CN216560111U - 回弹仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种回弹仪，包括设置有弹击杆的回弹仪架，回弹仪架上还设置有撞击锤，撞击锤上连接有用于驱动撞击锤的撞击部朝弹击杆撞击的撞击锤弹簧，回弹仪架上设置有用于测量撞击锤撞击弹击杆前后速度变化的测量装置，回弹仪架包括回弹仪架本体及与回弹仪架本体螺纹连接的调节套，调节套具有弹击杆导向孔，弹击杆导向移动装配于弹击杆导向孔中，调节套上设置有用于与弹击杆限位配合以限制弹击杆移动范围的弹击杆限位结构。本实用新型解决了现有技术中通过动能损失来确定撞击锤能量损失时，弹簧零势能点找取困难的技术问题。

Description

回弹仪

技术领域

本实用新型涉及一种混凝土硬度检测领域中的回弹仪。

背景技术

混凝土回弹仪式一种用弹簧驱动弹击锤，弹击锤通过弹击杆撞击混凝土表面，混凝土表面产生顺势弹性变形吸收能量，弹击锤回弹，根据能量损失来表征混凝土的硬度。利用的原理是，混凝土越硬，混凝土产生弹性形变吸收的能量就越少，那么弹击锤撞击过程中损失的能量就越少。

混凝土回弹仪的工作过程如图1所示，为了清楚的表明问题，第1状态、第2状态、第3状态、第4状态和第5状态是按时间顺序发生的，工作时，首先提升弹击锤16的高度，如第1状态所示，弹击锤弹簧15储能，弹击杆2远离弹击锤的一端与混凝土表面接触。随后松开弹击锤16，弹击锤在导杆19导向作用下，朝弹击杆运动，如第2状态所示；再随后，弹击锤的下端面18撞击到弹击杆2，弹击杆对混凝土撞击，如第3状态所示；紧接着，如第4状态，弹击锤开始朝远离弹击杆方向回弹；最后，如第5状态所示，弹击锤到达回弹最高位置。

现有技术中，基本有两种测量方式来表征弹击锤的能量损失，第1种方式，测量第1状态和第5状态下弹击锤的高度差，通过两个状态下能量的变化来计算回弹值，第1状态下弹击锤的重力势能、第1状态下弹簧的弹性势能之和与第5状态下弹击锤的重力势能、第5状态下弹簧的弹性势能之和的差值即为两个状态下能量的变化。该方式明显具有以下缺点：1），由第1状态到第5状态的变化，并不仅仅是重力势能和弹性势能的变化，弹击锤与导杆之间有滑动摩擦力，该摩擦力也会带来能量的损失，这个摩擦力不可忽略，会影响会回弹值表征的精度；2），由于要考虑弹击锤的重力势能，因此弹击杆撞击混凝土表面的弹击角度就非常关键，对整个操作过程要求较为严格。

第2种方式，测量弹击锤撞击弹击杆时刻的撞击速度V₀，测量弹击锤刚脱离撞击杆时刻的回弹速度V_R，通过撞击前后，弹击冲的动能损失来表征弹击锤的能量损失，进而计算回弹值。该方式具有以下缺点，1）、由于弹簧的存在，导致在两个状态下，并非是完全的动能损失，只有撞击时刻，弹簧的弹性势能正好是势能零点时，动能损失才能精准的表征弹击锤的能量损失，而如何保证在撞击时刻，弹簧正好处于势能零点比较困难；2）、弹击锤与弹击杆之间的摩擦力，仍然是能量计算过程中一个不能忽略的能量损失因素；3）、动态的速度测量，也并非那么容易和稳定。

当然无论是第1种方式还是第2种方式，还存在着一个问题就是：弹击锤的下端面为一个平面，理想状态下，弹击锤的下端面直接与弹击杆上端面面接触一次撞击，完成对混凝土的硬度测量，但是由于弹击锤与导向杆之间存在导向配合公差，弹击锤在运动过程中，不能保证其下端面完全垂直于导向杆的轴线，当弹击锤的下端面与弹击杆的轴线不垂直时，会出现弹击锤的尖部首先撞击弹击杆一次，随后再撞击弹击杆第二次的情况，如果发生两次撞击的话，部分能量就会被弹击杆吸收，整个测量过程就会不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种回弹仪，以解决现有技术中通过动能损失来确定撞击锤能量损失时，弹簧零势能点找取困难的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种回弹仪，包括设置有弹击杆的回弹仪架，回弹仪架上还设置有撞击锤，撞击锤上连接有用于驱动撞击锤的撞击部朝弹击杆撞击的撞击锤弹簧，回弹仪架上设置有用于测量撞击锤撞击弹击杆前后速度变化的测量装置，回弹仪架包括回弹仪架本体及与回弹仪架本体螺纹连接的调节套，调节套具有弹击杆导向孔，弹击杆导向移动装配于弹击杆导向孔中，调节套上设置有用于与弹击杆限位配合以限制弹击杆移动范围的弹击杆限位结构。

