碰撞测试装置的制作方法

1.本发明涉及碰撞测试技术领域，特别是涉及一种碰撞测试装置。


背景技术：

2.石墨砖是高温气冷堆中重要的堆芯结构材料，反应堆中的石墨砖通过键榫等结构进行连接。当环境出现震动等动载荷条件时，砖体之间会发生相互碰撞，为了保障反应堆在该类状态下的安全性能，需要对其中石墨砖结构的碰撞动力学特性进行预测试与分析。测试过程中，需要通过测试系统设计来限制砖体结构的运行方向以保证其发生相互正碰。
3.碰撞测试常用的方法有通过气浮导轨来引导砖体结构相互碰撞，即通过气浮台对砖体进行支撑引导，给予其一砖体初始速度使其同另一砖体发生碰撞。如图1所示，但这种形式往往需要将砖体底部加工成倒v形，需要改变砖体本身的结构特性，且实心砖体的质量通常较大，对气动载荷的控制要求也较高。另一种方法是将带有车轮的小车置于砖体下方，通过施加推动力诱导两者直线导轨上发生碰撞。如图2所示，这种形式需要将小车与砖体紧密结合并严格控制车体运行方向，且两者固结的形式也改变了单个砖体结构的重心属性，这类方法对于自带轮体模块的汽车碰撞等测试较为适用。再一种方法是将其中一砖体设置成摆锤的形式致使其与另一砖体发生碰撞。如图3所示，通过对撞击砖体的初始状态调节，致使撞击砖体与受撞砖体在最低端发生碰撞。这种测试形式需要严格控制摆臂的平面运动，不太容易保证砖体之间的正碰，且在砖体首次撞击之后会发生二次碰撞。
4.因此需要一款能够很好适用石墨砖碰撞测试的装置，以使得砖碰撞测试过程更贴合实际碰撞。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种碰撞测试装置，以解决现有技术中碰撞测试装置在测试碰撞时与实际碰撞存在较大差异的问题。
6.本发明的目的通过下述技术方案实现：
7.本发明提供一种碰撞测试装置，包括碰撞箱和动力施加机构，该碰撞箱具有放置待测试物体的容纳空腔，该碰撞箱包括底壁、前侧壁以及后侧壁，该底壁在朝向该容纳空腔的一侧设有多个第一滚动件，该前侧壁和该后侧壁在朝向该容纳空腔的一侧均设有多个第二滚动件，多个该第一滚动件和多个该第二滚动件均与该碰撞箱转动连接且均朝向碰撞方向排列，该动力施加机构的动力输出端设于该容纳空腔内并用于向待测试物体施加朝向该碰撞方向的初始动力。
8.进一步地，该动力施加机构包括共形结构件、推拉臂、驱动机构以及驱动机构支撑架，该共形结构件设于该容纳空腔内，该驱动机构安装在该驱动机构支撑架上，该驱动机构通过该推拉臂与该共形结构件连接并驱动该共形结构件朝向该碰撞方向运动，该共形结构件与待测试物体相互接触表面的形状相匹配。
9.进一步地，该碰撞箱包括右侧壁，该右侧壁连接于该底壁、该前侧壁以及该后侧壁
的右端，该驱动机构支撑架与该右侧壁固定连接，该右侧壁设有与该推拉臂配合的通孔，该推拉臂的一端穿过该通孔并与该共形结构件连接。
10.进一步地，该通孔内设有直线轴承，该直线轴承套设于该推拉臂上。
11.进一步地，该驱动机构包括储能件、第一离合件、齿条以及驱动齿轮，该储能件的一端与该共形结构件相抵触，该储能件的另一端与该右侧壁相抵触，该推拉臂一端通过该第一离合件与该齿条相配合，该第一离合件用于控制该推拉臂与该齿条相接合或分离，该齿条与该驱动机构支撑架滑动连接，该驱动齿轮与该驱动机构支撑架固定连接并能够驱动该齿条相对该驱动机构支撑架在该碰撞方向上滑动。
12.进一步地，该驱动机构还包括第二离合件，该第二离合件用于控制该齿条与该驱动机构支撑架相接合或分离。
13.进一步地，该右侧壁上设有位移传感器，该位移传感器用于检测该共形结构件移动的位置。
14.进一步地，该碰撞箱包括左侧板，该左侧板可拆卸地连接于该底壁、该前侧壁以及该后侧壁的左端。
