一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具及其安装方法与流程

1.本发明属于实验设备技术领域，涉及一种冲击试验的加载夹具及其安装方法，尤其涉及一种适用于轻量级试件不同角度中高速冲击实验加载夹具及其安装方法。


背景技术：

2.在实验中和工程上，常存在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，但是目前缺乏通用的和简便的设备来完成这项实验。
3.2020年，帅红旗等人公布了一种用于变角度冲击实验的夹具(专利申请号：cn212134324u)，能够实现可变角度的冲击实验。但是其实验夹具结构较为复杂，且仅适用于低速冲击载荷下较大靶板试样的测试，难于同时研究轻量级弹头，此外还需要与特定的落锤试验机配套使用。
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变角度加载夹具具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于为解决背景技术中存在的上述问题，提供一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具及其安装方法。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加载夹具及其安装方法。
6.本发明为实现上述目的，采取的技术方案如下：
7.一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具，包括加载夹具、防护装置及氢气炮组件；所述加载夹具包括调高连接板、两个靶板支座、两个靶板紧固块、两个转接轴、两个连接块、靶板后夹具及靶板前夹具；所述防护装置包括入射板、四个防护板、靶舱连接底座及靶舱承力架；所述轻气炮组件包括分离法兰、弹托、至少一个轻气炮支架及轻气炮；
8.所述调高连接板的上端面左右并列设置有两个靶板支座，所述两个靶板支座与调高连接板可拆卸固定连接，每个靶板支座的上端设置有一个靶板紧固块，所述靶板紧固块的下端面及靶板支座的上端面相对应位置各设有一个半圆形凹槽，所述转接轴的轴端设置在靶板紧固块以及靶板支座的半圆形凹槽内，靶板紧固块与靶板支座通过多个螺栓紧固连接压紧固定转接轴，转接轴的圆盘端与连接块固定连接，所述两个连接块垂直固定在靶板后夹具的后侧面的左右两侧，所述靶板后夹具的前侧设置有靶板前夹具，靶板设置在靶板后夹具与靶板前夹具之间，靶板后夹具与靶板前夹具可拆卸固定连接将靶板夹持固定住；
9.所述靶舱承力架的底部固定有靶舱连接底座，靶舱承力架的前侧固定有入射板，靶舱承力架除底部以及前侧外，靶舱承力架的顶部及其它三侧均通过防护板封闭，靶舱承力架内部为靶仓，所述入射板的中部沿入射板的高度方向开设有入射长孔；所述加载夹具固定装在靶舱连接底座上；靶板的板面与入射长孔相对应，入射板上位于入射长孔的两侧对称开设有长条形孔，所述分离法兰的小直径端滑动设置在入射板的入射长孔内，分离法
兰的大直径端通过穿入长条形孔内的螺栓与入射板可拆卸固定连接；分离法兰设有中心通孔，分离法兰的中心通孔能通过靶弹试样，所述弹托匹配且滑动设置在轻气炮的炮管内，弹托的中心孔内匹配且滑动设置有靶弹试样，所述轻气炮通过至少一个轻气炮支架支撑。
10.一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具的安装方法，所述方法包括以下步骤：
11.步骤一；根据靶板的外形和边界条件选用合适的靶板后夹具和靶板前夹具，利用多个螺栓和螺母将靶板夹持固定在靶板后夹具与靶板前夹具之间；
12.步骤二；将两个连接块可拆卸对称固定在靶板后夹具的后侧面的左右两侧，再将两个转接轴可拆卸固定到两个连接块的中心处，从而构成组合体；
13.步骤三；将组合体整体安放在靶板支座上，将转接轴的轴端放置在靶板支座的半圆形凹槽内，在转接轴的上方放置靶板紧固块，组合体调节好角度后，通过螺栓施加预紧力，将转接轴的轴端固定在靶板紧固块与靶板支座2之间；
14.步骤四；选用合适厚度的调高连接板，以实现高度上的粗调，靶板支座可拆卸固定在调高连接板上，再将靶舱连接底座可拆卸固定在调高连接板上，最后将靶舱连接底座与底部基础固定连接；
15.步骤五；将靶舱承力架安放到靶舱连接底座上且二者可拆卸固定连接，将入射板可拆卸固定安装到靶舱承力架的一侧，靶舱承力架除底部以及一侧外，靶舱承力架的顶部及其它三侧均通过防护板封闭；通过目视或者激光定位的方式确定分离法兰的安装高度，分离法兰通过穿入入射板的长条形孔内的螺栓与入射板可拆卸连接；
16.步骤六、根据靶弹试样的形状选取与其匹配的弹托，安装进轻气炮中，调试好轻气炮支架和轻气炮，开始试验。
