CN108956079B - 一种防护服冲击试验机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种防护服冲击试验机，底盘上装有相对于底盘前后滑动的滑台，滑台上装有支架座，支架座上安装有用于容置假人模特的试样架；支架座的一侧通过铰接轴与试样架互相连接，另一侧安装有用于固定连接试样架角度锁；在底盘和顶盘之间设有导向杆，导向杆穿过飞落臂用于约束飞落臂的运行轨迹；飞落臂上安装有用于下落刺向试样的刀具。模特周身可旋转固定360°，人体部位上下位置可调，以满足人体器官0°～45°范围可刺入角度；在操作者安放试样过程中，试验刀具有多重保护机构，不会意外坠落伤人；试验刀具的刺入过程中，刀具定向坠落，定位准确。

Description

一种防护服冲击试验机

技术领域

本发明涉及一种防护服冲击试验装置。主要用于进行防护服被试验刀具以不同重量、不同高度、0°～45°范围内的不同角度的刺入试验。

背景技术

现有的用于防护服被试验刀刺入的试验仪器结构和功能比较简单，首先把防刺服试样固定安装在0°或45°支架里的背衬材料上，然后将规定重量的试验刀具在规定的高度释放，进行防刺性能测试。其具体结构包括：在仪器机座上装有立柱形成支撑主机框架；框架上端伸出一个横臂，在横臂上吊悬有试验刀具；在机座支架里安放有背衬材料，试样固定在背衬材料上。试验时，释放试验刀具，刀具自由坠落刺入防刺服试样，通过试验检测防刺服的防刺性能。

现有试验仪器普遍存在以下缺陷：刀具自由坠落的过程不受约束，易受多种因素影响，会意外坠落伤人或者溅飞伤人，刺入位置的准确率较差；支架仅是0°或45°两个角度，缺少更多方向的代表性，背衬材料位置可调性差，难于模拟真人器官部位。

现有研究或检测类似过程参数的装置以及方法大多还存在下列的不足：

1、详细记录过程的只能在低很速度下进行，例如硬度计；

2、能在高速下进行的要么只能观察现象如高速摄影，要么只能检测结果，要么只能以相对低的精度获得结果，如专利CN101509856B；

3、能在较高的速度下进行检测，但只能通过加速度传感器获得的数据积分获得形变参数，如专利CN102692353B中可以推演的方法，这从计算上带来很大的误差可能；

4、能够在很高的速度和很高的精度下检测，但价格高昂，如激光光栅干涉法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种防护服冲击试验机，第一、具有更好的定位准确性和设备安全性；第二、能够在0°～45°范围角度内调节试样支架；第三、防刺服能够穿着到假人模特身上，能够将人体器官部位、全试样方位作为测试点；第四、以相对简单的结构，实现在记录毫秒以内时间受冲击试样微米级别的形变，并进行时域记录，为进一步获得冲击消耗能量波动、形变受阻曲线提供基础数据。

本发明采用的技术方案如下：

一种防护服冲击试验机，包括底盘，底盘上装有框架，框架的上端安装有顶盘，还包括卷扬系统，卷扬系统的卷扬索连接有移动横梁，移动横梁通过电磁锁连接有飞落臂，防护服冲击试验机还包括控制器，控制器通过信号线连接有电脑，其特征在于：底盘上装有相对于底盘前后滑动的滑台，滑台上装有支架座，支架座上安装有用于容置假人模特的试样架；支架座的一侧通过铰接轴与试样架互相连接，另一侧安装有用于固定连接试样架角度锁；在底盘和顶盘之间设有导向杆，导向杆穿过飞落臂用于约束飞落臂的运行轨迹；飞落臂上安装有用于下落刺向试样的刀具。