15.进一步地，该底壁、该前侧壁以及该后侧壁的左端均设有与该左侧板配合的卡槽，该左侧板卡设于该卡槽内。
16.进一步地，该底壁的左端设有引导部，该引导部设有过渡斜面，该底壁的内侧壁通过该过渡斜面与该底壁的外侧壁平滑过渡。
17.进一步地，该碰撞测试装置还包括测量机构，该测量机构包括支撑架以及拍摄相机，该拍摄相机安装于该支撑架上并设于该碰撞箱的顶部，该拍摄相机用于拍摄待测试物体碰撞的过程。
18.本发明有益效果在于：通过在碰撞箱的三个内侧面设置滚动件，从而滚动引导待测试物体进行碰撞，可以有效降低待测试物体运动过程中因摩擦造成的能量损耗，同时可以稳定地维持待测试物体的运动方向，保障两个待测试物体之间发生正面碰撞；动力施加机构可以给待测试物体施加初始动能，待测试物体获得初始动能后并与动力施加机构分离，从而根据惯性在底壁上滑动，可以更好地模拟实际碰撞过程。
附图说明
19.图1是现有技术中碰撞测试装置的结构示意图之一；
20.图2是现有技术中碰撞测试装置的结构示意图之二；
21.图3是现有技术中碰撞测试装置的结构示意图之三；
22.图4是本发明中碰撞测试装置的立体结构示意图；
23.图5是本发明中碰撞测试装置的后视结构示意图；
24.图6是本发明中碰撞测试装置的截面结构示意图；
25.图7是本发明中碰撞测试装置的俯视结构示意图之一；
26.图8是本发明中碰撞测试装置的俯视结构示意图之二；
27.图9是本发明中碰撞测试装置的拆分结构示意图；
28.图10是本发明中碰撞测试装置的电路连接示意图。
29.图中：碰撞箱10、容纳空腔101、底壁11、第一滚动件111、引导部112、过渡斜面
112a、前侧壁12、第二滚动件121、卡槽122、后侧壁13、右侧壁14、通孔141、直线轴承141a、位移传感器142、缓冲块143、左侧板15、把手151、缓冲垫152；动力施加机构20、共形结构件21、推拉臂22、驱动机构23、储能件231、第一离合件232、伸缩杆232a、齿条233、驱动齿轮234、摇臂234a、第二离合件235、驱动机构支撑架24、支撑杆241；测量机构30、支撑架31、支撑脚311、横梁312、安装板313、拍摄相机32；气泵40、第一开关41、第二开关42；计算器50；碰撞方向f。
具体实施方式
30.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的碰撞测试装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
31.图4是本发明中碰撞测试装置的立体结构示意图，图5是本发明中碰撞测试装置的后视结构示意图，图6是本发明中碰撞测试装置的截面结构示意图，图7是本发明中碰撞测试装置的俯视结构示意图之一，图8是本发明中碰撞测试装置的俯视结构示意图之二，图9是本发明中碰撞测试装置的拆分结构示意图。
32.如图4至图9所示，本发明提供的一种碰撞测试装置，包括碰撞箱10和动力施加机构20，碰撞箱10具有放置待测试物体(例如石墨砖)的容纳空腔101，碰撞箱10包括底壁11、前侧壁12以及后侧壁13，底壁11在朝向容纳空腔101的一侧设有多个第一滚动件111，前侧壁12和后侧壁13在朝向容纳空腔101的一侧均设有多个第二滚动件121，多个第一滚动件111(图6)和多个第二滚动件121均与碰撞箱10转动连接且均朝向碰撞方向f排列，动力施加机构20的动力输出端设于容纳空腔101内并用于向待测试物体施加朝向碰撞方向f的初始动力。其中，碰撞箱10作为系统运行的主要支撑，其采用实心高强钢材制成。
