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危險(xiǎn)品鋼桶包裝跌落試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)
跌落試驗(yàn)機(jī)是一種驗(yàn)證產(chǎn)品耐沖擊跌落性能的設(shè)備。目前這種測(cè)試儀的工作模式可以分為兩類；支架和懸架。但由于試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)限制，以及樣品的形狀、大小、懸掛狀態(tài)不同，在一定程度上限制了樣品的重量，測(cè)量跌落高度不方便，可能存在安全隱患。本研究介紹了可編程控制器、計(jì)算機(jī)、力傳感器和位移傳感器測(cè)量技術(shù)。通過(guò)試樣在砧面升(下降)和分離(接觸)過(guò)程中的重量和位移的實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)，由軟件分析系統(tǒng)智能判斷下落高度的起點(diǎn)，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)下落高度的識(shí)別和定位。解決了以往跌落測(cè)試儀用于測(cè)量和設(shè)定各種運(yùn)輸包裝(如集裝袋、桶、箱)跌落高度的問(wèn)題。
跌落試驗(yàn)是驗(yàn)證包裝在流通中抗沖擊性能廣泛使用的重要試驗(yàn)方法，跌落試驗(yàn)機(jī)的性能和方式?jīng)Q定了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和便捷性。300kg以下的跌落試驗(yàn)設(shè)備，目前有專門的定型產(chǎn)品設(shè)備。而用于測(cè)試大重量(300kg以上)危險(xiǎn)品的跌落測(cè)試設(shè)備。另外，現(xiàn)有的300公斤以上的跌落試驗(yàn)只有懸掛試驗(yàn)樣品的釋放裝置，沒(méi)有完整的設(shè)備。而且使用過(guò)程中需要手動(dòng)測(cè)量跌落高度，操作不便，存在不安全因素。
利用目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)控技術(shù)，研制的大型危險(xiǎn)品運(yùn)輸包裝跌落試驗(yàn)機(jī)完成了重量為100Kg至2噸的運(yùn)輸包裝的吊掛/跌落，并試驗(yàn)了跌落高度的自動(dòng)測(cè)量和設(shè)定，避免了測(cè)量跌落高度時(shí)可能對(duì)人體造成的意外傷害。測(cè)試方式的多樣化也是本次試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)之一。該設(shè)計(jì)不僅滿足了國(guó)內(nèi)外危險(xiǎn)品包裝檢驗(yàn)的需要，也填補(bǔ)了大型危險(xiǎn)品包裝跌落檢測(cè)設(shè)備的產(chǎn)品。
1.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
大型危險(xiǎn)品包裝跌落試驗(yàn)機(jī)的主要部件是升降框架結(jié)構(gòu)，它是跌落試驗(yàn)機(jī)安全、穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行的必要保證。主機(jī)架采用龍門結(jié)構(gòu)，釋放裝置安裝在活動(dòng)橫梁上，由兩臺(tái)伺服控制電機(jī)提供動(dòng)力控制和升降活動(dòng)橫梁。兩側(cè)安裝滑動(dòng)導(dǎo)向裝置，使升降裝置運(yùn)行平穩(wěn)，從機(jī)械結(jié)構(gòu)上保證了跌落試驗(yàn)機(jī)的安全性、穩(wěn)定性和控制精度。
工字鋼作為大型危險(xiǎn)品包裝跌落試驗(yàn)機(jī)的支撐柱和固定梁的原材料，以保證設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性。支撐柱和固定梁采用螺栓連接，便于加工后設(shè)備的運(yùn)輸和安裝?？紤]到較重的試件需要有一定的寬度和高度要求，專用試驗(yàn)機(jī)的凈跨度≥ 3m，固定梁與砧面的距離≥ 3.8m。
●滑動(dòng)導(dǎo)向裝置由導(dǎo)軌和滑塊組成。導(dǎo)軌固定在工字鋼支撐柱的內(nèi)側(cè)，滑塊與活動(dòng)橫梁連接，保證活動(dòng)橫梁的平穩(wěn)運(yùn)行。
●活動(dòng)梁設(shè)計(jì)成槽形結(jié)構(gòu)，測(cè)控部分安裝在槽形梁內(nèi)。這是因?yàn)樗欧姍C(jī)、伺服控制器、脫扣器等走線較多的測(cè)控元件都在活動(dòng)橫梁上。將包括PLC在內(nèi)的測(cè)控部分安裝在活動(dòng)橫梁的凹槽內(nèi)，可以減少外部接線，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。
2)釋放裝置
大型危險(xiǎn)品包裝跌落試驗(yàn)機(jī)能否正確、準(zhǔn)確地完成跌落試驗(yàn)，釋放裝置是關(guān)鍵的部分。
