī)控制高精度控制系統(tǒng)根據(jù)將要發(fā)射的不同載荷要求解算發(fā)射參數(shù)，同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)源系統(tǒng)的充電、放電和電能變換工作過程，同時(shí)控制直線電磁彈射器彈射沖擊模塊進(jìn)行沖擊。

8、優(yōu)選的，所述直線電磁彈射器包括：

9、輕量化框架，所述輕量化框架內(nèi)設(shè)有軌道；

10、直線電機(jī)，所述直線電機(jī)設(shè)置在輕量化框架中；

11、動(dòng)子推桿，所述動(dòng)子推桿設(shè)置在輕量化框架中，所述動(dòng)子推桿與直線電機(jī)相連；

12、承載托架，所述承載托架與動(dòng)子推桿相連；

13、沖擊模塊，所述沖擊模塊與承載托架相連，所述沖擊模塊沿著軌道滑動(dòng)；

14、測速裝置，所述測速裝置設(shè)置在輕量化框架內(nèi)。

15、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)電源包括：

16、放電單元，所述放電單元的放電模塊屬于外置電能安全泄放通路，用于試驗(yàn)結(jié)束或故障狀態(tài)下儲(chǔ)能單元的安全能量泄放；

17、充電單元，所述充電單元是實(shí)現(xiàn)初級(jí)能源輸出電能向儲(chǔ)能系統(tǒng)輸入的中間能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，完成電壓等級(jí)的變換及能量的傳遞；

18、儲(chǔ)能單元，所述儲(chǔ)能單元將初級(jí)能源的輸出電能以相對(duì)緩慢的速度進(jìn)行存儲(chǔ)，并在短時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)放電輸出，經(jīng)逆變單元進(jìn)行能量變換后輸出至電磁彈射裝置。

19、逆變單元，所述逆變單元用于為電磁彈射裝置提供變頻變壓的電能源，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元輸出電能形式向直線電機(jī)供電電能形式的電能調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換。

20、優(yōu)選的，還包括初級(jí)能源系統(tǒng)，所述初級(jí)能源系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電源和高精度控制系統(tǒng)相連。

21、優(yōu)選的，所述直線電機(jī)包括直線電機(jī)框架，所述直線電機(jī)內(nèi)設(shè)有直線電機(jī)定子和直線電機(jī)動(dòng)子，所述直線電機(jī)定子和直線電機(jī)動(dòng)子相配合。

22、優(yōu)選的，所述直線電機(jī)定子繞組中通入變壓變頻的交流電，產(chǎn)生的磁場與直線電機(jī)動(dòng)子磁場相互作用，在直線電機(jī)動(dòng)子上產(chǎn)生電磁推力。

23、優(yōu)選的，所述動(dòng)力推桿用于推動(dòng)承載托架，其中，在加速階段，動(dòng)力推桿連接動(dòng)子與承載托架，在減速階段動(dòng)力推桿與承載托架分離。

24、優(yōu)選的，所述測速裝置安裝在直線電機(jī)下方，所述測速裝置用于檢測直線電機(jī)運(yùn)行過程中動(dòng)子的運(yùn)行速度。

25、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)根據(jù)直線電機(jī)動(dòng)子所處的位置為電磁彈射裝置提供變壓變頻的交流電。

26、根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置的使用方法，包括：

27、步驟1：將直線電機(jī)動(dòng)子通過動(dòng)子推桿與沖擊模塊連接；

28、步驟2：電磁發(fā)射系統(tǒng)的直線電磁彈射器接收高精度控制系統(tǒng)的發(fā)射指令，直線電機(jī)動(dòng)子通過動(dòng)子推桿將載荷加速到指定速度，直線電機(jī)動(dòng)子通過直線電機(jī)減速，實(shí)現(xiàn)沖擊模塊和動(dòng)子推桿的分離；

29、步驟3：沖擊模塊在慣性作用下繼續(xù)前進(jìn)與被試件產(chǎn)生沖擊。

30、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有如下技術(shù)效果：

31、通過上位機(jī)控制高精度控制系統(tǒng)根據(jù)將要發(fā)射的不同載荷要求解算發(fā)射參數(shù)，同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)源系統(tǒng)的充電、放電和電能變換工作過程，同時(shí)控制直線電磁彈射器彈射沖擊模塊進(jìn)行沖擊。通過將直線電機(jī)動(dòng)子通過動(dòng)子推桿與沖擊模塊連接；通過電磁發(fā)射系統(tǒng)的直線電磁彈射器接收高精度控制系統(tǒng)的發(fā)射指令，直線電機(jī)動(dòng)子通過動(dòng)子推桿將載荷加速到指定速度，直線電機(jī)動(dòng)子通過直線電機(jī)減速，實(shí)現(xiàn)沖擊模塊和動(dòng)子推桿的分離；通過沖擊模塊在慣性作用下繼續(xù)前進(jìn)與被試件產(chǎn)生沖擊。具有解決當(dāng)前的彈射式?jīng)_擊試驗(yàn)裝置撞擊能量精度低、可調(diào)性差、重復(fù)性低，不滿足一些諸如座椅碰撞、材料特性研究等撞擊能量低、撞擊高精度的試驗(yàn)要求。具有控制精度高、可調(diào)性好、重復(fù)性高的技術(shù)效果。

技術(shù)特征：

1.一種用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，所述直線電磁彈射器包括：

3.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電源包括：

4.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，還包括初級(jí)能源系統(tǒng)，所述初級(jí)能源系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電源和高精度控制系統(tǒng)相連。

5.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，所述直線電機(jī)包括直線電機(jī)框架，所述直線電機(jī)內(nèi)設(shè)有直線電機(jī)定子和直線電機(jī)動(dòng)子，所述直線電機(jī)定子和直線電機(jī)動(dòng)子相配合。

6.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，所述直線電機(jī)定子繞組中通入變壓變頻的交流電，產(chǎn)生的磁場與直線電機(jī)動(dòng)子磁場相互作用，在直線電機(jī)動(dòng)子上產(chǎn)生電磁推力。

7.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，所述動(dòng)力推桿用于推動(dòng)承載托架，其中，在加速階段，動(dòng)力推桿連接動(dòng)子與承載托架，在減速階段動(dòng)力推桿與承載托架分離。

8.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，所述測速裝置安裝在直線電機(jī)下方，所述測速裝置用于檢測直線電機(jī)運(yùn)行過程中動(dòng)子的運(yùn)行速度。

9.如權(quán)利要求1所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)根據(jù)直線電機(jī)動(dòng)子所處的位置為電磁彈射裝置提供變壓變頻的交流電。

10.一種用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置的使用方法，基于權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于沖擊試驗(yàn)的電磁彈射裝置及其使用方法，包括高精度控制系統(tǒng)，所述高精度控制系統(tǒng)與上位機(jī)相連；驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)與高精度控制系統(tǒng)相連；直線電磁彈射器，所述直線電磁彈射器與驅(qū)動(dòng)電源和高精度控制系統(tǒng)相連；沖擊模塊，所述沖擊模塊與直線電磁彈射器相連；通過上位機(jī)控制高精度控制系統(tǒng)根據(jù)將要發(fā)射的不同載荷要求解算發(fā)射參數(shù)，同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)源系統(tǒng)的充電、放電和電能變換工作過程，同時(shí)控制直線電磁彈射器彈射沖擊模塊進(jìn)行沖擊。具有實(shí)現(xiàn)了沖擊試驗(yàn)過程中能量、速度精確可調(diào)可控；提高了沖擊試驗(yàn)的重復(fù)精度的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：李遙,馬笑笑,姚宏偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京機(jī)械設(shè)備研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21