全自動自由落體式往復沖擊試驗機的創新設計

陸宏文

（廣東新會中集特種運輸設備有限公司，廣東 新會 529144）

全自動自由落體式往復沖擊試驗機的創新設計

陸宏文

（廣東新會中集特種運輸設備有限公司，廣東 新會 529144）

介紹了一種新型往復沖擊試驗機，其配重錘采用自由落體方式對試驗材料進行沖擊，由于每次配重錘下落的高度一致，因此只需設定相應參數，不需人員值守及調整，就能得到較準確的實驗結果。該試驗機操作容易、安全且制作成本低。

全自動；自由落體；往復沖擊；試驗機；設計

0 引 言

本公司為解決某產品沖擊韌性的測定問題，驗證其使用壽命，需要做自由落體方面的沖擊試驗。經查閱，市場上現有的沖擊試驗機中吊鉤提拉落錘的方式，在落錘自由下落沖擊待試驗工件時，吊鉤全程與落錘連接，而不能自動與落錘分離，由于吊鉤全程與落錘連接，容易影響落錘的整體重量和下落的速度，導致試驗結果不準確；電磁鐵的方式在試驗過程中若遇到斷電的情況，則會導致落錘意外下落，容易造成事故；由于機械手爪結構復雜、制造成本高，且需要借助許多設備對其進行控制，因此導致試驗機整體的制造成本高、不易控制，有些機械手爪夾持落錘不穩固，容易造成落錘“脫爪”的現象。在市場找不到合適測試設備的情況下，我們臨時采用人工蹦跳的原始方式進行檢測，也曾請多個專業廠家專門設計和定制，均未能有較好的解決辦法。因此，一款全自動自由落體式往復沖擊試驗機的設計，成為我們迫切需要解決的重要課題。

1 項目需解決的主要問題

由人工蹦跳來檢測該工件的沖擊韌性，勞動強度大，無準確的檢測數據；委外檢測，其檢測方式不合理，不是完全的自由落體沖擊測試，且檢測過程完全由人工操作，連續性不夠，參數調整費時、費事，有的參數甚至不可調。

2 技術創新的實施

為了取得技術上的突破，設計人員先后制定出多種方案，均不盡人意。該項目設計的難點為：1)如何實現自由落體運動；2)如何實現自動化控制；3)如何實現上下兩部分準確對接。為此，設計人員將該項目需解決的問題進行分解，逐一有針對性地加以解決。經過精心設計和不懈努力，終于獲得成功，并在近期投入使用。

3 技術解決方案

本實施例采用的具體技術方案為：1)能對配重錘進行自由抓取，將配重錘提升到一定高度后又能夠自動松開，使配重錘自由落體，由于松開時配重錘高度相同，因此對實驗材料的沖擊力也基本上相同，從而達到對實驗材料沖擊測試的目的。2)設置在設備的中間位置有一組配重錘鎖緊機構，用于對配重錘進行鎖緊及松開，采用氣缸帶動，可以調節高度，用于對配重錘進行升降。3)鎖緊機構在鎖緊時,采用氣缸使滑動套下滑，擠壓鎖緊機構中的鋼球，在不需要另外施加外力的情況下從而鎖緊配重錘；當配重錘沿直線導軌被提升到設定高度時，用相同的方式使滑動套上移，鎖緊機構中的鋼球外移，自動松開配重錘，因此只要設置好相應的參數，就能在一定的沖擊頻率下進行沖擊試驗。4)由于設置了一套鎖緊機構，并采用滑動套上下移動對配重錘進行鎖緊及松開，可以用恒定的重力自動進行對材料的沖擊試驗，并且不需要操作人員長時間對配重一次次地進行調整，減少對人力資源的浪費。5)在使用時當沖擊試驗測試機進行沖擊試驗時，只需輸入相應的參數,不需要其他輔助設置就可以自行對配重錘進行鎖緊、提升及松開，從而在一定的沖擊頻率下進行沖擊試驗,節約了人力，提高了生產效率。

