CN105784234A - 一种电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置 - Google Patents

Abstract

一种电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，包括机架、夹持固定机构、中心定位机构和数据采集及处理模块，夹持固定机构包括夹持固定板、导杆、滚珠丝杠和夹持型槽，夹持固定板通过螺栓固定在机架上，导杆、滚珠丝杠与夹持固定板滑动连接，夹持型槽固定于滚珠丝杠顶端；中心定位机构包括定位固定板、轴向挡块和定位卡盘，定位固定板固定于机架上，轴向挡块装配于定位固定板的台阶孔几何中心的台阶面上，定位卡盘固定装配于定位固定板上；数据采集及处理模块包括磁棒、螺旋线圈、防护盒和信号编译模组。本发明直接测量电驱气锤的冲击活塞的位移、速度和加速度随时间变化关系，并直接输出电驱气锤的冲击功和冲击频率，实现对电驱气锤性能的可靠标定。

Description

一种电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置

技术领域

本发明涉及电驱气锤测量领域，具体涉及一种电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置。

背景技术

随着社会发展和工业技术进步，在许多劳动强度大、工作条件恶劣的生产领域，如建筑、土木桥梁、采矿、混凝土施工等行业，许多采用传统手动作业的领域开始更多采用机械化施工以提高生产效率，减小工人劳动强度。电驱气锤作为钻孔机具之一，具有功率大、效率高、携带便捷且工作使用场合广等特点，广泛应用于管道敷设、机械安装、给排水设施建设、室内装修、港口设施建设和其他建设工程施工，并适用于镐钎或其他适当的附件，如凿子、铲等对混凝土、砖石结构、沥青路面进行破碎、凿平、挖掘、开槽、切削等作业。

电驱气锤是由曲轴传动机构驱动压气活塞在一个气缸内往复压缩空气，气缸内空气压力周期变化从而带动气缸中的电驱气锤往复打击冲击杆，冲击能量经由钻头输入工作介质，如岩石、混凝土等，特殊设计的钻头切削结构可有效完成钻孔、开槽、破碎或凿平等工作。

冲击功和冲击频率是电驱气锤的两个最主要的性能参数，是衡量产品性能优劣的关键指标，可用来评估机器对工作介质的破坏能力和凿进能力。冲击功和冲击频率的准确测量对气锤冲击机构参数的合理设计、整机性能评估和出厂参数标注提供不可缺少的分析依据和评价标准。而现有技术中并没有专门针对电驱气锤进行冲击功和冲击频率测量的设备，因此能够准确测量电驱气锤冲击功和冲击频率的测量设备具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有电驱气锤存在的上述不足，提供一种电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，直接测量电驱气锤在整个工作周期内活塞的位移、速度和加速度随时间的变化关系，并输出电驱气锤的冲击功和冲击频率，实现对电驱气锤性能可靠标定。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，包括机架、夹持固定机构、中心定位机构和数据采集及处理模块四大部分，所述机架上预留有地脚螺栓的装配孔；

所述夹持固定机构包括夹持固定板、导杆、滚珠丝杠和夹持型槽，夹持固定板通过螺栓或焊接固定于机架上，导杆设置有若干个，各个导杆、滚珠丝杠与夹持固定板滑动连接，夹持型槽固定于滚珠丝杠顶端，滚珠丝杠末端设置有手柄；

所述中心定位机构包括定位固定板、轴向挡块和定位卡盘，定位固定板通过螺栓或焊接固定于机架上，定位固定板几何中心设置一个台阶孔，轴向挡块装配于台阶孔的台阶面上，轴向挡块外圆周面与台阶孔内圆周面过渡配合；定位卡盘固定装配于定位固定板上，定位卡盘和轴向挡块居于定位固定板的同一侧面；

