基于轻气炮的冲击力测量实验装置及其安装方法与流程

1.本发明属于实验设备技术领域，具体涉及一种基于轻气炮的冲击力测量实验装置及其安装方法


背景技术：

2.在实验中和工程上，常存在冲击载荷的发生，对于冲击实验中冲击力的测量，由于冲击体和被冲击体之间的相互作用而难于直接测量，目前缺乏通用的和简便的设备来完成冲击实验中冲击接触后冲击力的测量。
3.2018年，龚俊杰等人公布了一种瞬时冲击力的测量方法(专利申请号：201810377692.x)，能够实现瞬时冲击力的测量。但是其实验装置主要依托于摆锤，且仅适用于低速冲击载荷下长条状试样的测试，难于同时研究弹头和靶板，而且无法做出变角度冲击实验，具有较大的局限性。
4.因此，提供一种结构简单、安装方便、试验效率高且适配于各型轻气炮的适用于不同速度的不同材质形状弹头从不同角度冲击不同边界条件靶板的载荷工况的冲击试验的基于轻气炮加载的可变角度冲击力测量实验实现装置具有重要意义。故而本发明基于轻气炮提出一种适用于不同速度的不同材质形状弹头从不同角度冲击不同边界条件靶板的载荷工况的冲击试验的，基于轻气炮的冲击力测量实验装置及其安装方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种适用于不同速度的不同材质形状弹头从不同角度冲击不同边界条件靶板的载荷工况的冲击试验的，基于轻气炮的冲击力测量实验装置及其安装方法，该套装置简易、高效、耐用、安装简单，且具有适配于各型号轻气炮特点，易于实现轻量级弹头冲击各型靶板的的批量试验。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
7.基于轻气炮的冲击力测量实验装置，包括入射板、分离法兰、滑槽顶板、至少一个下连接滑块、靶舱承力架、滑槽底板、三个防护板、至少一个带槽滑杆、至少一个传感器顶块、至少两个冲击力传感器、至少一个上连接滑块、靶板夹具一及靶板夹具二；
8.所述入射板固定在靶舱承力架的一侧，所述滑槽底板与靶舱承力架的底部固定连接，所述滑槽顶板固定在靶舱承力架的上端，靶舱承力架的其余三侧均通过防护板封闭，入射板的中部设有中心圆孔，所述分离法兰固定在入射板的中心圆孔处，分离法兰中部设有便于靶弹通过的入射孔；滑槽顶板的滑槽一开设方向与入射孔的轴线方向相同，滑槽顶板的滑槽一的侧壁沿长度方向设有通槽一，滑槽顶板的板面上与所述滑槽一相对应位置设有通槽二；滑槽底板的滑槽二与滑槽顶板的滑槽一相对应；所述带槽滑杆下端穿过滑槽顶板的滑槽一和通槽二设置在由靶舱承力架、滑槽顶板、滑槽底板、入射板及三个防护板围成的靶仓内，带槽滑杆的下端固定有下连接滑块，所述下连接滑块滑动设置在滑槽底板的滑槽二内；所述上连接滑块滑动设置在滑槽顶板的滑槽一内，上连接滑块的中间滑块穿入带槽
滑杆的立槽内，上连接滑块上沿水平方向设有上长槽和下长槽，带槽滑杆分别与上连接滑块的上长槽和下长槽可拆卸连接；滑槽顶板的滑槽一内的前端固定有传感器顶块，所述传感器顶块内设置有冲击力传感器；滑槽底板的滑槽二与下连接滑块之间安放冲击力传感器；所述靶板夹具一与带槽滑杆的前侧面可拆卸连接，所述靶板夹具二与靶板夹具一之间设置有靶板，靶板夹具二与靶板夹具一紧固连接将所述靶板夹紧固定住，靶板的预设冲击位置与分离法兰的入射孔相对应设置。
9.基于轻气炮的冲击力测量实验装置的安装方法，所述安装方法包括以下步骤：
10.步骤一；根据靶弹最大外径选用适宜的分离法兰，将分离法兰安放到入射板上，将入射板固定安装在靶舱承力架的一侧，将三个防护板固定安装在靶舱承力架的另外三侧；将滑槽底板固定安装在靶舱承力架的底部，
11.步骤二；将滑槽底板固定安装在底部基础上，将下连接滑块放入滑槽底板的滑槽二内，将带槽滑杆下端与下连接滑块固定安装好；
12.步骤三；将带槽滑杆穿过滑槽顶板，将滑槽顶板安装到靶舱承力架的上部；
13.步骤四；将上连接滑块沿着滑槽顶板的滑槽一滑入，并插入到带槽滑杆中，通过调整上连接滑块和下连接滑块之间的连线的倾斜角度来达到调节靶板倾斜目标角度的目的，并将上连接滑块与带槽滑杆之间的螺栓拧紧，同时将上连接滑块和滑槽顶板之间的螺栓拧松；再依次将冲击力传感器和传感器顶块沿着滑槽顶板的滑槽一滑入直至冲击力传感器无力接触到上连接滑块，将传感器顶块与滑槽顶板通过螺栓紧固连接，最后在滑槽底板的滑槽二与下连接滑块之间安放冲击力传感器；
14.步骤五；将靶板夹具一通过螺栓固定在带槽滑杆的后侧面，将靶板通过螺栓夹持固定在靶板夹具一与靶板夹具二之间，通过目视或者激光对焦器，调节安装的位置，始终保持靶板的预设冲击位置与入射孔的圆心连线重合于靶弹速度方向。