试样架上用于与角度锁连接的部位有两个，这两个部位连接角度锁时，试样架走向与水平面夹角分别为0°和45°。

试样架上开设有以铰接轴为圆心的一段弧形槽，弧形槽的两个端点处对应于试样架走向与水平面夹角分别为0°和45°的位置。

在刀具或者飞落臂上安装有与控制器相连接的传感器，该传感器为加速度传感器；飞落臂上安装有与控制器相连接的反射元件，反射元件下方设有与控制器相连接的激光位移传感器；其中激光位移传感器通过安装架连接在外在基础上；外在基础上安装有减震器。

在飞落臂上安装有安全锁柱，在移动横梁上连接有安全锁链，安全锁链的自由端用于挂到安全锁柱上。

滑台包括互相配合的上楔形滑块和下楔形定块，滑台中间还安装有丝杠，丝杠外端连接有手轮；其中上楔形滑块与支架座相连接，上楔形滑块还连接有滑块，该滑块通过内螺纹套在所述丝杠上，下楔形定块固定在底盘上。

在飞落臂上安装有润滑座，并在移动横梁上安装有直线轴承，所述的导向杆自上至下依次穿过直线轴承和润滑座。

在移动横梁上安装有位置传感器，在框架上安装有与位置传感器相配合的高度定位感应器；在飞落臂一侧装有速度感应器，在框架上安装有与速度感应器相配合的速度传感器；位置传感器和速度传感器分别与所述控制器信号连接。

传感器为用于检测试验刀具作用力值的上力传感器；在支架座和试样架之间安装有下力传感器；下力传感器与所述控制器信号连接。

所述的假人模特上带有试样固定孔，所述的试样架上带有固定带孔；穿过固定带孔或者固定孔的固定带将假人模特固定在试样架上。

本发明的积极效果在于：

试样架能够前后移动，模特周身可旋转360°固定，人体部位上下位置可调，以满足人体器官0°～45°范围可刺入角度；在操作者安放试样过程中，试验刀具有多重保护机构，不会意外坠落伤人；试验刀具的刺入过程中，刀具定向坠落，定位准确。

由于材料因受冲击造成的破坏往往发生在毫秒甚至微秒这个时间段，材料形变开始至彻底的破坏过程中，最重要的初始阶段譬如裂纹发生往往在微米级别，速度也大多在10米/秒以上。本发明的装置实现以相对低廉的价格的同时，满足在记录毫秒以内时间受冲击试样微米级别的形变，并进行时域记录，为进一步获得冲击消耗能量波动、形变受阻曲线提供基础数据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是本发明的侧视示意图。

图3是本发明材料受冲击形变检测机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

如图1和图2所示，本发明的实施例包括底盘2，底盘2下侧四角各有一只调平用的可调机脚1。在底盘2上侧装有四根框架3，框架3的上端安装有顶盘20，在顶盘20上装有控制箱21。

底盘2上侧面装有相对于底盘2前后滑动的滑台4，滑台4上装有随滑台4同步前后移动的支架座5，支架座5上安装有用于容置假人模特29的试样架6。

滑台4包括互相配合的上楔形滑块和下楔形定块，滑台4中间还安装有丝杠，丝杠外端连接有手轮。其中上楔形滑块与支架座5相连接，上楔形滑块还连接有螺母，该螺母套在所述丝杠上，下楔形定块固定在底盘2上。

摇动手轮时丝杠旋转并通过所述螺母驱动上楔形滑块前后移动，进而带动支架座5前后移动，实现试样架6和试样的位移。

支架座5的一侧通过铰接轴10与试样架6互相连接，另一侧安装有用于固定连接试样架6某一角度部位的角度锁8。试样架6上用于与角度锁8连接的部位通常有两个，这两个部位连接角度锁8时，试样架6与水平面夹角分别为0°和45°。本发明还可以将所述部位设计为以铰接轴10为圆心的一段弧形槽9，弧形槽9的两个端点处对应于试样架6与水平面夹角分别为0°和45°的位置，同时，试样架6能够实现在0°～45°角度之间任意角度点进行固定。

