[发明专利]一种变温变角度的冲击试验控制方法

说明书

本发明公开了一种变温变角度的冲击试验控制方法，实现控制方法的冲击试验装置包括加热及保温装置、自动对开门装置、试件装夹及角度调节装置和传感检测及控制装置。冲击台气压控制通过位置式PID算法将气压设定值u₀与压力传感器实时测量信号比较得到偏差e，进行运算得到PWM信号占空比调节量u，转换为控制量调节高压气源压力调节阀，使得气压稳定于预设值。通过步距角与各级齿轮及蜗杆之间的传动比换算可精确控制试件安装角度。调节步距角调节自动门的开合状态及可旋转夹具的旋转角度。采用集成式单片机控制系统，把多功能集成于一台上位机上，使得试验更加智能化。本发明能够有效控制加热温度、调节冲击角度，满足高温下材料的冲击试验研究所需。

技术领域

本发明涉及冲击试验技术领域，具体是一种变温变角度的冲击试验控制方法。

背景技术

弹道冲击试验是进行材料结构动态性能研究的主要手段之一，其结构简单、动态响应好，因而得到广泛应用。目前进行高温环境下的冲击试验研究受到加热装置的限制，普通加热炉需加热完试件再进行装夹，过程相对繁琐，装夹过程会产生热损耗，偏离试验要求；装夹好试件后利用加热板及明火加热不仅受环境温度影响较大，而且试件加热不均匀。

发明内容

针对上述缺陷，为了提高高温环境下材料受到冲击的动态性能结果的准确性，本发明提出了一种变温变角度的冲击试验装置与控制方法。

本发明为一体式多功能控制装置，本装置安装于冲击试验台前端，不仅能满足试件的加热及保温需求，同时可智能调节试件的冲击角度，进行冲击试验后还可采集试验数据。

本发明的变温变角度的冲击试验装置，包括加热及保温装置、自动对开门装置、试件装夹及角度调节装置、传感检测及控制装置。所述加热及保温装置包括抗冲击外壳、保温石棉、电阻丝炉膛、电阻丝以及底座。所述自动门对开门装置利用步进电机轴上的输出齿轮带动齿条门开合；所述试件装夹及角度调节装置通过调节步进电机的步距角调节试件的安装角度。

所述传感检测及控制装置通过单片机控制系统实现自动门控制，温度PID控制，气压PID控制，试件冲击角度控制，高速摄影成像及应力应变信号采集。

所述自动对开门装置包括齿条对开门、输出齿轮、滚动齿轮、步进电机及ULN2003驱动器；输出齿轮与步进电机轴联接，输出齿轮与对开门上齿条啮合，对开门下齿条与滚动齿轮啮合。

所述试件装夹及角度调节装置包括蜗杆、第二级输出齿轮、滚针轴承、步进电机、电机轴、第一级输出齿轮、弹体回收箱、可旋转夹具、斜齿轮、试件、螺栓、转子；所述步进电机轴与第一级输出齿轮相联接；所述第一级输出齿轮与第二级输出齿轮啮合；所述第二级输出齿轮与蜗杆中段联接；所述蜗杆尾端与滚针轴承固接；所述滚针轴承外壁与外壳内壁面固接；所述蜗杆与斜齿轮啮合；所述斜齿轮与可旋转夹具固接；所述可旋转试件夹具底盘与外壳内壁固接；所述弹体回收箱与可旋转夹具固接；试件通过螺栓四角固定在可旋转夹具上。

所述单片机控制系统选用STC89C52单片机作为整个装置的中央处理模块；加热及保温装置、自动对开门装置、试件装夹及角度调节装置、传感检测及控制装置均与单片机控制系统连接。

所述电阻丝加热炉膛内壁螺旋并列环绕三根电阻丝，所述每根电阻丝均可独立开关，在电路中均串联一个数字电阻器。

所述自动对开门装置利用两台对称布置的步进电机驱动输出齿轮，联动齿条门开合。

所述试件装夹及角度调节装置利用步进电机驱动第一级输出齿轮及第二级输出齿轮，联动蜗杆，带动与斜齿轮固接的可旋转夹具旋转，调节试件的安装角度。

所述可旋转试件夹具后设有弹体回收箱，所述弹体回收箱为方形壳体。

所述输出齿轮、滚动齿轮为直齿圆柱齿轮；所述蜗杆为圆柱渐开线蜗杆，所述斜齿轮为渐开线斜齿轮。

所述可旋转夹具底盘由三十个圆柱转子组成。