所述数据采集及处理模块包括磁棒、螺旋线圈、防护盒和信号编译模组，其中磁棒通过螺纹装配与电驱气锤的冲击活塞固定连接，并穿过中空的冲击杆，顶端伸出一定长度，磁棒顶端伸出的长度部分高出中心定位机构的定位固定板前端面，螺旋线圈通过螺栓固定于中心定位机构的定位固定板前端面上，磁棒伸出的长度部分伸入螺旋线圈内做切割磁力线运动，防护盒设置于螺旋线圈外侧；磁棒随着冲击活塞在螺旋线圈内往复运动，根据电磁感应原理，螺旋线圈内产生感应电动势，信号编译模组主要用于采集螺旋线圈中的感应电动势信号，按照信号处理规则将感应电动势这种物理信号转变为计算机程序所识别的数字信号，进而在计算机上进行数据加工处理和测试结果显示。

按上述方案，所述螺旋线圈中的感应电动势的变化与磁棒的运动速度有关，感应电动势计算公式为：

e＝L·B·v

其中，L为螺旋线圈导线长度；v为磁棒的运动速度；B为磁棒的磁场强度。

按上述方案，所述机架采用金属型材加工，通过螺栓或者焊接连接为一体。

按上述方案，所述导杆设置有四个，四个导杆和滚珠丝杠与夹持固定板滑动连接，四根导杆对夹持型槽的轴向位移导向。

按上述方案，通过旋转手柄调整滚珠丝杠的进给运动，在导杆的轴向导向作用下，夹紧型槽运动至电驱气锤的把手后端面并施加一定的推力，电驱气锤的机身向前移动，最终电驱气锤的冲击杆的前端面顶住中心定位机构中的轴向挡块，整个电驱气锤机身在轴向被固定于夹持型槽和轴向挡块之间，完成轴向定位。

按上述方案，根据电驱气锤外壳机身上装配副把手位置的圆形结构的半径尺寸调整定位卡盘上的螺丝，定位卡盘用于对电驱气锤机身进行轴向定位调整并卡紧，保证磁棒的往复运动轴线与定位固定板台阶孔轴向的同轴度。

按上述方案，根据电驱气锤把手结构不同(考虑到夹持可靠或夹持便利性)，通过夹持型槽顶住把手机壳或者电驱气锤机身壳体。

本发明的工作原理：机架用于评估电驱气锤在水平打孔或竖直打孔工作时的电驱气锤重力加速度影响，工作时机架通过地脚螺栓或其它方式竖向或横向固定于地面，防止测量过程中过大的冲击振动导致测量装置发生位置移动；中心定位机构通过螺栓或焊接固定于机架上，其主要作用是对电驱气锤机身进行轴向中心定位，保证与电驱气锤冲击活塞连接的磁棒的直线水平往复运动，从而确保测量数据准确，同时轴向挡块限制冲击杆的轴向位移，使电驱气锤能够进行连续冲击，从而获得一定时间段内的连续冲击下的多组冲击功和冲击频率数据；夹持固定机构通过螺栓或焊接固定于机架上，夹持固定机构通过导杆和滚珠丝杠与夹持固定板滑动连接，调整滚珠丝杠的进给运动，夹持型槽推动电驱气锤机身壳体或把手壳体前移，保证冲击杆前端面顶住轴向挡块，从而使整个电驱气锤机身处于轴向夹紧状态；数据采集及处理模块通过磁棒伸出的长度部分伸入螺旋线圈内做切割磁力线运动，信号编译模组采集产生的感应电动势信号，并对感应电动势信号输入计算机系统进行处理和编译后，最终输出电驱气锤的冲击功和冲击频率。

本发明的有益效果：通过夹持固定机构的轴向夹紧和中心定位机构的轴向同轴度定位，磁棒固定连接于电驱气锤的冲击活塞，能够直接测量电驱气锤在整个工作周期内活塞的位移、速度和加速度随时间的变化关系，并且可直接输出电驱气锤的冲击功和冲击频率，这些详细且直观的测量数据有利于设计者了解冲击机理而利于产品设计优化，并提供了一种可靠有效的电驱气锤性能标定方法。

附图说明

图1为本发明电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置的结构示意图；

图2为本发明机架的结构示意图；

图3为本发明夹持固定机构的结构示意图；

图4为图3中夹持型槽的结构示意图；

图5为图3中滚珠丝杠的结构示意图；

图6为本发明中心定位机构的结构示意图；

图7为本发明数据采集及处理模块的结构示意图；

图8为本发明电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置与电驱气锤装配后的整机布置图；

图9为本发明电驱气锤的轴向定位结构图；

图中，1-机架；2-防护盒；3-定位固定板；4-轴向挡块；5-定位卡盘；6-夹持型槽；7-夹持固定板；8-导杆；9-滚珠丝杠；10-信号编译模组；11-螺旋线圈；12-磁棒。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明技术方案进行详细的描述。

