一种复合材料气瓶跌落装置及方法

1.本发明涉及复合材料气瓶检测技术领域，特别是涉及一种复合材料气瓶跌落装置及方法。


背景技术：

2.随着石油、煤炭和天然气等传统能源的日渐枯竭，氢能源正逐渐成为世界各国资源和环境可持续发展的新途径。存储氢能源是氢能源体系最主要的技术难点之一，高压储氢因具有结构简单、效率高等特点，是存储氢能源最常用的方法。
3.复合材料由于高比强度、高比模量和耐腐蚀等性能，正逐渐替代传统的全金属材料气瓶，广泛用于航空、航天、船舶和汽车等行业。在国际上，美国和欧洲先后制定一系列复合材料压力容器的标准。目前储氢气瓶的国家标准为《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》(以下简称“标准”)。
4.标准中的试验方法要求储氢气瓶实现水平、竖直和气瓶与竖直方向成45
°
跌落。水平跌落时，气瓶下表面距跌落面1.8米；竖直跌落时，跌落高度应使气瓶具有大于或者等于488焦耳的势能，同时保证气瓶较低端距跌落面高度小于或等于1.8米；45
°
跌落时，若气瓶较低端距跌落面小于0.6米，应改变跌落角度以保证最小高度为0.6米，同时应保证气瓶重心距跌落面的高度为1.8米。
5.对于不同大小的储氢气瓶，其瓶体筒身直径不同，在跌落高度限制的情况下，落地的能量不一定满足标准的规定。因此现有技术还没有适用任何大小储氢气瓶的跌落测试装置。


