CN105651506A - 酒矛座测试用的径向力加载装置 - Google Patents

Abstract

一种酒矛座测试用的径向力加载装置，包括：龙门式提升挂架、电磁砝码加载机构和控制驱动器，龙门式提升挂架整体固定在方形法兰固定板上，电磁砝码加载机构铰接在龙门式提升挂架的电动推杆的下端，待测酒矛座位于电磁砝码加载机构的下端，通过电磁砝码加载机构吸附砝码自动调节加载位置，实现自动加载。本发明实现了酒矛座径向机械性能测试的径向力自动加载，弥补人工操作所带来的不足，提高测试工作的精度和效率。

Description

酒矛座测试用的径向力加载装置

技术领域

本发明涉及的是一种生活用品制造领域的技术，具体是一种酒矛座测试用的径向力加载装置。

背景技术

酒矛是扎啤酒桶上使用的出酒阀，通过螺纹与酒桶上的酒矛座结合，实现灌装和出酒的目的。扎啤酒桶一般为圆柱形，桶顶为薄壁穹形结构，酒矛座焊接在穹顶中央，起到密封和固定酒矛的作用。生产过程中需要对焊接好的酒矛座按照一定测试标准进行径向力加载测试，确认其机械性能满足要求。不过啤酒桶顶部有环绕酒矛座的圆圈把手，很难对其直接施加径向静态或动态冲击载荷。目前生产企业采用的标准测量方法是将一根加载横梁旋入到酒矛座中，人工手动挂载固定质量的砝码到横梁的不同位置，通过改变力臂，形成不同的偏转加载力矩，然后通过测量横梁对酒矛座的变形指示来判断是否满足标准要求。这种人工操作的方法劳动强度大，自动化程度不高，测量效率低下，且测量结果重复精度不高。因此发明设计一种能够替代人工操作实现酒矛座径向受力自动加载的装置，简化结构，降低人工搬动砝码的劳动强度，避免人工操作带来的加载力误差、加载位置误差以及由此带来的测量误差等问题，对提高酒矛座径向机械性能的测量精度和测试效率，有着相当积极的作用。

经过对现有技术的检索发现，目前已经有一些砝码自动加载装置，这些装置利用螺旋机构和滑杆，通过电机转动的圈数和转速调整，选择不同数量的砝码实现自动加载。但现有装置均难以满足对砝码和加载横梁的相对位置关系要求能精密测量，且无法实现精确控制砝码对横梁的加载和脱离过程，即加载时要求只有砝码作用到横梁、脱离移动时不允许砝码碰触横梁。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种酒矛座测试用的径向力加载装置，实现了酒矛座径向机械性能测试的径向力自动加载，弥补人工操作所带来的不足，提高测试工作的精度和效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：龙门式提升挂架、电磁砝码加载机构和控制驱动器，龙门式提升挂架整体固定在方形法兰固定板上，电磁砝码加载机构铰接在龙门式提升挂架的电动推杆的下端，待测酒矛座位于电磁砝码加载机构的下端，通过电磁砝码加载机构吸附砝码自动调节加载位置，实现自动加载。

所述的龙门式提升挂架包括：门架和方形法兰固定板构成的挂架以及竖直设置于挂架内的电动推杆、导向光轴和拉杆位移传感器；

所述的电动推杆的一端悬挂在门架中央并穿过方形法兰固定板中心对称线上的定位圆孔，电动推杆的另一端，即伸出轴可以自由伸缩，该伸出轴与电磁砝码加载机构相连。

所述的导向光轴通过法兰式直线轴承设置于方形法兰固定板上，其轴线也通过方形法兰固定板中心对称线并与电动推杆平行，导向光轴的一端与电磁砝码加载机构刚性连接，从而在电动推杆伸出轴伸缩时起到导向固定作用。

所述的拉杆位移传感器固定设置于门架上，其拉杆穿过方形法兰固定板上预留的圆孔并与电磁砝码加载机构相连，从而随电动推杆的伸出轴一起上下同步移动。

所述的电磁砝码加载机构包括：加载头固定座以及设置于加载头固定座上的推杆挂架、杆端关节轴承和电磁加载机构，其中：推杆挂架和杆端关节轴承分别与加载头固定座固定连接，推杆挂架与龙门式提升挂架的电动推杆铰接，杆端关节轴承与位移传感器拉杆铰接。