17.本发明相对于现有技术的有益效果是：
18.(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试样的中高低速冲击实验；
19.(2)靶弹试样选择空间充裕，在轻量级靶弹试样的范围内，各种形状、各种材质的靶弹试样都可以适用于此装置加载的低中高速实验；
20.(3)可以方便地进行变角度冲击实验，通过转接轴的滚花轴端预紧紧固的方式可以任意条件冲击角度，同时通过调高连接板的粗调(更换不同厚度的调高连接板)和分离法兰安装位置的细调可以保证冲击位置的精确性；
21.(4)实验安全度保障充分，通过合金材料的靶舱承力架，可以根据冲击速度的不同，安装不同强度(如幕布、塑料板、复材板、合金板)的防护板和入射板，可以保障超高速冲击实验加载条件下，冲击后反射物体无法造成人员和设备的损伤；
22.(5)大大提高实验成功率，通过分离法兰的分离作用(分离法兰的中心通孔可以通过靶弹却通不过弹托)和精确定位作用，确保了弹托无法穿过入射板影响冲击试验，也保障了对靶板冲击位置的精确定位，做到“指哪打哪”，分离法兰起到了“承前启后”的作用；
23.(6)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试样和靶弹试样的变角度低中高速冲击实验的批量进行。
24.(7)此装置可适用于尺寸多样、形状各异、条件不同的板状靶板试样在各种形状、各种材质的轻量级靶弹试样在低中高速冲击载荷下的变角度准确加载和反弹防护。
附图说明
25.图1是本发明的一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具中的加载夹具的轴测图；
26.图2是本发明的一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具中的防护装置的轴测图；
27.图3是本发明的一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具的轻气炮组件的轴测图；
28.图4是本发明的一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具的轴测图；
29.图5是图4的a处局部放大图；
30.图6是靶板后夹具的轴测图。
31.上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
32.调高连接板1、靶板支座2、靶板紧固块3、转接轴4、连接块5、靶板后夹具6、靶板前夹具7、靶板8、连接螺栓9、入射板10、防护板11、靶舱连接底座12、靶舱承力架13、分离法兰14、靶弹15、弹托16、轻气炮支架17、轻气炮18、镂空19。
具体实施方式
33.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“对称”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了基于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。
35.具体实施方式一：如图1-图5所示，本实施方式披露了一种基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具，包括加载夹具、防护装置及氢气炮组件；所述加载夹具包括调高连接板1、两个靶板支座2、两个靶板紧固块3、两个转接轴4、两个连接块5、靶板后夹具6及靶板前夹具7；所述防护装置包括入射板10、四个防护板11、靶舱连接底座12及靶舱承力架13；所述轻气炮组件包括分离法兰14、弹托16、至少一个轻气炮支架17及轻气炮18；
36.所述调高连接板1的上端面左右并列设置有两个靶板支座2，所述两个靶板支座2与调高连接板1(通过多个螺栓)可拆卸固定连接，每个靶板支座2的上端设置有一个靶板紧固块3，所述靶板紧固块3的下端面及靶板支座2的上端面相对应位置各设有一个半圆形凹槽，所述转接轴4的轴端设置在靶板紧固块3以及靶板支座2的半圆形凹槽内，靶板紧固块3与靶板支座2通过多个螺栓紧固连接压紧固定转接轴4，转接轴4的圆盘端与连接块5固定连接，所述两个连接块5垂直固定在靶板后夹具6的后侧面的左右两侧，所述靶板后夹具6的前侧设置有靶板前夹具7，靶板8设置在靶板后夹具6与靶板前夹具7之间，靶板后夹具6与靶板前夹具7(通过螺栓)可拆卸固定连接将靶板8夹持固定住；