技术实现要素：

6.为解决以上技术问题，本发明提供一种复合材料气瓶跌落装置及方法，能够满足标准中规定的水平跌落、竖直跌落和45
°
跌落等跌落测试试验。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供一种复合材料气瓶跌落装置包括机架、移动平台和多角度夹具，所述移动平台设置于所述机架上，且所述移动平台与所述机架之间设置有一升降机构，所述升降机构用于改变所述移动平台距离所述机架底部的高度；所述多角度夹具设置于所述移动平台上，所述多角度夹具用于夹持待测试的复合材料气瓶；所述移动平台上设置有信号接收器，所述机架上设置有感应器，所述信号接收器用于接收所述感应器发出的信号，所述机架底部设置有能量接受器，所述机架一侧设置有高速摄像机，所述信号接收器、所述感应器和所述能量接受器均与控制台信号连接。
9.可选的，所述移动平台的两侧分别设置有一所述多角度夹具。
10.可选的，所述移动平台的两侧均设置有一第一通孔和第二通孔，且所述第一通孔和所述第二通孔相垂直并连通；所述多角度夹具的一端插入所述第一通孔内，所述第二通孔用于限制所述多角度夹具的转动。
11.可选的，所述多角度夹具包括夹持端、活塞杆和角度调节杆；所述角度调节杆一端沿周向设置有多个角度调节孔；所述角度调节杆另一端与所述活塞杆的固定端相连接，所述活塞杆的活动端与所述夹持端的一端相连接，所述夹持端另一端用于与待测试的复合材料气瓶接触以夹持待测试的复合材料气瓶；所述角度调节杆一端插入所述第一通孔，通过向所述第二通孔及与所述第二通孔相对应的一个所述角度调节孔内插入螺栓或销轴以限定所述夹持端的角度。
12.可选的，所述角度调节杆一端设置有三个所述角度调节孔，在所述角度调节杆的周向方向上，第一个所述角度调节孔与第二个所述角度调节孔之间的夹角为45度，第一个所述角度调节孔与第三个所述角度调节孔之间的夹角为90度。
13.可选的，所述升降机构包括大型电机、小型电机、立柱和丝杆；所述移动平台的两端分别与一所述立柱的顶部相连接，所述立柱的底部与所述机架相连接，所述大型电机与所述立柱传动连接；所述丝杆的两端可转动的与所述机架相连接，所述小型电机与所述丝杆传动连接；所述丝杆上的丝母与所述移动平台转动连接。
14.可选的，所述移动平台的四周设置有四个所述丝杆，四个所述丝杆均与所述小型电机传动连接。
15.可选的，所述小型电机设置于所述机架顶部，所述小型电机的输出轴上设置有第一锥齿轮，每个所述丝杆的顶部设置有一第二锥齿轮，传动轴的两端分别设置有一第三锥齿轮，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮与相对言的所述第三锥齿轮相啮合。
16.可选的，所述机架内侧位于所述能量接受器的两侧分别设置有一挡板。
17.本发明还公开一种基于上述的复合材料气瓶跌落装置的方法，包括以下步骤：
18.(1)试验前，操控控制台控制大型电机和小型电机的转动，使移动平台下降，多角度夹具以实验设定的角度安装在移动平台上，操纵控制台使多角度夹具夹紧气瓶，随后上升至实验设定高度；
19.(2)在控制台上设定下降速度参数，移动平台做加速下降运动；
20.(3)待移动平台经过感应器位置，信号接收器接受信号，此时立柱和丝杆停止运动，移动平台也停止运动，同时多角度夹具不再夹持气瓶，此时已获得一定初速度的气瓶做自由落体运动跌落至地面；
21.(4)气瓶跌落至地面，落地时的画面被高速摄像机抓拍，且气瓶落地能量被能量接收器获取，显示在控制台上，判断其能量是否满足标准的要求。
22.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
23.本发明中的复合材料气瓶跌落装置及方法，可控制气瓶跌落初速度，使气瓶跌落地面的能量满足标准的要求，该装置可适用于任何大小复合材料储氢气瓶的多角度跌落测试。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明中的复合材料气瓶跌落测试装置的结构立体图；
26.图2是图1中c处多角度夹具放大图；
27.图3是本发明中的复合材料气瓶跌落测试装置的正视图；
28.图4是图3在a-a处的剖视图。
29.附图标记说明：1、小型电机；2、锥齿轮；3、机架；4、信号接收器；5、感应器；6、控制台；7、挡板；8、能量接收器；9、高速摄像机；10、丝杆；11、移动平台；12、大型电机；13、多角度夹具；1301、夹持端；1302、活塞杆；1303、角度调节孔；1304、角度调节杆；1305、螺栓；14、储氢气瓶；15、立柱。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例一：
32.如图1至4所示，本实施例提供一种复合材料气瓶跌落装置及方法，包括机架3、移动平台11和多角度夹具13，移动平台11设置于机架3上，且移动平台11与机架3之间设置有一升降机构，升降机构用于改变移动平台11距离机架3底部的高度；多角度夹具13设置于移动平台11上，多角度夹具13用于夹持待测试的复合材料气瓶；移动平台11上设置有信号接收器4，机架3上设置有感应器5，信号接收器4用于接收感应器5发出的信号，机架3底部设置有能量接受器，机架3一侧设置有高速摄像机9，信号接收器4、感应器5和能量接受器均与控制台6信号连接。
33.于本具体实施例中，移动平台11的两侧分别设置有一多角度夹具13。移动平台11的两侧均设置有一第一通孔和第二通孔，且第一通孔和第二通孔相垂直并连通；多角度夹具13的一端插入第一通孔内，第二通孔用于限制多角度夹具13的转动。
34.更具体的，多角度夹具13包括夹持端1301、活塞杆1302和角度调节杆1304；角度调节杆1304一端设置有三个角度调节孔1303，在角度调节杆1304的周向方向上，第一个角度调节孔1303与第二个角度调节孔1303之间的夹角为45度，第一个角度调节孔1303与第三个角度调节孔1303之间的夹角为90度。角度调节杆1304另一端与活塞杆1302的固定端相连接，活塞杆1302的活动端与夹持端1301的一端相连接，夹持端1301另一端用于与待测试的复合材料气瓶接触以夹持待测试的复合材料气瓶；角度调节杆1304一端插入第一通孔，通过向第二通孔及与第二通孔相对应的一个角度调节孔1303内插入螺栓1305或销轴以限定夹持端1301的角度。当夹持端1301保持竖直状态时，角度调节杆1304一端的顶部具有第一个角度调节孔1303，当夹持端1301保持45度倾斜状态时，角度调节杆1304一端的顶部具有第二个角度调节孔1303，当夹持端1301保持水平状态时，角度调节杆1304一端的顶部具有第三个角度调节孔1303。
35.升降机构包括大型电机12、小型电机1、立柱15和丝杆10；移动平台11的两端分别与一立柱15的顶部相连接，立柱15的底部与机架3相连接，大型电机12与立柱15传动连接；丝杆10的两端可转动的与机架3相连接，小型电机1与丝杆10传动连接；丝杆10上的丝母与
移动平台11转动连接。进一步的，移动平台11的四周设置有四个丝杆10，四个丝杆10均与小型电机1传动连接。小型电机1设置于机架3顶部，小型电机1的输出轴上设置有第一锥齿轮2，每个丝杆10的顶部设置有一第二锥齿轮2，传动轴的两端分别设置有一第三锥齿轮2，第一锥齿轮2和第二锥齿轮2与相对言的第三锥齿轮2相啮合。更具体的，立柱15为液压立柱，利用液压系统实现伸缩升降，以实现移动平台11的高度调节。
36.机架3内侧位于能量接受器的两侧分别设置有一挡板7，可防止气瓶损坏其他装置。
37.能量接收器8将气瓶跌落的能量数据显示于控制台6，便于记录每次气瓶跌落地面的能量；高速摄像机9用于抓拍气瓶跌落地面时的影像。
38.实施例二：
39.本实施例公开一种基于实施例一的复合材料气瓶跌落装置的方法，包括以下步骤：
40.(1)试验前，操控控制台6控制大型电机12和小型电机1的转动，使移动平台11下降，多角度夹具13以实验设定的角度安装在移动平台11上，操纵控制台6使多角度夹具13夹紧气瓶，随后上升至实验设定高度；
41.(2)在控制台6上设定下降速度参数，移动平台11做加速下降运动；
42.(3)待移动平台11经过感应器5位置，信号接收器4接受信号，此时立柱15和丝杆10停止运动，移动平台11也停止运动，同时多角度夹具13不再夹持气瓶，此时已获得一定初速度的气瓶做自由落体运动跌落至地面；
43.(4)气瓶跌落至地面，落地时的画面被高速摄像机9抓拍，且气瓶落地能量被能量接收器8获取，显示在控制台6上，判断其能量是否满足标准的要求。
44.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
45.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。