搖臂式落錘沖擊試驗機設計

中煤科工集團常州研究院有限公司 張亞軍

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搖臂式落錘沖擊試驗機設計

中煤科工集團常州研究院有限公司 張亞軍

【摘要】在以滿足GB 3836.1-2010所規定的抗沖擊試驗要求的前提下，針對隔爆設備樣機整體比較笨重，難以移動等特點，給出了一套搖臂式落錘沖擊試驗機的設計方案，并對提錘機構、控制流程、監控軟件進行了重點闡述，具有一定的實際應用價值和參考意義。

【關鍵詞】引入裝置；抗沖擊試驗；搖臂式；提錘機構；MCGS

0　引言

對隔爆設備進行抗沖擊試驗是GB 3836.1-2010所規定的主要型式試驗之一［1］。由于各送檢廠家的樣機形狀、大小不一，特別是電纜引入裝置部位沖擊空間較小等特點，如何設計一款能滿足各類樣機抗沖擊試驗需求的試驗機就受到了業內各檢測機構和同仁的廣泛關注，同時又是一個技術組合與應用層面的研究課題。

在充分研究了GB3836.1-2010《爆炸性環境 第1部分：設備 通用要求》中26.4.2抗沖擊試驗要求和送檢樣機實際檢測需求特點的基礎上，給出了一套搖臂式落錘沖擊試驗機的設計方案。

1　試驗機組成及設計指標

1.1試驗機組成

搖臂式落錘沖擊試驗機結構如圖1所示，由底座、搖臂調節機構、自動提錘機構、防二次沖擊機構、監控系統等部分組成。自動提錘機構安裝于搖臂上，通過搖臂的上下、旋轉運動和自動提錘機構的沿臂徑向運動來實現落錘沖擊點的調節。小型樣機可放置在底座上由專用夾具夾緊進行抗沖擊試驗，大型樣機可由吊車放置在底座旁邊靠自重穩固進行抗沖擊試驗。

圖1　搖臂式落錘試驗機示意圖

1.2設計指標

依據GB 3836.1-2010中26.4.2抗沖擊試驗要求和日常試驗中遇到的因錘頭過大而沖擊不到、落錘管過大而樣機（樣塊）進入管內等問題，提出以下設計指標：（1）重錘：質量1Kg，沖頭為Ф25mm半球淬火鋼，錘體直徑約為Ф35mm；（2）最大有效提升高度：2.0m；（3）落錘沖擊點有效調節范圍：垂直≥1.6m，水平360度；（4）具有防二次沖擊功能；（5）重錘可自動對零，可設定并實時顯示重錘高度。

2　自動提錘機構及控制流程

2.1提錘機構

自動提錘結構設計如圖2所示，主要由吸錘電磁鐵DT1、托板電磁鐵DT2、對零開關SQ1、繩松開關SQ2、吸錘開關SQ3及鋼絲繩等部分組成。吸錘電磁鐵DT1主要完成對重錘的抓吸和釋放，托板電磁鐵DT2則通過托板實現防二次沖擊功能和停止狀態下對重錘的托舉。對零開關SQ1作為錘體提升高度的零點位置信號，繩松開關SQ2則通過判斷鋼絲繩的松弛而達到判斷吸錘電磁鐵DT1是否下降到位，吸錘開關SQ3判斷吸錘電磁鐵DT1與重錘是否接觸。

圖2　提錘機構示意圖

圖3　試驗機順序功能圖

2.2控制流程

根據自動提錘結構特點和實際控制需求，編制的自動提錘和釋放順控功能圖（SFC）［2］如圖3所示。開機后進入待機狀態，當按下啟動按鈕SB1后依次進行是否有錘判斷、吸錘、對零及高度檢測、自動提升等動作，到達設定位置后進入沖擊等待狀態。按下沖擊按鈕SB2后，依次進行釋放重錘、沖擊、抱錘等動作。

3　監控軟件設計

3.1軟件結構和功能

試驗機采用MCGS開發其監控軟件［3］，其組織結構如圖4所示，以實時數據庫作為公用區交換數據，實現各個部分協調動作。設備窗口通過設備構件驅動外部設備，將采集的數據送入實時數據庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實時數據庫中的數據對象建立連接關系，以動畫形式實現數據的可視化；運行策略通過策略構件，對數據進行操作和處理。

圖4　監控軟件結構

圖5　監控界面

3.2監控界面

在MCGS組態環境中，通過圖形控件、數據變量、運行策略等構建的試驗機監控界面如圖5所示，可實時顯示試驗機的運行狀態和對試驗機進行過程控制。

3.3I/O驅動配置

試驗機采用三菱FX3U系列PLC完成底層數據采集和底層過程控制，并通過工業總線與監控軟件進行數據交換。在MCGS組態環境設備窗口中，通過配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量，即可完成I/O驅動程序的配置。

4　結語

設計完成的搖臂式落錘沖擊試驗機，在沖擊位置調節機構、錘管大小等方面，具有較強的創新性、針對性和實用性，可有效滿足隔爆設備的抗沖擊試驗需求，主要表現在：

（1）沖擊位置調整方便，可滿足大中型樣機的抗沖擊試驗需求。現有落錘沖擊設備的沖擊位置基本固定，主要針對小型樣機或樣塊進行試驗［4-5］，無法滿足大中型樣機的試驗需求，特別是其電纜引入裝置部位。

（2）錘體直徑和落錘管內徑約35mm，可大大減少因透明件等樣塊過小而進入落錘管內無法固定、因保護網而無法沖擊等問題。

參考文獻

［1］GB 3836.1-2010《爆炸性環境 第1部分：設備 通用要求》［S］.

［2］李金成.三菱FX2NPLC功能指令應用詳解［M］.北京：電子工業出版社，2011，11：66-108.

［3］楊前明，張亞軍，李亭，等.基于能量管理的多熱源熱水系統監測與控制關鍵技術研究［J］.機電工程，2013，30（7）：774-777.

［4］鄧永紅，龐國棟.JLW-800型屏顯式落錘沖擊試驗機的設計［J］.四川理工學院學報，2012，25（6）：40-43.

［5］黃寶清，王印寶.LC-450型落錘式沖擊試驗機的設計及應用［J］.橡膠工業，2000，10（47）：623-625.

作者簡介：

張亞軍（1986—），男，山西晉中人，碩士，助理工程師，主要從事防爆設備的檢測、檢驗工作。

基金項目：中煤科工集團常州研究院有限公司科研項目（14SY006-04）。

Design of Drop Hammer Impact Testing Machine with a Rocker Arm

ZHANG Ya-jun
（CCTEG Changzhou Research Institute Co.，LTD.，ChangZhou 213015，China）

Abstract：Under the premise of meeting the test requirements for resistance to impact in the GB 3836.1-2010 regulations，a design scheme of rockerarm drop hammer impact testing machine was put forward for the problems of flame-proof prototype device，such as bulky，difficult to move，etc. And the structure of lifting hammer，the control process and the monitoring and control software have been emphatically expounded.It has a certain practical application value and reference significance.

Key words：cable glands；resistance to impact test；rock arm type；structure of lifting hammer；MCGS