一种新颖的冲击试验设备

环境技术　　　　　　　　　　　1997年第3

期 　　　　　　　　　　　　　　　6

一种新颖的冲击试验设备

西北机器厂(陕西　722405)　　仇雪琴

摘　要　主要阐述这种新颖的冲击试验设备的主要技术指标、设计构思及实现的思路,并对该设备的可行性进行分析。旨在推广应用和设计同类设备时借鉴。

关键词　冲击试验　瞬态激励　标称脉冲　单自由度　可靠性模型中图法分类号　TB936　　一、前　言

各种工业产品在实际使用和运输过程中经常经受冲击环境。励下的运动,然的、。,由于,如强烈的冲击会引起结构瞬时断裂、仪器仪表精度降低、元件损坏、甚至失灵。随着现代科学技术迅速发展,对电子器件、仪器仪表及机电产品的质量的可靠性和运输包装件在运输过程中耐冲击强度的评定,提出了更高的要求。为此,美国、日本等国投入力量研制了多种型号的冲击试验机。例如美国MTS公司生产的886系列冲击试验机、美国AVCO公司生产的SM系列冲击试验机、日本伊藤精机株式会社生产的EPS系列、吉田精机株式会社生产的ASQ系列冲击试验机等。在此基础上,制定并逐步完善了目前执行的MIL-STD-202F《电子和电气元件的环境试验方法》、MIL-STD-810C(D)《军用设备环境试验方法》等项美军标准。我国于1987年实施GJB150-86《军用设备环境试验方法》、1988年实施GJB360-87《电子及电气元件试验方法》等项国军标。上述标准中的冲击试验规范规定了冲击运动(半正弦脉冲、后峰锯齿脉冲和梯形脉冲)及其容差的要求。IEC标准中规定了三种冲击脉冲波形。目前国内生产的各类

,既不能。MTS公司和美国公司的同类设备的情况和有关资料的介绍看,引进的设备能够产生满足上述试验标准要求的半正弦波、后峰锯齿波和梯形波三种冲击脉冲波形。为了使我国冲击试验技术水平赶上国外先进水平,提高被考核产品在冲击环境条件下的结构完好性及在冲击作用下是否合格(又称功能稳定性试验)的能力,抓紧研制符合标准要求的冲击试验系统,掌握多种脉冲产生技术,对满足用户急需、提高产品可靠性具有十分重要的意义。

本文介绍的这种新颖的冲击试验机是用于电工电子产品及其它产品作冲击试验的,以考核其结构完好性和环境的适应性。满足国军标GJB360.23-87、GJB150.18-86、美军标MIL-STD-202F、MIL-STD-810C(D)及国际标准IEC68-2-27和国标GB2423.5-81的有关要求。该项目的研制成功必将改变我国冲击试验系统依赖进口的局面。

二、冲击试验机的主要技术参数1.主参数

(1)最大载荷:100kg(2)工作台尺寸:610×760mm(3)冲击脉冲波形:半正弦波、后峰锯齿波、梯形波。

1997年第3期　　　　　　　　　　环境技术　　　　　　　　　　　　　　　　　 7 (4)峰值加速度范围:半正弦波———15

～600g,后峰锯齿波———15～100g,梯形波———15～100g。

(5)脉冲持续时间:半正弦波———1～18ms,后峰锯齿波———6～18ms,梯形波6～18ms。

2.精度指标

(1)冲击脉冲波形容差

在规定的工作范围内,应能产生标准中与标称加速度曲线相类似的冲击脉冲波形,实际冲击脉冲波形应限制在标准中用实线表示的容差范围内(见文献1)。

(2)称值的±10%以内,(3)图1　100kg中——M—脉冲波形发生器弹簧刚度K2———隔振器弹簧刚度C1、C2———阻尼器

,台面中心点上,垂直于冲击方向的正负加速度在任何时刻都不得超过标称脉冲加速度值的百分之三十。

三、设计与研制的构思引进、借鉴是发展中国家技术进步的一条有效途径。100kg冲击试验机方案是在消化、吸收美国MTS公司生产的886.241型、846.241型冲击试验系统及美国AVCO公司生产的SM-110型冲击试验系统等有关资料的基础上,结合国内的研制经验拟定的。按886.241型整机配套万能冲击脉冲波形发生器的模式研制样机,采用微机控制和监测冲击脉冲,并实时显示和打印出实际冲击的脉冲波形及其容差带、速度变化及容差、峰值加速度和脉冲持续时间等。台体与地面之间采用空气簧缓冲减振,不需要专用地基,采用油-气制动系统,消除了二次冲击。采用低脉冲装置,解决了小加速度稳定性的难题。

具有较好的综合技术性能和整机造型。

四、台体的结构分析

100kg冲击试验机的力学模型见图1。

系统受到瞬态激励,其力、位移、速度及加速度发生突然的变化,系统之间传递的时间很短,所产生的运动为瞬态运动。运动状态与冲击持续时间及系统的固有频率有关,在冲击载荷下,结构将在很短的时间内达到最大的响应,在此之前,阻尼力还来不及从结构中吸收较多的能量,故对承受冲击载荷的结构来说,阻尼在控制结构的最大响应中所起的作用就显得不太重要了。因此,在上述力学模型中可忽略阻尼C1。根据质量m和M的不同,可用不同力学模型计算,在此由

