一、沖擊、碰撞試驗設備的分類

沖擊、碰撞試驗臺的分類見表1

表1 沖擊、碰撞試驗臺的類型與特點

二、沖擊、碰撞試驗對設備的要求

1．沖擊試驗對設備的要求

國家標準GB／T 2423.5對試驗設備在進行條件試驗時（即試驗機及夾具裝上試驗樣品時）的特性要求如下：

（1）基本脈沖波形：試驗時，沖擊臺應能產(chǎn)生規(guī)定的基本沖擊脈沖波形(如半正弦沖擊脈沖、梯形沖擊脈沖及后峰鋸齒形沖擊脈沖），并符合標準規(guī)定的對各種波形容差的要求。

（2）速度變化量容差：對所有脈沖波形，實際的速度變化量應在其相應的標稱脈沖值的±15％之內(nèi)。當速度變化是用實際脈沖的積分來確定時，應從脈沖前的0.4D積分到脈沖后的0.1D．此處．D是標稱脈沖持續(xù)時間。

標準對所有的脈沖波形，都規(guī)定了實際的速度變化量，這種速度變化可用許多辦法來確定：對不會引起回彈運動的沖擊脈沖，由碰撞速度來確定；對自由跌落試驗機來說.由跌落和回彈的高度來確定；可由加速度-時間曲線的積分確定等。

規(guī)定速度變化及其相應的容差要求的目的之一就是促進試驗室達到與標稱脈沖同等的沖擊脈沖，即處在脈沖容差范圍中心，只有這樣，才能保證試驗的再現(xiàn)性。另一目的是與脈沖的沖擊響應譜有關(guān)。

（3）橫向運動：在檢測點上垂直于預定沖擊方向的正的或負的峰值加速度應不超過預定方向上標稱脈沖峰值加速度的30％。

2．碰撞試驗對設備的要求

國家標準GB／T 2423.6對試驗設備在進行條件試驗時（即試驗機和夾具裝上試品）的特性要求如下：

（1）基本脈沖波形：試驗時，碰撞臺應能產(chǎn)生規(guī)定的半正弦沖擊脈沖，并符合標準規(guī)定的波形容差要求。

（2）重復頻率：重復頻率應使二次碰撞之間樣品內(nèi)部的相對運動基本上為零，而且檢測點上的加速度值應在標準規(guī)定的極限內(nèi)。通常每次碰撞1～3次。

（3）速度變化量容差L實際加速度變化量應在相應的標稱脈沖值的±20％以內(nèi)·當速度變化量用實際脈沖的積分來確定時，應從脈沖前的0.4D積分到脈沖后的0.1D。

就碰撞試驗而言，必須確定實際的速度變化量。確定速度變化量的方法有：對不會引起回彈運動的脈沖，由碰撞速度來確定，或由加速度-時間曲線的積分來確定等。規(guī)定速度變化及其脈沖相應容差要求的一個目的就是促進試驗室達到與標稱脈沖相同的碰撞脈沖，即脈沖在容差帶的中心部位，這樣，試驗才能保持高的再現(xiàn)性。另一個目的是與沖擊響應譜有關(guān)，即當歸一化頻率fD＝0.2時，殘余響應譜近似與脈沖的速度變化量成比例。

