摇臂式落锤冲击试验机设计

中煤科工集团常州研究院有限公司 张亚军



摇臂式落锤冲击试验机设计

中煤科工集团常州研究院有限公司 张亚军

【摘要】在以满足GB 3836.1-2010所规定的抗冲击试验要求的前提下，针对隔爆设备样机整体比较笨重，难以移动等特点，给出了一套摇臂式落锤冲击试验机的设计方案，并对提锤机构、控制流程、监控软件进行了重点阐述，具有一定的实际应用价值和参考意义。

【关键词】引入装置；抗冲击试验；摇臂式；提锤机构；MCGS

0　引言

对隔爆设备进行抗冲击试验是GB 3836.1-2010所规定的主要型式试验之一［1］。由于各送检厂家的样机形状、大小不一，特别是电缆引入装置部位冲击空间较小等特点，如何设计一款能满足各类样机抗冲击试验需求的试验机就受到了业内各检测机构和同仁的广泛关注，同时又是一个技术组合与应用层面的研究课题。

在充分研究了GB3836.1-2010《爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求》中26.4.2抗冲击试验要求和送检样机实际检测需求特点的基础上，给出了一套摇臂式落锤冲击试验机的设计方案。

1　试验机组成及设计指标

1.1试验机组成

摇臂式落锤冲击试验机结构如图1所示，由底座、摇臂调节机构、自动提锤机构、防二次冲击机构、监控系统等部分组成。自动提锤机构安装于摇臂上，通过摇臂的上下、旋转运动和自动提锤机构的沿臂径向运动来实现落锤冲击点的调节。小型样机可放置在底座上由专用夹具夹紧进行抗冲击试验，大型样机可由吊车放置在底座旁边靠自重稳固进行抗冲击试验。

图1　摇臂式落锤试验机示意图

1.2设计指标

依据GB 3836.1-2010中26.4.2抗冲击试验要求和日常试验中遇到的因锤头过大而冲击不到、落锤管过大而样机（样块）进入管内等问题，提出以下设计指标：（1）重锤：质量1Kg，冲头为Ф25mm半球淬火钢，锤体直径约为Ф35mm；（2）最大有效提升高度：2.0m；（3）落锤冲击点有效调节范围：垂直≥1.6m，水平360度；（4）具有防二次冲击功能；（5）重锤可自动对零，可设定并实时显示重锤高度。

2　自动提锤机构及控制流程

2.1提锤机构

自动提锤结构设计如图2所示，主要由吸锤电磁铁DT1、托板电磁铁DT2、对零开关SQ1、绳松开关SQ2、吸锤开关SQ3及钢丝绳等部分组成。吸锤电磁铁DT1主要完成对重锤的抓吸和释放，托板电磁铁DT2则通过托板实现防二次冲击功能和停止状态下对重锤的托举。对零开关SQ1作为锤体提升高度的零点位置信号，绳松开关SQ2则通过判断钢丝绳的松弛而达到判断吸锤电磁铁DT1是否下降到位，吸锤开关SQ3判断吸锤电磁铁DT1与重锤是否接触。

图2　提锤机构示意图

图3　试验机顺序功能图

2.2控制流程

根据自动提锤结构特点和实际控制需求，编制的自动提锤和释放顺控功能图（SFC）［2］如图3所示。开机后进入待机状态，当按下启动按钮SB1后依次进行是否有锤判断、吸锤、对零及高度检测、自动提升等动作，到达设定位置后进入冲击等待状态。按下冲击按钮SB2后，依次进行释放重锤、冲击、抱锤等动作。

3　监控软件设计

3.1软件结构和功能

试验机采用MCGS开发其监控软件［3］，其组织结构如图4所示，以实时数据库作为公用区交换数据，实现各个部分协调动作。设备窗口通过设备构件驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中的数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据的可视化；运行策略通过策略构件，对数据进行操作和处理。

图4　监控软件结构

图5　监控界面

3.2监控界面

在MCGS组态环境中，通过图形控件、数据变量、运行策略等构建的试验机监控界面如图5所示，可实时显示试验机的运行状态和对试验机进行过程控制。

3.3I/O驱动配置

试验机采用三菱FX3U系列PLC完成底层数据采集和底层过程控制，并通过工业总线与监控软件进行数据交换。在MCGS组态环境设备窗口中，通过配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量，即可完成I/O驱动程序的配置。

4　结语

设计完成的摇臂式落锤冲击试验机，在冲击位置调节机构、锤管大小等方面，具有较强的创新性、针对性和实用性，可有效满足隔爆设备的抗冲击试验需求，主要表现在：

（1）冲击位置调整方便，可满足大中型样机的抗冲击试验需求。现有落锤冲击设备的冲击位置基本固定，主要针对小型样机或样块进行试验［4-5］，无法满足大中型样机的试验需求，特别是其电缆引入装置部位。

（2）锤体直径和落锤管内径约35mm，可大大减少因透明件等样块过小而进入落锤管内无法固定、因保护网而无法冲击等问题。

参考文献

［1］GB 3836.1-2010《爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求》［S］.

［2］李金成.三菱FX2NPLC功能指令应用详解［M］.北京：电子工业出版社，2011，11：66-108.

［3］杨前明，张亚军，李亭，等.基于能量管理的多热源热水系统监测与控制关键技术研究［J］.机电工程，2013，30（7）：774-777.

［4］邓永红，庞国栋.JLW-800型屏显式落锤冲击试验机的设计［J］.四川理工学院学报，2012，25（6）：40-43.

［5］黄宝清，王印宝.LC-450型落锤式冲击试验机的设计及应用［J］.橡胶工业，2000，10（47）：623-625.

作者简介：

张亚军（1986—），男，山西晋中人，硕士，助理工程师，主要从事防爆设备的检测、检验工作。

基金项目：中煤科工集团常州研究院有限公司科研项目（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