搖臂式落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)

中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司 張亞軍

?

搖臂式落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)

中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司 張亞軍

【摘要】在以滿足GB 3836.1-2010所規(guī)定的抗沖擊試驗(yàn)要求的前提下，針對(duì)隔爆設(shè)備樣機(jī)整體比較笨重，難以移動(dòng)等特點(diǎn)，給出了一套搖臂式落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)提錘機(jī)構(gòu)、控制流程、監(jiān)控軟件進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和參考意義。

【關(guān)鍵詞】引入裝置；抗沖擊試驗(yàn)；搖臂式；提錘機(jī)構(gòu)；MCGS

0　引言

對(duì)隔爆設(shè)備進(jìn)行抗沖擊試驗(yàn)是GB 3836.1-2010所規(guī)定的主要型式試驗(yàn)之一［1］。由于各送檢廠家的樣機(jī)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(diǎn)，如何設(shè)計(jì)一款能滿足各類樣機(jī)抗沖擊試驗(yàn)需求的試驗(yàn)機(jī)就受到了業(yè)內(nèi)各檢測(cè)機(jī)構(gòu)和同仁的廣泛關(guān)注，同時(shí)又是一個(gè)技術(shù)組合與應(yīng)用層面的研究課題。

在充分研究了GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求》中26.4.2抗沖擊試驗(yàn)要求和送檢樣機(jī)實(shí)際檢測(cè)需求特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出了一套搖臂式落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)方案。

1　試驗(yàn)機(jī)組成及設(shè)計(jì)指標(biāo)

1.1試驗(yàn)機(jī)組成

搖臂式落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由底座、搖臂調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)提錘機(jī)構(gòu)、防二次沖擊機(jī)構(gòu)、監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。自動(dòng)提錘機(jī)構(gòu)安裝于搖臂上，通過(guò)搖臂的上下、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)提錘機(jī)構(gòu)的沿臂徑向運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)落錘沖擊點(diǎn)的調(diào)節(jié)。小型樣機(jī)可放置在底座上由專用夾具夾緊進(jìn)行抗沖擊試驗(yàn)，大型樣機(jī)可由吊車放置在底座旁邊靠自重穩(wěn)固進(jìn)行抗沖擊試驗(yàn)。

圖1　搖臂式落錘試驗(yàn)機(jī)示意圖

1.2設(shè)計(jì)指標(biāo)

依據(jù)GB 3836.1-2010中26.4.2抗沖擊試驗(yàn)要求和日常試驗(yàn)中遇到的因錘頭過(guò)大而沖擊不到、落錘管過(guò)大而樣機(jī)（樣塊）進(jìn)入管內(nèi)等問(wèn)題，提出以下設(shè)計(jì)指標(biāo)：（1）重錘：質(zhì)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(diǎn)有效調(diào)節(jié)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(dòng)對(duì)零，可設(shè)定并實(shí)時(shí)顯示重錘高度。

2　自動(dòng)提錘機(jī)構(gòu)及控制流程

2.1提錘機(jī)構(gòu)

自動(dòng)提錘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，主要由吸錘電磁鐵DT1、托板電磁鐵DT2、對(duì)零開(kāi)關(guān)SQ1、繩松開(kāi)關(guān)SQ2、吸錘開(kāi)關(guān)SQ3及鋼絲繩等部分組成。吸錘電磁鐵DT1主要完成對(duì)重錘的抓吸和釋放，托板電磁鐵DT2則通過(guò)托板實(shí)現(xiàn)防二次沖擊功能和停止?fàn)顟B(tài)下對(duì)重錘的托舉。對(duì)零開(kāi)關(guān)SQ1作為錘體提升高度的零點(diǎn)位置信號(hào)，繩松開(kāi)關(guān)SQ2則通過(guò)判斷鋼絲繩的松弛而達(dá)到判斷吸錘電磁鐵DT1是否下降到位，吸錘開(kāi)關(guān)SQ3判斷吸錘電磁鐵DT1與重錘是否接觸。

圖2　提錘機(jī)構(gòu)示意圖

圖3　試驗(yàn)機(jī)順序功能圖

2.2控制流程

根據(jù)自動(dòng)提錘結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際控制需求，編制的自動(dòng)提錘和釋放順控功能圖（SFC）［2］如圖3所示。開(kāi)機(jī)后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1后依次進(jìn)行是否有錘判斷、吸錘、對(duì)零及高度檢測(cè)、自動(dòng)提升等動(dòng)作，到達(dá)設(shè)定位置后進(jìn)入沖擊等待狀態(tài)。按下沖擊按鈕SB2后，依次進(jìn)行釋放重錘、沖擊、抱錘等動(dòng)作。

3　監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件結(jié)構(gòu)和功能

試驗(yàn)機(jī)采用MCGS開(kāi)發(fā)其監(jiān)控軟件［3］，其組織結(jié)構(gòu)如圖4所示，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為公用區(qū)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分協(xié)調(diào)動(dòng)作。設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；由用戶窗口組成的圖形對(duì)象，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立連接關(guān)系，以動(dòng)畫(huà)形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；運(yùn)行策略通過(guò)策略構(gòu)件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。

圖4　監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)

圖5　監(jiān)控界面

3.2監(jiān)控界面

在MCGS組態(tài)環(huán)境中，通過(guò)圖形控件、數(shù)據(jù)變量、運(yùn)行策略等構(gòu)建的試驗(yàn)機(jī)監(jiān)控界面如圖5所示，可實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行過(guò)程控制。

3.3I/O驅(qū)動(dòng)配置

試驗(yàn)機(jī)采用三菱FX3U系列PLC完成底層數(shù)據(jù)采集和底層過(guò)程控制，并通過(guò)工業(yè)總線與監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在MCGS組態(tài)環(huán)境設(shè)備窗口中，通過(guò)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量，即可完成I/O驅(qū)動(dòng)程序的配置。

4　結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)完成的搖臂式落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，在沖擊位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、錘管大小等方面，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性、針對(duì)性和實(shí)用性，可有效滿足隔爆設(shè)備的抗沖擊試驗(yàn)需求，主要表現(xiàn)在：

（1）沖擊位置調(diào)整方便，可滿足大中型樣機(jī)的抗沖擊試驗(yàn)需求。現(xiàn)有落錘沖擊設(shè)備的沖擊位置基本固定，主要針對(duì)小型樣機(jī)或樣塊進(jìn)行試驗(yàn)［4-5］，無(wú)法滿足大中型樣機(jī)的試驗(yàn)需求，特別是其電纜引入裝置部位。

（2）錘體直徑和落錘管內(nèi)徑約35mm，可大大減少因透明件等樣塊過(guò)小而進(jìn)入落錘管內(nèi)無(wú)法固定、因保護(hù)網(wǎng)而無(wú)法沖擊等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

［1］GB 3836.1-2010《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求》［S］.

［2］李金成.三菱FX2NPLC功能指令應(yīng)用詳解［M］.北京：電子工業(yè)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(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.機(jī)電工程，2013，30（7）：774-777.

［4］鄧永紅，龐國(guó)棟.JLW-800型屏顯式落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，25（6）：40-43.

［5］黃寶清，王印寶.LC-450型落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.橡膠工業(yè)，2000，10（47）：623-625.

作者簡(jiǎn)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(shè)備的檢測(cè)、檢驗(yàn)工作。

基金項(xiàng)目：中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司科研項(xiàng)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