垂直坠落式冲击测试系统

摘要

本发明提供的一种垂直坠落式冲击测试系统，包括用于对被测试器件产生冲击的可调质量负载、用于控制可调质量负载坠落的高度的悬吊组件、用于对冲击过程进行监控的监控子系统、支撑架以及失效保护装置；所述可调质量负载设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，所述被测试器件设置于可调质量负载的正下方，所述悬吊组件设置于支撑架并对可调质量负载进行坠落高度的进行调整，所述失效保护装置设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，并且失效保护装置通过与支撑架锁止使可调质量负载停止下坠，所述监控子系统控制悬吊组件以及失效保护装置动作；本发明能够对冲击或者振动试验整个过程及试验参数进行完整的记录，测试结果准确，可靠性高。

权利要求

1.一种垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：包括用于对被测试器件产生冲击的可调质量负载、用于控制可调质量负载坠落的高度的悬吊组件、用于对冲击过程进行监控的监控子系统、支撑架以及失效保护装置；

所述可调质量负载设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，所述被测试器件设置于可调质量负载的正下方，所述悬吊组件设置于支撑架并对可调质量负载进行坠落高度的调整，所述失效保护装置设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，并且失效保护装置通过与支撑架锁止使可调质量负载停止下坠，所述监控子系统控制悬吊组件以及失效保护装置动作；

所述失效保护装置外套于支撑架的纵梁并位于所述可调质量负载的下方，当坠落试验出现故障后失效保护装置与纵梁锁止并锁止线性轴承；

所述失效保护装置至少包括壳体以及设置于壳体内的锁止组件，所述锁止组件包括可转动设置于壳体的棘齿、驱动棘齿转动的驱动杆、为驱动杆提供动力的驱动器以及使棘齿复位的弹簧，所述棘齿的中上端通过转轴与壳体可转动连接，棘齿的下端端部与驱动杆的一端端部以沿驱动杆轴向滑动配合的方式连接，所述驱动杆固定设置于壳体内并形成杠杆结构，所述驱动杆的另一端与驱动器固定连接且复位弹簧设置于驱动杆的支撑点与驱动器之间。

2.根据权利要求1所述垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：所述监控子系统包括用于对冲击状态进行检测的传感器模块、视频采集装置以及信号处理控制器，所述传感器模块以及视频采集装置的输出端均与信号处理控制器连接，所述信号处理控制器向悬吊组件以及失效保护装置输出控制命令。

3.根据权利要求2所述垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：所述传感器模块包括加速度传感器、速度传感器、位置传感器、位移传感器以及力传感器的一种或者两种及以上的组合，所述加速度传感器和速度传感器设置于可调质量负载，所述位移传感器以及位置传感器设置于被测试器件处，所述力传感器设置于被测试器件的下方并与被测试器件接触。

4.根据权利要求1所述垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：所述支撑架为龙门架结构，所述支撑架还设置有至少两个与支撑架的纵梁平行的导向杆，所述导向杆的一端与支撑架的横梁固定连接，另一端固定设置于地面，所述导向杆设置有可沿其轴向往复运动的线性轴承，所述线性轴承与可调质量负载固定连接。

5.根据权利要求1所述垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：所述悬吊组件至少包括与可调质量负载固定连接的吊钩、电磁脱钩器以及脱钩控制器；所述电磁脱钩器包括脱钩衔铁和脱钩电磁铁，所述脱钩衔铁与吊钩固定连接，脱钩电磁铁在通电状态下与脱钩衔铁吸合并提升可调质量负载，所述脱钩控制器控制脱钩电磁铁的供电通断，所述脱钩控制器由监控子系统控制。

6.根据权利要求5所述垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：所述悬吊组件还包括悬吊拉索、电机以及至少一个定滑轮，所述定滑轮设置于支撑架的横梁，悬吊拉索一端与电机连接，另一端绕过定滑轮与脱钩电磁铁固定连接。

7.根据权利要求1所述垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：所述支撑架的纵梁设置有锁止齿，所述棘齿与锁止齿啮合使失效保护装置与纵梁锁止。