（4）橫向運動：在檢測點上，垂直于預定方向的正的或負的峰值加速度應不超過預定方向上的標稱脈沖峰值加速度的30％。

當脈沖波形、速度變化量，重復頻率和橫向運動的容差滿足要求時，標準所規(guī)定的試驗方法就具有高的再現(xiàn)性，沖擊試驗方法也同理。

3．沖擊、碰撞試驗臺應具備的條件和功能

（1）應能承受規(guī)定的載荷，并具有相當面積的用于安裝試驗樣品的工作臺。

（2）應能產(chǎn)生規(guī)定的沖擊脈沖波形，并符合對波形容差及速度變化容差的要求。

（3）應能適應一定的環(huán)境條件 包括溫度、相對濕度、周圍介質(zhì)等。

（4）安裝后的沖擊碰撞臺應具有較為牢固的基礎，其工作臺面應具有規(guī)定的水平度。

（5）其結(jié)構(gòu)應能承受規(guī)定的沖擊加速度。

（6）應能長時間工作，噪聲應盡量小。

有些試驗樣品的沖擊、碰撞試驗方法比較簡單，那么相應的試驗設備所具備的條件和功能就可適當少一些。總之，沖擊碰撞臺應具備的條件和功能是隨著試驗方法的復雜或簡單而增多或減少，這也是使用者在沖擊碰撞臺選型使用時應注意的一個問題。

三、沖擊、碰撞試驗臺

1．沖擊、碰撞試驗臺的基本參數(shù)和技術(shù)指標

沖擊臺的基本參數(shù)和主要指標為：①最大載荷；②峰值加速度及相應的脈沖持續(xù)時間；③沖擊脈沖波形；④速度變化量容差；⑤橫向運動；⑥工作臺面尺寸；⑦輻射噪聲聲級；⑧連續(xù)工作時間。

碰撞臺的基本參數(shù)和主要指標為：①最大載荷；②峰值加速度及相應脈沖持續(xù)時間；③碰撞脈沖波形；①速度變化量；⑤橫向運動；⑥臺面峰值加速度幅值不均勻度；⑦碰撞重復頻率；⑧工作臺面尺寸；⑨幅射噪聲聲級；⑩連續(xù)工作時間等。

2．沖擊臺的特性描述

國家標準GB／T14123-93對沖擊臺的特性描述做了詳細的規(guī)定。標準中主要規(guī)定了沖擊臺的特性與技術(shù)要求，說明了沖擊臺的類型和組成。描述的內(nèi)容主要包括沖擊的產(chǎn)生、類型、組成、技術(shù)特性、技術(shù)要求和其他要求等。

沖擊的產(chǎn)生

（1）產(chǎn)生沖擊所需的能量可由重力（自由跌落）來獲得，如果沖擊必須沿除向下以外的某個方向進行，或自由跌落式?jīng)_擊臺無法提供足夠大的速度變化時，則所需的位能可以用彈性繩索、彈簧或液壓及氣壓等方法來提供。

（2）沖擊還可用釋放壓縮氣體、爆炸或把動量從一運動質(zhì)量轉(zhuǎn)換到另一個運動質(zhì)量上去的方法來獲得。

（3）沖擊脈沖不論是單脈沖還是瞬態(tài)振動可由裝在工作臺或移動架上的，或裝在反作用質(zhì)量上的，或裝在兩者上的沖擊脈沖形成裝置來產(chǎn)生，可以產(chǎn)生多種的脈沖波形，這取決于脈沖形成裝置是如何轉(zhuǎn)換動能的。

（4）環(huán)境沖擊試驗的要求通常與環(huán)境振動試驗要求有關(guān)。當指定的沖擊頻率、速度及位移等要求均在振動臺性能范圍之內(nèi)時，可使用振動臺產(chǎn)生簡單沖擊脈沖和復雜的瞬態(tài)過程。用規(guī)定的沖擊譜控制試驗也能模擬瞬態(tài)過程。

沖擊的類型

沖擊臺通常按沖擊激發(fā)方式或所采用的原理來描述。例如，自由跌落式（重力激發(fā)）、加速式?jīng)_擊臺以及空氣炮、爆炸炮、液壓及氣壓驅(qū)動沖擊臺。電動式和液壓伺服式振動試驗設備也可用于沖擊試驗。沖擊試驗通常有兩種類型：

（1）沖擊脈沖再現(xiàn)：前、后沿脈沖形狀的幅值限定到原始脈沖幅值的一小部分，用附加的前沿脈沖和后沿脈沖形狀來限制速度和位移產(chǎn)生標準的沖擊脈沖形狀。