33.本发明通过在碰撞箱10的三个内侧面(底壁11、前侧壁12、后侧壁13)设置滚动件(第一滚动件111和第二滚动件121)，从而滚动引导待测试物体进行碰撞，可以有效降低待测试物体运动过程中因摩擦造成的能量损耗，同时可以稳定地维持待测试物体的运动方向，保障两个待测试物体之间发生正面碰撞；动力施加机构20可以给待测试物体施加初始动能，待测试物体获得初始动能后并与动力施加机构20分离，从而根据惯性在底壁上滑动，可以更好地模拟实际碰撞过程。
34.本实施例中，第一滚动件111和第二滚动件121均为圆柱形结构，其中，第一滚动件111可以采用铸针，铸针为待测试物体的底部承载构件，为高强轴承钢材质，并经由相应的热处理工艺形成，每根铸针垂直于碰撞方向f并沿碰撞方向f平行排列，每根铸针的两端均通过小型轴承与碰撞箱10的框架进行连接。第二滚动件121可以采用滚柱，滚柱可以为空心结构，每根滚柱垂直于碰撞方向f并沿碰撞方向f平行排列，每根滚柱的两端均通过小型轴承与碰撞箱10的框架进行连接，各个轴承皆嵌入至碰撞箱10框架的内部，在加工过程中为了保障各个滚柱之间的平齐度，需要预先在碰撞箱10的框体上通过精加工工艺开具一排平齐的轴承嵌入槽，继而依次完成后续零部件装配。当然，在其他实施例中，第一滚动件111和第二滚动件121也可采用滚珠进行代替，滚珠的部分嵌入碰撞箱10的底壁11、前侧壁12以及后侧壁13。
35.本实施例中，动力施加机构20包括共形结构件21、推拉臂22、驱动机构23(图9)以
及驱动机构支撑架24，共形结构件21设于容纳空腔101内，驱动机构23安装在驱动机构支撑架24上，驱动机构23通过推拉臂22与共形结构件21连接并驱动共形结构件21朝向碰撞方向f运动，共形结构件21与待测试物体相互接触表面的形状相匹配，例如，待测试物体可以l形或z形，而共形结构件21与待测试物体相互接触表面也为对应的l形结构或z形结构，从而使得共形结构件21可以更好的与待测试物体相抵触。优选地，为了降低能量损耗，共形结构件21采用铝质材料，但同样需经由一定的热处理工艺进行强化。共形结构件21与推拉臂22通过螺钉连接，便于更换不同形状的共形结构件21，以对不同形状的待测试物体进行测试，适应范围较广。其中，推拉臂22为u形结构，即两根连接轴与连接块共同形成u形结构。当然，在其他实施例中，动力施加机构20也可采用高压气加速装置或电磁力加速装置，即通过高压气或磁力来给待测试物体提供初始动能。
36.进一步地，碰撞箱10包括右侧壁14，右侧壁14连接于底壁11、前侧壁12以及后侧壁13的右端，驱动机构支撑架24与右侧壁14固定连接，右侧壁14设有与推拉臂22配合的通孔141，推拉臂22的一端穿过通孔141并与共形结构件21连接。通孔141内设有直线轴承(钢珠保持架)141a，直线轴承141a套设于推拉臂22上，从而可以有效减小推拉臂22与通孔141之间的摩擦力和磨损。当然，在其他实施例中，碰撞箱10也可不用设置右侧壁14，驱动机构支撑架24可以直接与地面固定。驱动机构支撑架24设有支撑杆241，以形成三角形的稳定结构，使得驱动机构支撑架24更加简洁，以节约用材。
37.进一步地，右侧壁14上设有位移传感器142，位移传感器142用于监测共形结构件21移动的位置。位移传感器142设于右侧壁14的内侧(朝向容纳空腔101的一侧)，位移传感器142用于监测共形结构件21移动的位置从而可以检测储能件231的压缩量。当然，对于精确度要求不高的测试工况，也可通过设置直尺等形式进行测控，从而可以较为准确的给待测试物体一个初始动能。右侧壁14的外侧(远离容纳空腔101的一侧)设有缓冲块143(图4)，缓冲块143采用橡胶制成，可有效减缓冲撞力度，从而避免u型推拉臂22外侧的连接块在运动过程中与右侧壁14发生碰撞而损坏。