所述的电磁加载机构包括：活动设置于加载头固定座上的金属探杆、分别设置于加载头固定座两侧的霍尔检测开关以及电磁吸盘，该电磁吸盘通过螺栓固定在加载头固定座底部，并通过霍尔检测开关控制吸盘的通电、断电，用于吸附或释放砝码，实现径向力自动加载。

所述的金属探杆通过直线轴承座以及复位弹簧与加载头固定座相连，其中：直线轴承座穿过加载头固定座上的圆孔并固定在加载头固定座上；金属探杆穿过直线轴承并在复位弹簧的作用下实现对砝码的探测，以判别金属探杆与砝码间的相对位置。当需要释放加载力时，在控制系统驱动下，电动推杆伸出，带动加载头固定座及金属探杆一起下移，金属探杆接触到砝码后，克服探杆复位弹簧的弹性力上行，一旦金属探杆上端触发霍尔检测开关，电磁吸盘即通电吸附砝码，而后电动推杆在控制系统驱动下反向回缩一定的高度，从而使砝码脱离设置于啤酒桶酒矛座上的加载横梁，释放加载力。回缩的高度通过拉杆式位移传感器采集记忆到控制驱动器中。当需要加载时，控制驱动器根据之前拉杆位移传感器的测量结果驱动电动推杆伸出，直到到达预定释放位置后，电磁吸盘断电释放砝码，同时电动推杆回缩，电磁砝码加载机构上移，探杆在复位弹簧作用下复位，直至接近霍尔检测开关脱离金属探杆而动作，电动推杆停止移动，完成加载过程。

所述的加载横梁为一端有外螺纹的圆柱体结构，该加载横梁通过旋入啤酒桶酒矛座与其紧密配合；加载横梁的另一端设有矩形板以增大检测面积，用于方便上方的激光位移传感器检测加载横梁端部的挠度变化。

所述的砝码通过环形挂钩挂在加载横梁上，挂钩上方有铁磁性的水平金属块，可以吸附到电磁吸盘上。

技术效果

与现有技术相比，本发明结构简单新颖，采用龙门式提升挂架和电磁砝码加载机构紧密耦合，又通过位移传感器和金属探杆实现了对加载砝码与加载头固定座相对位置关系的自动判断。同时采用具有精确质量的砝码配合加载横梁，实现了在控制驱动器控制下对加载横梁的定点加载，既简化了结构，降低了人工搬动砝码的劳动强度，也有效的避免了由人工操作带来的加载力误差、加载位置误差以及由此带来的测量误差等问题，对提高酒矛座径向机械性能的测量精度和测试效率，有着相当积极的作用。

附图说明

图1为本发明立体示意图；

图2为龙门式提升挂架机构侧视图；

图3为图2局部示意图；

图4为方形法兰固定板示意图；

图5a为电磁砝码加载机构立体示意图；

图5b为电磁砝码加载机构剖视图；

图6为砝码加载示意图；

图7为控制系统示意图；

图8为实施例应用示意图；

图中：啤酒桶0、龙门式提升挂架1、电磁砝码加载机构2、门架3、方形法兰固定板4、电动推杆5、导向光轴6、法兰式直线轴承7、拉杆位移传感器8、推杆挂架9、圆孔10、加载头固定座11、杆端关节轴承12、电磁吸盘13、金属推杆14、复位弹簧15、直线轴承座16、霍尔检测开关17、开关安装支架18、砝码19、加载横梁20、待测酒矛座21。

具体实施方式

如图1～3以及图8所示，所述的龙门式提升挂架机构包括：门架3、方形法兰固定板4、电动推杆5、导向光轴6、法兰式直线轴承7、拉杆式位移传感器8，其中：电动推杆5的伸出轴通过推杆挂架9与电磁砝码加载机构的加载头固定座铰接，控制器驱动电动推杆5带动电磁砝码加载机构实现竖直方向的移动，其中导向光轴6在电磁砝码机构运动过程中起到导向的作用，使电磁砝码加载机构在竖直方向的移动更加稳定。

所述的拉杆位移传感器8一端固定到门架3上，一端穿过方形法兰固定板4上预留的圆孔10，通过杆端关节轴承固定在电磁砝码加载机构的加载头固定座上，用以测量电磁砝码加载机构竖直方向的位移。