在底盘2和顶盘20之间设有导向杆7，导向杆7上安装有能够沿导向杆7上下滑动的飞落臂15，飞落臂15上安装有用于下落刺向试样的刀具12，飞落臂15和刀具12在导向杆7导向下定向坠落。

本发明的实施例还包括卷扬系统，卷扬系统包括安装在控制箱21内的动力装置以及控制装置，卷扬系统的卷扬索19连接有位于飞落臂15上方的移动横梁17，移动横梁17和飞落臂15之间通过电磁锁16互相连接。

飞落臂15安装的刀具12非常锋利，当操作者安放试样时，一旦飞落臂15意外坠落，刀具12则会可能导致操作者被伤害。为防止飞落臂15意外坠落，进一步提高设备安全性能，在移动横梁17和飞落臂15之间还增设了安全锁链机构。安全锁链机构的具体结构是：在飞落臂15上安装有安全锁柱25，在移动横梁17上连接有安全锁链23，安全锁链23的自由端能够挂到安全锁柱25上，所述的安全锁柱25的圆柱壁上设有凹槽，当安全锁链23的链扣进入安全锁柱25时会被牢牢地卡住，非手动不可释放，实现了牢靠的锁定。

为了防止电磁锁16失效时飞落臂15携刀具意外坠落，为了达到飞落臂15和移动横梁17的运行阻力尽量小的目的，在飞落臂15上安装有润滑座14，并在移动横梁17上安装有直线轴承18，所述的导向杆7自上至下依次穿过直线轴承18和润滑座14。

在移动横梁17上固定安装有位置传感器24，相应地，在框架3上安装有与位置传感器24相配合的高度定位感应器22，当位置传感器24感应到高度定位感应器22时自动停止。

在飞落臂15一侧装有速度感应器27，相应地，在框架3上安装有与速度感应器27相配合的速度传感器26。当飞落臂15向下坠落时，速度感应器27感应到速度传感器26时，仪器会测出飞落臂15的运行瞬时速度。

本发明的实施例还包括安装在控制箱21中的控制器，位置传感器24、速度传感器26分别与所述控制器信号连接。

试验刀具12上安装有作为传感器13的上力传感器用于检测试验刀具12的作用力值。在支架座5和试样架6之间安装有下力传感器28。飞落臂15携刀具12坠落刺入试样时，上力传感器和下力传感器28会把力值信号传导至控制器。上力传感器和下力传感器28分别与所述控制器信号连接。上力传感器、下力传感器28、位置传感器24和速度传感器26测得信号并传输给控制器，控制器通过信号线连接有组件电脑，在电脑的指令下通过控制器命令卷扬系统来完成移动横梁17的下降、提升，以及控制电磁锁16释放飞行臂15向下坠落。

飞行臂15带动刀具12坠落，刀具12刺向穿着在模特29上的试样，当刀具12的尖端接触试样开始到停止刺入试样，上力传感器和下力传感器28会把采集到的力值信号传导给控制器。

所述的假人模特29上带有试样固定孔11，所述的试样架6上带有固定带孔31。穿过固定带孔31或者固定孔11的固定带30将假人模特29固定在试样架6上。

试验时，作为试样的成品防刺服穿着在假人模特29的身上，假人模特29可以根据测试点需求、周身360°旋转在试样架6上任意角度安放，用固定带30挂在固定带孔31中进行固定，假人模特29在试样架6下的挡板、周身的固定带30制约下牢靠固定。固定后成品防刺服试样在滑台4的作用下可以前后移动。如若需要，可以用固定带30挂入试样固定孔11中，对试样进行固定。通过试样的位置调节后进行固定，对防刺服试样可选任意点作为准确的刺入点。

本发明的高度定位感应器22的高度可以调整，因此向下坠落高度在仪器的最高向下坠落高度范围内任意可调。让测试工作者可以得到刀具12的不同初始高度下对防护服的刺入检测。