4 具體結構及工作原理

如圖1、圖2所示，該沖擊試驗測試機主要由移動固定式機架、牽引裝置、落錘鎖緊松放裝置、參數調整及計數顯示器等組成。機架可移動固定于待測試產品的正上方，機架上設有兩分別位于落錘鎖緊機構兩側的導軌，兩導軌上均套設有第一滑塊和第二滑塊，落錘鎖緊機構的框架與第一滑塊連接，落錘與第二滑塊連接。牽引裝置采用氣缸，通過柔索與落錘鎖緊機構連接，它將夾持有落錘的落錘鎖緊機構提拉到所需的高度，然后控制推拉裝置使落錘夾持機構松放落錘，落錘即可自由下落沖擊待沖擊工件（詳見圖1）。

圖1 實施例結構示圖

圖2 鎖緊機構對配重錘抓取和松開時的結構示圖

落錘鎖緊、松放裝置是由安裝于落錘上的夾持頭、套設于該夾持頭上的夾持套、套設于該夾持套上的滑動套、具有活動腔的框架以及具有推拉桿的推拉裝置組成，夾持套與框架剛性連接，推拉裝置將滑動套提拉至其借位槽與夾持套上的錐形孔相對的位置，鋼球一部分滑入借位槽內，夾持套即可套于夾持頭上。夾持套套于夾持頭上后，夾持套上的錐形孔與夾持頭的環壁溝槽相對，推拉裝置向下推動滑動套，鋼球被推擠出借位槽，同時滑入環壁溝槽內，這樣，夾持頭被穩固地夾持于夾持套內。由于鋼球卡入環壁溝槽后沒有向外滑動的借位空間，無需擔心因鋼球脫位導致夾持頭滑出夾持套。若推拉裝置向上提拉滑動套，夾持套上的錐形孔與滑動套上的借位槽相對，鋼球一部分滑入借位槽內，此時，夾持頭即可與夾持套分離，起到松放落錘的效果，推拉桿通過橫板與滑動套連接。借位槽的側壁與滑動套的內壁斜面過渡或弧面過渡，推拉裝置為氣缸。通過鎖緊機構對配重錘松開和抓取時的結構示意圖比較，從圖2中可以看出通過氣缸推動滑動套下移，擠壓鋼球來達到鎖緊配重錘的結構。

參數調整及計數顯示器是由編程控制器（PLC）、觸摸屏、繼電器、位置傳感器等元器件組成。牽引裝置提拉落錘鎖緊機構的高度、速度，以及通過編程控制推拉裝置推拉滑動套的時機，確定了試驗機一個沖次所需的時間，PLC按設定程序運行，對不同試件，只需在觸摸屏上設定所需的沖擊次數，即可在設定頻率下任其自動完成沖擊試驗，觸摸屏直觀顯示出變化的沖擊次數、進展情況。整套裝備因落錘重量、接觸面積、提升高度、測試參數任意可調，操作簡便、滿足用戶所需任意條件下的測試需求。

5 結 語

落錘鎖緊、松放裝置的創新設計是該裝備研制成功的關鍵，該裝置克服現有技術之缺陷，提供了一種結構簡單、制造成本低、可緊固夾持落錘的落錘夾持機構，構思巧妙、簡潔實用。整套裝置為全新設計，它改變了原有相對落后的測試方法及操作方式，大幅提高了測試效率和企業形象；在機構設計方面，利用直線導軌及牽引機構軟連接方式，確保了上下兩構件運動靈敏，且準確對接，使落錘自由落體且不存在附加載荷；沖擊頻率、次數等參數均可設置和調整，實現測試過程全自動，使操作變得輕松。該項技術創新及其應用自動化程度高，為企業創造出較大的經濟效益，在類似場合具有較高的應用和推廣價值。

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Innovative Design of Fully-automatic and Free-fall Reciprocating Impact Testing Machine

LU Hongwen
(GuangdongXinhui CIMCSpecial Transportation Equipment Co.,Ltd.,Xinhui 529144,China)

This paper introduces a new-type reciprocating impact testing machine in which counterweight hammer impacts on the test material by free-falling method.Due to the same height of each drop of the hammer,the experimental results could be accurately obtained by the settings of corresponding parameter and without the staff on watch and without manual adjustment.This testing machine is not only easy to operate and safe,but also with a low production cost.

fully-automation;free-fall;reciprocating impact;testing machine;design

TH 87

A

1002－2333（2018）01－0149－03

（編輯浩 然）

陸宏文（1962—），男，高級工程師，從事技改及管理工作 。

2017-03-16