8.根据权利要求7所述垂直坠落式冲击测试系统，其特征在于：所述驱动器包括锁止电磁铁、锁止衔铁以及锁止控制器，所述锁止衔铁与驱动杆固定连接，所述锁止控制器用于控制锁止电磁铁的供电通断，所述锁止控制器由监控子系统控制。

说明书

垂直坠落式冲击测试系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测试系统，尤其涉及一种垂直坠落式冲击测试系统。

背景技术

[0002] 被动执行器件、半主动执行器件以及主动执行器件在应用于实际的冲击或振动控制系统之前，研究与开发的过程中必然要经过器件本身的力学性能的测试与评价以及基于以上器件的整个系统的冲击/振动控制效果的测试与评价环节，其中，被动执行器件是指应用于被动系统的执行器件，被动执行器件不能根据系统应用环境的改变而实时改变其属性，典型的被动执行器件有橡胶、毛毡、弹簧、减振器等；主动执行器件是一种在其外部施加能量时改变自身属性并可以提供有效驱动动作的执行器件，如磁致伸缩器件、压电陶瓷、液压执行器、气动执行器等；半主动执行器件，是一种介于被动执行器件和主动执行器件之间的执行器件，在外部施加特定的能量时改变自身属性，但并不输出一种另外形式的能量，如基于电流变/磁流变液的阻尼器、悬置、离合器以及阻尼孔可调的减振器等。

[0003] 对上述中的三种执行器件进行冲击或震动测试时需要通过测试平台(或系统)来进行测试，现有技术中的执行器件的冲击或震动测试平台存在如下问题：现有的冲击或震动测试平台只能单独地进行冲击或者振动测试，即是说测试功能极为单一，从而造成使用成本高；而且现有的测试平台结构复杂，调试及控制繁琐，不利于使用，大大降低了测试效率；现有的测试平台仅仅能够对测试的目标参数进行采集，但是在整个测试过程中不能得到有效的监控，即使在测试过程中有违规操作以及测试意外的发生，现有的测试平台并不能进行有效的检测并记录，从而造成测试结果不准，测试意外频发；更为重要的，现有的测试平台并没有一种有效的安防保障，当冲击试验时冲击块自由坠落过程中，如果被测试件准备不足或者有人员仍在被测试件周围进行测试操作，现有的测试平台不能采取立即有效的措施制止冲击块继续坠落，因而造成设备的损坏甚至安全事故。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种垂直坠落式冲击测试系统，能够方便地进行冲击及振动试验，操作方便，能够准确地对试验过程及试验参数进行监测，保证结果的准确性，而且还能够有效避免设备损坏或者安全事故的发生。

[0005] 本发明提供的一种垂直坠落式冲击测试系统，包括用于对被测试器件产生冲击的可调质量负载、用于控制可调质量负载坠落的高度的悬吊组件、用于对冲击过程进行监控的监控子系统、支撑架以及失效保护装置；

[0006] 所述可调质量负载设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，所述被测试器件设置于可调质量负载的正下方，所述悬吊组件设置于支撑架并对可调质量负载进行坠落高度的进行调整，所述失效保护装置设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，并且，失效保护装置通过与支撑架锁止使可调质量负载停止下坠，所述监控子系统控制悬吊组件以及失效保护装置动作。

[0007] 进一步，所述监控子系统包括用于对冲击状态进行检测的传感器模块、视频采集装置以及信号处理控制器，所述传感器以及视频采集装置的输出端均与信号处理控制器连接，所述信号处理控制器向悬吊组件以及失效保护装置输出控制命令。

[0008] 进一步，所述传感器模块包括加速度传感器、速度传感器、位置传感器、位移传感器以及力传感器的一种或者两种及以上的组合，所述加速度传感器和速度传感器设置于可调质量负载，所述位移传感器以及位置传感器设置于被测试器件处，所述力传感器设置于被测试件的下方并与被测试器件接触。

[0009] 进一步，所述支撑架为龙门架结构，所述支撑架还设置有至少两个与支撑架的纵梁平行的导向杆，所述导向杆的一端与支撑架的横梁固定连接，另一端固定设置于地面，所述导向杆设置有可沿其轴向往复运动的线性轴承，所述线性轴承与可调质量负载固定连接。

