專利名稱：一種壓差發(fā)射式多直徑分離式霍普金森拉壓一體桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速動態(tài)沖擊實驗霍普金森(Hopkinson)拉壓桿設(shè)備，尤其 是涉及一種壓差發(fā)射式多直徑分離式霍普金森拉壓一體桿。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有霍普金森壓桿設(shè)備一般都是采用單獨的壓桿或單獨的拉桿，而且一種 等截面直桿設(shè)備往往需要一套單獨的發(fā)射裝置。所述發(fā)射裝置的發(fā)射方式，有 的采用氣閥手動釋放工作，操作麻煩，效率低；而采用氣壓差發(fā)射的，容積卻 不可變，桿子及發(fā)射炮定位不統(tǒng)一，桿子支撐固定不可調(diào)，或者可調(diào)卻定位不 統(tǒng)一，十分不便于實驗工作的調(diào)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種桿子可調(diào)，構(gòu) 成部件定位統(tǒng)一的自動壓差發(fā)射式多直徑分離式霍普金森拉壓一體桿。
本發(fā)明進一步的目的在于提供一種發(fā)射氣腔容積可變的自動壓差發(fā)射式多 直徑分離式霍普金森拉壓一體桿。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)其包括發(fā)射系統(tǒng)、壓桿系統(tǒng)、 拉桿系統(tǒng)、吸收桿、液壓緩沖器、光學(xué)導(dǎo)軌、精密微調(diào)支撐件和整形器，所述 發(fā)射系統(tǒng)、液壓緩沖器和精密微調(diào)支撐件安裝在光學(xué)導(dǎo)軌上，壓桿系統(tǒng)、拉桿 系統(tǒng)和吸收桿安裝在精密微調(diào)支撐件上；在壓桿系統(tǒng)中，發(fā)射系統(tǒng)安裝在光學(xué) 導(dǎo)軌的一側(cè)，沿發(fā)射系統(tǒng)炮管軸心依次為入射壓桿、透射壓桿、吸收桿和液壓 緩沖器；在拉桿系統(tǒng)中，液壓緩沖器直接安裝在發(fā)射炮管口前面，光學(xué)導(dǎo)軌一 側(cè)首先是液壓緩沖器，再依次是發(fā)射系統(tǒng)、拉桿、入射拉桿和透射拉桿；拉桿上套有套筒子彈；整形器安裝于拉桿一端。
所述光學(xué)導(dǎo)軌為設(shè)備的底座，也是統(tǒng)一定位的基準。
發(fā)射系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)包括單片機和單片機控制板，單片機外接壓力傳 感器，壓力傳感器用于探測發(fā)射氣腔內(nèi)氣壓；壓力傳感器與單片機控制板的"傳 感器輸入"接口連接。
整形器可選用標準件內(nèi)六角螺栓，在靠近螺栓頭部處車出一段細小圓柱段。 本發(fā)明進一步的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)在發(fā)射系統(tǒng)中的發(fā)射氣 腔內(nèi)設(shè)置有螺孔，通過螺孔可以安裝體積塊，以改變發(fā)射氣腔的容積，從而使 得發(fā)射裝置可以同時滿足壓桿、拉桿以及不同桿徑系統(tǒng)子彈對各種發(fā)射速度要 求。
本發(fā)明將現(xiàn)有不同直徑等截面桿霍普金森壓桿及拉桿綜合到一套實驗設(shè)備 裝置上，置備實驗設(shè)備成本大大減少，對于需同時采購幾套壓桿及拉桿設(shè)備的 單位，設(shè)備費用更是可以成倍數(shù)減少，實驗設(shè)備占用空間也相應(yīng)成倍減少。如 原來購買014. 5mm壓桿019咖拉桿的費用分別要9萬元及17萬元，同時購買2 套設(shè)備的話，目前市場價總金額26萬元左右，而購買本發(fā)明之016mm的拉壓一 體桿只需要13萬；而且，原來兩個設(shè)備需要兩個不同的實驗平臺，采用一體桿 后只需要一個實驗平臺就可以了；所有部件采用統(tǒng)一的定位，拉壓桿的安裝通 過精密微調(diào)支撐件實行量化操作，安裝工作統(tǒng)一簡單；單片機控制系統(tǒng)，氣壓 設(shè)定數(shù)字化，實現(xiàn)小功率電動作控制快速大幅度機械動作，實現(xiàn)對測試電路的 零干擾；發(fā)射氣腔容積可變，可以同時滿足壓桿、拉桿以及不同桿徑系統(tǒng)子彈 對各種發(fā)射速度要求。


