[发明专利]一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法

权利要求书

1.一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：包括高压气源生成系统、气动弹射机构及气动阀控制组件；

所述高压气源生成系统包括空气压缩机(1)，空气压缩机(1)通过第一气管(2)依次与第一闸阀(3)、高压气瓶(4)、第二闸阀(5)连接；

所述气动弹射机构包括一端与第二闸阀(5)连接的气动阀(6)，气动阀(6)另一端通过第二气管(7)与开口气缸(8)连接，开口气缸(8)固定安装在试验斜面(9)上且开口气缸(8)内通过夹紧机构安装有石样(10)；

所述气动阀控制组件包括液压站(11)，液压站(11)输出端通过油路(12)依次与流量比例控制阀(13)、气动阀(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述空气压缩机(1)与第一闸阀(3)之间安装有干燥器(14)。

3.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述第二闸阀(5)与气动阀(6)之间安装有压力表(15)。

4.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述开口气缸(8)上安装有拉断杆(20)、排气孔(16)、泄压孔(17)。

5.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述试验斜面(9)上位于开口气缸(8)下方设有嵌入式水槽(18)。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：

步骤1)、在检查好空气压缩机(1)安全无误后，启动空气压缩机(1)，此时第二闸阀(5)为关闭状态，第一闸阀(3)为打开状态。压缩处理后的气体由第一气管(2)运输，经过干燥器(14)干燥，通过第一闸阀(3)后，到达高压气瓶(4)；此时，通过观察压力表(15)并比对压力表(15)对应数值，可了解气瓶内气体含量，以此来控制弹射滚石时的力度；

步骤2)、在高压气瓶(4)中气体达到试验所需标准后，同样在确认安全情况下，先关闭第一闸阀(3)，再打开第二闸阀(5)，压力表(15)上可观察压力值大小判断已放气量。在空气压缩机工作期间，同时启动工控机(19)，让液压站(11)开始压油；处理后的油经过流量比例控制阀(13)后，下一步将到达气动阀(6)。此时，打开第二闸阀(5)，让油与气体混合，形成油雾润滑剂，可延长气动阀件的寿命；

步骤3)、气动阀(6)装配上阀门定位器输入4-20mA的模拟量信号，可对气动阀(6)的阀芯开度进行0-90度的任意控制，从而达到介质流量、温度、压力等参数的比例式调节，实现压缩气体节流控制，气体经过管道运输，从进气孔进入开口缸(8)。压缩气体储存的能量施加于石样(10)，在气体推力超过拉断杆(20)的极限强度时，拉断杆(20)断裂，将气体动力输出，推动石样(10)加速。在高压气体的持续的输入，石样(10)受到其推力作用，直至飞出开口气缸(8)，此时石样(10)获得了试验所预计控制的初速度。

7.根据权利要求6所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验方法，其特征在于：步骤3)中，根据试验所需要的滚石撞击铁塔的试验速度，可根据能量守恒定理求出滚石弹射初速度，如下式

式中：V₀为滚石弹射初速度；V_t为直线坡段末端滚石的速度；α为直线段的坡度；l₁为滚石弹射处至塔体的坡长度；l₂为嵌入式水槽的长度；g为重力常数。

气动弹射装置气缸输出力表达式为

F＝85％·S·P

式中，忽略摩擦阻力，85％为气缸输出效率；S为气缸横截面积；P为气体压力，可以从试验装置中气压表直接读出。

由能量守恒定理得出气缸输出力与滚石发射速度的关系，表达式为

式中，l₃为滚石圆心至气缸口的距离；m为滚石的质量。