用于沖擊試驗(yàn)承載翻轉(zhuǎn)升降工作臺的研制

文 /丁 珺

當(dāng)汽車制動時(shí)，由于慣性作用，人的頭部可能會撞上汽車座椅、儀表盤、護(hù)手箱等部件。因此，模擬頭部撞擊這些部件的測試在汽車檢測行業(yè)中是一個(gè)必不可少的檢測項(xiàng)目。擺錘沖擊設(shè)備用于檢測這些部件對動能的吸收狀況，直至這些部件的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所承受的沖擊加速度完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)值。GB 11552-2009《乘用車內(nèi)部凸出物》中該類機(jī)動車擺錘沖擊測試所需的工作臺均以600 mm（長）× 600 mm（寬）×1 000 mm（高）的長方柱體充當(dāng)，對于大型被測部件則兩個(gè)拼裝組成大的工作臺來安裝部件。問題是：若要對位于低位（1 m以下）的被檢測部件進(jìn)行檢測，則需搬走笨重的長方柱體，換上較低的長方柱體。這樣，相當(dāng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且不安全。

對有角度要求的檢測項(xiàng)目只能在被測部件的一側(cè)逐步加墊塊來實(shí)現(xiàn)，不僅夾緊困難，更不能翻到正確的角度。鑒于此，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,盡早設(shè)計(jì)、制造出滿足安全、高效、定位準(zhǔn)確的工作臺，進(jìn)一步提升檢測結(jié)果科學(xué)性。

本文所要關(guān)注的焦點(diǎn)是設(shè)計(jì)出一個(gè)與擺錘沖擊設(shè)備完全匹配的且能自動翻轉(zhuǎn)、升降的工作臺，同時(shí)在承受沖擊力時(shí)有足夠的剛性，以免測試的數(shù)據(jù)因工作臺的剛性問題而產(chǎn)生偏差、不準(zhǔn)確。對于大型被測部件需兩個(gè)工作臺組合使用時(shí)，則要兼顧其升降、翻轉(zhuǎn)時(shí)的同步性。這在國內(nèi)是一個(gè)全新的設(shè)計(jì)要求。

一、設(shè)計(jì)思路

1. 升降部分

① 最低的起始高度為500 mm，最大行程為500 mm來選擇一種動力傳輸方式，滿足工作臺從起始位置升至1 m高度的施力要求。不能有任何東西突出升降部分的上平面。

② 該施力機(jī)構(gòu)能承受1 000 kg的靜載荷和800 kg的沖擊力且仍具剛性、不移動。

2. 翻轉(zhuǎn)部分

① 翻轉(zhuǎn)角度0?～ 90?來選擇一種動力傳輸方式，滿足翻轉(zhuǎn)時(shí)的施力要求。不能有任何東西突出安裝被測部件的翻轉(zhuǎn)臺平面。

② 該施力機(jī)構(gòu)能帶動1 000 kg重的被測部件翻轉(zhuǎn)至要求的角度時(shí)能承受800 kg的沖擊力且仍具剛性而不移動。

3. 重點(diǎn)

對升降、翻轉(zhuǎn)兩部分的設(shè)計(jì)分析得出設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是：選擇一套合適的施力機(jī)構(gòu)，既有足夠的動力又能承受靜載荷和沖擊力且仍具剛性，不產(chǎn)生位移，創(chuàng)新的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可滿足升降和翻轉(zhuǎn)的要求。

二、設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)解析

1. 升降部分

它是通過液壓來傳輸動力、承受壓力的施力機(jī)構(gòu)。輔以機(jī)械定位機(jī)構(gòu)用以消除各自的相對移動、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)間的間隙，將升降部分的上下兩個(gè)平面剛性連接，進(jìn)一步提高升降部分的剛性。這樣既能滿足低起始位置和大行程的要求，又能確保工作臺的剛性。機(jī)械定位機(jī)構(gòu)小油缸在高度定位后工作，用以鎖緊機(jī)械定位機(jī)構(gòu)，增加剛性。在升降工作前先行工作，以松開機(jī)械定位機(jī)構(gòu)（見圖1下半部分）。

2. 翻轉(zhuǎn)部分

① 與升降部分相同，也是通過液壓來傳輸動力、承受壓力的施力機(jī)構(gòu)。輔以機(jī)械定位機(jī)構(gòu)用以消除各自的相對移動、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)間的間隙，將翻轉(zhuǎn)部分的上下兩個(gè)平面剛性連接，進(jìn)一步提高翻轉(zhuǎn)部分的剛性。油缸以它較小的行程能夠滿足0°～90°角的翻轉(zhuǎn)要求，占用空間較小。機(jī)械定位機(jī)構(gòu)小油缸在角度定位后工作，用以鎖緊機(jī)械定位機(jī)構(gòu)，增加剛性。在翻轉(zhuǎn)工作前先行工作，以松開機(jī)械定位機(jī)構(gòu)。

② 翻轉(zhuǎn)原理改變了繞轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)方式，采用既可翻轉(zhuǎn)又可移動的機(jī)構(gòu)來完成。即在翻轉(zhuǎn)部分工作臺面翻轉(zhuǎn)的同時(shí)，該工作臺面隨著翻轉(zhuǎn)角度的增大而逐漸往底座的中心位置移動。此時(shí)，油缸活塞桿收縮，拉動固定在工作臺面下方的連接桿與工作臺面一起沿水平方向向右移動，帶動固定在工作臺面下方的支撐板隨其向右移動，而支撐板上的斜槽在固定于底座上轉(zhuǎn)軸的約束下，迫使工作臺面完成往右移動和翻轉(zhuǎn)兩個(gè)動作，以此來達(dá)到被測部件的重心位置盡可能地落在底座平面里面，可增加工作臺的承載和受沖擊能力（見圖1上半部分）。