如图4所示，为方形法兰固定板4上法兰式直线轴承7和拉杆式位移传感器预留圆孔10的相对位置俯视图。

如图5a和图5b所示，所述的电磁砝码加载机构包括：加载头固定座11、杆端关节轴承12、电磁吸盘13、金属探杆14、复位弹簧15、直线轴承座16、霍尔检测开关17、开关安装支架18，其中：金属探杆14与直线轴承座16、探杆复位弹簧配15合使用，金属探杆14穿过直线轴承座16并在复位弹簧15的作用下实现对砝码的探测，以判别金属探杆与砝码间的相对位置。

如图6所示，为砝码19和加载横梁20示意图，实际测量时由于酒矛座自身产生的变形是比较小的，采用这种通过横梁加载的方式，通过测量加载衡量的挠度变化可以放大酒矛座的变形量，这样可以增加测量的准确性和容易度。实际工作时，图4电磁砝码加载机构中的电磁吸盘13在通电状态下可以将图5中加载砝码19吸附，然后移动加载砝码19的位置，以此方式来改变酒矛座21所承受的径向力的大小，达到多组测试结果。

当需要释放加载力时，在控制器的驱动下，电动推杆5伸出，带动加载头固定座与金属探杆一起下移，金属探杆14接触到砝码19后，克服探杆复位弹簧15的弹性力上行，上行到金属探杆14上端触发霍尔检测开关17，电磁吸盘13即通电吸附砝码19，然后电动推杆5在控制器驱动下反向回缩一定高度h1从而使砝码19脱离加载横梁20，释放加载力。

假设电磁吸盘通过水平金属块吸附砝码向上运动释放压力，测得回缩高度为h1并存储，当需要再次加载时，控制器控制电动推杆5向下运动h1即可让电磁吸盘断电释放砝码，同时电动推杆5回缩，电磁砝码加载机构上移，金属探杆14在复位弹簧15下复位，直至霍尔检测开关17脱离金属探杆14遮挡而停止，电动推杆5停止移动，完成加载过程。

如图7所示，所述的径向力加载装置中进一步优选设有控制驱动器，该控制驱动器的输入端分别与霍尔检测开关和拉杆位移传感器相连并接收霍尔检测器被金属探杆遮挡与否的信息以及加载头在竖直方向的移动距离(主要是测量加载头在吸附砝码后为了释放压力向上回缩的距离h1，当需要再次加载是，控制器控制电动推杆向下移动h1，再断电释放砝码即可)，输出端分别与电磁吸盘和电动推杆相连，在满足金属探杆向上移动遮住霍尔检测开关条件下时，向其输出使电磁吸盘通电的指令，即可将砝码吸附；然后向上回缩使砝码脱离加载横梁，释放加载力，在回缩过程中，拉杆位移传感器记录回缩高度h1，当需要再次加载时，控制器控制电动推杆向下移动h1，然后断电释放砝码即可再次实现加载。

利用本装置进行自动加载的过程如下:

S1、砝码的放置：将砝码放置到径向加载横梁的某个位置(一般来说从近酒矛座端开始逐渐开始增加载荷力矩)，然后将砝码加载机构初始位置调整到砝码的正上端。

S2、砝码的吸附；控制器通过驱动电动推杆构带动电磁砝码加载机构竖直下降，直至金属探杆触发霍尔检测开关，电磁吸盘通电将砝码吸附。

S3、释放压力：电磁铁将砝码吸附的同时电动推杆反向运动，通过拉杆位移传感器向上移动设定的高度h2，并记录到控制器中，使砝码脱离与径向加载横梁的接触即停止向上移动，此时加载压力得到释放。

S4、加载压力：控制器根据之前拉杆位移传感器的测量结果驱动电动推杆伸出，直到到达预定释放位置后，电磁吸盘断电释放砝码，同时电动推杆回缩，电磁砝码加载机构上移，探杆在复位弹簧作用下复位，直至霍尔检测开关脱离金属探杆遮挡而停止，电动推杆停止移动，完成加载过程。

S5、通过测量得到加载横梁端部挠度变化为W，此挠度变化由两部分组成，一部分是由于加载力的作用，横梁自身产生弯曲形成的，设横梁长度为l，砝码施加的加载力大小为F，距离酒矛座的水平距离为b，加载横梁的刚度为E，则这部分挠度的大小为另一部分是由于酒矛座受力变形引起的，其值W”＝W-W’，然后根据W”的值即可评估酒矛座的变形情况。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征在于，包括：龙门式提升挂架、电磁砝码加载机构和控制驱动器，龙门式提升挂架整体固定在方形法兰固定板上，电磁砝码加载机构铰接在龙门式提升挂架的电动推杆的下端，待测酒矛座位于电磁砝码加载机构的下端，通过电磁砝码加载机构吸附砝码自动调节加载位置，实现自动加载。