本发明的速度传感器26高度可调，可以测出向下坠落高度范围内的任意高度的刀具运行速度值。当速度传感器26调整至某个高度时，飞落臂15坠落时，速度感应器27感应到速度传感器26时，仪器会测出飞落臂15调整在这个高度的坠落速度：让测试工作者可以得到刀具12不同高度的重力加速度值。飞落臂15坠落的速度则是刀具12坠落速度。

所述的上力传感器、下力传感器28会把采集到的力值信号分别传导给控制器，让测试工作者可以更好地分析防护服被刀具12刺入后的冲击力值变化情况。

所述传感器13还可以为加速度传感器；飞落臂15上安装有与控制器相连接的反射元件32，反射元件32下方设有与控制器相连接的激光位移传感器33；其中激光位移传感器33通过安装架连接在外在基础34上；外在基础34上安装有减震器。

如图3，反射元件32的反射平面与激光位移传感器33发射光束形成或近似形成几何垂平面关系，其几何中心与激光位移传感器33发射光束重合或近似重合。试验时，激光位移传感器33和反射元件32获得实时数据发送给控制器，经控制器获得相关数据和电脑组件进行数据交换，电脑组件获得刀具12与试样的实时距离；飞落臂15推动刀具12被释放后沿导向杆7定向直线运行，运行通常是重力加速度的自由坠落过程，也可以变速的或者是变加速的过程。其测试状态时，运行方向指向试样的测试点，试样安放于试样架6上，并且试样测试点的基本平面中心位于刀具12冲击轴线或者附近，刀具12的质量中心与飞落臂15的质量中心连线与飞落臂15运行方向平行。

为了避免震动干扰测试数据，将激光位移传感器33以柔性连接的方式安装在外在基础34上，并且外在基础34采取了避震措施，比如在外在基础34上安装减震器。

为了满足试样架6对应飞落臂15运行方向的表面可准确测试，试样安放在试样架6的平面也可以是柱面或其他曲面。为了满足对试样架6旋转方向的表面可准确测试，试样架6可根据不同的测试需要做三维旋转调整，使试样被刀具12中心运行轴线穿过的那个点的切平面与刀具12中心运行轴线形成所需的角度，以便于测试者考察、评估不同入射角度对材料的破坏过程。试验时，激光位移传感器33和加速度传感器获得的模拟数据，由控制器同步接收处理。

飞落臂15被释放后，推动刀具12以预设的运行轨迹、向按预设方式的试样架6放置的试样运行，激光位移传感器33通过发射光束并在反射元件32反射后获得的角度或时差换算成激光位移传感器33与反射元件32之间的位移信息。当刀具12与试样表面接触时，加速度传感器获得冲击头与试样表面接触的加速度信号，由该信号发生起始时间为界限，控制器即可计算得到刀具12在接触试样之前那一瞬间的速度。

材料受冲击试验时，刀具12在飞落臂15带动下被提升到规定高度，试验时，释放飞落臂15，飞落臂15带动刀具12在导向杆7约束下直线下落，定向冲击试样。在试样被刀具12的冲击过程中，位移传感器34和反射元件32、加速度传感器检测刀具12的运行速度的实时数据并将这些数据传输给控制器；当刀具12接触试样时，控制器获得信号并送给电脑组件监控并记录作为试样冲击初始点，直至刀具12对试样的冲击停止，试样的冲击位移与时间信息通过控制器测得的冲击力传送给电脑组件，经电脑组件的数据处理后，得出质量有关的其他量纲的物理量。

本发明获得的时间/速度数据分为前后二部分：a.自飞落臂15释放开始到刀具12接触试样截止的第一段时间数据，经控制器发送给电脑组件，得出第一段时间中不同时间段的速度；b. 刀具12接触试样时的时间/速度信息设为零点，自此以后激光位移传感器33与反射元件32之间的位移被计算入材料受到冲击以后的形变量，以此为基础，被电脑组件做进一步的换算，获得从刀具12接触试样开始到刀具12被试样阻滞截止的第二段时间中不同时间段的位移、质量相关的其他量纲的物理量。

