中煤科工集團常州研究院有限公司 張亞軍

?

搖臂式落錘沖擊試驗機設計

中煤科工集團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)定的抗沖擊試驗要求的前提下，針對隔爆設備樣機整體比較笨重，難以移動等特點，給出了一套搖臂式落錘沖擊試驗機的設計方案，并對提錘機構、控制流程、監(jiān)控軟件進行了重點闡述，具有一定的實際應用價值和參考意義。

【關鍵詞】引入裝置；抗沖擊試驗；搖臂式；提錘機構；MCGS

0　引言

對隔爆設備進行抗沖擊試驗是GB 3836.1-2010所規(guī)定的主要型式試驗之一［1］。由于各送檢廠家的樣機形狀、大小不一，特別是電纜引入裝置部位沖擊空間較小等特點，如何設計一款能滿足各類樣機抗沖擊試驗需求的試驗機就受到了業(yè)內(nèi)各檢測機構和同仁的廣泛關注，同時又是一個技術組合與應用層面的研究課題。

在充分研究了GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境 第1部分：設備 通用要求》中26.4.2抗沖擊試驗要求和送檢樣機實際檢測需求特點的基礎上，給出了一套搖臂式落錘沖擊試驗機的設計方案。

1　試驗機組成及設計指標

1.1試驗機組成

搖臂式落錘沖擊試驗機結構如圖1所示，由底座、搖臂調(diào)節(jié)機構、自動提錘機構、防二次沖擊機構、監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。自動提錘機構安裝于搖臂上，通過搖臂的上下、旋轉(zhuǎn)運動和自動提錘機構的沿臂徑向運動來實現(xiàn)落錘沖擊點的調(diào)節(jié)。小型樣機可放置在底座上由專用夾具夾緊進行抗沖擊試驗，大型樣機可由吊車放置在底座旁邊靠自重穩(wěn)固進行抗沖擊試驗。

圖1　搖臂式落錘試驗機示意圖

1.2設計指標

依據(jù)GB 3836.1-2010中26.4.2抗沖擊試驗要求和日常試驗中遇到的因錘頭過大而沖擊不到、落錘管過大而樣機（樣塊）進入管內(nèi)等問題，提出以下設計指標：（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）重錘可自動對零，可設定并實時顯示重錘高度。

2　自動提錘機構及控制流程

2.1提錘機構

自動提錘結構設計如圖2所示，主要由吸錘電磁鐵DT1、托板電磁鐵DT2、對零開關SQ1、繩松開關SQ2、吸錘開關SQ3及鋼絲繩等部分組成。吸錘電磁鐵DT1主要完成對重錘的抓吸和釋放，托板電磁鐵DT2則通過托板實現(xiàn)防二次沖擊功能和停止狀態(tài)下對重錘的托舉。對零開關SQ1作為錘體提升高度的零點位置信號，繩松開關SQ2則通過判斷鋼絲繩的松弛而達到判斷吸錘電磁鐵DT1是否下降到位，吸錘開關SQ3判斷吸錘電磁鐵DT1與重錘是否接觸。

圖2　提錘機構示意圖

圖3　試驗機順序功能圖

2.2控制流程

根據(jù)自動提錘結構特點和實際控制需求，編制的自動提錘和釋放順控功能圖（SFC）［2］如圖3所示。開機后進入待機狀態(tài)，當按下啟動按鈕SB1后依次進行是否有錘判斷、吸錘、對零及高度檢測、自動提升等動作，到達設定位置后進入沖擊等待狀態(tài)。按下沖擊按鈕SB2后，依次進行釋放重錘、沖擊、抱錘等動作。

3　監(jiān)控軟件設計

3.1軟件結構和功能

試驗機采用MCGS開發(fā)其監(jiān)控軟件［3］，其組織結構如圖4所示，以實時數(shù)據(jù)庫作為公用區(qū)交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各個部分協(xié)調(diào)動作。設備窗口通過設備構件驅(qū)動外部設備，將采集的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立連接關系，以動畫形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；運行策略通過策略構件，對數(shù)據(jù)進行操作和處理。

圖4　監(jiān)控軟件結構

圖5　監(jiān)控界面

3.2監(jiān)控界面

在MCGS組態(tài)環(huán)境中，通過圖形控件、數(shù)據(jù)變量、運行策略等構建的試驗機監(jiān)控界面如圖5所示，可實時顯示試驗機的運行狀態(tài)和對試驗機進行過程控制。

3.3I/O驅(qū)動配置

試驗機采用三菱FX3U系列PLC完成底層數(shù)據(jù)采集和底層過程控制，并通過工業(yè)總線與監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換。在MCGS組態(tài)環(huán)境設備窗口中，通過配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備，注冊設備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設備用的數(shù)據(jù)變量，即可完成I/O驅(qū)動程序的配置。

4　結語

設計完成的搖臂式落錘沖擊試驗機，在沖擊位置調(diào)節(jié)機構、錘管大小等方面，具有較強的創(chuàng)新性、針對性和實用性，可有效滿足隔爆設備的抗沖擊試驗需求，主要表現(xiàn)在：

（1）沖擊位置調(diào)整方便，可滿足大中型樣機的抗沖擊試驗需求?，F(xiàn)有落錘沖擊設備的沖擊位置基本固定，主要針對小型樣機或樣塊進行試驗［4-5］，無法滿足大中型樣機的試驗需求，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小而進入落錘管內(nèi)無法固定、因保護網(wǎng)而無法沖擊等問題。

參考文獻

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

［2］李金成.三菱FX2NPLC功能指令應用詳解［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)測與控制關鍵技術研究［J］.機電工程，2013，30（7）：774-777.

［4］鄧永紅，龐國棟.JLW-800型屏顯式落錘沖擊試驗機的設計［J］.四川理工學院學報，2012，25（6）：40-43.

［5］黃寶清，王印寶.LC-450型落錘式?jīng)_擊試驗機的設計及應用［J］.橡膠工業(yè)，2000，10（47）：623-625.

作者簡介：

張亞軍（1986—），男，山西晉中人，碩士，助理工程師，主要從事防爆設備的檢測、檢驗工作。

基金項目：中煤科工集團常州研究院有限公司科研項目（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