15.本发明相对于现有技术的有益效果是：
16.(1)靶板选择空间充裕，可适用于尺寸多样、形状各异、边界条件不同的板状靶板的中高低速冲击实验；
17.(2)靶弹选择空间充裕，在轻量级靶弹的范围内，各种形状、各种材质的靶弹都可以适用于此装置加载的低中高速实验；
18.(3)可以方便地进行变角度(靶舱底端设有滑槽二，顶端设有滑槽一，底端滑槽二上的下连接滑块相当于确定了靶板的下边，顶端滑槽一上的上连接滑块相当于确定了靶板的上边，通过调节上下滑块的相对位置就可以确定靶板的倾斜角度。比如，如果上连接滑块和下连接滑块的连线是竖直的，那么靶板也是竖直的，冲击角度是零度，也就是正冲；如果上连接滑块和下连接滑块的连线与竖直方向的夹角为30
°
，那么靶板也是倾斜30
°
的)冲击实验，可选择角度范围较为广泛；
19.(4)无论是以靶弹为研究对象还是以靶板为研究对象，亦或是同时把靶弹和靶板作为研究对象，都能够方便快捷准确的表征出冲击力的大小及曲线；
20.(5)整个装置的安装和拆卸较为方便，试验效率高，易于实现各式样的靶板和靶弹的变角度低中高速冲击实验的批量进行。
附图说明
21.图1是本发明的基于轻气炮的冲击力测量实验装置的轴测图；
22.图2是上连接滑块的俯视图。
23.上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
24.入射板1、分离法兰2、入射孔2
‑
1、滑槽顶板3、滑槽一3
‑
1、通槽一3
‑
2、下连接滑块4、靶舱承力架5、滑槽底板6、滑槽二6
‑
1、防护板7、带槽滑杆8、立槽8
‑
1、凸耳8
‑
2、传感器顶块9、凹槽9
‑
1、冲击力传感器10、上连接滑块11、上长槽11
‑
1、下长槽11
‑
2、中间滑块11
‑
3、侧滑块11
‑
4、靶板12、靶板夹具一13、靶板夹具二14。
具体实施方式
25.具体实施方式一：如图1、图2所示，本实施方式披露了一种基于轻气炮的冲击力测量实验装置，包括入射板1、分离法兰2、滑槽顶板3、至少一个下连接滑块4、靶舱承力架5、滑槽底板6、三个防护板7、至少一个带槽滑杆8、至少一个传感器顶块9、至少两个冲击力传感器10、至少一个上连接滑块11、靶板夹具一13及靶板夹具二14；
26.所述入射板1(通过多个螺栓)固定在靶舱承力架5的一侧(入射板1可防止高剩余速度的靶弹反弹损坏设备和伤害实验人员)，所述滑槽底板6(通过多个螺栓)与靶舱承力架5的底部固定连接，所述滑槽顶板3(通过多个螺栓)固定在靶舱承力架5的上端，靶舱承力架5的其余三侧均通过防护板7封闭，入射板1的中部设有中心圆孔，所述分离法兰2固定在入射板1的中心圆孔处，分离法兰2中部设有便于靶弹通过的入射孔2
‑
1(可以保证靶弹从分离法兰2的正中间入射，冲击靶板12，消除冲击过程中力矩的影响)；滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1开设方向与入射孔2
‑
1的轴线方向相同，滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1的侧壁沿长度方向设有通槽一3
‑
2，滑槽顶板3的板面上与所述滑槽一3
‑
1相对应位置设有通槽二；滑槽底板6的滑槽二6
‑
1与滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1相对应；所述带槽滑杆8下端穿过滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1和通槽二设置在由靶舱承力架5、滑槽顶板3、滑槽底板6、入射板1及三个防护板7围成的靶仓内，带槽滑杆8的下端固定有下连接滑块4，所述下连接滑块4滑动设置在滑槽底板6的滑槽二6
‑
1内；所述上连接滑块11滑动设置在滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1内，上连接滑块11的中间滑块11
‑
3穿入带槽滑杆8的立槽8
‑
1内，上连接滑块11上沿水平方向设有上长槽11
‑
1和下长槽11
‑
2，带槽滑杆8分别(通过螺栓)与上连接滑块11的上长槽11
‑
1和下长槽11
‑
2可拆卸连接；滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1内的前端(通过螺栓)固定有传感器顶块9，所述传感器顶块9内设置有冲击力传感器10；滑槽底板6的滑槽二6
‑
