CN1888851A - 用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，属于材料高温动态力学性能研究领域。本发明的装置在入射杆和透射杆上各设置一个气动推动支座，组装时推动两杆向试件方向移动，形成双向组装，保持试件处于有效加热范围之内。推动支座的推动气路与空气炮击发气路分离设置，并设置气路总阀门统一控制推动气路与空气炮击发气路的开关，使推动支座与空气炮击发既能联动，又互不影响。设置小型储气罐作为推动气源，通过控制其气压来控制推动支座的推动速度。该装置能够保证装置组装的稳定性，提高组装成功率，保证装置组装和应力波到达试件的同步性，并避免试件因离开热源而迅速降温。
Description
技术领域
本发明属于材料高温动态力学性能研究领域，具体涉及一种高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，该装置能够保证装置组装的稳定性以及装置组装和应力波到达试件的同步性，并避免试件因离开热源而迅速降温。
背景技术
利用霍普金森(Hopkinson)压杆进行材料高温动态力学性能研究的方法之一就是实验前保持波导杆与试件处于分离状态，加热仅对试件进行，然后在冲击前完成试件和波导杆的装配。这类方法由于加热时杆与试件分离，降低了杆中的温度梯度，但试件中容易形成温度不均匀，并且杆与试件接触时，试件的整体温度将下降，故此类方法的关键是减小杆与试件的冷接触时间。名称为“A technique for measuring the dynamic behavior of materials athigh temperatures”的文章(Lennon，International Journal of Plasticity，Vol.14，No.12，pp.1279-1292，1998)公开了一种高温压杆实验中的自动组装***，采用入射杆单向移动完成组装，使试件离开热源，引起较大降温，且实验中组装不稳定，成功率较低。名称为“高温SHPB实验技术及其应用”的文章(谢若译，***与冲击，2005，Vol.25，第4期，PP.300～334)介绍的高温压杆实验中的自动组装***中，采用双向自动组装结构，但支座推动气路受气炮击发气路的影响，推动气路不稳定，组装过程因实验条件的不同而不稳定。
发明内容
为了克服已有技术中高温压杆实验时试件因离开热源而降温较大，以及组装不稳定致使成功率较低的不足，本发明提供了一种用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置。该装置能够保证装置组装的稳定性以及装置组装和应力波到达试件的同步性，并避免试件因离开热源而迅速降温。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：设置一种用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，包括入射杆、透射杆、分别设置在入射杆和透射杆上的两个推动支座、加热炉及气路；试件设置在加热炉中心，推动支座由气缸和活塞组成。气路设置为双气路，推动支座的推动气路与空气炮击发气路的气源设置为各自独立的两个气源。双气路含有总气源、分气源、空气炮击发气路、小型储气罐、总阀门、推动气路。气路部分的连接关系是：总气源通过空气炮击发气路与总阀门连接，分气源通过设置的小型储气罐与总阀门连接，总阀门通过推动气路再分别与两个推动支座连接，分气源与小型储气罐之间还设置有控制进气速度和气压的小流量阀门。总阀门内设置有阀门气路I和阀门气路II，还设置有可同时控制双气路的关闭或开启的阀门手柄。阀门气路I与阀门气路II可以相互平行设置，也可交叉设置，但互不贯通。两个推动支座中的气缸底部分别设置有环形凹槽或密封圈。两个推动支座中的气缸活塞的行程之和大于入射杆和透射杆内端面之间的距离。
本发明中的双气源，也可以从总气源中引出一条分气源，这样，推动气路与空气炮击发气路仍是两条独立气路。
在入射杆和透射杆上各设置一个推动支座，当试件温度达到预设值时，推动两杆向中间移动，完成装置的组装，保持试件处于有效加热范围之内。
将推动支座的推动气路与空气炮击发气路分离，不再使用气炮尾气，设置独立气源或从总气源上引出一条支路，以分气源作为推动支座的动力，使推动气源和气炮击发既能联动，又互不影响，以避免因实验条件的不同造成推动气压变化而引起的组装过程不稳定。
前后推动支座采用相同结构，气缸底部设置一环形凹槽，或设置密封圈，以保证活塞均匀受力。两推动支座活塞行程之和需大于两杆内端面之间的距离，以使当两杆与试件完全接触以后，支座气缸中依然保持对活塞的压力，也即保证波导杆不因装配振荡而从试件端面弹开。
为不使波导杆对试件产生过大压力，需对推动支座中气压进行控制，在支座与气源之间设置一小型储气罐，并在气罐上安装气压表，用于监视推动气压。小型储气罐的进气阀采用小流量阀门，以控制气体注入储气罐的速度，便于控制储气罐气压。