37.所述靶舱承力架13的底部固定有靶舱连接底座12，靶舱承力架13的前侧固定有入射板10，靶舱承力架13除底部以及前侧外，靶舱承力架13的顶部及其它三侧均通过防护板11封闭，靶舱承力架13内部为靶仓，所述入射板10的中部沿入射板10的高度方向开设有入射长孔；所述加载夹具固定装在靶舱连接底座12上；靶板8的板面与入射长孔相对应，入射板10上位于入射长孔的两侧对称开设有长条形孔，所述分离法兰14的小直径端滑动设置在入射板10的入射长孔内，分离法兰14的大直径端通过穿入长条形孔内的螺栓与入射板10可拆卸固定连接；分离法兰14设有中心通孔，分离法兰14的中心通孔能无缝通过靶弹15试样，所述弹托16匹配且滑动设置在轻气炮18的炮管内，弹托16的中心孔内匹配且滑动设置有靶弹15试样，所述轻气炮17通过至少一个轻气炮支架17支撑(选择不同高度的轻气炮支架17，以满足轻气炮17高度的调节)。
38.调高连接板1上开有两类螺栓孔，一类是阵列螺栓孔，孔径和孔间距与靶舱连接底座上的阵列螺栓孔的孔径和孔间距相同，还有一类是固定螺栓孔，孔径和孔间距与两个靶板支座2底部的八个螺栓孔的孔径和孔间距相适应。
39.调高连接板1的调高作用主要配合靶板8的加载夹具部分的变角度功能，松开靶板紧固块3，使靶板8、靶板前夹具7、靶板后夹具8及连接块5的组合体整体绕转接轴4旋转目的角度，为了使靶板8特定位置对准入射长孔，安装不同厚度的调高连接板1以适应旋转后的靶板8的高度。
40.连接块5主要起连接作用，将靶板后夹具6和转接轴4连接到一起，两个连接块5左右对称设置。连接块5的前端面和板面上分别开有螺栓深孔和螺栓通孔，用于靶板后夹具6与连接块5紧固连接，以及转接轴4与连接块5的紧固连接。
41.靶板后夹具6的主要作用是作为靶板8的一个承载平台。其上开有两类螺栓通孔，一类螺栓通孔与连接块5前端面的螺栓深孔配合连接，一类螺栓通孔与靶板前夹具7的螺栓通孔配合连接。作为靶板8的一个承载平台，靶板后夹具6的外轮廓形状要与一对连接块5相对位置相适应。
42.入射板10的作用是固定分离法兰14和防止具有较高剩余速度的反弹物体飞出伤人或者损坏设备。入射板10的上下两侧分别开有一排螺栓通孔，用于紧固到靶舱承力架13上。其中部开设有入射长孔和长条形孔用于固定分离法兰。
43.防护板11的作用是防止具有较高剩余速度的反弹物体飞出伤人或者损坏设备。防护板11的前后两侧分别开有一排螺栓通孔，用于将防护板11紧固到靶舱承力架13上。
44.靶舱连接底座12的作用是对靶舱承力架13限位以及与调高连接板1连接。靶舱连接底座12具有一定厚度，外轮廓可以无缝适配靶舱承力架13，起到限位的作用。靶舱连接底座12上面开有阵列螺栓通孔，阵列螺栓通孔起到两个作用，一个是用于与调高连接板1的紧固连接，另一个是与底部基础的紧固连接。
45.靶舱承力架13的作用是作为基础骨架，附属防护板11和入射板10构建一个封闭空间，防止具有较高剩余速度的反弹物体飞出伤人或者损坏设备。
46.分离法兰14的作用是阻挡弹托16进入靶舱而允许靶弹15试样进入靶舱冲击靶板8。分离法兰14的小直径端可以无缝安装进入射板10的入射长孔中，分离法兰14的大直径端在外环上开有螺栓通孔，用于分离法兰14在长条形孔上的定位紧固，分离法兰14的中心通孔可以通过靶弹15试样。
47.靶弹15主要是轻量级的试样，材质包括但不限于金属或复合材料，形状包括但不限于条块状、球形或圆柱形。
48.弹托16主要通过增材制造的方式，由轻质材料，按照相应靶弹15试样外轮廓制作。弹托16内径适配于靶弹15，外径适配于轻气炮18炮管内径。
49.轻气炮支架17主要作用是支撑固定轻气炮18和调节轻气炮18的高度(将分离法兰14按照选定高度用紧固螺栓安装到入射板10上面，根据选定高度选择合适高度的轻气炮支架17，并将轻气炮18安装其上)。优选采用两个轻气炮支架17，两个轻气炮支架17前后对称设置。
50.靶舱承力架13为合金材料。
51.防护板11和入射板10均为幕布、塑料板、复材板或合金板。
52.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，开设在所述靶板紧固块3下端面的半圆形凹槽和开设在所述靶板支座2上端面的半圆形凹槽均为滚花槽；所述转接轴4的轴端外壁表面设有滚花。用于增大摩擦力，防止冲击力使转接轴4发生转动。
53.两个靶板支座2用于支撑靶板8、靶板前夹具7、靶板后夹具6、连接块5组合体，两个靶板支座2左右对称设置。其顶端半圆形凹槽为滚花槽，滚花槽的作用是增大摩擦力，用于与转接轴4配合，起到紧固的作用。每个靶板支座2底部开有四个螺栓通孔用于与调高连接板1紧固连接；靶板支座2顶部开有螺栓深孔用于配合靶板紧固块3将靶板8、靶板前夹具7、靶板后夹具6、连接块5组合体固定在一个确定角度。
54.两个靶板紧固块3用于配合靶板支座2将靶板8、靶板前夹具7、靶板后夹具6、连接块5组合体固定在一个确定角度，两个靶板紧固块3左右对称设置。每个靶板紧固块3顶部对称开有四个螺栓通孔，底部开有半圆形凹槽，且半圆形凹槽为滚花槽。通过对称安装的螺栓，在靶板支座2和靶板紧固块3之间形成预紧力，将转接轴4紧固住而不能转动。