（2）沖擊響應譜再現(xiàn)：給試件施加一個短暫的振蕩瞬態(tài)脈沖。測量沖擊響應譜，并與所要求的沖擊響應譜進行比較，其差值用于修改下一個脈沖的形成。所要求的沖擊響應譜是標準規(guī)定的沖擊譜之一，也可能是某現(xiàn)場環(huán)境的沖擊譜。

沖擊臺組成

沖擊臺通常包括以下部分：①固定試件和沖擊脈沖形成裝置的剛性工作臺或移動架；②控制移動架運動的導向裝置；③儲存沖擊所需位能的裝置，如提升裝置或由系著移動架的質(zhì)加載彈簧和預加載彈性繩索組成的裝置；④在沖擊開始之前，把移動架固定在選定的跌落高度或位置上的裝置；⑤釋放機構(gòu)：⑥受到移動架對之撞擊的反作用質(zhì)量或底座；⑦回跳制動系統(tǒng)；⑧按需要而定的附屬動力、冷卻、控制、脈沖形成和監(jiān)測裝置。

沖擊試驗的技術(shù)特性

（1）制造廠應提供的特性。工作臺或移動架的運動可以用沖擊譜和（或）時間歷程參數(shù)來確定。根據(jù)使用場合，制造廠應提供下列項目的數(shù)據(jù)及其容差：①可得到的脈沖形狀；②最大速度變化量；③最大位移；④峰值加速度范圍；⑤沖擊脈沖持續(xù)時間范圍；⑥最大跌落高度、預載壓力或載荷；⑦工作臺或移動架的凈重和總的運動質(zhì)量；⑧所需的氣體與液體的壓力和體積；⑨沖擊臺工作所需的液體與氣體的流量及速率；⑩回跳制動系統(tǒng)的類型與制動力；?沖擊臺及其部件的大小和外形尺寸，特別是工作臺或移動架及其附件的大小和外形尺寸；?反作用質(zhì)量的外形尺寸、重量及安裝方法和對地面的承載要求；?試件的最大尺寸與質(zhì)量；?試件及傳感器的安裝工具；?校準數(shù)據(jù)；?每一單位時間可能的沖擊（即沖擊脈沖）次數(shù)，或換言之，兩次沖擊之間的最短時間間隔。

（2）根據(jù)供需雙方協(xié)商確定，由制造廠提供下列項目的數(shù)據(jù)及其容差：①初始或前沿脈沖加速度與最后或后沿脈沖加速度：②工作臺或移動架的最大剛度、強度和阻尼；③工作臺或移動架的固有頻率；④安裝在基礎上的沖擊臺的固有頻率。

沖擊試驗的技術(shù)要求

（1）工作臺或移動架。沖擊試驗過程中使試件移動的工作臺或移動架（活塞、襯套、連接管或管子）及附件應有足夠大的剛度、強度和阻尼。

應給出在工作或移動架上試件的固定方法和作用于緊固螺釘?shù)呐ぞ貥O限。

工作臺是否裝有可更換的螺紋襯套，以及這些襯套是凹下去的還是凸出來的。試件所有安裝表面應平整、光滑并注明其公差。如果安裝表面有凹下去的螺紋襯套，則應說明在正常的大氣條件下，整個安裝表面的平面度。如果安裝表面裝有可更換的凸出來的螺紋襯套，則應根據(jù)螺紋襯套裝配凸緣的厚度公差及螺紋襯套被安裝面的平面度，給出所有螺紋襯套安裝面間的平面度。

應提供安裝時施加給可更換螺紋襯套的最大扭矩及其相配的材料種類。

應提供標注尺寸的圖或圖表，以給出工作臺或移動架的全部尺寸、螺紋襯套的尺寸與形位公差及所用的材料。

應說明可能施加給螺紋襯套的最大允許扭矩和軸向力，同時還要說明試件緊固螺釘?shù)陌惭b表面的垂直度要求。

（2）提升和預加載機械。自由跌落式和加速式?jīng)_擊臺及使用落錘或擺錘的沖擊臺要有提升機構(gòu)，以使工作臺或移動架到達預定高度。對某些形式的沖擊臺可有預加載機構(gòu)。

