技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种
力学环境试验设备，具体涉及一种摆锤式中型冲击机。
背景技术
[0002] 随着各国军事、科技的高速发展，军事设备产品的
质量变得越来越重要，其中对产品的可靠性检验是产品质量检验的重要环节。为了检验产品的可靠性，通常使用冲击环境试验台（本文概称“冲击机”）来模拟产品受到冲击的力学环境，以考核产品的结构强度和产品的功能
稳定性。
[0003] 根据国家标准规定，舰船的机械、设备和系统等，在作战中由于舰船可能遇到的
水下爆炸、近距离脱靶炮火等因素的影响，会受到强烈冲击，因此对其可靠性特别是抗冲击性必须有极高的要求。由于爆炸属于破坏性试验，对舰船设备进行该类试验，会对产品造成过多损失及浪费，故业界采用中型冲击机的摆锤敲击来模拟舰船设备因爆炸而产生的强烈冲击。
[0005] 一、中型冲击机的砧板上
定位待测试的产品，在试验过程中需要调整砧板的高低
位置来改变冲击的量能，现有技术在升降砧板时采用螺杆来调整，在调整时需要通过手动逐个对各螺杆进行调节，因此整个过程可能需要花费数小时，不仅费时费力、操作困难，并且调节误差较大，难以保持调节的一致性，可靠性低，同时人工操作使其存在安全性的隐患；二、摆锤提升需用行车起吊来完成，单个冲击试验周期长，效率低，安全性低，且行车起吊摆锤的高度控制不够准确；三、
刹车制动多采用
弹簧鼓式刹车，能耗大，制动冲击大，制动力不易调节，制动响应慢且不易控制。
[0006] 因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本实用新型所要研究解决的课题。
发明内容
[0007] 本实用新型的目的在于提供一种摆锤式中型冲击机。
[0008] 为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
[0009] 一种摆锤式中型冲击机，具有一
机架；所述机架上连设有伺服油缸同步砧板升降装置和摆臂提升及刹车装置；
[0010] 其中，所述伺服油缸同步砧板升降装置包括砧板、导向部件、多个液压伺服机构以及
控制器；
[0011] 所述砧板通过所述导向部件可升降地连设于冲击机的
基座上方，该基座固设于所述机架上；所述砧板的
台面上表面用于连接定位试件，砧板的台面下方连设有冲击头，该冲击头用于接受冲击机摆锤的向上冲击力；
[0012] 所述液压伺服机构至少包括两个，各所述液压伺服机构
支撑于所述砧板的下方，且各液压伺服机构沿砧板台面中心的周向等分布置；各所述液压伺服机构均由伺服油缸以及伺服
阀组成，所述伺服油缸的底部固设于所述基座上，伺服油缸的
活塞杆向上伸出并固设于所述砧板台面的下方；
[0013] 所述控制器电连接各所述液压伺服机构的
伺服阀，通过同时控制各所述伺服阀进而控制各伺服油缸中
活塞杆同步升降；
[0014] 其中，所述摆臂提升及刹车装置包括摆臂结构、提升机构、刹车机构以及控制
电路；
[0015] 所述摆臂结构包括摆臂以及固设于摆臂前端的摆锤；所述摆臂的后端固设于一转动轴上，该转动轴相对所述机架转动设置；当所述转动轴转动时，所述摆臂随之抬升或下落；
[0016] 所述提升机构包括驱动
马达、起重盘以及离合组件；所述驱动马达固设于机架上，其
输出轴与所述转动轴同轴设置；所述起重盘与驱动马达的输出轴固定连接，起重盘的盘心位于输出轴的轴心线上；所述离合组件偏心固设于所述起重盘的盘面上，与起重盘连动；所述离合组件包括一可伸缩的销体，当该销体伸出时，所述销体相对所述摆臂抵靠配合，构成当所述起重盘旋转时，所述离合组件的销体能够通过抵靠作用驱使所述摆臂向上提升；