1与下连接滑块4之间安放冲击力传感器10；所述靶板夹具一13与带槽滑杆8的前侧面(通过螺栓)可拆卸连接，所述靶板夹具二14与靶板夹具一13之间设置有靶板12，靶板夹具二14与靶板夹具一13(通过螺栓)紧固连接将所述靶板12夹紧固定住，靶板12的预设冲击位置与分离法兰2的入射孔2
‑
1相对应设置(靶板12安装时，需要保证预设冲击点对准分离法兰2的入射孔2
‑
1，这样可以有效消除冲击误差带来的力矩的产生)。
27.滑槽顶板3的作用主要有两个：限位和定位。限位作用是将穿过滑槽顶板3的带槽滑杆8的自由度由六个限制到三个(不考虑滑槽底板6)，也就是只剩下两个平动自由度和一个转动自由度(如图1所示，如果没有滑槽顶板3，带槽滑杆8可以有xyz三个方向的转动自由度和xyz三个方向的平动自由度，但是有了滑槽顶板3，滑槽顶板3的限位作用，使得带槽滑
杆8失去了x方向的转动自由度、z方向的转动自由度和y方向的平动自由度，只剩下x方向的平动自由度、z方向的平动自由度和y方向的转动自由度)。同时也保证上连接滑块11只能沿着滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1滑动，如此一来配合上连接滑块11的上长槽11
‑
1和下长槽11
‑
2就可以固定带槽滑杆8，进一步限制带槽滑杆8的自由度，使其只能沿着滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1平动。另一个作用是定位，通过螺栓将传感器顶块9紧固到滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1内，将冲击力传感器10置于传感器顶块9中，冲击力传感器10接触到上连接滑块11，将带槽滑杆8最后一个自由度也限定了，使得靶弹冲击靶板12时的冲击力经由冲击力传感器10所产生的反作用力通过冲击力传感器10测量的力表征出来。
28.通过调节上连接滑块11和下连接滑块4的相对位置调整冲击角度。
29.下连接滑块4由长方体和与长方体制为一体的半圆柱体组合而成，所述半圆柱体上开有螺栓连接孔(下连接滑块4的作用是将带槽滑杆8的下端连接到滑槽底板6上，使带槽滑杆8处于过约束状态，与顶端上连接滑块11的作用类似，进一步使带槽滑杆8在冲击力作用下沿着滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1和滑槽底板6的滑槽二6
‑
1自由滑动，同时消除冲击力所引起的力矩的产生。
30.具体实施方式二：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述靶舱承力架5为长方体框架，所述长方体框架的每根梁均由方钢制成；长方体框架的长高比(决定着测量的冲击角度的范围)为(此时冲击角度可调范围在30～90
°
之间)。冲击角度的定义：靶弹冲击方向向量与靶板面法向向量之间的锐角或者直角夹角，冲击角度为90
°
就是正冲。
31.具体实施方式三：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述分离法兰2外形为一个两段阶梯轴(分离法兰2的作用是保证靶弹的顺利入射，阻止弹托进入靶舱。弹托的外侧直径大于分离法兰2的入射孔2
‑
1的直径)，分离法兰2的小直径端固定设置在入射板1的中心圆孔内。
32.具体实施方式四：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述滑槽顶板3由一块长方形顶板与两对
‘
l’型角钢组合构成，每对所述角钢的一侧板面水平朝上且相对设置形成一组所述滑槽一3
‑
1，两组滑槽一3
‑
1对称分布固定在所述长方形顶板上，所述长方形顶板(通过多个螺栓)固定在靶舱承力架5的上端；
33.所述滑槽底板6包括一块长方形底板，所述长方形底板(通过多个螺栓)与靶舱承力架5的底部固定连接，长方形底板上面设有两个滑槽二6
‑
1，所述两个滑槽二6
‑
1与两组滑槽一3
‑
1一一对应设置(两个滑槽二6
‑
1起到引导下连接滑块4滑动方向的作用。同时，滑槽底板6具有一定厚度，通过螺栓紧固到底部基础上后，将靶舱承力架5配合安放到滑槽底板6上，也起到了固定靶舱承力架5的作用)。
34.具体实施方式五：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式四作出的进一步说明，所述下连接滑块4、带槽滑杆8、上连接滑块11及传感器顶块9的数量均为两个，所述冲击力传感器10的数量为四个；每个所述带槽滑杆8下端均穿过相对应的滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1和通槽二设置在靶仓内，每个带槽滑杆8的下端均固定有下连接滑块4，两个所述下连接滑块4滑动设置在滑槽底板6的两个滑槽二6
