JLW-800型屏显式落锤冲击试验机的设计

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产品质量如何，不但要设计合理结构 、制定正确加工工艺、处理规范等方面，而且合理的选择材料也是不容忽视的，要到达物尽其用，就必须知道各种材料金属 、非金属、各种新型的高温合金、高分子化合物及复合材料的性能；研究新型材料、新工艺，也需测定材料的机械性能；对新型机器或受力部件，必须考虑所用的材料及结构设计、工艺选择是否合理等，都需要试验机来测量相关参数。总之，试验机对合理利用地原材料、降低生产消耗、节约成本、对保障安全生产起着不可替代作用，同国家经济建设、国防建设、科学研究及人民生活都有密切关系，并随着他们的发展，试验机也必将得到发展。

落锤式冲击试验机适用于对各类金属、非金属材料及各种零部件进行落体冲击试验。本文从落锤 自动提升释放机构 、防二次冲击系统、同步带传动系统、自动送样、组合冲击锤等方面进行了详细设计。

1 试验内容和技术参数1.1 试验内容JLW-800型落锤 冲击试验机适用于对各类金属 、非金属材料及各种零部件进行落体冲击试验 ，通过更换 附具，也可用于对多种零部件进行扭转 冲击试验1.2 试验机的主要技术参数(1)最大冲击高度：I>500 mm。

(2)冲击锤质量：10 X 80 Kg(最大可组合至 800 Kg进行冲击试验)。

(6)显示方式：计算机屏幕显示冲击高度、冲击锤质量、试样吸收能量等，计算机打印试验报告。

(7)试验机主机外形尺寸(约)：1300 mm x 800 mmx2500 mm(长 ×宽 ×高)。

2 试验机的组成JLW-800型屏显式落锤冲击试验机系统由机械结构系统和电测系统两大部分组成。该试验机全系统主要由主机、电气控制柜、手持式操作按扭盒、加速度传感器及加速度计、计算机数据采集及处理系统等部分组成 。

2.1 试验机主机试验机主机包括龙门式承力框架、导向机构、锤体升降机构、自动夹紧和释放机构 、防二次冲击机构、安全防护机构、组合冲击锤等部分 ，其结构如图 1所示。

主机主体承受试验机的全部冲击负荷，为龙门式框架收稿日期：2012-1 1-01作者简介：邓永红(1989-)，男，四川资阳人，硕士生，主要从事机械设计、计算与制图方面的研究，(E-maiI)67O232335###qq.COB第25卷第6期 邓永红等：JLW-800型屏显式落锤冲击试验机的设计 416l5- - 14- - 131.电机 ；2.同步传动带；3.滚珠丝杠；4.导向立柱；5.提锤横梁；6.导向；7.电磁铁；8.捕捉套 ；9.捕捉架；10.底座；11.气缸 ；12.地基板；13.砧座；14.试样；15.锤头16.锤架；17.砝码；18.锤体；19.气缸；20.龙门框架图1 JLW-800型屏显式落锤冲击试验机结构图结构，由底板、焊接式立柱、横梁等部分组成。底板为整体铸造后精加工而成，其上加工 T型槽；立柱为焊接式槽型结构；横梁为整体钢板加工而成。整体结构稳定、重心低，能充分满足进行大质量的落锤冲击试验要求。

导向机构采用双立柱、导向套结构导向。导向立柱与龙门框架的连接采用预拉应力结构，导向立柱承受拉应力，无弯曲变形，导向性好；下落锤体通过导向套沿导向立柱自由下落，导 向套为铜质材料，与导向立柱的配合为大间隙、大轴径比结构，该结构具有导向性好、摩擦力小的特点，充分保证冲击锤体的自由落体运动。

锤体升降机构采用电动控制减速电机，通过同步传动带带动丝杠转动从而带动提锤横梁升降。减速电机具有断电自锁功能，保证锤体升降安全可靠 ，其通过限位开关限制最大提升高度，并配置光电编码器测量锤体位移(冲击高度)。

自动夹紧和释放机构如图2所示。冲击锤体与升降机构的连接与脱开(释放锤体)采用卡板式结构〃板进入，将冲击锤体与升降机构连接在-起，用于提升冲击锤至需要的冲击高度；卡板退出，将冲击锤体与升降机构脱开(释放锤体)进行 自由落体的冲击试验〃板的进入和退出通过气动控制方式实现，气缸及电磁阀等关键气动元器件选用进口产品。

