一种便携式高g值冲击试验装置的设计

　　目前,产生高冲击加速度的测试装置有马歇特锤击机、Endevco冲击标定系统、落锤冲击试验机和自由落杆等,主要用于小尺寸器件的检测、抗冲 击实验等。马歇特锤击机利用杠杆原理,锤头碰砧瞬间产生高g值冲击加速度,其应力波的形式比较复杂,重复性比较好[1]。但由于只能产生特定分度齿对应的 冲击加速度,比如1齿对应5 000 g,而2齿对应8 000 g,分度较粗,限制了其应用范围。Endevco冲击标定系统由压缩空气发射弹体,同轴撞击Hopkinson杆的起始端[2],从而产生冲击加速度。通 过调整压缩气体的压强,能够产生任意幅值的冲击加速度,但每次测试均需标准传感器进行比对,不适于对产品进行批量检测。落锤冲击试验机通过将电磁通电来吸 附铁制重物,然后将电磁铁提升到一定高度,再断电消磁使重物快速脱开、自由落下冲击试件[3,4]。这些测试装置的一个共同特点是体积庞大,质量较大,试 验操作复杂,不具有良好的便携性。自由落杆利用落杆从一定的高度自由下落,与钢砧的碰撞反弹产生高g值冲击加速度,便携性好,试验方法简单,适用于测试精 度要求不是很高的情况[5]。

　　本文提出的高g值冲击试验装置主要用于惯性开关的检测[6, 7],要求能够可靠输出幅值大于8 000 g、脉宽大于80μs的冲击加速度,同时具有良好的便携性和输出稳定性。根据弹性力学的赫兹理论,对该冲击试验装置的动力学性能进行了分析,通过数值求 解,得到了结构参数与冲击特性的关系,为冲击试验装置的工程研制及应用提供依据。

　　1　结构特征

　　冲击试验装置结构特征如图1所示,包括球螺钉、固定梁、梁架组件、立柱、吊篮组件、底座、保护盖、减震垫等八部分,其中吊篮组件由击块、导向 片、小梁组成。梁架组件可沿立柱升降以调整冲击高度,吊篮组件用于安装传感器,并卡吊到梁架组件上。两个导向片装配形成V形槽,和立柱一同起到限位的作 用。

　　该冲击试验装置利用了吊篮组件自由下落后与底座的刚性碰撞产生冲击加速度的原理。使用时首先将传感器刚性地安装在击块上,然后很据所需冲击加速 度的大小,调整梁组件的高度,将吊篮组件卡入梁架组件中,移走保护盖,按下梁架组件的释放按钮,吊篮组件自由下落,击块与底座刚性碰撞产生冲击加速度信 号。

　　为保证冲击试验装置的输出性能具有良好的稳定性,通过三方面降低随机因素的影响:

　　(1)通过梁架组件的释放机构,实现吊篮组件的定高释放;

　　(2)通过吊篮组件V形槽和立柱良好的限位作用,实现击块在底座上的定点碰撞;

　　(3)通过立柱良好的平行度和光滑度,并选用尼龙作为导向片材料,减小导向片和立柱间的摩擦力。