小型储气罐的出气阀(即推动支座的充气阀)与空气炮的击发阀均为快开阀，采用一个总阀门，在开炮的同时打开推动支座的充气阀。当弹丸相同时，因为不同的气炮气压下弹丸的飞行时间不同，不同的推动气压下支座的动作时间也不相同，故在正式实验前，需对气炮气压和推动气压进行对照实验，绘制对照表，以得到最佳配比，使装置既能完成自动组装，又能保证最短冷接触时间。
本发明的有益效果是，在采用实验前仅对试件加热的方式进行高温Hopkinson压杆实验时，能够保证装置组装的稳定性，提高组装成功率，并保证装置组装和应力波到达试件的同步性，减小杆与试件的冷接触时间，减轻试件中的温度不均匀，减少试件的整体温度下降。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为高温霍普金森压杆实验前仅对试件加热时导杆、试件相对位置结构示意图
图2为本发明的用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置的实施例1总体结构示意图，推动支座的推动气源设置为独立气源。
图3为本发明的用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置的实施例2的总体结构示意图，推动支座的推动气源为从总气源上引出的一条支路。
图4为用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置的实施例1和实施例2的总阀门结构示意图
图5为用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置的实施例1推动支座的剖视图
图6为用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置的实施例2推动支座的剖视图
图中：1.入射杆 2.透射杆 推动支座(3、23、33、43)普通支座(4、24)5.试件 6.加热炉 7.总气源 8.空气炮 9.小型储气罐 10.总阀门11.推动气路 分气源(12、27) 13.小流量阀门 14.气压表 15.击发气路16.阀门气路I 17.阀门气路II 18.阀门手柄 进气孔(19、29) 20.环形凹槽 活塞(21、31) 22.密封圈 气缸(25、35)
具体实施方式
图1是实验前仅对试件5加热时导杆1、透射杆2和试件5的相对位置关系图。图中入射杆1由一个普通支座4和一个推动支座3支撑，同样透射杆2也由一个普通支座24和一个推动支座23支撑。对试件5加热时，入射杆1和透射杆2均处于加热炉6之外，不会被同时加热。当试件温度达到预设值时，推动支座(3、23)在气缸内活塞的作用下，推动入射杆1和透射杆2向试件5运动，完成装置的组装，而试件5则仍处于加热炉6的有效加热范围之内，避免试件因离开热源而迅速降温。
实施例1
图2、图4、图5中，用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，包括入射杆1、透射杆2、分别设置在入射杆1和透射杆2上的推动支座(3、23)、加热炉6及气路；试件设置于加热炉6中心，推动支座(3、23)分别由气缸和活塞组成。气路设置为双气路，推动支座的推动气路11和空气炮的击发气路15设置为各自独立的气源气路；双气路含有总气源7、独立的分气源12、空气炮的击发气路15、小型储气罐9、总阀门10、推动气路11；气路部分的连接关系是：总气源7通过空气炮的击发气路15与总阀门10连接，分气源12通过设置的小型储气罐9与总阀门10连接，总阀门10通过推动气路11分别与推动支座(3、23)连接，分气源12与小型储气罐9之间还设置有可控制进气速度和气压的小流量阀门13；总阀门10内设置有互不贯通的双气路通道，即阀门气路I 16与阀门气路II17，还设置有同时控制双气路的关闭或开启的阀门手柄18，在入射杆1上的推动支座3内设置有进气孔19，在气缸底部设置有环形凹槽20，在透射杆2的推动支座23内也设置有进气孔，在气缸底部也设置有环形凹槽。阀门气路I16控制分气源12的推动气路11，阀门气路II17控制空气炮的击发气路15。推动支座3中和推动支座23中的气缸活塞的行程之和大于入射杆1和透射杆2内端面之间的距离。
图2中，推动支座(3、23)采用小型储气罐9作推动气源，与空气炮8的空气炮的击发气路15彻底分离。空气炮8的击发阀门与推动支座(3、23)的充气阀门采用同一个快开阀门即总阀门10，当总阀门10动作时，空气炮8的空气炮的击发气路15和推动支座(3、23)的充气气路11同时打开或关闭，但两气路在阀门内并不交叉，故空气炮8内的气压大小不会影响到推动支座3的充气气路11中的气压，也就不会对推动支座(3、23)的动作速度产生影响，这样就使推动支座(3、23)和空气炮8的击发既能联动，又互不影响，避免组装过程因实验条件的不同而不稳定。
为保证推动支座(3、23)的充气气路11与空气炮8的击发气路15不发生交叉，在总阀门10内，阀门气路16I与阀门气路II 17互不贯通，并由同一阀门手柄18控制，当旋动阀门手柄18时，阀门气路16I与阀门气路17II同时关闭或开启。这样两气路既能联动，又互不影响。