‑
1内；
35.两个所述上连接滑块11滑动设置在滑槽顶板3的两组滑槽一3
‑
1内，上连接滑块11的中间滑块11
‑
3穿入相对应的带槽滑杆8的立槽8
‑
1内，每个带槽滑杆8分别(通过螺栓)与
相对应的上连接滑块11的上长槽11
‑
1及下长槽11
‑
2可拆卸连接。
36.具体实施方式六：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一或五作出进一步说明，所述带槽滑杆8的下端固定有一对凸耳8
‑
2，所述下连接滑块4设置在所述一对凸耳8
‑
2之间并与一对凸耳8
‑
2(通过螺栓)固定连接。
37.具体实施方式七：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述带槽滑杆8的截面为方形，带槽滑杆8的每两个相对侧面上均设有通透的立槽8
‑
1。
38.具体实施方式八：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述传感器顶块9为方块状，传感器顶块9上面一侧开设有凹槽9
‑
1，与所述凹槽9
‑
1相对应的一侧面开设有螺栓孔，设置在滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1内的冲击力传感器10安放在凹槽9
‑
1内，传感器顶块9通过穿入螺栓孔内的螺栓与滑槽顶板3固定连接。
39.具体实施方式九：如图1、图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述上连接滑块11外形呈
‘
山’字形(几何对称)，上连接滑块11的中间滑块11
‑
3沿水平方向设有上长槽11
‑
1，上连接滑块11的两个侧滑块11
‑
4沿水平方向设有下长槽11
‑
2，带槽滑杆8与上连接滑块11通过穿入上长槽11
‑
1及立槽8
‑
1内的螺栓以及穿入滑槽一3
‑
1、下长槽11
‑
2及立槽8
‑
1内的螺栓固定连接(经过上连接滑块11和下连接滑块4与带槽滑杆8的紧固连接，三者可以视作一个整体，此整体仅具有一个能够沿着滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1以及滑槽底板6的滑槽二6
‑
1滑动的平动自由度)。
40.具体实施方式十：如图1、图2所示，本实施方式披露了一种具体实施方式一至九中任一具体实施方式所述的基于轻气炮的冲击力测量实验装置的安装方法，所述安装方法包括以下步骤：
41.步骤一；根据靶弹最大外径选用适宜的分离法兰2，将分离法兰2安放到入射板1上，将入射板1(通过螺栓)固定安装在靶舱承力架5的一侧，将三个防护板7(分别通过螺栓)固定安装在靶舱承力架5的另外三侧；将滑槽底板6(通过螺栓)固定安装在靶舱承力架5的底部，
42.步骤二；将滑槽底板6(用螺栓)固定安装在底部基础上，将下连接滑块4放入滑槽底板6的滑槽二6
‑
1内，将带槽滑杆8下端与下连接滑块4(用螺栓)固定安装好；
43.步骤三；将带槽滑杆8穿过滑槽顶板3，将滑槽顶板3安装到靶舱承力架5的上部；
44.步骤四；将上连接滑块11沿着滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1滑入，并插入到带槽滑杆8中，通过调整上连接滑块11和下连接滑块4之间的连线的倾斜角度来达到调节靶板12倾斜目标角度的目的，并将上连接滑块11与带槽滑杆8之间的螺栓拧紧，同时将上连接滑块11和滑槽顶板3之间的螺栓拧松；再依次将冲击力传感器10和传感器顶块9沿着滑槽顶板3的滑槽一3
‑
1滑入直至冲击力传感器10无力接触到上连接滑块11，将传感器顶块9与滑槽顶板3通过螺栓紧固连接，最后在滑槽底板6的滑槽二6
‑
1与下连接滑块4之间安放冲击力传感器10；
45.步骤五；将靶板夹具一13通过螺栓固定在带槽滑杆8的后侧面，将靶板12通过螺栓夹持固定在靶板夹具一13与靶板夹具二14之间，通过目视或者激光对焦器，调节安装的位置，始终保持靶板12的预设冲击位置与入射孔2
‑
1的圆心连线重合于靶弹速度方向。
46.以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明
构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。