圖1 (a)是本發(fā)明拉壓一體桿一實施例的壓桿系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1 (b)是本發(fā)明拉壓一體桿一實施例的拉桿系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖l(C)是圖l(b)所示拉桿系統(tǒng)的內(nèi)部桿系結(jié)構(gòu)放大示意圖。
圖2是本發(fā)明拉壓一體桿發(fā)射系統(tǒng)一實施例主要部件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2 A-A處剖視圖。
圖4是圖l(c)所示整形螺栓的外形示意圖。
圖中l(wèi).發(fā)射系統(tǒng)，2.入射壓桿，3.透射壓桿，4.吸收桿，5.液壓緩沖器， 6.精密導(dǎo)軌，7.精密微調(diào)支撐件，8.拉桿，9.入射拉桿，IO.試驗試樣，11.透 射拉桿，12.整形螺栓，13.套筒子彈，14.連接件，15.閥體，16.蓋子，17.發(fā) 射氣腔，18.節(jié)流螺栓，19.氣缸，20.活塞。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參照圖l(a)、圖l(b)、圖l(c)，本實施例包括發(fā)射系統(tǒng)l、入射壓桿2、 透射壓桿3、拉桿8、入射拉桿9、透射拉桿ll、吸收桿4、液壓緩沖器5、精 密微調(diào)支撐件7、整形螺栓12和光學(xué)導(dǎo)軌6，所述光學(xué)導(dǎo)軌6為設(shè)備的底座， 也是統(tǒng)一定位的基準；發(fā)射系統(tǒng)l、液壓緩沖器5、精密微調(diào)支撐件7安裝在光 學(xué)導(dǎo)軌6上，入射壓桿2、透射壓桿3、拉桿8、入射拉桿9、透射拉桿ll、吸 收桿4安裝在精密微調(diào)支撐件7上；壓桿系統(tǒng)中，發(fā)射系統(tǒng)1安裝在光學(xué)導(dǎo)軌6 的一側(cè)，沿發(fā)射系統(tǒng)1炮管軸心依次為入射壓桿2、透射壓桿3、吸收桿4、液 壓緩沖器5;在拉桿系統(tǒng)中，液壓緩沖器5直接安裝在發(fā)射炮管口前面，在光學(xué) 導(dǎo)軌6—側(cè)首先是液壓緩沖器5，再依次是發(fā)射系統(tǒng)l、拉桿8、入射拉桿9、 透射拉桿ll;拉桿8桿體上,有套筒子彈13;整形器12安裝于拉桿8—端。 如圖1 (c)所示，拉桿8和入射拉桿9之間設(shè)有連接件14。 參照圖2、圖3，發(fā)射系統(tǒng)1主要包括閥體15，發(fā)射氣腔17、氣缸19，氣 缸19內(nèi)設(shè)有活塞20，氣缸19 一側(cè)設(shè)有節(jié)流螺栓18，閥體15—端連接炮管， 另一端設(shè)有沉孔，所述沉孔用于安裝堵塊或法蘭盤直線軸承；發(fā)射氣腔17內(nèi)設(shè)置有螺孔(圖中未示出)，通過螺孔可以安裝體積塊，以改變發(fā)射氣腔的容積。 發(fā)射系統(tǒng)l的自動控制系統(tǒng)包括單片機和單片機控制板，單片機外接壓力 傳感器，壓力傳感器用于探測發(fā)射氣腔內(nèi)氣壓。單片機控制板上有"傳感器輸 入"接口 (壓力傳感器與單片機控制板的"傳感器輸入"接口連接)、三個繼電 器開關(guān)輸出、"充氣"按鈕、"暫停"按鈕、"放氣"按鈕、"目標氣壓上調(diào)"按
鈕、"目標氣壓下調(diào)"按鈕、"功能選擇"按鈕、"reset"按鈕、8個狀態(tài)led顯 示燈、液晶顯示屏。壓力傳感器將壓力信息傳送至單片機，單片機根據(jù)氣壓信 息進行相應(yīng)繼電器動作，液晶屏或led進行相應(yīng)的狀態(tài)顯示。
