УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ УДАРА
DEVICE FOR MEASUREMENT OF BLOW DURATION

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения параметров удара на испытательных стендах, и может быть использовано при исследовании ударного взаимодействия тел. Продолжительность удара при взаимодействии тел является важным параметром, позволяющим более информативно изучить поведение и изменения ускорений, динамических сил и напряжений в соударяемых телах.
Известно устройство для измерения длительности удара, содержащее корпус, пьезоакселерометы, источник питания, генератор, блок запоминания пикового значения ускорения, блок многоканальной памяти, аналого-цифровой преобразователь и регистратор параметров ударного импульса (патент РФ № 2237903 по кл. G01P 15/09 от 10.10.2004г.).
Недостатками данного устройства являются относительно низкая эффективность и точность измерения длительности ударных импульсов, обусловленные тем, что измерение длительности осуществляется не прямым, а косвенным методом при использовании средств преобразования сигнала, получаемого от датчиков, устанавливаемых в зоне ударного воздействия.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности, информативности измеряемых параметров и упрощения устройства - в частности, определять с высокой степенью точности развитие ускорений, сил в любой момент времени развития кратковременного ударного процесса.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для измерения продолжительности удара, содержащее имитирующий удар механизм и блок с электронной схемой, содержащей элемент коммутации, генератор и блок индикации, снабжено преобразователем
импульсов в цифровой код, и вычислительным блоком, при этом корпус выполнен в виде цилиндрической втулки, внутри которой расположен подпружиненный в осевом направлении шток с бойком с возможностью ударного взаимодействия его с соударяемым телом, расположенным на металлическом основании. На свободном конце штока закреплен проводник, соединенный с одним из входов схемы, осуществляющей подачу импульсов с генератора на счетчик количества импульсов при замыкании контактов двух проводников. Второй проводник, соединённый с другим входом этой схемы, закреплен на основании устройства. Генератор также имеет выход, соединённый с преобразователем длительности импульсов в цифровой код, выход которого соединен с одним из входов вычислительного блока, а к второму входу которого присоединён преобразователь количества импульсов в цифровой код, к входу которого подсоединён канал связи от выхода счётчика количества импульсов, имеющий соответствующее соединение с входом схемы, осуществляющей подачу импульсов с генератора на счетчик количества импульсов при замыкании контактов проводников, другой вход которой соединён с другим выходом генератора, а выход вычислительного блока соединён с блоком индикации.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения продолжительности удара.
Устройство для измерения продолжительности удара содержит металлическое основание 1, на котором закреплён испытуемый образец 2. Сменный боёк 3 с профилированным наконечником, закреплённым на штоке 4. Пружина сжатия 5 своими противоположными торцевыми концами закреплена, соответственно, на штоке 4 и на внутренней торцевой стороне корпуса - цилиндрической втулки 6. Внутренние поверхности витков пружины 5 установлены с минимальным зазором относительно штока 4, а наружные поверхности витков пружины 5 установлены с минимальным зазором относительно цилиндрического корпуса - втулки 6. На хвостовике штока установлена упругая прокладка 7. Втулка 6 жёстко закреплена на опорной стойке (на чертеже не показано). Подпружиненный шток 4 снабжён с возможностью фиксации штока 4 в верхнем (взведённом) положении с помощью ручек 8 и 9, для чего во втулке 6 выполнены два симметричных Г-образных паза с горизонтально П-образными заходами под ручки 8 и 9. На корпусе штока 4 закреплён проводник 10, соединённый с одним из входов схемы 11, осуществляющей подачу импульсов с генератора 12 на счетчик количества импульсов 13 при замыкании контакта проводника 10 с контактом проводника 14, соединенным с металлическим основанием 1. Генератор 12 представляет собой импульсный источник высокочастотных колебаний с определенным периодом следования и длительностью импульсов. Кроме того, выход генератора 12 соединен через преобразователь длительности импульсов в цифровой код 15 с первым входом вычислительного блока 16, второй вход которого соединен с преобразователем количества импульсов в цифровой код 17, соединённого с выходом счётчика числа импульсов 13, при этом выход вычислительного блока 16 соединен с блоком индикации 18.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент производится установка соударяемых тел, одним из которых является боек 3, а другим телом является испытуемый образец 2, устанавливаемый на металлическое основание 1. Как правило, они изготавливаются с использованием металлических или токопроводящих материалов. После установки образца 2 на основание 1 производится сжатие пружины 5 и фиксация штока 4 с бойком 3 с помощью ручек 8 и 9 в верхнем, поворотном горизонтальном положении в пазах П корпуса 6. Расстояние Н между испытуемым образцом и нижней часттю головки бойка, профиль бойка, а также расстояние К между верхними торцевыми поверхностями штока и втулки, длина и жёсткость (упругость) пружины выбираются таким образом, чтобы обеспечить заданные испытательные параметры ударного взаимодействия. При переводе ручек из горизонтального направления паза П в вертикальное направление паза П происходит освобождение сжатой пружины и мгновенное перемещение штока с бойком вниз, обеспечивая ударное воздействие на испытуемое изделие.
n
n
n
имп
имп
имп
В начальный момент удара при касании бойка 3 испытуемого изделия 2 происходит замыкание контактов проводников 10 и 14. Схема 11 начинает пропускать импульсы с генератора 12 на счётчик числа -  импульсов 13. Преобразователь 17 количества импульсов -  в цифровой код передаёт сигналы в вычислительный блок 16. Поступающие с генератора 12 импульсы длительности t  преобразуются в цифровой код в блоке 15 и поступают также в вычислительный блок 16. За время t  контактирования соударяемых тел происходит умножение количества импульсов генератора и длительности импульсов в вычислительном блоке 16 определяется длительность удара Т =  х t , которая показывается на цифровом индикаторе в блоке индикации 18.
В момент окончания ударного взаимодействия происходит отскок бойка от поверхности испытуемого изделия и электрическая цепь подачи импульсов на счётчик числа импульсов разрывается.
Предложенное устройство не содержит датчиков измерения ускорений, позволяет с высокой точностью определить продолжительность удара. Устройство содержит малогабаритную и относительно дешевую элементную базу.