[0017] 所述刹车机构固设于机架上，包括第一检测装置以及刹车制动器；所述第一检测装置对应所述摆臂结构设置，用以检测所述转动轴的转动值或/和所述摆臂的高度值；所述刹车制动器对应所述转动轴设置，用以制动所述转动轴；
[0018] 所述控制电路电连接所述驱动马达、所述离合组件、所述第一检测装置以及所述刹车制动器；所述第一检测装置连接所述控制电路的输入端，用于将其检测到的所述转动轴的转动值或/和所述摆臂的高度值发送给控制电路；所述控制电路的输出端则连接所述驱动马达、所述离合组件以及所述刹车制动器。
[0019] 上述技术方案中的有关内容解释如下：
[0020] 1．上述方案中，所述导向部件设有多个，各导向部件均包括螺杆、导向套和连接板；所述螺杆竖直设置，其上端与所述砧板的台面固定连接，下端穿设于所述导向套中，所述导向套与所述基座固定连接。
[0021] 2．上述方案中，还包括位移
传感器，所述位移传感器设于所述伺服油缸的内部，并与所述活塞杆相对应，用于检测活塞杆的位移量；所述控制器电连接各所述位移传感器，用于接收其检测
信号。
[0022] 3．上述方案中，所述控制器根据系统预设的砧板位移的目标值与各位移传感器的反馈信号的差值，来调整各伺服阀的线圈输出
电流，从而控制各伺服阀的压力及开口方向，以此来实现各液压伺服油缸的同步动作。
[0023] 4．上述方案中，所述控制器包括
单片机以及伺服
放大器，伺服放大器的输入为系统预设的砧板位移的目标值，伺服放大器的反馈为位移传感器检测到的伺服油缸中活塞杆的位移值，
输入信号与反馈信号分别经
运算放大器放大至加法器中，然后经功率驱动放大后带动负载（即伺服阀）工作。伺服阀的压力及开口方向随阀线圈的电流改变，当伺服油缸到达
指定位置时，阀线圈电流在零位附近；在所述砧板的位移调整过程中，控制器通过同时控制各伺服阀来实现各液压伺服油缸的同步。
[0024] 5．上述方案中，当冲击机设备接通电源后，操作电控柜，根据试验要求设定砧板行程，系统将存储砧板的目标位移值，通过控制器实现各伺服油缸的同步升降，当伺服油缸到达指定位置后，稳定在此位置，直至下一次改变砧板行程的操作指令发出。
[0025] 6．上述方案中，所述驱动马达为
液压马达，也可以是其他大
扭矩的马达。
[0026] 7．上述方案中，所述驱动马达的输出轴为主动轴，所述转动轴为从动轴。
[0027] 8．上述方案中，当第一检测装置检测到所述转动值或/和所述高度值达到系统中的预设值时，即判定所述摆臂的高度满足试验要求时，控制电路自动发出
控制信号令所述驱动马达停止工作，通过离合组件的销体保持摆臂的状态；随后，当控制电路得到输入指令进行冲击试验时，所述控制电路控制所述离合组件的销体缩回，以解除对所述摆臂的抵靠，此时转动轴可自由转动，摆臂因自重以转动轴为轴旋转下落，并且摆臂的摆锤在惯性作用下经过最低点后会再向上转动，对冲击机砧板的底部进行冲击。
[0028] 9．上述方案中，所述第一检测装置为光电
编码器，该光电编码器对应所述转动轴设置，用以检测转动轴的转动值，进而实现摆臂提升高度的精确控制。光电编码器的具体设置方式本案不做限定，以本领域技术人员所能灵活掌握为准。
[0029] 10．上述方案中，还包括限位
开关，对应所述摆臂的极限位置设置；所述限位开关包括行程
拨片和
接触点；所述行程拨片固设于所述驱动马达输出轴的周部，随输出轴一同转动；所述接触点相对所述机架固定；当所述行程拨片随输出轴的转动与所述接触点接触时，所述驱动马达断电停止工作，此时摆臂被离合组件的销体抵靠定位。
[0030] 该限位开关可与光电编码器共同作为第一检测装置使用。限位开关可设置两个，分别对应摆臂的初始位置和极限位置。