38.本实施例中，驱动机构23包括储能件231、第一离合件232、齿条233以及驱动齿轮234，储能件231的一端与共形结构件21相抵触，储能件231的另一端与右侧壁14相抵触。优选地，储能件231采用拉伸弹簧并套设于推拉臂22上，当然，储能件231也可以为两个相互排斥的磁铁，从而压缩两个磁铁的距离进行储能。推拉臂22一端通过第一离合件232与齿条233相配合，第一离合件232用于控制推拉臂22与齿条233相接合或分离，齿条233与驱动机构支撑架24滑动连接，驱动齿轮234与驱动机构支撑架24固定连接并能够驱动齿条233相对驱动机构支撑架24在碰撞方向f上滑动。其中，驱动机构支撑架24的顶面设有安装齿条233的滑槽，驱动齿轮234安装在驱动机构支撑架24的顶面上并与齿条233相互啮合，驱动齿轮234还设有摇臂234a，从而手动驱使驱动齿轮234转动，并驱动齿条233滑动，从而带着推拉臂22移动并给储能件231施加压力。通过将储能件231压缩进行蓄能，再而释放约束产生载荷激励，结合位移传感器142实现对压缩量的测控，其中预设的能量值可通过弹性势能与动能等效的方式进行估算，对于不同载荷需求下(对于不同质量试件、不同运动速度要求)的测试也可更换对应强度的储能件231。当然，在其他实施例中，驱动齿轮234也可与电机连接，从而通过电机驱动驱动齿轮234转动。或者齿条23、驱动齿轮234以及位移传感器142三者共同采用一个伺服电机替代，从而使得结构更加简单。同样的，也可采用气泵、气缸以及
电缸等器件代替。
39.进一步地，驱动机构23还包括第二离合件235，第二离合件235用于控制齿条233与驱动机构支撑架24相接合或分离。本实施例中，第一离合件232与u型推拉臂22的连接块固定，第二离合件235与驱动机构支撑架24固定。优选地，第一离合件232和第二离合件235均采用气缸制成，第一离合件232和第二离合件235均设有伸缩杆232a(图6)，伸缩杆232a朝向齿条233的一端为楔形结构，气缸驱动伸缩杆232a伸缩，从而使得伸缩杆232a与齿条233相互卡合或分离。当然，在其实施例中，第一离合件232和第二离合件235也可以均与齿条233固定，而u型推拉臂22的连接块上需要设置卡位槽，驱动机构支撑架24的顶面需要设置多个卡位槽。
40.本实施例中，碰撞测试装置还包括气泵40(图10)，第一离合件232和第二离合件235均与气泵40连接，第一离合件232与气泵40之间设有第一开关41(图10)，第二离合件235与气泵40之间设有第二开关42(图10)。在使用时，需先将第一开关41关闭(即控制第一离合件232的伸缩杆232a下降并与齿条233卡死)以及第二开关42开启(即控制第二离合件235的伸缩杆232a上升并与齿条233脱离)，而后通过摇臂234a将齿条233向远离碰撞箱10的方向移动，从而带动推拉臂22一同运动，从而储能件231开始压缩蓄能，直到移动至预设位移量之后，将第二开关42关闭(即控制第二离合件235的伸缩杆232a下降并与齿条233卡死)，待测试物体放置完成后，将第一开关41开启(即控制第一离合件232的伸缩杆232a上升并与齿条233脱离)，开启的同时推拉臂22会因储能件231弹性势能的释放受到向碰撞方向f的推动激励，从而推动待测试物体开始沿碰撞方向f运动，并以一定速度与路径上的另一待测试物体发生碰撞。通过设置第一开关41和第二开关42，可在安全区域内对测试过程进行控制，增加安全性。