进一步的，调节套包括与回弹仪架本体螺纹连接的外套和固定于外套内侧的弹击杆导向套，弹击杆导向套的内孔构成所述弹击杆导向孔，弹击杆上设置有限位外翻沿，弹击杆限位结构包括设置有弹击杆导向套上的位于限位外翻沿上侧的调节套内翻沿，弹击杆限位结构还包括弹击杆导向套的上端面，弹击杆导向套的上端面位于限位外翻沿的下侧。

进一步的，调节套上安装有弹击杆垂直器，弹击杆垂直器包括垂直器浮动弹簧和垂直器导向套，垂直器导向套与调节套导向移动配合，垂直器浮动弹簧设置于垂直器导向套与调节套之间，垂直器导向套的下端面为垂直弹击杆轴线的平面。

进一步的，所述撞击锤为通过转动连接结构与回弹仪架相连的摆锤，转动连接结构的转动轴线经过摆锤的重心。

进一步的，撞击锤弹簧为盘簧或扭簧。

进一步的，测量装置测量撞击锤撞击弹击杆前后的摆动角度变化。

进一步的，转动连接结构包括安装于所述回弹仪架上的轴承和与轴承转动配合的转轴，摆锤与转轴固定在一起。

进一步的，测量装置为检测所述转轴转动角度和转动速度的绝对值编码器。

本实用新型的有益效果为：在使用时，轻轻拨动撞击锤弹簧，撞击锤自动复位时，就是撞击锤弹簧的零弹性势能位置，此时用手朝上按压弹击杆，使弹击杆相对调节套移动至朝上移动极限位置，调节套相对回弹仪架本体旋转，调整调节套的高度，使得弹击杆上端与撞击锤的撞击部接触，然后停止对调节套的调节，此时，撞击锤弹簧储能再释放时，撞击锤弹簧带着撞击锤朝弹击杆撞击，撞击部与弹击杆接触的时刻，撞击锤弹簧的弹性势能为零，没有撞击锤弹簧力介入时，因此可以轻松获得摆锤撞击前后的能量损失。

附图说明

图1是本实用新型背景技术的结构示意图；

图2是本实用新型中回弹仪的实施例1的结构示意图；

图3是图2中的摆锤、转轴和撞击锤弹簧的配合示意图；

图4是图1的俯视图；

图5是实施例1中摆锤蓄能状态时的结构示意图；

图6是本实用新型中回弹仪的实施例2的结构示意图；

图中：1、垂直器导向套；2、弹击杆；3、垂直器浮动弹簧；4、弹击杆导向套；5、调节套；6、回弹仪架；7、撞击部；8、撞击锤；9、撞击锤弹簧；10、转轴；11、弹击杆垂直器；12、轴承；13、绝对值编码器；14、摆锤限位块； 18、弹击锤的下端面；19、导杆；20、限位外翻沿；21、调节套内翻沿。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。

下面结合附图，对本实用新型的各实施例进行详细说明。

本实用新型一种回弹仪的实施例1如图2~5所示：包括设置有弹击杆2的回弹仪架6，回弹仪架6上还通过转动连接结构转动装配有撞击锤，因为本实用新型中的撞击锤通过摆动而输出撞击力，因此撞击锤8可以称为摆锤，摆锤整体为中心对称结构，摆锤的一端为用于撞击弹击杆的撞击部7，撞击部为用于与弹击杆点接触配合的球头结构，由于摆锤整体为中心对称结构，因此摆锤的另外一端也为同样的球头结构，摆锤整体采用中心对称结构，这样更容易确定摆锤的重心，转动连接结构的转动轴线经过摆锤的重心。在本实施例中，转动连接结构包括转轴10，转轴通过轴承12与回弹仪架6转动配合，摆锤与转轴10固定连接，转轴的轴线构成转动连接结构的轴线，因此转轴10的轴线经过摆锤的重心。

回弹仪还包括用于带动所述摆锤朝向所述弹击杆撞击的摆锤驱动结构，在本实施例中，摆锤驱动结构为与摆锤相连的撞击锤弹簧9，撞击锤弹簧9为一个扭簧，撞击锤弹簧的一端与摆锤相连，撞击锤弹簧的另外一端与回弹仪架6相连。

回弹仪还包括用于测量摆锤撞击弹击杆前后摆动速度变化和摆动角度变化的测量装置，本实施例中，测量装置为检测转轴转动角度和转动速度的绝对值编码器13，绝对值编码器13可以检测转轴10的转动角度，也可以检测转轴的转动角速度。