[0031] 11．上述方案中，所述刹车机构还包括用于防止摆锤对砧板进行二次冲击的第二检测装置；该第二检测装置电连接所述控制电路的输入端，并对应所述摆臂设置，用以检测摆臂是否发生多余回摆。当发生多余回摆时，第二检测装置发出反馈信号，通过控制电路控制所述刹车制动器对转动轴进行制动，从而制动所述摆臂。该第二检测装置具体可为
位置传感器，也可为其它功能类似的位置检测传感装置。
[0032] 12．上述方案中，所述刹车制动器为
盘式制动器，包括刹车盘、气液
增压缸、过滤调压阀、电磁换向阀、分油器以及多个刹车
柱塞；其中，所述刹车盘与所述转动轴固定连接，刹车盘的盘心位于转动轴的轴心线上；所述过滤调压阀的气路输入口与一气源气路连接，过滤调压阀的气路输出口与所述电磁换向阀的气路输入口气路连接；所述电磁换向阀的气路输出口与所述气液增压缸的气路输入口气路连接；所述气液增压缸的油路输出口与所述分油器的油路输入口油路连接；所述分油器的油路输出口连通各所述刹车柱塞，通过各所述刹车柱塞抱紧所述刹车盘进而对所述转动轴制动；所述电磁换向阀与所述控制电路电连接。
[0033] 当第二检测装置检测到摆臂进行多余回摆时，控制电路发送控制信号至电磁换向阀，电磁换向阀连通所述过滤调压阀以及气液增压缸的气路，以通过气液增压缸将压力油通过分油器输送到各刹车柱塞上，通过刹车柱塞抱紧刹车盘进行制动。
[0034] 所述刹车制动器不光适用于防止摆锤对砧板进行二次冲击，克服多余回摆，也可适用于提升摆臂时，摆臂就位后配合离合组件进行刹车辅助。
[0035] 13．上述方案中，还包括一制动座，该制动座固设于机架上，对应所述刹车盘设置；制动座上具有一卡槽，所述刹车盘插入该卡槽中，并在卡槽中旋转；各所述刹车柱塞设置于所述制动座内，并分列刹车盘两侧；当刹车制动器对转动轴进行制动时，刹车盘两侧的刹车柱塞抱紧刹车盘对其制动。
[0036] 14．上述方案中，所述离合组件的销体通过一直线驱动机构驱动做伸缩往复运动；该直线驱动机构以油缸为佳，也可为
丝杠螺母机构、直线
电机等同类驱动机构。
[0037] 15．上述方案中，所述摆臂上对应所述离合组件的销体凸设有一拔销，该拔销以其长度方向平行于所述转动轴设置；当所述销体伸出时，所述拔销与所述销体抵靠配合，构成当所述起重盘旋转时，所述销体能够通过抵靠带动所述拔销一同向上位移，进而驱使所述摆臂向上抬起。
[0038] 所述拔销与所述销体之间为
滚动摩擦，由于摆锤的质量十分巨大，而通过拔销的可滚动设计，可延长拔销和销体的使用寿命。
[0039] 16．上述方案中，当冲击机设备接通电源后，操作电控柜，根据试验要求设定摆锤（即摆臂）的提升高度，系统存储摆臂的目标高度值；发出指令使驱动马达工作，离合组件的销体伸出，挂住摆臂上的拔销，起重盘转动提升摆锤；电控柜的显示器显示摆锤的实时高度，当摆锤到达设定高度后，驱动马达停止驱动起重盘转动，摆臂停止提升；随后，按下电控柜上的冲击按钮，离合组件的销体缩回，摆锤被释放进行下落，同时以转动轴为轴转动对砧板的底部进行冲击；冲击完成后系统检测摆锤的位置，检测到信号后对摆臂进行制动，防止产生二次冲击及惯性摆动，同时为下一次冲击做准备。
[0040] 17．上述方案中，所述控制器及所述控制电路同属于冲击机的电控系统。
[0041] 本实用新型的工作原理及优点如下：
[0042] 本实用新型一方面通过多个液压伺服机构来调整砧板的升降行程，可以实现砧板位移的精准、快速调节，提高了系统的可靠性及安全性，另一方面通过液压马达和离合组件的配合使用实现对摆臂结构的提升和释放，并能够对摆锤的高度进行控制和监测，当摆锤的冲击动作完成后会有自动地刹车制动以限制摆锤过多的惯性摆动，实现了系统安全、平稳地运行。相比现有技术而言，本实用新型具有整体结构先进、可靠，操作简单、方便，同步控制