结构设计可知mνM,从文献3可知,当mνM时,由于m的位移远大于M的位移,因此

图1所示的二自由度系统可用两个单自由度系统来近似。

通过对100kg冲击试验机的力学模型的分析,本设备的整体结构主要由七大部分组成:

a.提升系统:在液压缸的作用下使工作

台提升,预定跌落高度。

b.导向系统:保证冲击系统有足够的横

向刚度,限制横向加速度在规定的范围内。

环境技术　　　　　　　　　　　1997年第3期 　　　　　　　　　　　　　　　8 c.支承系统:主要起缓冲作用,以取代

D转换器,转换成离散的数字信号,再由负

需要用户建造的专用地基。

d.多种脉冲波形发生器:能够产生用户需要的半正弦波、后峰锯齿波和梯形波三种冲击波形,是冲击试验机的关键部件。

e.油源系统:为液压缸提供所需的工作

责采样及处理的中央处理单元CPUⅠ分析运算后,将数据存入公用存贮器内,同时送给示波器接口以再现台面的冲击波形。负责显示键盘及打印机管理的CPUⅡ将公用存贮器内的数据分别送入显示接口显示、

并驱动打印机打印出实验数据。测量分析系统设有内部自检及误操作保护程序,并对软件实行抗干扰设计,。

压力和流量。

f.增压制动系统:控制工作台的提升和回跳。

g.电气测量控制系统:采用微电子技术,控制冲击台的动作顺序,并测量分析冲击台的冲击信号,可打印冲击台面的加速度波形等实验数据及参量。

五、100kg

台,2所示。

图3　测量分析系统框图

本设备的电气控制部分主机采用技术成熟的8031三片式结构,可靠性高。显示键盘接口采用动态扫描式显示、矩阵扫描式键盘接口。输出执行机构采用固态继电器及快速电磁换向阀,干扰小,执行机构灵敏。高度传感机构采用光电编码器,技术先进,精度高。电

图2　动作循环框图

源采用线性集成稳压器,分别给各部分供电,从而减小了各部分间的相互干扰。只要从键盘输入所需的试验参量和命令,

控制系统就通过输出接口驱动执行机构进入工作循环。控制系统设有完整的保护机构及自检、误操作保护程序,以确保设备工作正常。其控制系统框图见图4。

被试产品通过安装夹具或直接固定在工作台面上,工作时,规定的瞬态冲击脉冲给试品施加一个激励,以考核产品受冲击作用的损伤和失效机理。

本设备的测量分析系统为双Z80CPU组成的专用计算机系统,如图3所示。由安装

在冲击台面的加速度传感器将台面的冲击加速度信号转换成电荷变化量△q,经电荷放大器及归一化放大器后产生与台面成正比的电压信号,此电压信号经四阶带通滤波器滤除一定频带外的噪声信号,再由可编程放大器放大成在一定范围内的电压信号,送给A/

图4　电气控制系统框图

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六、100kg冲击试验机的可行性产品质量的可靠性是设计者、生产者和使用者共同关心的问题,也是对产品质量作全面评定的一个重要指标。对力学环境试验设备,更应注意提高产品的可靠性,如果没有必要的可靠性保证,就无法考核被试产品的可靠性,这样就会直接影响产品的可靠性。

可靠性是指设备在规定的时间内和规定的条件下,完成规定功能的能力,其表现形式有失效率(λ)、平均无故障工作时间(MTBF)或次数、失效前平均工作时间(MTTF)或次数及平均维修时间(MTTR)等。根据GJB-88《装备研制与生产的可可靠性通用大纲》,参照国外同类设备的可靠性指标,击试验系统的可靠性指标为≥小时,MTTR≤40详细的分析,靠性模型,并进行可靠性分配,计算出可靠性

设计指标值MTBF设计=625～1000小时,MTTR=33.24小时,由此可得100kg冲击试验机的结构组合是可行的。

七、结束语

100kg冲击试验机的研制已达到国外同类机型的先进水平,对今后冲击试验系统系列化发展奠定了基础。可以想象,该设备的研制成功将填补我国高水平高性能冲击试验系统空白,并将产生明显的社会和经济效益。

参考1(.北京　1982.11　:化学工业出版社　1986.振动控制工程.北京:航空工业出版社

　1989

4　张英会等编著.弹簧.北京:机械工业出版社　19865　振动与冲击手册,第三卷.北京:国防工业出版社　1992

6　肖诗唐等著.电子工艺设备可靠性讲义.电子工业部

元器件管理局　1985.10

7　卓礼章.

可靠性设计.北京:人民邮电出版社　1989.4

ANovelImpactTestingMachine

TheNorthwestMachineFactory(Shanxi　722405)

ChouXieqin

收稿日期:1997-01-25

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bav1.html