2.根据权利要求1所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的龙门式提升挂架包括：门架和方形法兰固定板构成的挂架以及竖直设置于挂架内的电动推杆、导向光轴和拉杆位移传感器。

3.根据权利要求2所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的电动推杆的一端悬挂在门架中央并穿过方形法兰固定板中心对称线上的定位圆孔，电动推杆的另一端，即伸出轴可以自由伸缩，该伸出轴与电磁砝码加载机构相连。

4.根据权利要求2所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的导向光轴通过法兰式直线轴承设置于方形法兰固定板上，其轴线也通过方形法兰固定板中心对称线并与电动推杆平行，导向光轴的一端与电磁砝码加载机构刚性连接，从而在电动推杆伸出轴伸缩时起到导向固定作用。

5.根据权利要求2所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的拉杆位移传感器固定设置于门架上，其拉杆穿过方形法兰固定板上预留的圆孔并与电磁砝码加载机构相连，从而随电动推杆的伸出轴一起上下同步移动。

6.根据权利要求1所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的电磁砝码加载机构包括：加载头固定座以及设置于加载头固定座上的推杆挂架、杆端关节轴承和电磁加载机构，其中：推杆挂架和杆端关节轴承分别与加载头固定座固定连接，推杆挂架与龙门式提升挂架的电动推杆铰接，杆端关节轴承与位移传感器拉杆铰接。

7.根据权利要求6所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的电磁加载机构包括：活动设置于加载头固定座上的金属探杆、分别设置于加载头固定座两侧的霍尔检测开关以及电磁吸盘，该电磁吸盘通过螺栓固定在加载头固定座底部，并通过霍尔检测开关控制吸盘的通电、断电，用于吸附或释放砝码，实现径向力自动加载。

8.根据权利要求6所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的金属探杆通过直线轴承座以及复位弹簧与加载头固定座相连，其中：直线轴承座穿过加载头固定座上的圆孔并固定在加载头固定座上；金属探杆穿过直线轴承并在复位弹簧的作用下实现对砝码的探测，以判别金属探杆与砝码间的相对位置。

9.根据权利要求1所述的酒矛座测试用的径向力加载装置，其特征是，所述的径向力加载装置中设有控制驱动器，该控制驱动器的输入端分别与霍尔检测开关和拉杆位移传感器相连并接收霍尔检测器被金属探杆遮挡与否的信息以及加载头在竖直方向的移动距离，输出端分别与电磁吸盘和电动推杆相连，在满足金属探杆向上移动遮住霍尔检测开关条件下时，向其输出使电磁吸盘通电的指令，即可将砝码吸附；然后向上回缩使砝码脱离加载横梁，释放加载力，在回缩过程中，拉杆位移传感器记录回缩高度h1，当需要再次加载时，控制器控制电动推杆向下移动h1，然后断电释放砝码即可再次实现加载。

10.一种根据上述任一权利要求所述装置的径向力加载方法，其特征在于，包括：

S1、砝码的放置：将砝码放置到径向加载横梁上，然后将砝码加载机构初始位置调整到砝码的正上端；

S2、砝码的吸附；控制器通过驱动电动推杆构带动电磁砝码加载机构竖直下降，直至金属探杆触发霍尔检测开关，电磁吸盘通电将砝码吸附；

S3、释放压力：电磁铁将砝码吸附的同时电动推杆反向运动，通过拉杆位移传感器向上移动设定的高度h2，并记录到控制器中，使砝码脱离与径向加载横梁的接触即停止向上移动，此时加载压力得到释放；

S4、加载压力：控制器根据之前拉杆位移传感器的测量结果驱动电动推杆伸出，直到到达预定释放位置后，电磁吸盘断电释放砝码，同时电动推杆回缩，电磁砝码加载机构上移，探杆在复位弹簧作用下复位，直至霍尔检测开关脱离金属探杆遮挡而停止，电动推杆停止移动，完成加载过程；

S5、通过测量得到加载横梁端部挠度变化为W，此挠度变化由两部分组成，一部分是由于加载力的作用，横梁自身产生弯曲形成的，另一部分是由于酒矛座受力变形引起的，其值其中：横梁长度为l，砝码施加的加载力大小为F，距离酒矛座的水平距离为b，加载横梁的刚度为E，根据W”的值即可评估酒矛座的变形情况。