精度高、响应速度快等优点，且符合国家标准规定，可将大型舰船设备安装在砧板上进行冲击试验，可进行大冲击质量的冲击。
附图说明
[0043] 附图1为本实用新型
实施例的结构示意图一；
[0044] 附图2为本实用新型实施例的结构示意图二；
[0045] 附图3为本实用新型实施例伺服油缸同步砧板升降装置的剖面结构示意图；
[0046] 附图4为本实用新型实施例伺服油缸同步砧板升降装置中控制器的控制原理
框图；
[0047] 附图5为本实用新型实施例摆臂提升及刹车装置
正面视
角的剖面结构示意图；
[0048] 附图6为图5的右侧视角的结构示意图；
[0049] 附图7为图5的A-A向视角的结构示意图；
[0050] 附图8为图5的B-B向视角的结构示意图；
[0051] 附图9为图5的C-C向视角的结构示意图；
[0052] 附图10为图5的S向视角的结构示意图；
[0053] 附图11为本实用新型实施例摆臂提升及刹车装置中刹车制动器的结构示意图（俯视视角）；
[0054] 附图12为本实用新型实施例摆臂提升及刹车装置中刹车制动器的部分结构示意图（主视视角）；
[0055] 附图13为图12的侧部视角的结构示意图；
[0056] 附图14为本实用新型实施例摆臂提升及刹车装置中刹车制动器的工作原理框图。
[0057] 以上附图中：1．摆臂；2．摆锤；3．转动轴；4．
轴承座；5．机架；6．冲击头；7．驱动马达；8．起重盘；9．离合组件；10．输出轴；11．销体；12．液压油缸；13．拔销；14．光电编码器；15．位置传感器；16．刹车盘；17．气液增压缸；18．过滤调压阀；19．电磁换向阀；20．分油器；
21．刹车柱塞；22．制动座；23．卡槽；24．行程拨片；25．接触点；31．砧板；32．导向部件；33．液压伺服机构；34．基座；35．台面；36．冲击板；37．螺杆；38．导向套；39．连接板；40．伺服油缸；
41．伺服阀；42．活塞杆；43．外地基；44．浮动地基；45．地基弹簧；46．弹簧减震器。
具体实施方式
[0058] 下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
[0059] 实施例：参见附图1～14所示，一种摆锤式中型冲击机，具有一机架5；所述机架上连设有伺服油缸同步砧板升降装置和摆臂提升及刹车装置；
[0060] 其中，如图1～3所示，所述伺服油缸同步砧板升降装置包括砧板31、导向部件32、四个液压伺服机构33以及控制器；
[0061] 所述砧板31通过所述导向部件32可升降地连设于冲击机的基座34上方；砧板31的台面35上表面用于连接定位试件（如舰船），砧板31的台面35下方连设有冲击板36，该冲击板36用于接受所述冲击机摆锤2的向上冲击力；
[0062] 各所述导向部件32均包括螺杆37、导向套38和连接板39；所述螺杆37竖直设置，其上端与所述砧板31的台面35固定连接，下端穿设于所述导向套38中，所述导向套38与所述基座34固定连接。各螺杆37的底端均连设于所述连接板39。
[0063] 各所述液压伺服机构33支撑于所述砧板31的下方，且各液压伺服机构33沿台面35中心的周向等分布置；各所述液压伺服机构33均由伺服油缸40以及伺服阀41组成，所述伺服油缸40的底部固设于所述基座34上，伺服油缸40的活塞杆42向上伸出并固设于所述台面35的下方；
[0064] 所述控制器电连接各所述液压伺服机构33的伺服阀41，通过同时控制各所述伺服阀41进而控制各伺服油缸40中活塞杆42同步升降。