參照圖4，整形螺栓12，選用標準件內(nèi)六角螺栓，在靠近頭部處車出一段 較小圓柱段。套筒子彈打擊時，由于圓柱段直徑小于螺紋段直徑，因而斷裂時， 必在小圓柱段發(fā)生斷裂，從而在入射拉桿中產(chǎn)生直接矩形拉伸波。矩形拉伸波 幅度大小取決于小圓柱段直徑的尺寸大小，最終，可以通過控制小圓柱段直徑 尺寸大小控制入射拉伸波大小。
要進行壓桿實驗時，將發(fā)射系統(tǒng)1在光學(xué)導(dǎo)軌6上固定好后，在發(fā)射系統(tǒng)1 的閥體15—端的沉孔內(nèi)裝入堵塊，將一端封死；然后往炮管塞入與壓桿等直徑 的子彈，以子彈為基準，利用精密微調(diào)支撐7依次調(diào)好入射壓桿2、透射桿3、 吸收桿4以及液壓緩沖器5;在入射桿與透射桿之間裝入試樣10，即可進行分 離式霍普金森壓桿實驗。
如要進行拉桿動態(tài)拉伸實驗，則將發(fā)射系統(tǒng)1炮口調(diào)換方向，將液壓緩沖 器180度換向并移至發(fā)射系統(tǒng)炮管口位置前，將發(fā)射系統(tǒng)l中閥體15上一端的 原來安裝的堵塊替換成法蘭盤直線軸承，用拉桿8 (如圖l(b))穿過直線軸承， 并在炮內(nèi)拉桿上套上套筒子彈，在拉桿端用整形螺栓12將臺階擋塊固定；然后 以拉桿8為基準，將入射拉桿9與拉桿8用螺柱連接，在入射拉桿9與透射拉 桿11之間裝入實驗試樣10，即可變成直接拉伸的拉桿系統(tǒng)(如圖l (b))進行實驗。
壓桿系統(tǒng)與拉桿系統(tǒng)之間的更換過程只需約15分鐘。
發(fā)射裝置采用壓差式發(fā)射，發(fā)射過程為先往發(fā)射系統(tǒng)1充離存氣體；開 始充氣時活塞20腔內(nèi)壓力(來自氣源)大于發(fā)射氣腔17內(nèi)的壓力；利用該壓 力差，推動活塞20頂住發(fā)射系統(tǒng)1的出氣口；然后氣源通過節(jié)流螺栓18逐步 往發(fā)射氣腔17內(nèi)充氣；當(dāng)發(fā)射氣腔17內(nèi)氣壓到達目標氣壓后，系統(tǒng)會自動將
氣源通道關(guān)閉，并同時將活塞20腔內(nèi)高壓氣體瞬間釋放；此時活塞20腔內(nèi)氣 壓立即降為大氣壓，發(fā)射氣腔17內(nèi)壓力大于活塞20腔內(nèi)氣壓；利用該壓力差， 推動活塞20退回原位，從而打開發(fā)射系統(tǒng)1出氣口，發(fā)射氣腔17內(nèi)高壓氣體
瞬間從腔內(nèi)釋放至炮管中，推動炮管內(nèi)子彈高速撞擊入射桿，從而形成高速發(fā) 射。
發(fā)射系統(tǒng)1的工作由單片機自動控制。系統(tǒng)初始狀態(tài)時，"暫停"及"放氣"
按鈕為無定義動作狀態(tài)，"充氣"按鈕處于待命狀態(tài)；通過按"充氣"按鈕打開
充氣電磁閥，開始對發(fā)射氣腔17充氣； 一旦充氣動作處于工作狀態(tài)，"暫停"
及"放氣"按鈕均進入待命狀態(tài)，可以按"暫停"關(guān)閉充氣電磁閥，也可以按
"放氣"進行即時氣壓下的發(fā)射；充氣過程中， 一旦發(fā)現(xiàn)有問題，可以按"暫 停"按鈕關(guān)閉充氣電磁閥，暫停充氣動作；"暫停"按鈕處于工作狀態(tài)時，"充 氣"、"目標氣壓上調(diào)"、"目標氣壓下調(diào)"及"放氣"按鈕均處于待命狀態(tài)，可 以按"放氣"按鈕進行當(dāng)前氣壓下的發(fā)射工作，也可以通過"目標氣壓上調(diào)"、
"目標氣壓下調(diào)"按鈕重新設(shè)定發(fā)射目標氣壓，參數(shù)設(shè)定好后，還可以按"充 氣"按鈕，繼續(xù)對發(fā)射氣腔17充氣；當(dāng)壓力傳感器檢測到發(fā)射氣腔17內(nèi)氣壓 大于或等于目標氣壓時，充氣電磁閥自動關(guān)閉，同時打開放氣電磁閥，'自動進 行發(fā)射。
當(dāng)使用壓桿系統(tǒng)時，在閥體15的沉孔內(nèi)安裝堵塊，將其完全封死，從而使發(fā)射系統(tǒng)1推動圓柱形子彈在炮管內(nèi)滑動，實現(xiàn)壓桿子彈的發(fā)射。當(dāng)使用拉桿
