CN108089515A - 一种落锤式压力发生器气动控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种落锤式压力发生器气动控制系统，以PLC为核心对运动过程进行控制，提高试验过程的操作自动化，改善人机交流，不仅使落锤式压力发生器满足系统精度要求，而且还使其具有结构布置紧凑，占用场地少等优点。该气动控制系统工作可靠，满足试验要求不仅可用于落锤式压力发生器，也同样适用于其他落锤式冲击试验装置设计，具有一定的参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种落锤式压力发生器气动控制系统，适用于机械领域。
背景技术
落锤式试验装置主要用于冲击条件下模拟试验，为被测试件或设备提供冲击载荷，如产生瞬态压力源，或对各种新型工程材料、火工品和阻尼器等进行冲击试验。它的工作原理是利用重锤的势能在释放后转换成动能，以一定冲击速度产生冲击载荷，它是一种工作可靠、重复性好、试验成本低的试验装置。利用重锤下落后的动能，冲击密闭容积中的油液，产生类似半正弦压力波型的压力源，最高压力可达600MPa，可对各类高压传感器进行压力标定。
现阶段，落锤式试验装置的大多采用电动机驱动提锤，传动过程需要减速器、钢丝绳、滑轮等，落锤定位精度低，占用场地较大，不便于实验室布置和操作使用。另外，当重锤下落冲击反弹后，若不接住即将再次下落的重锤，将产生二次冲击或多次冲击。为了不影响冲击试验获得的数据，当重锤反弹时，需要有托锤机构迅速上升接住即将再次下落的重锤，要求托锤机构具有一定的启动速度。
发明内容
本发明提出了一种落锤式压力发生器气动控制系统，以PLC为核心对运动过程进行控制，提高试验过程的操作自动化，改善人机交流，不仅使落锤式压力发生器满足系统精度要求，而且还使其具有结构布置紧凑，占用场地少等优点。
本发明所采用的技术方案是：
所述启动控制系统以PLC作为控制系统的核心，直接完成对装置各部件的协调控制和运动位置检测，配有触摸屏作为现场调试设备，也可通过计算机远程控制、监测系统运行状态。步进电机带动精密滚珠丝杠进行任意高度定位，并结合光栅尺进行闭环控制，无杆汽缸直接驱动托锤架实现提锤和二次接锤。
所述启动控制系统的托锤架主要由连接架、支撑座、托板及液压缓冲器等组成。托锤架的运动可为低速上升、快速上升和低速下降3种工作模式，运动过程均由PLC进行控制，可单步操作，也可自动操作。
所述电气控制系统的挂锤架座由步进电机驱动精密滚珠丝杆驱动沿直线导轨上下运动，可将安装其上的电磁铁精确定位，当托锤架将重锤托至电磁铁底端面位置后，电磁铁行程开关到位传感器给出信号，电磁铁线圈通电吸合重锤，并使托锤架回至最低位。电磁铁线圈断电时，即释放重锤，重锤吸盘及吸杆材质均为电工纯铁，可最大限度地确保重锤自由下落。
本发明的有益效果是：该气动控制系统工作可靠，满足试验要求不仅可用于落锤式压力发生器，也同样适用于其他落锤式冲击试验装置设计，具有一定的参考价值。
附图说明
图1是本发明的控制系统组成图。
图2是本发明的气动控制系统回路图。
图3是本发明的托锤架结构示意图。
图4是本发明的挂锤结构示意图。
图中： 1.气动气联件；2.消声器；3.主控阀；4.下降调速阀；5.上升调速阀;6.快速阀；7.无杆汽缸；8.重锤；9.托锤架；10.支撑座；11.无杆汽缸；12.同步连接杆；13.托盘；14.液压缓冲器；15.电磁铁；16.复位弹簧；17.行程开关；18.挂锤臂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，首先，系统需要有能够提升重锤、任意高度定位和二次托锤的执行元件和控制元件；其次，为了实现自动化操作，需要有控制器和位置检测传感器；最后，为了改善人机界面，需要有触摸屏和上位机与控制器进行通讯。
PLC作为控制系统的核心，直接完成对装置各部件的协调控制和运动位置检测，配有触摸屏作为现场调试设备，也可通过计算机远程控制、监测系统运行状态。步进电机带动精密滚珠丝杠进行任意高度定位，并结合光栅尺进行闭环控制，无杆汽缸直接驱动托锤架实现提锤和二次接锤。
