全自动自由落体式往复冲击试验机的创新设计

陆宏文

（广东新会中集特种运输设备有限公司，广东 新会 529144）

全自动自由落体式往复冲击试验机的创新设计

陆宏文

（广东新会中集特种运输设备有限公司，广东 新会 529144）

介绍了一种新型往复冲击试验机，其配重锤采用自由落体方式对试验材料进行冲击，由于每次配重锤下落的高度一致，因此只需设定相应参数，不需人员值守及调整，就能得到较准确的实验结果。该试验机操作容易、安全且制作成本低。

全自动；自由落体；往复冲击；试验机；设计

0 引 言

本公司为解决某产品冲击韧性的测定问题，验证其使用寿命，需要做自由落体方面的冲击试验。经查阅，市场上现有的冲击试验机中吊钩提拉落锤的方式，在落锤自由下落冲击待试验工件时，吊钩全程与落锤连接，而不能自动与落锤分离，由于吊钩全程与落锤连接，容易影响落锤的整体重量和下落的速度，导致试验结果不准确；电磁铁的方式在试验过程中若遇到断电的情况，则会导致落锤意外下落，容易造成事故；由于机械手爪结构复杂、制造成本高，且需要借助许多设备对其进行控制，因此导致试验机整体的制造成本高、不易控制，有些机械手爪夹持落锤不稳固，容易造成落锤“脱爪”的现象。在市场找不到合适测试设备的情况下，我们临时采用人工蹦跳的原始方式进行检测，也曾请多个专业厂家专门设计和定制，均未能有较好的解决办法。因此，一款全自动自由落体式往复冲击试验机的设计，成为我们迫切需要解决的重要课题。

1 项目需解决的主要问题

由人工蹦跳来检测该工件的冲击韧性，劳动强度大，无准确的检测数据；委外检测，其检测方式不合理，不是完全的自由落体冲击测试，且检测过程完全由人工操作，连续性不够，参数调整费时、费事，有的参数甚至不可调。

2 技术创新的实施

为了取得技术上的突破，设计人员先后制定出多种方案，均不尽人意。该项目设计的难点为：1)如何实现自由落体运动；2)如何实现自动化控制；3)如何实现上下两部分准确对接。为此，设计人员将该项目需解决的问题进行分解，逐一有针对性地加以解决。经过精心设计和不懈努力，终于获得成功，并在近期投入使用。

3 技术解决方案

本实施例采用的具体技术方案为：1)能对配重锤进行自由抓取，将配重锤提升到一定高度后又能够自动松开，使配重锤自由落体，由于松开时配重锤高度相同，因此对实验材料的冲击力也基本上相同，从而达到对实验材料冲击测试的目的。2)设置在设备的中间位置有一组配重锤锁紧机构，用于对配重锤进行锁紧及松开，采用气缸带动，可以调节高度，用于对配重锤进行升降。3)锁紧机构在锁紧时,采用气缸使滑动套下滑，挤压锁紧机构中的钢球，在不需要另外施加外力的情况下从而锁紧配重锤；当配重锤沿直线导轨被提升到设定高度时，用相同的方式使滑动套上移，锁紧机构中的钢球外移，自动松开配重锤，因此只要设置好相应的参数，就能在一定的冲击频率下进行冲击试验。4)由于设置了一套锁紧机构，并采用滑动套上下移动对配重锤进行锁紧及松开，可以用恒定的重力自动进行对材料的冲击试验，并且不需要操作人员长时间对配重一次次地进行调整，减少对人力资源的浪费。5)在使用时当冲击试验测试机进行冲击试验时，只需输入相应的参数,不需要其他辅助设置就可以自行对配重锤进行锁紧、提升及松开，从而在一定的冲击频率下进行冲击试验,节约了人力，提高了生产效率。

4 具体结构及工作原理

如图1、图2所示，该冲击试验测试机主要由移动固定式机架、牵引装置、落锤锁紧松放装置、参数调整及计数显示器等组成。机架可移动固定于待测试产品的正上方，机架上设有两分别位于落锤锁紧机构两侧的导轨，两导轨上均套设有第一滑块和第二滑块，落锤锁紧机构的框架与第一滑块连接，落锤与第二滑块连接。牵引装置采用气缸，通过柔索与落锤锁紧机构连接，它将夹持有落锤的落锤锁紧机构提拉到所需的高度，然后控制推拉装置使落锤夹持机构松放落锤，落锤即可自由下落冲击待冲击工件（详见图1）。

图1 实施例结构示图

图2 锁紧机构对配重锤抓取和松开时的结构示图

落锤锁紧、松放装置是由安装于落锤上的夹持头、套设于该夹持头上的夹持套、套设于该夹持套上的滑动套、具有活动腔的框架以及具有推拉杆的推拉装置组成，夹持套与框架刚性连接，推拉装置将滑动套提拉至其借位槽与夹持套上的锥形孔相对的位置，钢球一部分滑入借位槽内，夹持套即可套于夹持头上。夹持套套于夹持头上后，夹持套上的锥形孔与夹持头的环壁沟槽相对，推拉装置向下推动滑动套，钢球被推挤出借位槽，同时滑入环壁沟槽内，这样，夹持头被稳固地夹持于夹持套内。由于钢球卡入环壁沟槽后没有向外滑动的借位空间，无需担心因钢球脱位导致夹持头滑出夹持套。若推拉装置向上提拉滑动套，夹持套上的锥形孔与滑动套上的借位槽相对，钢球一部分滑入借位槽内，此时，夹持头即可与夹持套分离，起到松放落锤的效果，推拉杆通过横板与滑动套连接。借位槽的侧壁与滑动套的内壁斜面过渡或弧面过渡，推拉装置为气缸。通过锁紧机构对配重锤松开和抓取时的结构示意图比较，从图2中可以看出通过气缸推动滑动套下移，挤压钢球来达到锁紧配重锤的结构。

参数调整及计数显示器是由编程控制器（PLC）、触摸屏、继电器、位置传感器等元器件组成。牵引装置提拉落锤锁紧机构的高度、速度，以及通过编程控制推拉装置推拉滑动套的时机，确定了试验机一个冲次所需的时间，PLC按设定程序运行，对不同试件，只需在触摸屏上设定所需的冲击次数，即可在设定频率下任其自动完成冲击试验，触摸屏直观显示出变化的冲击次数、进展情况。整套装备因落锤重量、接触面积、提升高度、测试参数任意可调，操作简便、满足用户所需任意条件下的测试需求。

5 结 语

落锤锁紧、松放装置的创新设计是该装备研制成功的关键，该装置克服现有技术之缺陷，提供了一种结构简单、制造成本低、可紧固夹持落锤的落锤夹持机构，构思巧妙、简洁实用。整套装置为全新设计，它改变了原有相对落后的测试方法及操作方式，大幅提高了测试效率和企业形象；在机构设计方面，利用直线导轨及牵引机构软连接方式，确保了上下两构件运动灵敏，且准确对接，使落锤自由落体且不存在附加载荷；冲击频率、次数等参数均可设置和调整，实现测试过程全自动，使操作变得轻松。该项技术创新及其应用自动化程度高，为企业创造出较大的经济效益，在类似场合具有较高的应用和推广价值。

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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

（编辑浩 然）

陆宏文（1962—），男，高级工程师，从事技改及管理工作 。

2017-03-16