應規(guī)定跌落高度或預加載荷設定值的精度及容差。沖擊臺應裝有當移動架達到預定跌落高度或預加載荷時的自動停止或指示裝置。如果試驗出現(xiàn)故障，應能立即停機且使工作臺或移動架安全降下。

（3）釋放機構(gòu)。釋放或啟動只能根據(jù)指令來進行。釋放機構(gòu)應安全可靠，不可因偶然的原因觸發(fā)釋放。如可采用兩個同時啟動開關(guān)，其中每一個都應是鎖住的。

（4）制動。沖擊臺應裝有符合要求的制動系統(tǒng)。制動系統(tǒng)可以是機械、電動、氣動或液壓裝置。系統(tǒng)應保證疊加在沖擊脈沖波形上的振動最小，并使沖擊試驗能限定到一個單脈沖。

制造廠應給出制動的加速度極限及為控制制動所需的制動力.制動時的加速度值不應超過試驗脈沖加速度的25％。沒有制動系統(tǒng)的沖擊臺應做標記，并應用其他方法防止發(fā)生損壞。

（5）反作用質(zhì)量。若使用反作用質(zhì)量，則該質(zhì)量與工作臺或移動架相比應是一個大而剛性的構(gòu)件。反作用質(zhì)量要有足夠高的共振頻率，以避免在額定的最短沖擊脈沖持續(xù)時間里出現(xiàn)失真。在沖擊必須與周圍環(huán)境隔離的地方以及需要降低對地面動載的地方，可以使用慣性支承反作用質(zhì)量的方法，通過動量傳遞到慣性支承反作用質(zhì)量的方法，控制工作臺或移動架的回跳運動，也可使用這種慣性支承或反作用質(zhì)量。

制造廠應提供或推薦反作用質(zhì)量的尺寸、重量，包括試件在內(nèi)的運動質(zhì)量與反作用質(zhì)量之比及其安裝方法。

（6）沖擊脈沖形成裝置。沖擊脈沖形成裝置包括彈簧、沖擊墊片及脈沖程序器或脈沖發(fā)生器。通常由脈沖形成裝置的動態(tài)力與變形的特性來控制沖擊脈沖波形、脈沖持續(xù)時間和峰值加速度。如果在動量轉(zhuǎn)換中涉及兩個或更多的質(zhì)量，則在脈沖形成裝置設計時要考慮每一個質(zhì)量的沖擊運動。還應規(guī)定構(gòu)成脈沖形成裝置所需的裝備，如制造成形鉛質(zhì)物的所需模具。

沖擊試驗的其他要求

（1）安全要求。沖擊臺所有的設計與安裝都應保證安全，并在沖擊臺或試件發(fā)生結(jié)構(gòu)性故障時能保護工作人員免受飛出物的傷害。

要使用合適的密封以防止試驗過程中液體噴出。所有的筒體、缸體和管子截面的設計要有足夠的安全系數(shù)。應考慮最壞試驗情況下所產(chǎn)生的最大壓力。

試驗過程中要避免使被壓縮氣體出現(xiàn)任何自燃的危險。

對人體暴露試驗的沖擊臺，要保證有足夠的可靠性與安全性。試驗結(jié)束后，操作人員應能立即靠近工作臺或移動架，以便很快地撤出被試人員。

（2）工作場所。應說明對電源的要求，沖擊臺正常工作時不應對電網(wǎng)產(chǎn)生影響監(jiān)控儀表的干擾。安裝沖擊臺時，要有足夠的工作空間、頂部空間及周圍的通道?？諝馀诨虮ㄅ趹惭b在遠離一定距離區(qū)域，并具備滿足要求的防爆圍障以保證人身安全，并應給出炮周圍的最大氣壓與聲壓級。

在做試驗準備時，必須可靠地夾持并固定住工作臺和移動架、活塞或襯套。當工作人員在安裝脈沖形成裝置時，要防止工作臺或移動架撞擊反作用質(zhì)量。

來源：《力學環(huán)境試驗技術(shù)》