系統(tǒng)時，在閥體15的沉孔內(nèi)安裝法蘭盤直線軸承，調(diào)換炮管方向，將拉桿穿過 軸承，在炮管內(nèi)的拉桿桿體上套上套筒子彈，實現(xiàn)發(fā)射套筒子彈打擊桿端臺階， 從而產(chǎn)生直接拉伸應(yīng)力波。
拉桿和壓桿直徑取決于發(fā)射炮管的大小，因為發(fā)射系統(tǒng)1容積可以變化， 子彈速度控制可以實現(xiàn)無級變化。所以壓桿系統(tǒng)可以滿足所有直徑小于炮管內(nèi) 徑的壓桿的安裝，也可以滿足直徑小于0.8倍炮管內(nèi)徑的拉桿的安裝，從而實 現(xiàn)拉桿和壓桿多直徑的一體化。
設(shè)備定位統(tǒng)一為光學(xué)導(dǎo)軌6的一個側(cè)面及頂面，光學(xué)導(dǎo)軌6安裝時，使一 個側(cè)面統(tǒng)一保持在一個平面，支撐水平面保持在一個平面。發(fā)射系統(tǒng)l、精密微 調(diào)支撐件7及液壓緩沖器5的定位統(tǒng)一以這兩個面為基準面，從而實現(xiàn)了系統(tǒng) 的統(tǒng)一定位。精密微調(diào)支撐件7采用光學(xué)手動平臺組裝，實現(xiàn)上下左右二維的 無級調(diào)整，平臺最小分辨調(diào)節(jié)動作為10微米，完全可以實現(xiàn)精密微調(diào)。
權(quán)利要求
1、一種壓差發(fā)射式多直徑分離式霍普金森拉壓一體桿，包括發(fā)射系統(tǒng)、壓桿系統(tǒng)、拉桿系統(tǒng)、吸收桿、液壓緩沖器、光學(xué)導(dǎo)軌，其特征在于，還設(shè)有精密微調(diào)支撐件和整形器，所述發(fā)射系統(tǒng)、液壓緩沖器和精密微調(diào)支撐件安裝在光學(xué)導(dǎo)軌上，壓桿系統(tǒng)、拉桿系統(tǒng)和吸收桿安裝在精密微調(diào)支撐件上；在壓桿系統(tǒng)中，發(fā)射系統(tǒng)安裝在光學(xué)導(dǎo)軌的一側(cè)，沿發(fā)射系統(tǒng)炮管軸心依次為入射壓桿、透射壓桿、吸收桿和液壓緩沖器；在拉桿系統(tǒng)中，液壓緩沖器直接安裝在發(fā)射炮管口前面，光學(xué)導(dǎo)軌一側(cè)首先是液壓緩沖器，再依次是發(fā)射系統(tǒng)、拉桿、入射拉桿和透射拉桿，拉桿桿體上套有套筒子彈；整形器安裝于拉桿一端。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差發(fā)射式多直徑分離式霍普金森拉壓一體桿， 其特征在于，發(fā)射系統(tǒng)中的發(fā)射氣腔內(nèi)設(shè)置有螺孔。
全文摘要
一種壓差發(fā)射式多直徑分離式霍普金森拉壓一體桿，其包括發(fā)射系統(tǒng)、壓桿系統(tǒng)、拉桿系統(tǒng)、吸收桿、液壓緩沖器、光學(xué)導(dǎo)軌、精密微調(diào)支撐件和整形器，所述發(fā)射系統(tǒng)、液壓緩沖器和精密微調(diào)支撐件安裝在光學(xué)導(dǎo)軌上，壓桿系統(tǒng)、拉桿系統(tǒng)和吸收桿安裝在精密微調(diào)支撐件上；在壓桿系統(tǒng)中，發(fā)射系統(tǒng)安裝在光學(xué)導(dǎo)軌的一側(cè)，沿發(fā)射系統(tǒng)炮管軸心依次為入射壓桿、透射壓桿、吸收桿和液壓緩沖器；在拉桿系統(tǒng)中，液壓緩沖器直接安裝在發(fā)射炮管口前面，光學(xué)導(dǎo)軌一側(cè)首先是液壓緩沖器，再依次是發(fā)射系統(tǒng)、拉桿、入射拉桿和透射壓桿。本發(fā)明將現(xiàn)有不同直徑等截面桿霍普金森壓桿及拉桿綜合到一套實驗設(shè)備裝置上，置備實驗設(shè)備成本減少；安裝簡單。
文檔編號G01M7/00GK101504326SQ20091004282
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者巖 肖, 陳柏生 申請人:湖南大學(xué)