如图2，根据落锤式压力发生器功能要求，首先需要将重锤提升至一定高度，再由挂锤、放锤机构释放重锤，重锤反弹后由托锤机构接住重锤。为此，选用两个无杆汽缸作为驱动元件，分别垂直对称布置在试验装置框架两侧内，托锤架与无杆汽缸上的滑动平台连接，托锤架可托起重锤提升直至电磁铁底端面，电磁铁高度位置可由滚珠丝杆精确定位。当电磁铁吸附重锤后，托锤架正常回至最低位，等待二次接锤。
为了尽可能使两侧的无杆汽缸同步运动，在结构上托锤架前后安装有同步连接杆，在无杆汽缸进气、排气回路上需采用T型布置方式，并且管路等长。在工作过程中，为了防止在断电、二次接锤后或故障情况下重锤直接下落，导致损坏测试器件或设备，气动控制回路中的主控阀采用中位密封式电磁阀，使乡侧睡架及重锤可在中间位置悬停。
为了得到不同压力峰值的压力信号，设置的重锤高度不同，反弹后的高度也不同，因此要求托锤架二次托锤的上升高度也需随之改变。托锤架的二次上升高度与进气流量和进气时间直接相关，从成本上考虑，流量调节阀采用手动调节阀，在工作过程中其有效流通面积固定，因此只能通过控制进气时间使托锤架运动到最佳位置。在重锤锤头上，安装有测速环，可以测得重锤冲击反弹后的瞬间速度，即可得到重锤反弹高度，可根据此高度推算出汽缸进气时间。
如图3，托锤架主要由连接架、支撑座、托板及液压缓冲器等组成。托锤架的运动可为低速上升、快速上升和低速下降3种工作模式，运动过程均由PLC进行控制，可单步操作，也可自动操作。
当由托锤架托起重锤上升时，为低速上升状态，此时主控阀下端得电，快速阀失电，气源气体只能通过其中一个上升调速阀充入无杆汽缸下侧，托锤架缓慢上升，直至触发电磁铁挂锤机构上的行程开关后停止。在该状态下，托锤架上升速度由其中一个上升调速阀开启程度确定，可根据实际情况进行调节。
当重锤反弹后，托锤架需要快速上升接住重锤，此时主控阀下端得电，快速阀得电，气源气体通过两管路快速充入无杆汽缸下侧，使托锤架快速上升直至一定高度，尽可能地减少重锤对架体的冲击。在该状态下，托锤架的快速上升速度和高度由两个上升调速阀开启程度和充气时间共同确定。
当托锤架正常回位或接住重锤后的回位过程为低速下降状态，此时主控阀上端得电，气源气体充人无杆汽缸上侧使托锤架下降。在该状态下，托锤架的下降速度由下降调速阀的开启程度确定。
如图4，挂锤架座由步进电机驱动精密滚珠丝杆驱动沿直线导轨上下运动，可将安装其上的电磁铁精确定位，当托锤架将重锤托至电磁铁底端面位置后，电磁铁行程开关到位传感器给出信号，电磁铁线圈通电吸合重锤，并使托锤架回至最低位。电磁铁线圈断电时，即释放重锤，重锤吸盘及吸杆材质均为电工纯铁，可最大限度地确保重锤自由下落。
Claims (3)
1.一种落锤式压力发生器气动控制系统，其特征是：所述启动控制系统以PLC作为控制系统的核心，直接完成对装置各部件的协调控制和运动位置检测，配有触摸屏作为现场调试设备，也可通过计算机远程控制、监测系统运行状态，步进电机带动精密滚珠丝杠进行任意高度定位，并结合光栅尺进行闭环控制，无杆汽缸直接驱动托锤架实现提锤和二次接锤。
2.根据权利要求1所述的一种落锤式压力发生器气动控制系统，其特征是：所述启动控制系统的托锤架主要由连接架、支撑座、托板及液压缓冲器等组成，托锤架的运动可为低速上升、快速上升和低速下降3种工作模式，运动过程均由PLC进行控制，可单步操作，也可自动操作。
3.根据权利要求1所述的一种落锤式压力发生器气动控制系统，其特征是：所述电气控制系统的挂锤架座由步进电机驱动精密滚珠丝杆驱动沿直线导轨上下运动，可将安装其上的电磁铁精确定位，当托锤架将重锤托至电磁铁底端面位置后，电磁铁行程开关到位传感器给出信号，电磁铁线圈通电吸合重锤，并使托锤架回至最低位，电磁铁线圈断电时，即释放重锤，重锤吸盘及吸杆材质均为电工纯铁，可最大限度地确保重锤自由下落。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109323936A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-12 | 航宇救生装备有限公司 | 特纺材料冲击拉伸试验装置 |
| CN110907294A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-03-24 | 苏州苏试试验集团股份有限公司 | 一种冲击机的控制装置及其控制方法 |
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