[0065] 其中，还包括位移传感器（图中未绘出），所述位移传感器设于所述伺服油缸40的内部，并与所述活塞杆42相对应，用于检测活塞杆42的位移量；所述控制器电连接各所述位移传感器，用于接收其检测信号。
[0066] 如图4所示，所述控制器包括单片机以及伺服放大器，伺服放大器的输入为系统预设的砧板31位移的目标值，伺服放大器的反馈为位移传感器检测到的伺服油缸40中活塞杆42的位移值，输入信号与反馈信号分别经运算放大器放大至加法器中，然后经功率驱动放大后带动负载（即伺服阀11）工作。伺服阀41的压力及开口方向随阀线圈的电流改变，当伺服油缸40到达指定位置时，阀线圈电流在零位附近；在所述砧板31的位移调整过程中，控制器通过同时控制各伺服阀41来实现各液压伺服油缸40的同步。
[0067] 工作时，先使冲击机系统接通电源，然后操作电控柜，根据试验要求先设定砧板31行程，系统将存储砧板31的目标位移值，通过控制器实现各伺服油缸40的同步升降，当伺服油缸40到达指定位置后，稳定在此位置，直至下一次改变砧板31行程的操作指令发出。
[0068] 摆锤式中型冲击机的外地基43为
钢筋
混凝土浇筑而成，沉于地下，上表面与地平面平齐，中间空出用以存放浮动地基44，上方横梁四周预埋钢件；外地基43和浮动地基44底面用地基弹簧45连接，外地基43和浮动地基44四周用弹簧减震器46连接，减小冲击产生的振动。伺服油缸同步砧板升降装置的基座34采用
焊接结构，与浮动地基44通过
基础螺杆连接。
[0069] 其中，如图1、2、5～14所示，所述摆臂提升及刹车装置对应所述砧板31设置；包括摆臂结构、提升机构、刹车机构以及控制电路。
[0070] 所述摆臂结构包括摆臂1以及固设于摆臂1前端的摆锤2；所述摆臂1的后端固设于一转动轴3上，该转动轴3通过轴承座4转动设置于冲击机的机架5上；当所述转动轴3转动时，所述摆臂1随之抬升或下落；所述摆锤2的一侧为冲击头6，该冲击头6用于冲击砧板31的底部。
[0071] 所述提升机构包括驱动马达7、起重盘8以及离合组件9；所述驱动马达7为液压马达，固设于机架5上，其输出轴10与所述转动轴3同轴设置；所述起重盘8与驱动马达7的输出轴3固定连接，起重盘8的盘心位于输出轴10的轴心线上；所述离合组件9偏心固设于所述起重盘8的盘面上，与起重盘8连动；
[0072] 所述离合组件9包括一可伸缩的销体11，该销体11通过一液压油缸12驱动做伸缩往复运动。所述摆臂1上对应所述销体11凸设有一拔销13，该拔销13以其长度方向平行于所述转动轴3设置；当所述销体11伸出时，所述拔销13与所述销体11抵靠配合，构成当所述起重盘8旋转时，所述销体11能够通过抵靠带动所述拔销13一同向上位移，进而驱使所述摆臂1向上抬起。所述拔销13与所述销体11之间为滚动摩擦，由于摆锤2的质量十分巨大，而通过拔销13的可滚动设计，可延长拔销13和销体11的使用寿命。
[0073] 所述刹车机构固设于机架5上，包括第一检测装置以及刹车制动器；所述第一检测装置为光电编码器14，该光电编码器14对应所述转动轴3设置，用以检测转动轴3的转动值，进而实现摆臂1提升高度的精确控制。所述刹车制动器对应所述转动轴3设置，用以制动所述转动轴3；所述控制电路电连接所述驱动马达7、所述离合组件9、所述光电编码器14以及所述刹车制动器；所述光电编码器14连接所述控制电路的输入端，用于将其检测到的所述转动轴3的转动值发送给控制电路；所述控制电路的输出端则连接所述驱动马达7、所述离合组件9以及所述刹车制动器；
