CN104483212A - 一种瓦楞纸箱戳穿试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于测试固体材料的强度特性的仪器领域，尤其涉及一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，克服了传统试验仪检测精度低、稳定性差、自动化程度低和安全防护等缺点，结构包括基座，在基座上设置角锥和用于角锥滑行的导轨，所述导轨左端设置向角锥提供动能的加速机构，所述导轨右端间隔设置两个测速装置，所述两个测速装置之间设置固定试验样品的固定夹。本发明具有良好的精度和稳定性，能够完成对瓦楞纸箱戳穿性能的精确测试，操作界面更加人性化，而且加强了对检测人员的保护，提高了检测过程的安全性。

Description

一种瓦楞纸箱戳穿试验仪

技术领域

本发明属于测试固体材料的强度特性的仪器领域，尤其涉及一种瓦楞纸箱戳穿试验仪。

背景技术

瓦楞纸板的戳穿强度是指以特定形状的角锥戳穿头穿过纸板所需的功，属于动态强度，是影响瓦楞纸板受到碰撞、挤压而发生破损的重要性能指标。目前针对进出口瓦楞纸箱包装戳穿性能检测，主要依据现行中国国家标准GB/T 2679.7-2005《纸板戳穿强度的测定》和我国检验检疫行业标准SN/T 0262-1993《出口商品运输包装瓦楞纸箱检验规程》执行。戳穿试验时，角锥戳穿头穿透纸板试样的过程由三个连续动作组成，即：刺穿、撕裂和弯折。戳穿强度测试数据低于标准值，即判定此项目不合格，则此批抽样产品质量即判定为不合格。采用的纸板戳穿强度测试仪一般由摆系试样夹持装置、指针刻度盘、角锥体（戳穿头）、操作系统等部分组成，根据其功能原理，即在一个特殊形状的摆体上安装一个按标准几何体设计生产的三角棱形角锥，借助摆体的能量使三角锥体穿透试样时所需的能量。自上世纪90年代至今，传统瓦楞纸箱戳穿强度测试仪已沿用多年，在检测过程中存在检测精度低、稳定性差、人为因素影响大、自动化程度低、安全防护不足等缺点，目前在国内外相关文献中尚未见任何关于瓦楞纸箱新型戳穿检测仪的研发报道。因此，利用现代控制和侦测技术，通过对传统纸板戳穿强度测试仪进行重新设计、改进，以提高检测的精度和稳定性，实现检测结果的客观化，避免了人工读数的误差，同时也增强了对人员操作的安全防护，是对现有瓦楞纸箱戳穿检测设备研发的有益探索，有利于检测机构提供更为稳定、准确、可靠的检测数据，不断促进我国瓦楞纸箱行业整体质量提升。

发明内容

为克服传统瓦楞纸箱戳穿检测设备存在的检测精度低、稳定性差、自动化程度低和安全防护等方面不足，本发明旨在提供一种检测精度高、操作简单、自动化程度高、安全防护的瓦楞纸箱戳穿仪。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，包括基座，在基座上设置角锥和用于角锥滑行的导轨，所述导轨左端设置向角锥提供动能的加速机构，所述导轨右端间隔设置两个测速装置，所述两个测速装置之间设置固定试验样品的固定夹。固定夹与导轨垂直设置，确保角锥运动方向与实验样品垂直。实验时，操作员可以根据测速装置测出的角锥穿过样品前后的速度，已知角锥质量，可计算得出穿过样品所需要的功，进一步得出样品的戳穿强度。

进一步的，所述角锥包括锥头、垂直机械固定块和水平连接块，所述锥头背部与水平连接块为固定连接，所述水平连接块底部与垂直机械固定块为固定连接，所述垂直机械固定块与导轨为滑动连接。锥头和水平连接块可以采用螺纹连接方式固定，便于更换磨损的锥头。

进一步的，所述垂直机械固定块底部设有凸台限位件，所述基座上设有与凸台限位件卡位连接配合的机械限位销。

进一步的，所述测速装置由2个位移传感器构成，所述2个位移传感器之间间隔设置。

进一步的，加速机构包括两个反向旋转的摩擦轮和旋转电机，所述旋转电机通过齿轮与摩擦轮转动连接，所述摩擦轮套设橡胶套，所述摩擦轮与水平连接块为夹接连接。旋转电机高速旋转带动摩擦轮旋转再带动角锥运动。

进一步的，所述两个摩擦轮底部设有同步运动反馈器，所述同步运动反馈器包括编码器、脉冲计数器、制动器和报警器。摩擦轮旋转时带动编码器输出脉冲，脉冲计数器计量单位时间内脉冲数量，系统MCU比较两个摩擦轮在单位时间内的脉冲数量是否一致，如果偏差超过允许范围即关闭电机，同时启动制动器并发出声光报警。

进一步的，所述旋转电机为高速直流无刷电机设置。直流无刷电机轴向旋转带动摩擦轮实现转速最高达3000rpm、扭矩50N的高速运动，可以给角锥提供最高60J的初始动能。