回弹仪架包括回弹仪架本体和与回弹仪架本体相连的调节套5，调节套5包括与回弹仪架螺纹连接的外套，调节套还包括固定于外套内侧的弹击杆导向套4，弹击杆导向套4的内孔构成弹击杆导向孔，弹击杆2与弹击杆导向套4的内孔导向移动配合，弹击杆2上设置有限位外翻沿20，调节套5上设置有用于与限位外翻沿20挡止配合以限制弹击杆相对调节套朝上移动极限的调节套内翻沿21。弹击杆导向套4的上端面用于与限位外翻沿下端挡止配合以限制弹击杆朝下移动极限。调节套内翻沿和弹击杆导向套的上端面就构成了用于与弹击杆限位配合以限制弹击杆移动范围的弹击杆限位结构。

调节套5用于调整摆锤撞击弹击杆的时刻为撞击锤弹簧零弹性势能时刻，其具体使用过程为，轻轻拨动撞击锤弹簧，摆锤自动复位时，就是撞击锤弹簧的零弹性势能位置，此时用手朝上按压弹击杆，使弹击杆的限位外翻沿与调节套内翻沿始终接触，调节套相对回弹仪架本体旋转，调整调节套的高度，使得弹击杆上端与摆锤的撞击部接触，然后停止对调节套的调节，此时，当向上转动摆锤，撞击锤弹簧蓄能，撞击锤弹簧带着摆锤朝弹击杆撞击时，撞击部与弹击杆接触的时刻，撞击锤弹簧的弹性势能为零。在本实施例中，回弹仪架上与弹击杆上端的对应位置可以开设观察窗口，观察窗口由透明材料封堵，通过该观察窗口观察弹击杆上端是否与撞击部接触。

调节套5上安装有弹击杆垂直器11，弹击杆垂直器11用于保证弹击杆垂直于混凝土表面，弹击杆垂直器包括垂直器浮动弹簧3和垂直器导向套1，垂直器导向套与调节套导向移动配合，垂直器浮动弹簧3设置于垂直器导向套1与调节套5之间，垂直器导向套的下端面为垂直弹击杆轴线的平面。使用时垂直器导向套的下端面与待测试的混凝土表面接触配合，按压调节套，直至弹击杆的下端面也与混凝土表面接触配合，此时弹击杆上的限位外翻沿与调节套上的调节套内翻沿挡止。即可进行回弹值测试，朝上转动摆锤，撞击锤弹簧蓄能，然后释放摆锤，摆锤在撞击锤弹簧的驱动下，摆锤的撞击部朝弹击杆撞击，撞击后，混凝土吸能，摆锤出现能量损失。图中摆锤限位块14用于限制摆锤的顺时针转动极限。

本实用新型中的绝对值编码器即可测量转轴的转动角度，也可以测量转轴的转动角速度，当选取转轴转动角度作为测量数据时，可以通过势能损失来计算摆锤撞击前后的能量损失，而且简单方便，因为在整个撞击过程中，摆锤的重力势能不发生变化，只有撞击锤弹簧的弹性势能在发生变化，因此不局限于弹击杆的冲击角度，与弹击角度无关，操作方便，可以轻松获得摆锤撞击前后的能量损失，进而获得回弹值。

当选取转轴转动角速度作为测量数据时，可以通过动能损失来计算摆锤撞击前后的能量损失，撞击部撞击弹击杆前后的速度通过转轴的角速度可以换算得到，由于撞击部撞击弹击杆时刻，撞击锤弹簧的弹性势能为零，没有撞击锤弹簧力介入时，摆锤匀速运动，因此可以轻松获得摆锤撞击前后的能量损失，进而获得回弹值。本实用新型既可以使用势能来计算摆锤的能量损失，也可以通过动能来计算摆锤的能量损失。

由于通过转动连接结构导向，因此导向结构不需贯穿摆锤，因此撞击部可以为用于与弹击杆点接触配合的球头结构，撞击部与弹击杆一次撞击完成测试，保证测试的准确性。

使用转动的摆锤对弹击杆进行撞击后，与摆锤固定在一起的转轴与摆锤有相同的角速度，相比现有技术中的直线速度测量而言，转轴转速的测量简单方便。

而且无论是势能计算摆锤撞击前后的能量损失还是动能计算摆锤撞击前后的能量损失，由于采用摆锤结构，转轴处的摩擦力做功几乎可以不计，其原理是，转动轴承的摩擦系数为0.001~0.003，在此次假设本实施例中轴承的滚动摩擦系数为0.002，摩擦系数用μ代表，转轴的半径为r，撞击部距离转轴轴线的距离为d，摆锤的质量为m，撞击锤弹簧的刚度为D，撞击锤弹簧自储能状态到零弹性势能状态的冲击角位移为S。则摆锤重力产生的摩擦力f=mg*μ，该摩擦力产生的摩擦扭矩w= mg*μ*r，这个摩擦扭矩在碰撞点处对应产生一个反作用力F，该反作用力F= mg*μ*r/d，这个力产生一个弹簧拉伸长度的偏差，该偏差=F/D，这个偏差对摆锤整个能量损失影响是比较小的，而且该偏差取决于r/d值，也就是说撞击部距离转动轴线与转轴的半径比越大，该偏差就越小。