[0010] 进一步，所述悬吊组件至少包括与可调质量负载固定连接的吊钩、电磁脱钩器以及脱钩控制器；所述电磁脱钩器包括脱钩衔铁和电磁铁，所述脱钩衔铁与吊钩固定连接，脱钩电磁铁在通电状态下与脱钩衔铁吸合并提升可调质量负载，所述脱钩控制器控制电磁铁的供电通断，所述脱钩控制器由监控子系统控制。

[0011] 进一步，所述悬吊组件还包括悬吊拉索、电机以及至少一个定滑轮，所述定滑轮设置于支撑架的横梁，悬吊拉索一端与电机连接，另一端绕过定滑轮与脱钩电磁铁固定连接。

[0012] 进一步，所述失效保护装置外套于支撑架的纵梁并位于所述可调质量负载的下方，当坠落试验出现故障后失效保护装置与纵梁锁止并锁止线性轴承。

[0013] 进一步，所述失效保护装置至少包括壳体以及设置与壳体内的锁止组件，所述锁止组件包括可转动设置于壳体的棘齿、驱动棘齿转动的驱动杆、为驱动杆提供动力的驱动器以及使棘齿复位的弹簧，所述棘齿的中上端通过转轴与壳体可转动连接，棘齿的下端端部与驱动杆的一端端部以沿驱动杆轴向滑动配合的方式连接，所述驱动杆固定设置于壳体内并形成杠杆结构，所述驱动杆的另一端与驱动器固定连接且复位弹簧设置于驱动杆的支撑点与驱动器之间。

[0014] 进一步，所述支撑架的纵梁设置有锁止齿，所述棘齿与锁止齿啮合使失效保护装置与纵梁锁止。

[0015] 进一步，所述驱动器包括锁止电磁铁、锁止衔铁以及锁止控制器，所述锁止衔铁与驱动杆固定连接，所述锁止控制器用于控制锁止电磁铁的供电通断，所述锁止控制器由监控子系统控制。

[0016] 本发明的有益效果：本发明能够对冲击或者振动试验整个过程及试验参数进行完整的记录，测试结果准确，可靠性高；通过失效保护装置的作用，能够有效防止由于可调质量负载在失控状态下造成设备的损坏以及人身伤害；而且本发明易于操作，能够方便快速地在冲击试验和振动试验之间进行转换，大大节约使用成本。

附图说明

[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

[0018] 图1为本发明的结构示意图。

[0019] 图2为本发明的电路原理框图。

[0020] 图3为本发明的失效保护装置原理示意图。

[0021] 图4为本发明的失效保护装置的棘齿在图3中的左视图。

[0022] 图5为本发明的悬吊组件原理示意图。

[0023] 图6为本发明振动试验的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的电路原理图，图3为本发明的失效保护装置原理图，图4为本发明的失效保护装置的棘齿在图3中的左视图，图5为本发明的悬吊组件示意图，图6为本发明振动试验的结构示意图，如图所示，本发明提供的一种垂直坠落式冲击测试系统，包括用于对被测试器件8产生冲击的可调质量负载18、用于控制可调质量负载18坠落的高度的悬吊组件、用于对冲击过程进行监控的监控子系统、支撑架以及失效保护装置，所述监控子系统控制悬吊组件以及失效保护装置动作；

[0025] 所述可调质量负载18设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，所述被测试器件8设置于可调质量负载18的正下方，所述悬吊组件设置于支撑架并对可调质量负载18进行坠落高度的进行调整，所述失效保护装置设置于支撑架并可沿支撑架上下运动，并且，失效保护装置通过与支撑架锁止使可调质量负载18停止下坠；本发明能够对冲击或者振动试验整个过程及试验参数进行完整的记录，测试结果准确，可靠性高；通过失效保护装置的作用，能够有效防止由于可调质量负载在失控状态下造成设备的损坏以及人身伤害；而且本发明易于操作，能够方便快速地在冲击试验和振动试验之间进行转换，大大节约使用成本。