参照图1所示，本发明所述的电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，包括机架1、夹持固定机构、中心定位机构和数据采集及处理模块四大部分，机架1采用金属型材加工，通过螺栓或者焊接连接为一体，机架1上预留有地脚螺栓的装配孔，以利于机架1通过地脚螺栓固定于水平地面，如图2所示；

如图3～图5所示，夹持固定机构包括夹持固定板7、导杆8、滚珠丝杠9和夹持型槽6，夹持固定板7通过螺栓固定在机架1上，导杆8设置有四个，四个导杆8、滚珠丝杠9与夹持固定板7滑动连接(四根导杆8用于对夹持型槽6的轴向位移导向)，夹持型槽6固定于滚珠丝杠9顶端；通过调整滚珠丝杠9的进给运动，夹持型槽6推动电驱气锤机身壳体或把手壳体前移，保证冲击杆前端面顶住轴向挡块4，整个电驱气锤机身处于轴向夹紧状态；

如图6所示，中心定位机构包括定位固定板3、轴向挡块4和定位卡盘5，定位固定板3通过四个螺栓固定于机架1上，定位固定板3几何中心设置一个台阶孔，轴向挡块4装配于台阶孔的台阶面上，轴向挡块4外圆周面与台阶孔内圆周面过渡配合，轴向挡块4端面与台阶孔的台阶面的装配配合精度较高，且保证轴向挡块4的中心孔轴线与台阶孔轴线的同轴度较高(避免磁棒12与台阶孔的不必要干涉摩擦)；定位卡盘5固定装配于定位固定板3上，定位卡盘5和轴向挡块4居于定位固定板3的同一侧面；

如图7所示，数据采集及处理模块包括磁棒12、螺旋线圈11、防护盒2和信号编译模组10，其中磁棒12通过螺纹装配与电驱气锤的冲击活塞固定连接，并穿过中空的冲击杆，顶端伸出一定长度，磁棒12顶端伸出的长度部分高出中心定位机构的定位固定板3前端面，螺旋线圈11通过螺栓固定于中心定位机构的定位固定板3前端面上，磁棒12伸出的长度部分伸入螺旋线圈11内做切割磁力线运动，防护盒2设置于螺旋线圈11外侧(为了避免外界环境对磁感应精度影响，外置防护盒2进行电气防护)；磁棒12随着冲击活塞在螺旋线圈11内往复运动，根据电磁感应原理，螺旋线圈11内产生感应电动势，信号编译模组10主要用于采集螺旋线圈11中的感应电动势信号，按照信号处理规则将感应电动势这种物理信号转变为计算机程序所识别的数字信号，进而在计算机上进行数据加工处理和测试结果显示。

如图8～图9所示，在进行电驱气锤的冲击功测量之前，确认数据采集及处理模块的磁棒12已经与电驱气锤的冲击活塞固定连接，调节夹持固定机构的滚珠丝杠9，使夹持型槽6后退至最靠近夹持固定板7的位置，以保证有充裕空间利于电驱气锤机身放置和安装姿态调整。首先将电驱气锤机身放置于夹持固定板7前方，然后将磁棒12穿过中心定位机构的轴向挡块4和定位固定板3的台阶孔，将机身摆正，使冲击杆前端面抵住轴向挡块4后，微调机身位置并保证磁棒12与台阶孔无运动干涉。然后根据电驱气锤外壳机身上装配副把手位置的圆形结构的半径尺寸调整定位卡盘5上的螺丝，定位卡盘5用于对电驱气锤机身进行轴向定位并卡紧，保证电驱气锤和磁棒12的往复运动轴线与定位固定板3台阶孔轴向的同轴度(轴线的一致性)。接下来通过旋转手柄调整夹持固定机构的滚珠丝杠9的进给运动，在导杆8的轴向导向作用下，夹持型槽6运动至电驱气锤的把手后端面并施加一定的推力，电驱气锤的机身向前移动，最终使电驱气锤的冲击杆的前端面顶住中心定位机构中的轴向挡块4，这样整个电驱气锤机身在轴向被固定于夹持型槽6和轴向挡块4之间，确保整个电驱气锤机身在轴向夹紧，从而顺利完成轴向定位，根据电驱气锤把手结构不同，考虑到夹持可靠或夹持便利性，分别可以用夹持型槽6顶住把手机壳或者机身机壳。至此，电驱气锤的测试装夹工作已经完成，接下来便可以对测量装置接通电源，根据测试要求，对电驱气锤进行一定时间的热机运行待测量数据稳定后，即可进行记录测量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，其特征在于：包括机架、夹持固定机构、中心定位机构和数据采集及处理模块四大部分，所述机架上预留有地脚螺栓的装配孔；