3. 控制部分

① 單個(gè)工作臺升降（翻轉(zhuǎn)）時(shí)由電腦輸入要求值，經(jīng)過位移（角度）傳感器反饋的數(shù)據(jù)加以比對，并將數(shù)值顯現(xiàn)在顯示屏上來進(jìn)行高度（角度）控制。電腦同時(shí)控制電磁閥，切換進(jìn)、出油路來控制油缸的推、拉帶動工作臺升降（翻轉(zhuǎn)）。調(diào)節(jié)節(jié)流閥控制升降（翻轉(zhuǎn)）的速度。油缸進(jìn)、出兩端油路安裝液控單向閥，保壓、鎖死油缸，使油缸在承受外力時(shí)不會移動（見圖2）。

圖1 用于沖擊試驗(yàn)承載翻轉(zhuǎn)升降工作臺

圖2 工作臺升降翻轉(zhuǎn)

② 兩個(gè)工作臺聯(lián)動時(shí)電腦切換成聯(lián)動模式（兩個(gè)工作臺橫向并排）。

上升時(shí)，由電腦輸入要求的值，兩個(gè)工作臺的位移傳感器分別將即時(shí)進(jìn)行中的高度數(shù)值反饋至電腦進(jìn)行比對。當(dāng)差值超過2 mm時(shí)，處高位工作臺的電磁閥自動關(guān)閉，該油缸停止工作，該工作臺停止上升，處低位的工作臺繼續(xù)上升。當(dāng)差值小于2 mm時(shí)，兩個(gè)工作臺又同時(shí)上升，直至要求的高度止。下降時(shí)原理亦如此（處低位的停止）。

翻轉(zhuǎn)時(shí)由電腦輸入要求的值，兩個(gè)工作臺的角度傳感器分別將即時(shí)進(jìn)行中的角度值反饋至電腦進(jìn)行比對，當(dāng)差值超過0.5°時(shí)，接近要求值的工作臺電磁閥關(guān)閉，該油缸不工作，同時(shí)該工作臺停止翻轉(zhuǎn)，另一工作臺繼續(xù)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)差值小于0.5°時(shí)，兩個(gè)工作臺又同時(shí)翻轉(zhuǎn)，直至要求的角度止。

在油管總路上安裝有溢流閥，控制油壓，從而起到安全保護(hù)作用。

4. 增加剛性支撐

① 在升降高度定位后，擰上正面支撐桿與地面連接的鎖緊螺母，用以承受來自正向與水平面成35?～65?夾角的沖擊力。同時(shí)，擰上兩側(cè)面支撐桿與地面連接的鎖緊螺母，用以承受來自與側(cè)面（或另一側(cè)面）成30°左右夾角且與水平面成35?～65?夾角的沖擊力。

② 在翻轉(zhuǎn)角度定位后，擰緊兩側(cè)板支撐上的長槽間的螺母，用以承受上述兩個(gè)方向的沖擊力。

三、驗(yàn)證結(jié)果

按照本文所述的設(shè)計(jì)方案研制出的工作臺，經(jīng)實(shí)際使用，完全符合測試要求，且方便安裝、自動升降翻轉(zhuǎn)、省力安全，在承受靜載荷和沖擊力時(shí)不移動。檢測小的被測部件時(shí)，可選用兩個(gè)工作臺中的任何一個(gè)。當(dāng)檢測大的被測部件時(shí)，則可將它跨連固定在兩個(gè)工作臺面上。此時(shí)兩個(gè)工作臺聯(lián)動組合成一個(gè)大工作臺。每個(gè)工作臺面尺寸為：1 050 mm（長）×600 mm（寬），升降時(shí)高度精度達(dá)1.5 mm，翻轉(zhuǎn)時(shí)角度精度達(dá)0.5°。當(dāng)聯(lián)動組成大工作臺時(shí)，臺面尺寸為：3 100 mm（長）×1 050 mm（寬），升降時(shí)兩工作臺面高度差精度為2 mm，翻轉(zhuǎn)時(shí)兩工作臺面角度差精度為0.5°。工作時(shí)，升降、翻轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無抖動、沖擊現(xiàn)象，承受沖擊時(shí)表現(xiàn)出很好的剛性。創(chuàng)新的翻轉(zhuǎn)方式、合理的設(shè)計(jì)，使擺錘沖擊設(shè)備上的擺錘更能便捷合理又正確地尋找到被測部件上的沖擊點(diǎn)。作為擺錘沖擊設(shè)備的附屬設(shè)備完全能與之匹配，實(shí)現(xiàn)了被測部件安裝工作臺的自動化，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證了該工作臺檢測數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性。

（作者單位：上海機(jī)動車檢測認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司）

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近日，《廣東省國家標(biāo)準(zhǔn)化綜合改革試點(diǎn)建設(shè)方案》發(fā)布。該方案提出，要以先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)助力廣東創(chuàng)新發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展、綠色發(fā)展、開放發(fā)展、共享發(fā)展，充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化在便利經(jīng)貿(mào)往來、支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促進(jìn)科技進(jìn)步、規(guī)范社會治理中的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性作用，為全國深化標(biāo)準(zhǔn)化工作改革提供試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和示范引領(lǐng)，為廣東實(shí)現(xiàn)“四個(gè)走在全國前列”提供技術(shù)支撐。