一种模拟水平冲击的试验平台与状态识别方法

本发明试验自动化摆锤冲击试验领域。

背景技术：

1、在摆锤冲击试验中，为了评估被试装置的抗冲击性能以及监测试验过程本身的健康状态，需要获取摆锤摆动过程中的运动特征和撞击瞬间的实际角度。

2、传统做法多依靠人工观察或定期拆检来判断摆轴轴承是否存在异常阻尼，轴承润滑劣化、摆锤路径意外擦碰等异常阻尼事件缺乏在线实时识别手段，往往只能在试验结束后通过分析数据回放才能发现，无法及时停机保护设备和保证试验有效性。

3、当被试件在多次冲击中发生渐进塑性变形或整体位移时，撞击点偏离正常位置，导致撞击角度与预设值出现偏差，而单纯依赖摆轴端编码器测量的摆角无法直接反映这一变形导致的真实撞击瞬间偏差，因为编码器输出的是摆杆整体角度，不是冲击接触时刻被试件表面的实际法向角度。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种模拟水平冲击的试验平台与状态识别方法，同时实现了对过程阻尼异常和被试件变形的双重诊断。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明的一种模拟水平冲击的试验平台，包括摆杆、摆锤和被试装置，所述摆杆下端连接摆锤；摆锤的一侧为锤击端；所述被试装置靠近摆锤的一侧为被锤击部；所述被锤击部与摆锤的锤击端相对应； 当摆杆刚好为竖向状态时，摆锤的锤击端刚好接触被锤击部；所述摆锤的一侧几何中心处固定安装有状态识别单元；所述状态识别单元能实时的识别摆锤从起始释放位置到撞击到被锤击部过程中的撞击前的异常阻尼，以及撞击瞬间时摆杆相对起始释放位置时摆动角度。

3、进一步的，还包括平台架，平台架上有调节横梁，横梁上有能沿横梁长度方向调节位置的摆臂调节支架，摆臂调节支架下端有摆杆连接座，摆杆上端的摆轴通过轴承转动安装在摆杆连接座上；所述摆杆连接座上设置有角度限位结构，在摆杆为竖向状态的基础上，绕摆轴朝远离被试装置的一侧向上摆动a°时，角度限位结构使摆杆无法继续向上摆动，此状态下为起始释放位置。

4、进一步的，0°＜a°＜90°。

5、进一步的，所述传感器盒的内腔有中心轴；所述中心轴外通过轴承转动设置有中心套筒，所述中心套筒外同轴心一体设置有饼状盘；在摆杆为竖向时，饼状盘的几何中心为原点做直角坐标系，于直角坐标系“第二象限”区域的饼状盘四分之一部分为加厚增重扇形部，于所述直角坐标系“第一象限”、“第三象限”和“第四象限”的共同区域的饼状盘四分之三部分为非增厚扇形部，从而使饼状盘的质心偏离所述直角坐标系原点，且于加厚增重扇形部范围内；加厚增重扇形部的顺时针端侧限位设置有限位凸起；所述加厚增重扇形部的逆时针端固定连接有沿切向竖向朝上延伸的牵拉线，牵拉线的上端连拉力传感器；饼状盘在牵拉线和限位凸起的共同约束下始终与中心轴保持相对静止。

6、进一步的，所述拉力传感器通过长度微调装置安装在固定座上。

7、进一步的，在摆杆为竖向状态的基础上，绕摆轴朝远离被试装置的一侧刚好向上摆动a°的状态下，饼状盘的质心刚好于中心轴正上方。

8、进一步的，中心轴的轴线与摆杆的轴线垂直相交。

9、进一步的，所述限位凸起的限位侧设置有缓冲垫；限位凸起通过固定座固定在传感器盒内壁。

10、进一步的，一种模拟水平冲击的试验平台的状态识别方法：

11、步骤一，先移除被试装置；

12、步骤二，在摆杆为竖向状态的基础上，机械臂或驱动装置驱动摆杆，绕摆轴朝远离被试装置的一侧向上摆动a°，此状态下记为起始释放位置；

13、将摆杆相对起始释放位置时摆动角度记为x°；将摆杆相对起始释放时的经历时间记为t；将拉力传感器检测到的拉力记为f；

14、在无被试装置的情况下，控制机械臂释放摆杆，摆杆在重力作用下自动绕摆轴摆动至x°超过45°，与此同时，拉力传感器实时监测拉力；

15、上述过程中，通过拉力传感器建立f与t的一一对应关系，并拟合出f随t的变化曲线，与此同时，在外部角度测量装置的辅助下，建立x°与t的一一对应关系，并拟合出x°随t的变化曲线；