下面假设，D=785 N/m，S=75mm，m=0.37kg，μ=0.002，r=5mm，d=86mm，摆锤重力产生的摩擦力f=0.37*10*0.002=0.0074N，产生的摩擦扭矩w=0.0074N*0.005=0.000037 Nm。这个摩擦扭矩在碰撞点处对应产生一个反作用力F=0.000037 Nm/0.086=0.00043 N。这个力产生一个弹簧拉伸长度的偏差：0.00043 N/785 N/m=0.00000055 m=0. 00055 m m。这个长度的偏差对摆锤撞击产生的能量损失影响是比较小的，产生最大不到2/10000的偏差。

在本实用新型的其它实施例中，根据需要可以选择r/d的合适值，撞击部距离转动连接结构的转动轴线之间的距离为转轴半径的至少两倍以上，均能起到减小摩擦力影响的效果；当仅需要使用动能来计算摆锤的能量损失值时，测量装置仅需测量摆锤撞击弹击杆前后的速度变化，不需测量摆锤撞击前后的摆动角度变化；摆动弹簧还可是扭簧或者柱形弹簧等；弹击杆限位结构还可以是其它形式，比如说在弹击杆上开设有一个沿弹击杆轴向延伸的长槽，弹击杆限位结构包括固定于调节套上的限位杆，限位杆一端伸入到长槽中，弹击杆移动时，长槽的下端与限位杆底部挡止时，弹击杆移动至相对调节套的靠上极限位置，当长槽的上端与限位杆顶部挡止时，弹击杆移动至相对调节套的靠下极限位置。

回弹仪的实施例2如图6所示：实施例2与实施例1不同的是，撞击锤8并非是一个摆锤，撞击锤8沿直线方向导向移动装配于回弹仪架6上，撞击锤弹簧9为顶配于撞击锤与回弹仪架6之间的压簧，撞击锤通过直线运动而向弹击杆2输出撞击力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种回弹仪，包括设置有弹击杆的回弹仪架，回弹仪架上还设置有撞击锤，撞击锤上连接有用于驱动撞击锤的撞击部朝弹击杆撞击的撞击锤弹簧，回弹仪架上设置有用于测量撞击锤撞击弹击杆前后速度变化的测量装置，其特征在于：回弹仪架包括回弹仪架本体及与回弹仪架本体螺纹连接的调节套，调节套具有弹击杆导向孔，弹击杆导向移动装配于弹击杆导向孔中，调节套上设置有用于与弹击杆限位配合以限制弹击杆移动范围的弹击杆限位结构。

2.根据权利要求1所述的回弹仪，其特征在于：调节套包括与回弹仪架本体螺纹连接的外套和固定于外套内侧的弹击杆导向套，弹击杆导向套的内孔构成所述弹击杆导向孔，弹击杆上设置有限位外翻沿，弹击杆限位结构包括设置有弹击杆导向套上的位于限位外翻沿上侧的调节套内翻沿，弹击杆限位结构还包括弹击杆导向套的上端面，弹击杆导向套的上端面位于限位外翻沿的下侧。

3.根据权利要求1所述的回弹仪，其特征在于：调节套上安装有弹击杆垂直器，弹击杆垂直器包括垂直器浮动弹簧和垂直器导向套，垂直器导向套与调节套导向移动配合，垂直器浮动弹簧设置于垂直器导向套与调节套之间，垂直器导向套的下端面为垂直弹击杆轴线的平面。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的回弹仪，其特征在于：所述撞击锤为通过转动连接结构与回弹仪架相连的摆锤，转动连接结构的转动轴线经过摆锤的重心。

5.根据权利要求4所述的回弹仪，其特征在于：撞击锤弹簧为盘簧或扭簧。

6.根据权利要求4所述的回弹仪，其特征在于：测量装置测量撞击锤撞击弹击杆前后的摆动角度变化。

7.根据权利要求4所述的回弹仪，其特征在于：转动连接结构包括安装于所述回弹仪架上的轴承和与轴承转动配合的转轴，摆锤与转轴固定在一起。

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