[0026] 本实施例中，所述监控子系统包括用于对冲击状态进行检测的传感器模块、视频采集装置以及信号处理控制器，所述传感器以及视频采集装置的输出端均与信号处理控制器连接，所述信号处理控制器向悬吊组件以及失效保护装置输出控制命令。

[0027] 其中：视频采集装置采用高清摄像机，比如CCD摄像机，用于采集冲击试验或者振动试验中的图像数据，并且可作为试验异常的参考信号。

[0028] 信号处理控制器为现有的硬件电路，比如AVR、ATMEL或者80C51系列的单片机单片机，或者其他的工业控制器，或者采用PC机都可以本发明的目的，并且搭载有现有的处理软件对传感器以及视频采集装置输出的数据进行处理，当然，信号处理控制器配置有其他的信号处理电路，比如滤波处理，A/D转换处理等电路，均属现有技术。

[0029] 另外，信号处理控制器还与上位机进行数据交互，并且信号处理控制器还与报警器连接，当监控子系统监测到冲击试验或者振动试验中出现异常时进行报警；上位机，用于存储测试过程中的监测数据，并且工作人员可以通过上位机对信号处理控制器输入控制命令，比如模式选择等。

[0030] 本实施例中，所述传感器模块包括加速度传感器14、速度传感器3、位置传感器10、位移传感器7以及力传感器9的一种或者两种及以上的组合，所述加速度传感器14和速度传感器3设置于可调质量负载18，所述位移传感器7以及位置传感器10设置于被测试器件8处，所述力传感器9设置于被测试器件8的下方并与被测试器件接触，通过各传感器的作用，能够对冲击试验或者振动试验的参数进行采集，在震动试验中，通过位置传感器、位移传感器能够准确确定被测试器件的振幅。

[0031] 本实施例中，所述支撑架为龙门架结构，所述支撑架还设置有至少两个与支撑架的纵梁2平行的导向杆12，导向杆12设置于支撑架的两个纵梁2的内侧，所述导向杆12的一端与支撑架的横梁1固定连接，另一端固定设置于地面，所述导向杆12设置有可沿其轴向往复运动的线性轴承4，所述线性轴承4与可调质量负载18固定连接，通过这种结构，一方面方便地进行冲击试验，便于悬吊组件的安装，另一方面，利于失效保护装置对可调质量负载进行意外时的锁止，保证安全，当然，支撑架还可以采用其他结构，只要保证能够对可调质量负载进行良好的导向及锁止即可，其中导向杆，能够保证可调质量冲击块下坠后准确的坠落到被测试器件上，不会出现偏移，保证测试结果的准确性，线性轴承与可调质量负载固定连接，可以采用螺栓连接、焊接或者铆接等方式。

[0032] 本实施例中，所述悬吊组件至少包括与可调质量负载18固定连接的吊钩15、电磁脱钩器16以及脱钩控制器30；所述电磁脱钩器16包括脱钩衔铁29和脱钩电磁铁31，所述脱钩衔铁29与吊钩15固定连接，电磁铁31在通电状态下与脱钩衔铁29吸合并提升可调质量负载18，所述脱钩控制器控制电磁铁的供电通断，所述脱钩控制器由监控子系统控制，所述脱钩控制器采用继电器及继电器驱动电路控制，并且继电器驱动电路的控制命令由信号处理控制器发出，当视频采集装置及各传感器检测信号发送到信号处理控制器，并检测各信号是否正常，若存在异常状况，则停止试验；其中，信号处理控制器计算并比较可调质量负载是否到达设定高度以及可调质量负载下方是否有人员(是否有人员通过视频采集装置采集检测)，以及各传感器输出信号是否正常(比如是否有传感器无信号输出等)，当信号处理控制器确认能够进行试验，由信号冲控制器输出控制命令，脱钩电磁铁的线圈断电，脱钩衔铁与脱钩电磁铁分离，可调质量负载自由坠落，并且，当信号处理控制器输出脱钩控制命令的同时，输出控制信号给失效保护装置并使失效保护装置进入到准备状态；当然悬吊组件将可调质量负载吊至预设高度时，通过脱钩衔铁与脱钩电磁铁吸合完成；并且在冲击试验前，可以通过人工选择工作模式，工作模式包括执行器的冲击性能测试、监控子系统的性能测试以及执行器的振动性能测试，并且各工作模式的应用程序均设置于信号处理控制器中，根据不同的工作模式选择不同的控制策略；当然，在冲击试验中，被测试器件上还设置有蜂窝板6，用于对被测试器件进行保护。