[0074] 当光电编码器14检测到所述转动值达到系统中的预设值时，即判定所述摆臂1的高度满足试验要求时，控制电路自动发出控制信号令所述驱动马达7停止工作，通过离合组件9的销体11保持摆臂1的状态；随后，当控制电路得到输入指令进行冲击试验时，所述控制电路控制所述离合组件9的销体11缩回，以解除对所述摆臂1的抵靠，此时转动轴3可自由转动，摆臂1因自重以转动轴3为轴旋转下落，并且摆锤2在惯性作用下经过最低点后会再向上转动，对冲击机砧板31的底部进行冲击。
[0075] 其中，所述刹车机构还包括用于防止摆锤2对砧板31进行二次冲击的第二检测装置；该第二检测装置为位置传感器15，电连接所述控制电路的输入端，并对应所述摆臂1设置，用以检测摆臂1是否发生多余回摆。当发生多余回摆时，位置传感器15发出反馈信号，通过控制电路控制所述刹车制动器对转动轴3进行制动，从而制动所述摆臂1。
[0076] 如图9～12所示，所述刹车制动器为盘式制动器，包括刹车盘16、气液增压缸17、过滤调压阀18、电磁换向阀19、分油器20以及四个刹车柱塞21；其中，所述刹车盘16与所述转动轴3固定连接，刹车盘16的盘心位于转动轴3的轴心线上；所述过滤调压阀18的气路输入口与一气源气路连接，过滤调压阀18的气路输出口与所述电磁换向阀19的气路输入口气路连接；所述电磁换向阀19的气路输出口与所述气液增压缸17的气路输入口气路连接；所述气液增压缸17的油路输出口与所述分油器20的油路输入口油路连接；所述分油器20的油路输出口连通各所述刹车柱塞21，通过各所述刹车柱塞21抱紧所述刹车盘16进而对所述转动轴3制动；所述电磁换向阀19与所述控制电路电连接。
[0077] 当位置传感器15检测到摆臂1进行多余回摆时，控制电路发送控制信号至电磁换向阀19，电磁换向阀19连通所述过滤调压阀18以及气液增压缸17的气路，以通过气液增压缸17将压力油通过分油器20输送到各刹车柱塞21上，通过刹车柱塞21抱紧刹车盘16进行制动。
[0078] 所述刹车制动器不光适用于防止摆锤2对砧板31进行二次冲击，克服多余回摆，也可适用于提升摆臂1时，摆臂1就位后配合离合组件9进行刹车辅助。
[0079] 其中，所述刹车制动器还包括一制动座22，该制动座22固设于机架5上，对应所述刹车盘16设置；制动座22上具有一卡槽23，所述刹车盘16插入该卡槽23中，并在卡槽23中旋转；各所述刹车柱塞21设置于所述制动座22内，并分列刹车盘16两侧；当刹车制动器对转动轴3进行制动时，刹车盘16两侧的刹车柱塞21抱紧刹车盘16对其制动。
[0080] 其中，本实用新型还包括限位开关，对应所述摆臂1的极限位置设置；所述限位开关包括行程拨片24和接触点25；所述行程拨片24固设于所述驱动马达7输出轴10的周部，随输出轴10一同转动；所述接触点25相对所述机架5固定；当所述行程拨片24随输出轴10的转动与所述接触点25接触时，所述驱动马达7断电停止工作，此时摆臂1被离合组件9的销体11抵靠定位。该限位开关可与光电编码器14共同作为第一检测装置使用。限位开关可设置两个，分别对应摆臂1的初始位置和极限位置。
[0081] 本实用新型一方面通过多个液压伺服机构来调整砧板的升降行程，可以实现砧板位移的精准、快速调节，提高了系统的可靠性及安全性，另一方面通过液压马达和离合组件的配合使用实现对摆臂结构的提升和释放，并能够对摆锤的高度进行控制和监测，当摆锤的冲击动作完成后会有自动地刹车制动以限制摆锤过多的惯性摆动，实现了系统安全、平稳地运行。相比现有技术而言，本实用新型具有整体结构先进、可靠，操作简单、方便，同步控制精度高、响应速度快等优点，且符合国家标准规定，可将大型舰船设备安装在砧板上进行冲击试验，可进行大冲击质量的冲击。
[0082] 上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