釋放裝置主要由外殼、掛鉤、鎖定桿、電插銷、傳感器等組成。當(dāng)電銷被釋放時(shí)，鎖定桿被解鎖，鉤被旋轉(zhuǎn)并釋放。試件起吊時(shí)，將試件的吊環(huán)套在吊鉤上，用手握住吊鉤，推入到位，鎖緊裝置會(huì)自動(dòng)鎖緊。傳感器測(cè)量電插銷和鎖定桿的位置，測(cè)控系統(tǒng)自動(dòng)完成釋放、鎖定和復(fù)位動(dòng)作。
2.PLC控制系統(tǒng)
大型危險(xiǎn)品跌落試驗(yàn)機(jī)主要控制活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)試件在垂直方向上運(yùn)動(dòng)。伺服控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁的整體運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)中，稱重傳感器和光纖傳感器分別是零位調(diào)整和釋放裝置鎖定的重要部件。
2.1軟件設(shè)計(jì)
整個(gè)設(shè)備的軟件控制主要由邏輯控制器、伺服控制器、傳感器和觸摸屏來(lái)完成。通過(guò)觸摸屏發(fā)送操作指令，邏輯控制器控制伺服電機(jī)和伺服控制器，配合傳感器完成整個(gè)測(cè)試。整個(gè)跌落試驗(yàn)機(jī)的控制是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。
系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是被測(cè)對(duì)象，控制被測(cè)對(duì)象的高度和重量。系統(tǒng)的被控對(duì)象是電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服控制器，所以所有的控制都比較復(fù)雜。
在整個(gè)程序設(shè)計(jì)中，能利用了PLC編程中允許子程序的便利，采用結(jié)構(gòu)化編程思想，針對(duì)不同的升降方式、被測(cè)對(duì)象的零位校準(zhǔn)、脫扣鉤的控制、自動(dòng)手動(dòng)切換等編寫(xiě)子程序。整個(gè)循環(huán)就是一個(gè)動(dòng)作序列，只要依次執(zhí)行每個(gè)動(dòng)作，就可以完成自動(dòng)化所需的動(dòng)作。每個(gè)具體操作都是通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的子程序來(lái)完成的，避免了程序機(jī)械重復(fù)的問(wèn)題。
參數(shù)初始化，包括身高體重初始化，手動(dòng)自動(dòng)狀態(tài)初始化。
手動(dòng)狀態(tài)下幾種操作控制的切換，包括:上升、下降、校零、歸零等。
在自動(dòng)狀態(tài)下，從減重角度判斷標(biāo)本的零點(diǎn)，自動(dòng)上升到預(yù)設(shè)高度。
自動(dòng)狀態(tài)下，從增重角度判斷標(biāo)本的零點(diǎn)，自動(dòng)上升到預(yù)設(shè)高度。
鎖桿自動(dòng)脫落，吊鉤釋放重量。
2.2試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)
大型危險(xiǎn)品跌落試驗(yàn)機(jī)的研制，既總結(jié)了以往試驗(yàn)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又增加了一些新的控制和技術(shù)。主要區(qū)別是:
●自動(dòng)確定測(cè)試高度
以往這種跌落測(cè)試的測(cè)試高度都是人工測(cè)量的。對(duì)于桶形容器的角度跌落試驗(yàn)和焊接跌落試驗(yàn)，需要事先測(cè)量高度并設(shè)置跌落狀態(tài)。測(cè)試過(guò)程中掉落不方便也不安全。本項(xiàng)目研制的大型危險(xiǎn)品包裝跌落測(cè)試儀不僅可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試高度的自動(dòng)識(shí)別和預(yù)設(shè)，還解決了跌落狀態(tài)的預(yù)設(shè)問(wèn)題。
●釋放裝置
在過(guò)去，跌落試驗(yàn)裝置主要使用支撐板來(lái)支撐試件，如轉(zhuǎn)子式和襟翼式跌落試驗(yàn)機(jī)。為什么這種類型的中東不適合300Kg以上的測(cè)試樣品的跌落試驗(yàn)，對(duì)測(cè)試樣品的重量有一定的限制。大型危險(xiǎn)品包裝跌落試驗(yàn)機(jī)采用懸掛式掛鉤釋放裝置，解決了大型、重型試驗(yàn)樣品的跌落試驗(yàn)問(wèn)題。利用光傳感器控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)釋放，實(shí)現(xiàn)了試樣的自動(dòng)鎖定和在操作者指令下的自動(dòng)釋放功能。
●測(cè)量精度