[0033] 本实施例中，所述悬吊组件还包括悬吊拉索13、电机11以及至少一个定滑轮17，所述定滑轮17设置于支撑架的横梁1，悬吊拉索13一端与电机11连接，另一端绕过定滑轮17与脱钩电磁铁31固定连接，电机运行时，通过电机的转轴或者与电机连接的转轴卷绕悬吊拉索，从而完成对可调质量负载吊至预设高度，电机同样可以由信号处理控制器控制，也可以单独进行控制，本实施例中定滑轮采用两个，如图1所示，方便操作。

[0034] 本实施例中，所述失效保护装置包括外套于支撑架的纵梁2并位于所述可调质量负载18的下方，当坠落试验出现故障后失效保护装置与纵梁2锁止并锁止线性轴承4，所述失效保护装置至少包括壳体5以及设置与壳体内的锁止组件，所述锁止组件包括可转动设置于壳体5的棘齿21、驱动棘齿21转动的驱动杆22、为驱动杆22提供动力的驱动器以及使棘齿21复位的弹簧23，所述棘齿21的中上端通过转轴32与壳体5可转动连接，棘齿21的下端端部与驱动杆的一端端部以沿驱动杆22轴向滑动配合的方式连接，所述驱动杆22固定设置于壳体5内并形成杠杆结构，所述驱动杆22的另一端与驱动器固定连接且复位弹簧23设置于驱动杆的支撑点与驱动器之间，所述支撑架的纵梁2设置有锁止齿20，所述棘齿21与锁止齿20啮合使失效保护装置与纵梁2锁止，所述驱动器包括锁止电磁铁26、锁止衔铁24以及锁止控制器25，所述锁止衔铁24与驱动杆22固定连接，所述锁止控制器25用于控制锁止电磁铁的供电通断，所述锁止控制器由监控子系统控制，为了便于驱动杆对棘齿进行驱动，驱动杆
22与棘齿21滑动连接的一端固定设置有滑块27，棘齿底部设置有与棘齿的齿部延伸方向(即图3中的左右方向)相同的滑槽28，所述滑块27嵌入于滑槽28中并可在滑槽中滑动，当可调质量负载下坠过程中，失效保护装置由线性轴承带动联动下坠，当意外发生时锁止。

[0035] 当传感器模块以及视频采集装置检测到有意外状况发生，或者通过人工手动输入意外发生指令，信号控制器输出锁止指令，继电器驱动电路收到指令后立即驱动继电器闭合，从而使锁止电磁铁的线圈得电，锁止衔铁与锁止电磁铁闭合，锁止电磁铁闭合后，从而带动驱动杆与锁止衔铁固定连接的一端下降，而另一端翘起，进而推动棘齿转动并使棘齿与锁止齿啮合完成锁止；当排出故障后，锁止衔铁与锁止赤铁分离，并且通过弹簧的弹力作用使驱动杆恢复到初始位置，棘齿在驱动杆以及自身重力的作用下发生转动并与锁止齿分离，从而使可调质量负载能够继续进行测试；当然，由于棘齿和锁止齿啮合，壳体也随之被锁止，并且壳体采用柱状结构，其外径的大小与纵梁和导向杆的距离相等或者略小于该距离，但是必须能够保证壳体被锁止后能够使可调质量负载通过线性轴承卡滞在壳体上完成锁止，通过上述结构，能够大大保证本发明的安全型，有效避免安全事故的发生，保证设备及工作人员的安全。

[0036] 如图6所示，图6为本发明应用于振动试验时的结构示意图，在需要进行振动实验时，只需要在被测试器件下方增设激振装置19即可，比如液压激振器、电磁激振器等，将可调质量负载18设置于被测试器件8上，而被测试器件设置于激振装置19上，且力传感器9设置于激振装置19的下方。

[0037] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。