沖擊減震跌落試驗用沖擊頭的制作方法

本發明涉及沖擊減震跌落試驗用沖擊頭,屬于一種測試設備,可應用于兒童游樂場墊沖擊試驗。

背景技術：

對于兒童游樂場墊要求進行沖擊試驗。deltec公司生產了一種hic沖擊設備，但仍待改進。（1）沖擊形式為自由落體方式，但是沖擊頭是半球型沖擊頭，與標準《en1177-2008沖擊減震游樂場鋪面.臨界跌落高度的測定》要求不一致（2）釋放系統為電磁釋放系統，可能對釋放存在一定消極影響，因為電磁鐵釋放系統可能存在磁性滯后，或者因為釋放部分存在磁化現象，可能導致釋放初速度被減弱，導致沖擊速度偏低，最終導致臨界跌落高度偏高。（3）使用有線加速度傳感器，信號線可能導致測試過程中沖擊頭旋轉。因為沖擊頭為非球型，因此其傳感器無法實現球心安裝，且在沖擊過程中無法保證加速度傳感器在經過沖擊點的水平面垂線中，無法保證測試數據正確性。測試過程中的沖擊頭旋轉產生的自轉加速度可能影響測試結果，增加測量的不確定度。（4）設備不帶有高度測量功能，由測試人員使用卷尺進行沖擊高度測量，精度較低，無法保證測量高度的準確性，影響最終測試結果的正確性，同時也為測試結果引入不確定度。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種結構簡單、測量精確的沖擊減震跌落試驗用沖擊頭。

一種沖擊減震跌落試驗用沖擊頭,其特征在于:由上半球和下半球組成，上半球上部具有矩形槽，矩形槽內安裝有懸掛軸，球體內安裝無線三軸加速度傳感器；上半球和下半球組合后的質心位于球心，無線三軸加速度傳感器的質心與球心重合。

本發明的沖擊頭采用勻質球形沖擊頭（沖擊頭重心位于球心）保證測量精確性。

附圖說明

圖1為沖擊試驗裝置整體示意圖；

圖2為釋放裝置示意圖；

圖3為沖擊頭示意圖；

圖4為高度測量裝置示意圖；

圖5為手搖棘輪示意圖；

圖中標號名稱：1.手搖棘輪,2.設備框架,3.高度編碼器,4.沖擊頭和釋放系統,5.路由器,6.pc,7.控制器,8.懸掛點,9.外框,10.電機,11.撥桿,12.掛鉤,13.無線三軸加速度傳感器安裝處,14.懸掛軸,15.矩形槽,16.上半球,17.下半球,18.編碼器,19.定滑輪,20.棘輪,21.手搖把。

具體實施方式

如圖1-5所示一種沖擊試驗裝置,包括設備框架2、沖擊頭及釋放系統4、沖擊頭高度調節及測量系統；上述沖擊頭及釋放系統安裝于設備框架2，它由沖擊頭和釋放裝置組成；其中沖擊頭整體為球體，由上半球16和下半球17組成，上半球上部具有矩形槽15，矩形槽內安裝有懸掛軸14，球體內安裝無線三軸加速度傳感器；其中釋放裝置包括外框9，外框頂部設置有懸掛點8，外框內通過銷軸安裝掛鉤12，外框內還安裝有電機10,電機輸出軸安裝有可撥動掛鉤的撥桿11；上述釋放裝置的外框下部外形與沖擊頭上部的矩形槽形狀相互匹配,外框下部正好伸入到矩形槽中不能相對旋轉,釋放裝置的掛鉤12的鉤部鉤于沖擊頭的懸掛軸14;上述沖擊頭高度調節及測量系統安裝于設備框架2，它由高度調節裝置和高度測量裝置組成;其中高度測量裝置位于設備框架2上部，它包括定滑輪19）和用于識別定滑輪轉動情況的編碼器18;其中高度調節裝置位于設備框架中下部，它包括棘輪20,以及與棘輪相連的手搖把21,還包括一根繩索,該繩索一端與棘輪相連,另一端繞過高度測量裝置中的定滑輪后與釋放裝置外框頂部的懸掛點相連。沖擊試驗裝置,還包括系統電源，還包括控制系統，控制系統包括與釋放裝置中電機相連的沖擊釋放控制模塊、與高度測量裝置中編碼器相連的沖擊高度顯示模塊，還包括通過無線方式與沖擊頭中無線加速度傳感器相連的加速度信號采集模塊，還包括計算分析模塊。

所述沖擊試驗裝置的沖擊試驗方法,過程以下過程:通過手搖把21帶動繩索以調節沖擊頭的高度；繩索與定滑輪完全同步無相對滑動；編碼器18記錄定滑輪19轉過的圈數,將定滑輪轉過的圈數換算為繩索移動距離,進而換算為沖擊頭舉升的高度，該高度為沖擊頭距離被測點的實際相對高度；電機10驅動撥桿11，將掛鉤12從沖擊頭的懸掛處撥離，釋放沖擊頭；通過無線三軸加速度傳感器測量沖擊頭的加速度信息。

a)沖擊頭及其釋放方式

使用球形沖擊頭模，頭模帶有滿足標準要求的無線三軸加速度傳感器，采用了帶有一定導向功能的掛鉤釋放裝置。相關結構如圖2和圖3所示。其中加速度傳感器質心為包絡長方體幾何中心，沖擊頭在制作過程中保證質心位于球心，加速度傳感器安裝保證其質心同球心重合。如圖2所示，釋放機構為長方體外殼。而沖擊頭帶有同釋放機構相配的長方體開槽以及懸掛桿。該方式保證了沖擊過程中頭模不會產生可能影響測試結果的旋轉。

b)沖擊高度調節和測量

使用鋼絲繩懸掛方式，如圖4、圖5所示使用手搖棘輪進行沖擊高度調節。繩索與定滑輪完全同步無相對滑動；編碼器記錄定滑輪轉過的圈數,將滑輪轉過的圈數換算為繩子移動距離,進而換算為沖擊頭舉升的高度，該高度為沖擊頭距離被測點的實際相對高度。

c)設備框架

設備采用鋁合金可折疊三腳架結構，保證了設備的測試能力和便攜性。如圖1所示。

d）設備數據采集及設備供電

可以使用無線加速度傳感器+無線路由器+筆記本電腦的數據采集方式，數據通訊使用無線wifi，保證了數據采集的可靠性。

設備使用的加速度傳感器自身帶有電源，可以持續工作，控制箱帶有鋰電池組，可以為無線路由器以及釋放裝置和沖擊高度編碼器供電，數據處理采用筆記本電腦，整個設備測試過程中無需外接電源，可以保證設備持續工作3h以上，保證設備的便攜性和可移動性。

技術特征：

技術總結
本發明涉及沖擊減震跌落試驗用沖擊頭,屬于一種實驗測試設備,可應用于兒童游樂場墊沖擊試驗。它由上半球(16)和下半球(17)組成，上半球上部具有矩形槽(15)，矩形槽內安裝有懸掛軸(14)，球體內安裝無線三軸加速度傳感器。該系統具有便攜、高效和準確的特點。

技術研發人員：許斌;周紹強;張學峰;楊忠華
受保護的技術使用者：江蘇省檢驗檢疫科學技術研究院;中華人民共和國昆山出入境檢驗檢疫局
技術研發日：2017.03.31
技術公布日：2017.07.25