所述夹持固定机构包括夹持固定板、导杆、滚珠丝杠和夹持型槽，夹持固定板通过螺栓或焊接固定于机架上，导杆设置有若干个，各个导杆、滚珠丝杠与夹持固定板滑动连接，夹持型槽固定于滚珠丝杠顶端，滚珠丝杠末端设置有手柄；

所述中心定位机构包括定位固定板、轴向挡块和定位卡盘，定位固定板通过螺栓或焊接固定于机架上，定位固定板几何中心设置一个台阶孔，轴向挡块装配于台阶孔的台阶面上，轴向挡块外圆周面与台阶孔内圆周面过渡配合；定位卡盘固定装配于定位固定板上，定位卡盘和轴向挡块居于定位固定板的同一侧面；

所述数据采集及处理模块包括磁棒、螺旋线圈、防护盒和信号编译模组，其中磁棒通过螺纹装配与电驱气锤的冲击活塞固定连接，并穿过中空的冲击杆，顶端伸出一定长度，磁棒顶端伸出的长度部分高出中心定位机构的定位固定板前端面，螺旋线圈通过螺栓固定于中心定位机构的定位固定板前端面上，磁棒伸出的长度部分伸入螺旋线圈内做切割磁力线运动，防护盒设置于螺旋线圈外侧；磁棒随着冲击活塞在螺旋线圈内往复运动，根据电磁感应原理，螺旋线圈内产生感应电动势，信号编译模组主要用于采集螺旋线圈中的感应电动势信号，按照信号处理规则将感应电动势这种物理信号转变为计算机程序所识别的数字信号，进而在计算机上进行数据加工处理和测试结果显示。

2.根据权利要求1所述的电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，其特征在于：所述螺旋线圈中的感应电动势的变化与磁棒的运动速度有关，感应电动势计算公式为：

e＝L·B·v

其中，L为螺旋线圈导线长度；v为磁棒的运动速度；B为磁棒的磁场强度。

3.根据权利要求1所述的电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，其特征在于：所述机架采用金属型材加工，通过螺栓或者焊接连接为一体。

4.根据权利要求1所述的电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，其特征在于：所述导杆设置有四个，四个导杆和滚珠丝杠与夹持固定板滑动连接，四根导杆对夹持型槽的轴向位移导向。

5.根据权利要求1所述的电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，其特征在于：通过旋转手柄调整滚珠丝杠的进给运动，在导杆的轴向导向作用下，夹紧型槽运动至电驱气锤的把手后端面并施加一定的推力，电驱气锤的机身向前移动，最终电驱气锤的冲击杆的前端面顶住中心定位机构中的轴向挡块，整个电驱气锤机身在轴向被固定于夹持型槽和轴向挡块之间，完成轴向定位。

6.根据权利要求1所述的电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，其特征在于：根据电驱气锤外壳机身上装配副把手位置的圆形结构的半径尺寸调整定位卡盘上的螺丝，定位卡盘用于对电驱气锤机身进行轴向定位调整并卡紧，保证磁棒的往复运动轴线与定位固定板台阶孔轴向的同轴度。

7.根据权利要求1所述的电驱气锤的冲击功和冲击频率测量装置，其特征在于：根据电驱气锤把手结构不同，通过夹持型槽顶住把手机壳或者电驱气锤机身壳体。