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浅析斜面冲击试验机的升级改造。

内容概况:斜面冲击试验机可模拟产品包装在实际环境中抗冲击损坏的能力,如搬运、货架的堆叠、电机的滑动、机车的装卸、产品的运输等等,以及在运输过程中的水平冲击和碰撞环境,可作为科研机构、大专院校、包装技术测试中心、包装材料制造厂以及外贸、运输等部门进行斜面冲击的常用试验设备。
      冲击是商品流通过程中的主要危害因素之一,因此在各国包装试验标准中,都必然涉及到冲击试验项目。冲击试验方法按其目的,可以分为三类:考察包装对产品的保护能力,包括跌落试验、水平冲击试验、垂直冲击试验、斜面冲击试验等;在运输包装测试中,对于大件物品,评估其侧面遭受冲击能力试验中使用较为广泛的一种测试就是斜面冲击测试。考察产品对冲击危害的耐受程度即商品冲击易损度的测定,冲击试验的应用及存在的问题,普通冲击试验测出的冲击功,在材料生产、加工工艺及机器零部件的检验上积累了许多经验,它成功地应用在以下方面:冲击功对材料的宏观缺陷、显微组织的差异等非常敏感,长期以来有效地用来检定钢材质量和判断冶金、加工和热处理规程的适宜性。冲击试验具有一定的危险性,其安全性是必须首先考虑的问题。下面西安博汇仪器就结合工作谈一下如果对斜面冲击试验机进行升级改造。

斜面冲击试验机的先容

      依据国际标准ISO2244-2001(E)《包装-完整满装的运输包装件第五部分,水平冲击试验、斜面冲击试验、吊摆试验》及国家标准GB/T4857.11-1992《包装运输包装件水平冲击试验方法》等有关技术指标。

      斜面冲击的试验原理,运用物体的势能转化为动能的原理,将包装件按预定位置滑行至末端时获得一定的冲击速度与一个和速度方向垂直的冲击板碰撞,以达到预定的试验目的。

      斜面冲击试验机可模拟产品包装在实际环境中抗冲击损坏的能力,如搬运、货架的堆叠、电机的滑动、机车的装卸、产品的运输等等,以及在运输过程中的水平冲击和碰撞环境,可作为科研机构、大专院校、包装技术测试中心、包装材料制造厂以及外贸、运输等部门进行斜面冲击的常用试验设备,如图1所示。

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图1  设备实物图


      斜面冲击试验机其各个部件的功能及其相应的作用,归纳如下:

      (1) 冲击面板:作为试验样品的耐冲击板;
      (2) 定位电动滑车:便于简易固定位置,实现需要的速度变化值;
      (3) 驱动气缸:用于实验要求的角度调整;
      (4) 控制系统:试验机为半自动控制,扬摆、挂摆、冲击、放摆均为电气控制。
      (5) 安全防护销:一般主机装都会装有安全防护销并且配备了安全防护网;

传统设备的常见问题及解决思路

      要对传统的斜面冲击试验机进行升级改造,首先需要了解这类设备的一些常见问题,具体问题如下:

      (1) 升降稳定性:斜面冲击面的升降由单液压缸驱动冲击面纵向稳定性较差,进而影响实验结果的重复性;

      (2) 冲击角度控制:通常冲击角度需手动调整到所需的实验角度(10o或15o角位置)由10o角位置调整到15o角位置需将10o角限位销拔出,顺时针摇动摇轮,待斜面位置达到15o限位销位置停止。由15o位置调整到10o角位置需逆时针摇动摇轮,待斜面位置达到10o角限位销位置时插入10o角限位销。调节过程需实验人员手动调节,不利于人员安全,实验误差大,实验效率低;

      (3) 冲击反弹问题:在实验中冲击完成后,有可能造成小车反弹后再次形成二次冲击,从而导致试验失败。

针对上述的几个问题,其主要解决的关键技术问题的分析思路如下:
      (1) 升降稳定性:将单液压缸升降系统改造为双液压缸升降系统,有效提高斜面冲击面纵向水平稳定性,如图2所示。

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图2  双液压缸实物图


      (2) 冲击角度控制:在斜面冲击面与冲击挡板安装位移传感器,通过计算将位移数值换算为冲击角度变化值,通过自动控制仪表采集冲击角度变化值,当冲击角度满足实验设定值时,发送一个信号给斜面冲击面升降系统,切断动力,从而实现实验角度的自动调节,如图3所示。

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图3 位移传感器示意图


      位移传感器,它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是,为实现测量位移目的而设计的电位器,要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。

      物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值,阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压,以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化,其输出特性亦呈阶梯形。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的优点是:结构简单,输出信号大,使用方便,价格低廉。

      (1) 冲击反弹问题:安装自主研发的阻尼器,实现冲击小车在冲撞后的有效缓冲,通过计算实验样品撞上挡板时小车的冲击动能,选择适合的弹簧阻尼装置,如图4所示。

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图4 自主研发的阻尼器


      阻尼器是一种可以由低速到高速自由调节气缸进给速度在所希望范围内的进给速度控制装置。控制方式有弹簧返回型(RB型)和空气返回型(R-A型)两种类型,可根据用途进行选择。

      阻尼器,是以提供运动的阻力,耗减运动能量的装置。在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器(或减震器)来减振消能。从二十世纪七十年代后,人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中,其发展十分迅速。

自主研发的阻尼器的性能特点:

      (a) 防腐性好:主要零部件采用不锈钢材料,防腐性能好;

      (b) 结构紧凑:结构紧凑,且呈对称结构,安装空间小,受力更加合理;

      (c) 动态响应快:阻尼力大,且动态响应时间短,很好的避免二次冲击;

      (d) 摩控阻力小:摩控阻力小,一般低于额定载荷的1%-2%;

      (e) 摆动角:头部、尾部铰接采用关节轴承,允许多最摆动角为±6°;

      (f) 寿命长:采用特殊的液压油和密封介质,性能稳定,密封寿命长;

      (g) 高温工作:可在93℃温度下连续工作,短时工作温度可达148℃。

      (4) 控制系统:采用单片机控制,操作简单,集控制与测量为一体冲击次数,冲击未速度显示。遥控方式操作,充分保证试验人员的安全,很好地将机电一体化技术结合起来,设计完成了一种经济易行、安全可靠的冲击试验机。该试验机采取机、电等方法实现多重安全保护,有效地避免了各种可能的事故发生,很好地解决了冲击试验过程中的安全性问题。在对一些零、部件作冲击试验过程中,需要将一定质量的重物提升到一定的高度上,在实现将重物快速脱开、自由落下、冲击试件等一系列过程后,能够快速精确的采集试件受冲击后的变化数据以测试试件的冲击性能,如图5所示。

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图5  设备自动控制系统


结论

      通过上述的内容的分析与阐述,可以得到以下结论:

      (1) 将传统设备单液压缸的升降系统改造为双液压缸,可以有效提高斜面冲击面的稳定性,保证实验过程中的自由滑落,大幅度降低摩擦对实验结果的影响,保证了实验结果的准确性与重复性;

      (2) 冲击角度自动调节系统有效避免由于实验人员手动调节所产生的误差,保证实验结果的准确性及科学性;使实验员与冲击设备保持一定安全距离,保证了实验过程中实验人员的人身安全;解放了劳动力,使实验人员更专注于实验结果的记录及定性分析;

      (3) 通过安装自主研发的阻尼器,很好的避免了实验过程中的二次(反弹)冲击,彻底解决传统设备无法保证避免二次冲击的难题,提高实验设备的可靠性,延长实验设备的使用寿命。

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