以往跌落試驗(yàn)設(shè)備只適用于300Kg以內(nèi)的試件重量，不適用于一些大型危險(xiǎn)品試驗(yàn)。大型危險(xiǎn)品包裝跌落試驗(yàn)機(jī)采用門式框架結(jié)構(gòu)，兩端分別由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在絲杠和導(dǎo)軌的作用下，保證了活動(dòng)橫梁的水平運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)重量超過(guò)2噸，試驗(yàn)機(jī)中的力傳感器、導(dǎo)軌和絲杠保證了試驗(yàn)中高度測(cè)量的準(zhǔn)確性。
●先進(jìn)的控制系統(tǒng)
包裝跌落試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)采用可編程控制器和平板電腦。將工業(yè)控制引入試驗(yàn)機(jī)。通過(guò)傳感器和PLC的智能控制，實(shí)現(xiàn)了零位的自動(dòng)判斷和試件自動(dòng)升到預(yù)定高度。平板電腦提高了試驗(yàn)機(jī)的可靠性和實(shí)用性。
3.觸摸屏監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)。
3.1總體設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用15？將用于現(xiàn)場(chǎng)控制的帶觸摸屏的PLC控制系統(tǒng)與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接。其次，從變量的定義和I/O設(shè)備的管理入手，一個(gè)生動(dòng)友好的主監(jiān)控界面，以及報(bào)警系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行控制等功能齊全的子監(jiān)控界面。利用組態(tài)軟件多樣化的繪圖工具、強(qiáng)大的腳步語(yǔ)言處理能力和豐富的命令語(yǔ)言功能開(kāi)發(fā)。
所開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)運(yùn)行模擬和監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警查詢和處理等功能。其中，運(yùn)行中的釋放功能經(jīng)過(guò)多次提示和確認(rèn)，防止非操作人員的誤操作，確保安全。
3.2測(cè)試監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)
作為整個(gè)監(jiān)控軟件的主要部分，運(yùn)行界面的設(shè)計(jì)形象地反映了整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程，能夠根據(jù)操作人員的動(dòng)作實(shí)時(shí)反映各種狀態(tài)和參數(shù)值。操作人員不僅可以在手動(dòng)和自動(dòng)之間切換，還可以根據(jù)試驗(yàn)的要求選擇試驗(yàn)的運(yùn)行方式。在測(cè)試過(guò)程中，可以方便地預(yù)設(shè)測(cè)試的升高度。針對(duì)可能造成操作危險(xiǎn)的軟件操作，監(jiān)控界面采用多重確認(rèn)的方式，提高了測(cè)試的安全性。
3.3參數(shù)設(shè)置和報(bào)警界面設(shè)計(jì)
為了便于系統(tǒng)的自動(dòng)化，提高試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用范圍，在監(jiān)控界面中特別增加了參數(shù)設(shè)置。通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變?cè)嚰纳仙拖陆邓俣取?duì)于不同的試件，通過(guò)改變系數(shù)設(shè)置，擴(kuò)大了試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用對(duì)象，節(jié)約了資金，提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)機(jī)高標(biāo)高為3.8m，大載重量為2.5t，試驗(yàn)中出現(xiàn)硬件故障等問(wèn)題已經(jīng)超過(guò)上述指標(biāo)，需要監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)有效的報(bào)警。鑒于此，在開(kāi)發(fā)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)首先建立了系統(tǒng)的報(bào)警標(biāo)注，可以在操作界面中及時(shí)準(zhǔn)確地獲取報(bào)警的詳細(xì)信息。從而幫助運(yùn)營(yíng)商更好地解決問(wèn)題。
4.結(jié)論。
大型危險(xiǎn)品包裝跌落試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)將工業(yè)控制技術(shù)引入包裝行業(yè)，不僅提高了以往試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)確性和便捷性，也大大提高了包裝行業(yè)的檢測(cè)水平。