Claims (8)

1.一种防护服冲击试验机，包括底盘（2），底盘（2）上装有框架（3），框架（3）的上端安装有顶盘（20），还包括卷扬系统，卷扬系统的卷扬索（19）连接有移动横梁（17），移动横梁（17）通过电磁锁（16）连接有飞落臂（15），防护服冲击试验机还包括控制器，控制器通过信号线连接有电脑组件，其特征在于：底盘（2）上装有相对于底盘（2）前后滑动的滑台（4），滑台（4）上装有支架座（5），支架座（5）上安装有用于容置假人模特（29）的试样架（6）；支架座（5）的一侧通过铰接轴（10）与试样架（6）互相连接，另一侧安装有用于固定连接试样架（6）角度锁（8）；在底盘（2）和顶盘（20）之间设有导向杆（7），导向杆（7）穿过飞落臂（15）用于约束飞落臂（15）的运行轨迹；飞落臂（15）上安装有用于下落刺向试样的刀具（12）；

在刀具（12）或者飞落臂（15）上安装有与控制器相连接的传感器（13），该传感器（13）为加速度传感器；飞落臂（15）上安装有与控制器相连接的反射元件（32），反射元件（32）下方设有与控制器相连接的激光位移传感器（33）；其中激光位移传感器（33）通过安装架连接在外在基础（34）上；外在基础（34）上安装有减震器；

在移动横梁（17）上安装有位置传感器（24），在框架（3）上安装有与位置传感器（24）相配合的高度定位感应器（22）；在飞落臂（15）一侧装有速度感应器（27），在框架（3）上安装有与速度感应器（27）相配合的速度传感器（26）；位置传感器（24）和速度传感器（26）分别与所述控制器信号连接。

2.如权利要求1所述的防护服冲击试验机，其特征在于：试样架（6）上用于与角度锁（8）连接的部位有两个，这两个部位连接角度锁（8）时，试样架（6）走向与水平面夹角分别为0°和45°。

3.如权利要求1所述的防护服冲击试验机，其特征在于：试样架（6）上开设有以铰接轴（10）为圆心的一段弧形槽（9），弧形槽（9）的两个端点处对应于试样架（6）走向与水平面夹角分别为0°和45°的位置。

4.如权利要求1或2或3所述的防护服冲击试验机，其特征在于：在飞落臂（15）上安装有安全锁柱（25），在移动横梁（17）上连接有安全锁链（23），安全锁链（23）的自由端用于挂到安全锁柱（25）上。

5.如权利要求1或2或3所述的防护服冲击试验机，其特征在于：滑台（4）包括互相配合的上楔形滑块和下楔形定块，滑台（4）中间还安装有丝杠，丝杠外端连接有手轮；其中上楔形滑块与支架座（5）相连接，上楔形滑块还连接有滑块，该滑块通过内螺纹套在所述丝杠上，下楔形定块固定在底盘（2）上。

6.如权利要求1或2或3所述的防护服冲击试验机，其特征在于：在飞落臂（15）上安装有润滑座（14），并在移动横梁（17）上安装有直线轴承（18），所述的导向杆（7）自上至下依次穿过直线轴承（18）和润滑座（14）。

7.如权利要求1或2或3所述的防护服冲击试验机，其特征在于：传感器（13）为用于检测试验刀具（12）作用力值的上力传感器；在支架座（5）和试样架（6）之间安装有下力传感器（28）；下力传感器（28）与所述控制器信号连接。

8.如权利要求1或2或3所述的防护服冲击试验机，其特征在于：所述的假人模特（29）上带有试样固定孔（11），所述的试样架（6）上带有固定带孔（31）；穿过固定带孔（31）或者固定孔（11）的固定带（30）将假人模特（29）固定在试样架（6）上。