16、步骤三，将被试装置通过固定装置固定在平台架上；

17、步骤四，机械臂或驱动装置驱动摆杆绕摆轴朝远离被试装置的一侧向上摆动a°后释放，摆杆在重力作用下自动绕摆轴摆动至x°刚好45°时锤击端垂直撞击被试装置撞击被锤击部；然后机械臂或驱动装置驱动摆杆绕摆轴朝远离被试装置的一侧向上摆动a°后再次释放，如此往复自动循环；

18、在上述往复循环的任意一个真实锤击试验周期中：均通过拉力传感器建立一次f与t的一一对应关系，并拟合出f随t的变化曲线，如果该周期中，被锤击部被摆锤撞击之前的过程中，摆锤没有受到撞击前的异常阻尼事件，则在撞击之前的一段f随t的变化曲线与“步骤二”拟合出的f随t的变化曲线是吻合的，反之则判定该真实锤击试验周期中出现了撞击前的异常阻尼，需要立即停止试验；

19、在没有“撞击前的异常阻尼”的前提下，被锤击部被摆锤撞击的一瞬间，摆原本绷紧的牵拉线的拉力瞬间脉冲式变小，f脉冲式变小的一瞬间被拉力传感器识别，并将该瞬间的t的值带入“步骤二”拟合出的x°随t的变化曲线中，从而得到这一瞬间的x°值，如果得到的x°值等于45°或在45°附近预设范围内，则判定该撞击过程为一次常态撞击；如果得到的x°值大于45°且超过允许阈值，判定该被试装置在此周期的前一个周期中被锤损坏或整体发生了位移。

20、有益效果：本发明利用偏心饼状盘随摆锤运动产生的离心力变化转换为牵拉线的实时拉力信号，实现摆动异常阻尼的监测和撞击瞬间角度的精确提取。

21、在结构上，状态识别单元内设有通过轴承转动的饼状盘，其四分之一扇形区域增厚加质，使质心显著偏离几何中心，盘体被牵拉线和带缓冲垫的限位凸起约束。起始释放时，质心位于中心轴正上方处于随遇平衡，牵拉线仅保持低张力。

22、释放后，随摆锤加速，饼状盘受离心力作用产生绕自身轴线的逆时针扭矩，牵拉线拉力逐渐增大，且该拉力曲线是摆锤运动特征的敏感函数。预先在无被试件条件下标定出标准拉力时间曲线和角度时间曲线，正式试验时实时对比，若撞击前拉力曲线与标定曲线高度吻合，则判定无异常阻尼；出现偏离即表明轴承故障或异物阻碍。

23、撞击瞬间，摆锤骤停产生的反向惯性使偏心盘瞬间形成顺时针脉冲扭矩，挤压缓冲垫并导致拉力曲线产生一个极窄脉冲下跌，拉力传感器精准捕获该下跌起点作为撞击时刻，代入角度时间标定曲线即可获得实际撞击角度，若该角度显著大于预设值，则判定被试件已形变或位移。

24、同时实现了对过程阻尼异常和被试件变形的双重诊断。

1.一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：包括摆杆（11）、摆锤（5）和被试装置（6），所述摆杆（11）下端连接摆锤（5）；摆锤（5）的一侧为锤击端（7）；

2.根据权利要求1所述的一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：还包括平台架（4），

3.根据权利要求2所述的一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：0°＜a°＜90°。

4.根据权利要求2所述的一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：所述传感器盒（12）的内腔（15）有中心轴（17）；所述中心轴（17）外通过轴承转动设置有中心套筒（16），所述中心套筒（16）外同轴心一体设置有饼状盘（14）；

5.根据权利要求2所述的一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：所述拉力传感器（19）通过长度微调装置（36）安装在固定座（20）上。

6.根据权利要求5所述的一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：在摆杆（11）为竖向状态的基础上，绕摆轴朝远离被试装置（6）的一侧刚好向上摆动a°的状态下，饼状盘（14）的质心（35）刚好于中心轴（17）正上方。

7.根据权利要求6所述的一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：中心轴（17）的轴线与摆杆（11）的轴线垂直相交。

8.根据权利要求6所述的一种模拟水平冲击的试验平台，其特征在于：所述限位凸起（22）的限位侧设置有缓冲垫（21）；限位凸起（22）通过固定座（20）固定在传感器盒（12）内壁。

9.根据权利要求8所述的一种模拟水平冲击的试验平台的状态识别方法，其特征在于：