冲击台原理

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冲击台原理

发布时间:2014-09-18 16:40      浏览次数:

 冲击台原理

整机结构如图2-5所示,由塔架、冲击台面、等压缓冲器、升降机构、遥控装置和自动释放机构等部分组成。当带试件的冲击台面(负荷)升到一定高度H,突然释放后沿轨道垂直下落并与底部缓冲器的活塞相碰,由于胶垫和缓冲器的制动,负荷速度急剧减小,在压缩行程产生方向朝上的冲击加速度。
 冲击台原理 
图2-5下落式冲击台原理图
1.刻度尺      2.缓冲器     3.冲击台面
4.自动释放机构5.活塞配重   6.减震胶垫
7.塔架         8.升降机构   9遥控装置
 
实际上负荷下落的整个过程分为下落与冲击两个过程:
1. 下落过程:负荷沿轨道垂直下落时,实际上受到空气和轨道的摩擦阻力,因为速度不大,阻力与速度成比例。适当调正冲击台面与导轨的接触方式,减小摩擦,阻力可以忽略不计。
2. 冲击过程:在此过程按时间先后大体分为碰撞和缓冲两个阶
段,但这两个阶段不能绝然分开互相重叠。
(1) 碰撞阶段:负荷下落到底部以速度与缓冲器活塞相碰撞,根据碰撞理论碰撞后负荷的速度减小为:
                          速度减小为                     (2-17)
式中e一减振垫的弹性恢复系数(0<e<1);m一活塞与配重的质量;M一负荷质量。
由于在时间间隔△t内负荷速度发生了变化,即
                       了变化,即                  (2-18)
因此产生近似半正弦脉冲加速度,其峰值为:
                 峰值(半正弦波)                (2-19)
因为冲击台面的冲头是一定壁厚的管子,见图2-6,相当于减振弹簧,故能减小冲击强度。若冲击加速度峰值为的半正弦波,根据等效原理,图2-7可以求出作用在试件上的加速度峰值为:
                       见图2-6,相当              (2-20)
因此加速度隔振系数为:
                    (振系数为          (2-21)
式中振系数为
     为脉冲加速度持续时间
     为等效系统的固有圆频率
     为冲头弹簧刚度(其质量忽略)
     M为负载质量
 
  
图2-6冲击台面示意图
1.冲头     2.管子   3.台面
                           4.挂架     5.指针
 
  
图2-7碰撞过程原理图
 
根据碰撞理论,可求出碰撞后负载能量损失为:
                                      (2-22)
(2) 缓冲阶段:碰撞开始后,同时进入缓冲阶段,因缓冲器阻力制动负荷速度减为零,此时负荷与活塞系统的运动微分方程近似为:
                                     (2-23)
式中 为负载与活塞系统的质量和;
     C为阻尼系统;K为空气弹簧刚度系数,
     G(t)为外力(包括重力),
      ;
      为活动系统固有圆频率,
      。
解此方程可得位移(x-t)的关系式,即负载与活塞系统进行偏离起始位置的衰减振动。(x-t)、(a-t)实测曲线如图2-7所示。
在缓冲阶段,缓冲器对负荷的平均阻力可按下式估算:
                                                  (2-24)
 
  
图2-8活塞位移曲线与负载加速度曲线
 
  
图2-9冲击过程分解图
 
(3) 综合分析:在碰撞阶段产生窄脉冲加速度a(图2-9曲线1);在缓冲阶段产生宽脉冲加速度欢:(图2-9曲线2),整个过程的加速度为a:
与勺矢量合成(图2-9曲线3),冲击加速度波形取决两阶段器速度的波形及其叠加的结果。


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