55.转接轴4用于控制靶板8的角度，与连接块5紧固连接，通过靶板支座2和靶板紧固块3之间的预紧力与其紧固连接。转接轴4圆盘部分开有螺栓通孔，用于与连接块5紧固连接；转接轴4的轴端外壁表面设有滚花，用于增大摩擦力，防止冲击力使其发生转动。基于转接轴4的角度控制，靶板8的被冲击角度理论上在0～90
°
范围内。
56.具体实施方式三：如图1、图6所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述靶板后夹具6的中心设有镂空19，所述镂空19的轮廓形状为三角形、方形、多边形或圆形。
57.靶板后夹具6的内轮廓根据靶板8的形状和边界条件要求不同，选择上述不同的形状。
58.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一作出的进一步说明，所述靶板前夹具7的形状为
‘
c’字形、
‘
口’字形、
‘
一’字形、
‘
o’字形或多边形框。靶板前夹具7若采用
‘
c’字形，则采用两个靶板前夹具7，且开口正对设置。
59.靶板前夹具7主要作用是配合靶板后夹具6将靶板8夹载在中间，给予其目的边界条件。靶板前夹具7上开有螺栓通孔用于与靶板后夹具6的螺栓通孔配合紧固靶板8。根据靶板8所需边界条件的不同，靶板前夹具7的形状可以选择上面的其中一种。
60.具体实施方式五：如图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，所述靶舱连接底座12上阵列开设有螺栓通孔(螺栓通孔起到两个作用，一个是用于与调高连接板1的紧固连接，另一个是与底部基础的紧固连接)。
61.具体实施方式六：如图3所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述轻气炮支架17呈板状，轻气炮支架17上方中部开设有安装孔，所述轻气炮18的炮管固定穿出轻气炮支架17的安装孔。
62.具体实施方式七：如图1-图5所示，本实施方式披露了一种具体实施方式一至六中任一具体实施方式所述的基于轻气炮的转轴式变角度加载夹具的安装方法，所述方法包括以下步骤：
63.步骤一；根据靶板8的外形和边界条件选用合适的靶板后夹具6和靶板前夹具7，利用多个螺栓和螺母将靶板夹持固定在靶板后夹具6与靶板前夹具7之间(固定时注意对称固定以保证边界条件的对称性)；
64.步骤二；将两个连接块5(用螺栓)可拆卸对称固定在靶板后夹具6的后侧面的左右两侧，再将两个转接轴4(用螺栓和螺母)可拆卸固定到两个连接块5的中心处，从而构成组合体；
65.步骤三；将组合体整体安放在靶板支座2上，将转接轴4的轴端放置在靶板支座2的半圆形凹槽内，在转接轴4的上方放置靶板紧固块3，组合体调节好角度后，通过螺栓施加预紧力，将转接轴4的轴端固定在靶板紧固块3与靶板支座2之间；
66.步骤四；选用合适厚度的调高连接板1，以实现高度上的粗调，靶板支座2(通过连接螺栓9)可拆卸固定在调高连接板1上，再将靶舱连接底座12(通过螺栓)可拆卸固定在调高连接板1上，最后将靶舱连接底座12(通过螺栓)与底部基础固定连接；
67.步骤五；将靶舱承力架13安放到靶舱连接底座12上且二者(通过螺栓)可拆卸固定连接，将入射板10(通过螺栓)可拆卸固定安装到靶舱承力架13的一侧，靶舱承力架13除底部以及一侧外，靶舱承力架13的顶部及其它三侧均通过防护板11封闭；通过目视或者激光定位的方式确定分离法兰14的安装高度，分离法兰14通过穿入入射板10的长条形孔内的螺栓与入射板10可拆卸连接(做高度上的细调)；
68.步骤六、根据靶弹15试样的形状选取与其匹配的弹托16，安装进轻气炮18中，调试好轻气炮支架17和轻气炮18，开始试验。
69.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七作出的进一步说明，步骤三中，在转接轴4的轴端表面、靶板支座2顶端的半圆形凹槽的槽面以及靶板紧固块3下端的半圆形凹槽的槽面上均设有网纹滚花(将转接轴4的轴端放置在靶板支座2的半圆形凹槽内，在转接轴4的上方放置靶板紧固块3，组合体调节好角度后，通过螺栓施加预紧力，起到固定角度的作用)。
70.需要说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施方式对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明技术方案进行的修改或者等同替换，不能脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明权利要求范围当中。