用于冲击试验承载翻转升降工作台的研制

文 /丁 珺

当汽车制动时，由于惯性作用，人的头部可能会撞上汽车座椅、仪表盘、护手箱等部件。因此，模拟头部撞击这些部件的测试在汽车检测行业中是一个必不可少的检测项目。摆锤冲击设备用于检测这些部件对动能的吸收状况，直至这些部件的选材和结构设计所承受的冲击加速度完全符合标准要求的数值。GB 11552-2009《乘用车内部凸出物》中该类机动车摆锤冲击测试所需的工作台均以600 mm（长）× 600 mm（宽）×1 000 mm（高）的长方柱体充当，对于大型被测部件则两个拼装组成大的工作台来安装部件。问题是：若要对位于低位（1 m以下）的被检测部件进行检测，则需搬走笨重的长方柱体，换上较低的长方柱体。这样，相当费时、费力且不安全。

对有角度要求的检测项目只能在被测部件的一侧逐步加垫块来实现，不仅夹紧困难，更不能翻到正确的角度。鉴于此，根据标准要求,尽早设计、制造出满足安全、高效、定位准确的工作台，进一步提升检测结果科学性。

本文所要关注的焦点是设计出一个与摆锤冲击设备完全匹配的且能自动翻转、升降的工作台，同时在承受冲击力时有足够的刚性，以免测试的数据因工作台的刚性问题而产生偏差、不准确。对于大型被测部件需两个工作台组合使用时，则要兼顾其升降、翻转时的同步性。这在国内是一个全新的设计要求。

一、设计思路

1. 升降部分

① 最低的起始高度为500 mm，最大行程为500 mm来选择一种动力传输方式，满足工作台从起始位置升至1 m高度的施力要求。不能有任何东西突出升降部分的上平面。

② 该施力机构能承受1 000 kg的静载荷和800 kg的冲击力且仍具刚性、不移动。

2. 翻转部分

① 翻转角度0˚～ 90˚来选择一种动力传输方式，满足翻转时的施力要求。不能有任何东西突出安装被测部件的翻转台平面。

② 该施力机构能带动1 000 kg重的被测部件翻转至要求的角度时能承受800 kg的冲击力且仍具刚性而不移动。

3. 重点

对升降、翻转两部分的设计分析得出设计的关键点是：选择一套合适的施力机构，既有足够的动力又能承受静载荷和冲击力且仍具刚性，不产生位移，创新的机构设计可满足升降和翻转的要求。

二、设计方案结构解析

1. 升降部分

它是通过液压来传输动力、承受压力的施力机构。辅以机械定位机构用以消除各自的相对移动、转动关节间的间隙，将升降部分的上下两个平面刚性连接，进一步提高升降部分的刚性。这样既能满足低起始位置和大行程的要求，又能确保工作台的刚性。机械定位机构小油缸在高度定位后工作，用以锁紧机械定位机构，增加刚性。在升降工作前先行工作，以松开机械定位机构（见图1下半部分）。

2. 翻转部分

① 与升降部分相同，也是通过液压来传输动力、承受压力的施力机构。辅以机械定位机构用以消除各自的相对移动、转动关节间的间隙，将翻转部分的上下两个平面刚性连接，进一步提高翻转部分的刚性。油缸以它较小的行程能够满足0°～90°角的翻转要求，占用空间较小。机械定位机构小油缸在角度定位后工作，用以锁紧机械定位机构，增加刚性。在翻转工作前先行工作，以松开机械定位机构。

② 翻转原理改变了绕转轴翻转的传统方式，采用既可翻转又可移动的机构来完成。即在翻转部分工作台面翻转的同时，该工作台面随着翻转角度的增大而逐渐往底座的中心位置移动。此时，油缸活塞杆收缩，拉动固定在工作台面下方的连接杆与工作台面一起沿水平方向向右移动，带动固定在工作台面下方的支撑板随其向右移动，而支撑板上的斜槽在固定于底座上转轴的约束下，迫使工作台面完成往右移动和翻转两个动作，以此来达到被测部件的重心位置尽可能地落在底座平面里面，可增加工作台的承载和受冲击能力（见图1上半部分）。

3. 控制部分

① 单个工作台升降（翻转）时由电脑输入要求值，经过位移（角度）传感器反馈的数据加以比对，并将数值显现在显示屏上来进行高度（角度）控制。电脑同时控制电磁阀，切换进、出油路来控制油缸的推、拉带动工作台升降（翻转）。调节节流阀控制升降（翻转）的速度。油缸进、出两端油路安装液控单向阀，保压、锁死油缸，使油缸在承受外力时不会移动（见图2）。

图1 用于冲击试验承载翻转升降工作台

图2 工作台升降翻转

② 两个工作台联动时电脑切换成联动模式（两个工作台横向并排）。

上升时，由电脑输入要求的值，两个工作台的位移传感器分别将即时进行中的高度数值反馈至电脑进行比对。当差值超过2 mm时，处高位工作台的电磁阀自动关闭，该油缸停止工作，该工作台停止上升，处低位的工作台继续上升。当差值小于2 mm时，两个工作台又同时上升，直至要求的高度止。下降时原理亦如此（处低位的停止）。

翻转时由电脑输入要求的值，两个工作台的角度传感器分别将即时进行中的角度值反馈至电脑进行比对，当差值超过0.5°时，接近要求值的工作台电磁阀关闭，该油缸不工作，同时该工作台停止翻转，另一工作台继续翻转。当差值小于0.5°时，两个工作台又同时翻转，直至要求的角度止。

在油管总路上安装有溢流阀，控制油压，从而起到安全保护作用。

4. 增加刚性支撑

① 在升降高度定位后，拧上正面支撑杆与地面连接的锁紧螺母，用以承受来自正向与水平面成35˚～65˚夹角的冲击力。同时，拧上两侧面支撑杆与地面连接的锁紧螺母，用以承受来自与侧面（或另一侧面）成30°左右夹角且与水平面成35˚～65˚夹角的冲击力。

② 在翻转角度定位后，拧紧两侧板支撑上的长槽间的螺母，用以承受上述两个方向的冲击力。

三、验证结果

按照本文所述的设计方案研制出的工作台，经实际使用，完全符合测试要求，且方便安装、自动升降翻转、省力安全，在承受静载荷和冲击力时不移动。检测小的被测部件时，可选用两个工作台中的任何一个。当检测大的被测部件时，则可将它跨连固定在两个工作台面上。此时两个工作台联动组合成一个大工作台。每个工作台面尺寸为：1 050 mm（长）×600 mm（宽），升降时高度精度达1.5 mm，翻转时角度精度达0.5°。当联动组成大工作台时，台面尺寸为：3 100 mm（长）×1 050 mm（宽），升降时两工作台面高度差精度为2 mm，翻转时两工作台面角度差精度为0.5°。工作时，升降、翻转平稳，无抖动、冲击现象，承受冲击时表现出很好的刚性。创新的翻转方式、合理的设计，使摆锤冲击设备上的摆锤更能便捷合理又正确地寻找到被测部件上的冲击点。作为摆锤冲击设备的附属设备完全能与之匹配，实现了被测部件安装工作台的自动化，根据试验数据分析验证了该工作台检测数据的可靠性、准确性。

（作者单位：上海机动车检测认证技术研究中心有限公司）

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