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MATLAB易碎盖试验装置设计及参数仿真(5)
(2.2)
模拟弹长度为1m左右,试验要求的模拟弹最大速度为2~10m/s ,则需要的落锤高度为0.2m到5m,三种模拟弹的质量分别为12.5kg、30kg、66kg,则该装置需要一定的起吊设备将模拟弹吊装到合适的高度,这会造成装置体积较大,故落锤式的装置并不是理想选择。
摆锤式冲击试验机通过半球形冲头在一定的速度下,冲击并穿过易碎盖,测量冲头消耗的能量,以此能量评价易碎盖的抗摆锤冲击能量。 摆锤式冲击试验机适用于测定塑料、橡胶等非金属薄膜材料的冲击韧性。
三种模拟弹的质量分别为12.5kg、30kg、66kg,模拟弹头与易碎盖碰撞速度要求为2~10m/s,可知模拟弹的动能如下表:
表1模拟弹动能表
质量
动能 12.5(kg) 30(kg) 66(kg)
最小动能/J 25 60 132
最大动能/J 625 1500 3300
一般的摆锤式试验机的冲击能量只有几十J,远不能够满足试验要求。摆锤冲击试验机最大的冲击能量一般为500J,此时的试验设备体积较大,质量也很大,不太适合本试验方案选择。
图4 摆锤冲击试验机
2.1.5 气压
气压传动装置是以空气为工作介质,将气体的压力能转变为执行元件的动能,气压传动具有一些独特的优点,主要有:
(1) 空气可以直接从大气中获得,同时试验已用过的气体可以直接排向大气,不会产生什么污染,处理方便,当装置的某一管道出现气体泄漏时,除了会引起部分的功率损失外,一般不会严重影响到系统的工作,不会污染空气。
(2) 气压传动的工作介质压缩空气的工作压力相对较低(一般为0.3-0.8Mpa),所以气动装置元件的材质要求一般不高,造价便宜。
(3) 工作介质空气的粘度小,气体在工作管道中压力损失比较小
(4) 气动传动系统一般文护比较简单,由于以气体为工作介质,管道不容易发生堵塞,气体不存在变质,补充和更换气体简单方便
(5) 气动系统由于工作压力不高,故使用安全,不需要防爆的,同时气动系统便于实现过载保护
(6) 气动元件能在各种合适的环境下使用,能够在强振动、强冲击、强腐蚀等恶劣环境下正常工作
气压传动也存在一些缺点:
(1) 由于气动系统工作压力一般较低,受结构尺寸限制,故气压传动的总推力一般不是很大
(2) 由于空气具有较大的可压缩性特性,因而气压传动运动速度的稳定性较差
(3) 气压传动效率较低,很多气体的能量被浪费掉了
易碎盖试验装置的动力源可以用气压传动,合适的高压气瓶通过阀门调节气体来实现模拟弹的运动,这种方案设计的装置体积小,简单方便操作。
2.2总体方案
试验系统设计要求为模拟弹重量为12.5kg、30kg、66kg,与易碎盖碰撞速度要求为2~10m/s,故该系统的关键点在于动力装置的设计。该试验台主要包括动力部分、测试部分,试验台支架部分、试验碎片收集部分。
图5气动式低速加载试验方案
1-炮管; 2-模拟弹; 3-压室
动力部分采用高压氮气作为动力源,这部分主要包括高压氮气瓶、气体输送管、封头、气室、阀套、压力控制阀以及部分连接和密封部件。测试部分主要用于试验测速和测力,包括安装架、速度传感器、力传感器、电路以及电荷放大器等。试验台支架部分一方面用于固定试验炮管和其他的部件,另一方面还要将整个装置固定在试验台基座上。试验碎片收集部分是用于收集模拟弹与易碎盖碰撞后产生的碎片,避免碎片飞溅,造成事故。
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