进一步的，所述加速机构和测速装置通过信号线连接控制终端，所述控制终端包括用于控制加速机构能量的控制器、用于接受测速装置信号的采集器、分析信号的处理器。实验过程中，控制终端中的控制器中设有控制电路，可以调控电机的转速，同时采集器可以自动采集测速装置的信号，信号输送到处理器中进行数据转化和分析得出角锥速度和戳穿能量，进一步得出纸板戳穿强度，操作员可以从显示屏中直观地看出实验数据。

进一步的，所述基座上设置顶罩，所述顶罩上设置透盖板，所述盖板上设置拉手，所述导轨一端部设置防护板。防护板与导轨垂直设置，可以使角锥能量损失最大化。

本发明的原理是：角锥在两个高速反向旋转的摩擦轮挤压下加速，沿导轨导向迅速射向待测纸箱，在角锥运动方向上，待测纸箱的两端，分别安装2对位移传感器，将自动侦测角锥的速度，从而获得角锥戳穿纸箱前、后角锥的速度，并通过处理器实现数字化显示，由此可检测出瓦楞纸箱戳穿强度值。摩擦轮的转速由旋转电机控制，旋转电机转速通过控制器控制，摩擦轮与角锥接触后将旋转运动变换成直线运动，角锥初始速度与摩擦轮的线速度相等，角锥在导轨的导向下迅速向待测纸板射出。通过测量纸板同侧2个传感器的信号时间差，测量出角锥运动速度,由于角锥质量是固定的，从而处理器可计算出角锥的瞬时能量值。

本发明的有益效果如下：

1.加速机构和导轨配合，可以实现角锥高速直线运动，将传统的势能转化为动能的过程变成直接动能的碰撞形式，减少了能量损耗；

2.同步运动反馈器的设置，主要侦测2个摩擦轮运动速度的一致性，用于保障角锥初始射出方向与目标保持垂直，减少滑轨两侧阻力差异带来的动能损失；

3.每组位移传感器不断侦测角锥的实时位移变化，确保了角锥速度测量的精确性；

4.导轨的设置，引导角锥作直线运动，确保角锥锥头轴向与纸板平面始终呈垂直角度，保证戳穿效果；

5.凸台限位件和限位销的设置，实现限位件和限位销的限位卡死，避免角锥速度过快滑出导轨，造成不必要的损失；

6．位移传感器和加速机构与控制终端配合连接，实现了数据记录、角锥速度控制等的自动化，整个测量过程减少了人为因素的干扰，检测结果也更为准确；

7.导轨末端安装防护板，吸收角锥剩余能量，保证操作人员的安全。

综上所述，本发明采用了新型能量传递机构和末端能量侦测装置，实现对瓦楞纸箱戳穿强度测试的自动化控制和数字化测量，同时具有自动校对功能和双重安全保护装置，克服了传统瓦楞纸箱戳穿仪必须人工手动操作、结果稳定性差、易受人为因素影响、安全防护不足等缺陷；整个实验过程安全可控，操作界面更加人性化，减少了人为干扰和机械损耗，能够更加准确客观地获取实验数据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明平面结构示意图；

图3为角锥结构示意图；

图4为加速机构结构示意图；

图5本发明局部结构示意图；

其中：1.顶罩；2.固定夹拉手；3.固定夹；4.位移传感器；5.拉手；6.盖板；7.角锥；71.水平连接块；72.锥头；73.垂直机械固定块；8.凸台限位件；9.摩擦轮；10.角锥运行管；11.齿轮；12.旋转电机；13.同步运动反馈器；14.导轨；15.门板；16.基座；17.防护板；18.限位销；19.控制终端；20.滑块。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明作进一步阐述。