在组装过程中，为不使入射杆1和透射杆2对试件5产生过大压力，在总阀门10与分气源12之间设置一小型储气罐9，用作推动支座(3、23)的气压源。在小型储气罐9上安装压力表14，监视气罐中的气压。小型储气罐9的进气阀13采用小流量阀门，以控制气体注入小型储气罐9的速度，便于控制其气压。
推动支座3由气缸25和活塞21组成，在气缸底部设置一环形凹槽20，使气体可沿环向迅速充满整个空间，以保证初始充气时活塞21受力均匀。推动支座23与推动支座3的结构相同。在组装过程中，入射杆1、透射杆2与试件5发生碰撞将产生装配振荡，为保证入射杆1和透射杆2不因振荡而与试件5脱离接触，两推动支座活塞行程之和应大于两杆内端面之间的距离，以使当两杆与试件完全接触后，支座气缸中依然保持对活塞的压力。
本发明的用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置的整个工作流程是，首先关闭总阀门10，并使入射杆1和透射杆2与试件5处于如图1所示的相对位置，对试件5单独进行加热。当试件5温度达到设定值时，将气源7中的压缩气体注入空气炮8，同时开小流量启阀门13，给小型储气罐9充气。当空气炮8与小型储气罐9中的气压达到要求时，开启总阀门10，小型储气罐9中的压缩气体分别进入推动支座(3、23)的气缸中，推动入射杆1和透射杆2向中间移动，与试件5完全接触，完成自动组装，同时气炮击发，弹丸飞出撞击入射杆1，完成整个实验。
实施例2
在图3、图4、图6中，用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，包括入射杆1、透射杆2、分别设置在入射杆1和透射杆2上的推动支座(33、43)、加热炉(6)及气路；试件设置于加热炉6中心，推动支座33由气缸35和活塞31组成，推动支座43与推动支座33结构相同。气路设置为双气路，推动支座的推动气路与空气炮击发气路设置为各自独立的气源气路；双气路含有总气源7、由总气源7中引出的分气源27、空气炮的击发气路15、小型储气罐9、总阀门10、推动气路11；气路部分的连接关系是：总气源7通过击发气路15与总阀门10连接；分气源27通过设置的小型储气罐9与总阀门10连接，总阀门10通过推动气路11分别与推动支座(33、43)连接，分气源27与小型储气罐9之间还设置有可控制进气速度和气压的小流量阀门13；总阀门10内设置有互不贯通的双气路通道，还设置有同时控制双气路的关闭或开启的阀门手柄18；推动支座33内设置有进气孔29，在气缸底部设置有密封圈22，推动支座43内也设置有进气孔，在气缸底部也设置有密封圈。推动支座33和推动支座43中的气缸活塞的行程之和大于入射杆1和透射杆2内端面之间的距离。
图3中，推动支座(33、43)的气源不设置单独的气源，而是从总气源7上另辟一条分气源27，以分气源27作为推动气源，因推动支座(33、43)的充气气路11与空气炮8的击发气路15并不交叉，故两者同样既能联动，又互不影响。
本实施例的工作流程同实施例1。
当弹丸相同时，因为不同的气炮气压下弹丸的飞行时间不同，不同的推动气压下支座的动作时间也不相同，故在正式实验前，需对气炮气压和推动气压进行对照实验，绘制对照表，以得到最佳配比，使装置既能完成自动组装，又能保证最短冷接触时间。
Claims (3)
1.一种用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，包括入射杆(1)、透射杆(2)、分别设置在入射杆(1)和透射杆(2)上的推动支座(3、23)、加热炉(6)及气路；推动支座(3、23)分别由气缸和活塞组成；其特征在于：气路设置为双气路，推动支座的推动气路与空气炮击发气路设置为各自独立的气源气路；双气路含有总气源(7)、分气源、空气炮的击发气路(15)、小型储气罐(9)、总阀门(10)、推动气路(11)；其连接关系是，总气源(7)通过空气炮的击发气路(15)与总阀门(10)连接，独立的分气源通过设置的小型储气罐(9)与总阀门(10)连接，总阀门(10)通过推动气路(11)分别与推动支座(3、23)连接，分气源与小型储气罐(9)之间还设置有控制进气速度和气压的小流量阀门(13)；总阀门(10)内设置有双气路通道，还设置有控制双气路的关闭或开启的阀门手柄(18)；推动支座(3、23)的气缸底部设置有环形凹槽。
2.根据权利要求1所述的用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，其特征在于：所述的总阀门(10)内设置的双向气路为阀门气路I和阀门气路II，阀门气路I与阀门气路II互不贯通。
3.根据权利要求1所述的用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，其特征在于：所述的推动支座气缸底部设置的环形凹槽采用密封圈代替。
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