41.本实施例中，碰撞箱10包括左侧板15，左侧板15可拆卸地连接于底壁11、前侧壁12以及后侧壁13的左端。从而使待测试物体可以从碰撞箱10的左侧放入容纳空腔101内，无需从碰撞箱10的顶部放入，便于用户操作。具体地，底壁11、前侧壁12以及后侧壁13的左端均设有与左侧板15配合的卡槽122，左侧板15卡设于卡槽122内。左侧板15的顶部设有把手151，便于将左侧板15插入卡槽122内或从卡槽122内拿取，左侧板15插入卡槽122后可用于阻挡被冲击的待测试物体。左侧板15朝向容纳空腔101的一侧设有缓冲垫152(图9)，缓冲垫152可以采用橡胶制成，以减缓被冲击的待测试物体对左侧板15的冲击，减少不必要碰撞导致的折损。
42.进一步地，底壁11的左端设有引导部112，引导部112设有过渡斜面112a(图6)，底壁11的内侧壁通过过渡斜面112a与底壁11的外侧壁平滑过渡，在左侧板15被拿取下时，可以将较为沉重的待测试物体沿着过渡斜面112a拖拉至容纳空腔101内，避免较为困难的搬运安装。
43.本实施例中，碰撞箱10的顶部无需设置顶壁，即碰撞箱10的顶部为开口，也便于拍摄相机32拍摄待测试物体碰撞的过程。底壁11、前侧壁12以及后侧壁13采用金属板制成，用于防止残渣飞溅等导致的危险现象。当然，在其他实施例中，碰撞箱10也可以设置顶壁，但顶壁需采用透明的材质制成，例如玻璃或pv。
44.本实施例中，碰撞测试装置还包括测量机构30，测量机构30包括支撑架31以及拍摄相机32，拍摄相机32安装于支撑架31上并设于碰撞箱10的顶部，拍摄相机32用于拍摄待
测试物体碰撞的过程。当然，支撑架31也可以与碰撞箱10连接在一起。拍摄相机32采用高速相机，拍摄相机32竖直向下对碰撞测试中的待测试物体进行高频拍摄，通过图像序列分析算法可获取该过程中各个待测试物体的运动位移信息，从而计算出待测试物体的速度、加速度等信息。当然，在其他实施例中，测量机构30也可额外设置，不用与碰撞箱10和动力施加机构20成套设置。拍摄相机32也可以由其他传感器代替，例如加速度传感器、速度传感器以及位置传感器等。
45.进一步地，支撑架31包括支撑脚311、横梁312以及安装板313(图6)，横跨于碰撞箱10上方的两个横梁312可在竖立的支撑脚311上下调节，并通过边角螺栓进行固定。其中，支撑脚311的底部设置有通孔，可与地面之间通过地脚螺栓进行锁死，保障结构的稳定性。安装板313与两个横梁312固定并位于碰撞箱10上方，安装板313上设有与拍摄相机32镜头对应的避让孔，拍摄相机32固定于安装板313上，通过避让孔竖直向下对碰撞测试中的待测试物体进行拍摄。
46.本实施例中，如图10所示，碰撞测试装置还包括计算器50，其中拍摄相机32和气泵40均与计算器50电性连接，从而可以通过控制第一开关41和第二开关42来控制第一离合件232和第二离合件235的伸缩。计算器50可以根据拍摄相机32的图像计算出速度、加速度等信息，从而对能量损耗、恢复系数等参量进行计算与分析。如下式1所示，恢复系数(e)为两个结构试件其碰撞前后相对速度大小的比值，其中v1和v2为两个物体接触时的速度，v1＇和v2＇为两个物体碰撞结束后的速度。
[0047][0048]
在本文中，所涉及的上、下、左、右、前、后等方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。还应当理解，本文中使用的术语“第一”和“第二”等，仅用于名称上的区分，并不用于限制数量和顺序。
[0049]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰，为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。