实施例1，如图1和2所示，一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，结构包括基座16、控制终端19、角锥7、向角锥提供动能的加速机构和用于角锥滑行的导轨14。基座16上设置顶罩1，在顶罩1上设置透盖板6，该盖板6和顶罩1为铰接连接，在盖板6上设置拉手5，便于操作者翻开盖板6进行维修和操作。顶罩1正面安装夹丝玻璃观察窗。顶罩1将整个基座16完全封闭，这样既能有效防止角锥脱轨伤人，又能观察顶罩1内的实验状况。导轨14上方设置角锥运行管道10，用于罩住角锥7，确保角锥7运行环境不受风力的外界因素影响，同时避免角锥脱离导轨14。导轨14表面设置滑块20，滑块20与导轨14为滑动连接，在导轨14右侧固定连接2个测速装置，一前一后间隔设置。每个测速装置由2个位移传感器4构成，两个位移传感器4之间设置一定距离。位移传感器4在间距1.0cm的定值长度内实现1000 Hz的连续扫描，不断侦测角锥7的实时位移变化，确保了角锥实时能量测量的精确性。在2组位移传感器4中间设置固定试验样品的固定夹3，固定夹3上设置固定夹拉手2。如图3所示，角锥7由锥头72、垂直机械固定块73和水平连接块71构成，锥头72的背部与水平连接块71利用螺丝固定，水平连接块71底部与垂直机械固定块73焊接固定。垂直机械固定块73与滑块20螺纹连接，使得整个角锥7可沿着导轨滑行，同时也可以拆卸。如图4所示，加速机构由两个反向旋转的摩擦轮9、旋转电机12和同步运动反馈器13构成，摩擦轮9外套设有橡胶套。橡胶套的设置，增大了摩擦轮与水平连接块71侧面粗糙纹理的摩擦力，确保不会发生打滑现象。如图3所示，旋转电机12与齿轮11一起组成同步机构，驱动两个摩擦轮9反向转动，保证其速度同步。角锥7尾部的水平连接块71为杆状，放置于两个摩擦轮9之间，两个摩擦轮9之间的间隔略小于水平连接块71的直径，使得水平连接块71可以夹在两个摩擦轮9之间，在水平连接块71与摩擦轮9壁之间产生一定的压力。两个摩擦轮9底部设有同步运动反馈器13，可采用霍尔效应磁敏式传感器，包括编码器、脉冲计数器、制动器和报警器。同步运动反馈器能侦测2个摩擦轮的速度是否一致，如摩擦轮发生错位，设备自动停止运转，并发出声光报警。加速机构和位移传感器4通过信号线连接控制终端19，该控制终端19包括用于控制加速机构能量的控制器、用于接受传感信号的采集器、分析信号的处理器和显示屏。控制器可以通过改变加速机构中的电机的电压，来调节电机转速，从而得到不同的角锥初始速度。位移传感器4的输出输入电压与采集器连接，采集器收集位移传感器4的信号并输入到处理器中分析。显示屏与处理器电连接，可直观看到处理器的数字化结果。

上述中的旋转电机可以选用瑞典沃马德高速直流无刷电机，最高转速可达2000～3000 rpm，最大扭矩50～80N，能完全满足检测标准要求。控制终端中的处理器，可采用华北工控股份有限公司生产的型号为MITX-6936的工业触控电脑，采集器采用电压信号采集模块。位移传感器采用光电位移传感器，由日本神视SUNX公司设计生产，该感应器用面检测方式，反应速度可达80μs，有效保证检测准确性。导轨可采用防尘不锈钢润滑导轨，该种导轨摩擦系数低，静态安全系数高。同步运动反馈器可采用霍尔效应磁敏式传感器。

实施例2，如图5所示，该实施例是建立在实施例1的基础上，在垂直机械固定块73底部设置凸台限位件8，同时在基座16上设有与凸台限位件8卡位连接配合的机械限位销18。导轨14一端部设置防护板17。防护板17、定位销18以及角锥运行管道10三者配合，确保了角锥7脱离导轨伤人，实验操作更加安全。

    实验时，将待测瓦楞纸板夹持在固定夹中，再手动将角锥的水平连接块尾部滑入两个摩擦轮中，锥头朝向待测瓦楞纸板，启动控制终端，输入实验条件数据，旋转电机启动，实验开始，控制终端将自动分析和记录实验数据，获取测试结果。

Claims (9)

1.一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，包括基座（16），其特征在于，在基座（16）上设置角锥（7）和用于角锥滑行的导轨（14），所述导轨（14）左端设置向角锥提供动能的加速机构，所述导轨（14）右端间隔设置两个测速装置，所述两个测速装置之间设置固定试验样品的固定夹（3）。

2.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于，所述角锥（7）包括锥头（72）、垂直机械固定块（73）和水平连接块（71），所述锥头（72）背部与水平连接块（71）为固定连接，所述水平连接块（71）底部与垂直机械固定块（73）为固定连接，所述垂直机械固定块（73）与导轨（14）为滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于，所述垂直机械固定块（73）底部设有凸台限位件（8），所述基座（16）上设有与凸台限位件（8）卡位连接配合的机械限位销（18）。

4.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于，所述测速装置由2个位移传感器（4）构成，所述2个位移传感器（4）间隔设置。

5.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于，加速机构包括两个反向旋转的摩擦轮（9）和旋转电机（12），所述旋转电机（12）通过齿轮（11）与摩擦轮（9）转动连接，所述摩擦轮（9）套设橡胶套，所述摩擦轮（9）与水平连接块（71）为夹接连接。

6.根据权利要求5所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于，所述两个摩擦轮（9）底部设有同步运动反馈器（13），所述同步运动反馈器（13）包括编码器、脉冲计数器、制动器和报警器。

7.根据权利要求5所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于，所述旋转电机（12）为高速直流无刷电机设置。

8.根据权利要求4所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于，所述加速机构和位移传感器（4）通过信号线连接控制终端（19），所述控制终端（19）包括用于控制加速机构能量的控制器、用于接受传感信号的采集器、分析信号的处理器。

9.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸箱戳穿试验仪，其特征在于所述基座（16）上设置顶罩（1），所述顶罩（1）上设置透盖板（6），所述盖板（6）上设置拉手（5），所述导轨（14）一端部设置防护板（17）。