1 2 3 4 5- ll61.气缸；2.气缸支架；3.提锤横梁；4.锤柄5.安全销；6.卡板；7.挡板图2 自动夹紧和释放机构示意图在 目前的落锤冲击试验机上，主要是以电磁或者气动方式捕捉落锤。其中，电磁捕捉落锤原理是以电磁铁作为捕捉机构动力源，锤体下落经过滑板后，电磁铁带动滑板移位把反弹后的锤体挡祝其主要缺陷是这种方式不是严格的避免了二次冲击，虽然二次冲击很小但依然存在，而且，捕捉落锤的时机难以把握，存在滑板碰撞锤体的现象。气动捕锤以气缸作为捕捉机构动力源 ，原理和电磁捕锤相似。除了捕锤时机难以把握，由于气缸的速度的限制，还需要设计增速机构，-般结构比较复杂。这种结构也需要配备电磁或者气缸的动力源 。

本文防二次冲击机构采用：在锤架和试样底座之间的导向立柱上设有圆锥自锁组合体 ，圆锥 自锁组合体至少由导向套、捕捉套和捕捉架组成，导向套固定在锤架并套置在导向立柱上，且导向套外侧面与捕捉套内侧面进行圆锥面配合 ，可以方便的对捕捉套进行更换 ，捕捉架固定在试样底座上，且所述捕捉套外侧面与捕捉架内侧面进行圆锥面配合；在试样底座下侧设有将上捕捉套 自下捕捉架顶起而分离的顶起装置；还包括-电磁铁，电磁铁用于固定在锤架上用于直接吸合与释放捕捉套。整个捕捉状态如图3所示。

本文直接将捕捉机构设计为锥形的捕捉套与锥形的捕捉架，利用捕捉套的自身重量以及落锤与捕捉套下落时间差，进行自动捕捉落锤。因此，它不需要外加动力源，也不需要设置捕捉落锤的控制信号，克服了捕捉落锤时机难以掌握的难题，彻底解决了对试样的二次冲击，提高了落锤式冲击试验设备的试验精度，大大降低了制造试验机的成本。同时，在导向立柱底部装有顶出装置，这就可以解决落锤被捕捉后，卡在捕捉架里面难以分离的问题，此时，起动气缸即可将导向套和捕捉套顶出捕捉架进行下-次- - 埝- "-第25卷第6期 邓永红等：JLW-800型屏显式落锤冲击试验机的设计 43接在提锤横梁上，从而带动提锤横梁上下运动，横梁进而携带落锤上升 。根据已设定的脉冲步距和丝杠螺距，由光电编码器测出转动脉冲数，即可将锤提升至设定高度。释放落锤，锤体 自由下落冲击试样。当冲击头冲击试样后，与整个锤体联接部分-起反弹，然后捕捉套进入捕捉架直到把导向套卡住，最后锤体落在捕捉架上。

自动捕捉落锤过程如下：落锤提升时，启动电磁铁 ，带动捕捉套同时上升，释放落锤的同时断开电磁铁，待冲击试样时，锤头先碰撞试样后反弹，锤体反弹速度必然小于，此时捕捉套与导向套分离，捕捉套继续下落，然后捕捉套下端开始进入捕捉架 内，捕锤动作开始，直至锥形捕捉套卡紧于导向套和导向立柱，最后整个锤体卡在捕捉架上。当继续进行试验时，锤体已被捕捉套卡紧，此时，启动底部气缸，即可推动导向套与捕捉套，进而提升至下-次试验所需高度。

4 结 论 本文设计的JLW -800型屏显式落锤冲击试验机，在落锤捕捉方面，与现有技术相比，具有实质性的特点和进步 ，使设备在关键技术上有了新的突破，具有较强的实施应用效果。主要表现在 ：(1)结构简单，具备实时数据采集功能，可以同时采集和分析冲击速度、接触压力、应变及位移等。

(2)设计的捕捉机构不需要外加动力源，也不需要设置捕捉落锤的控制信号。它克服了捕捉落锤时机难以掌握的难题 ，彻底解决了对试样的二次冲击，提高了落锤式冲击试验设备的试验精度，大大降低了制造试验机的成本。

(3)实际使用证明，该试验机性能稳定可靠、操作方便，完全达到设计要求。