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危險品鋼桶包裝跌落試驗機的設計

跌落試驗機是一種驗證產(chǎn)品耐沖擊跌落性能的設備。目前這種測試儀的工作模式可以分為兩類；支架和懸架。但由于試驗機的設計限制，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、計算機、力傳感器和位移傳感器測量技術(shù)。通過試樣在砧面升(下降)和分離(接觸)過程中的重量和位移的實時測試數(shù)據(jù)，由軟件分析系統(tǒng)智能判斷下落高度的起點，準確實現(xiàn)下落高度的識別和定位。解決了以往跌落測試儀用于測量和設定各種運輸包裝(如集裝袋、桶、箱)跌落高度的問題。

跌落試驗是驗證包裝在流通中抗沖擊性能廣泛使用的重要試驗方法，跌落試驗機的性能和方式?jīng)Q定了試驗的準確性和便捷性。300kg以下的跌落試驗設備，目前有專門的定型產(chǎn)品設備。而用于測試大重量(300kg以上)危險品的跌落測試設備。另外，現(xiàn)有的300公斤以上的跌落試驗只有懸掛試驗樣品的釋放裝置，沒有完整的設備。而且使用過程中需要手動測量跌落高度，操作不便，存在不安全因素。

利用目前先進的計算機技術(shù)和測控技術(shù)，研制的大型危險品運輸包裝跌落試驗機完成了重量為100Kg至2噸的運輸包裝的吊掛/跌落，并試驗了跌落高度的自動測量和設定，避免了測量跌落高度時可能對人體造成的意外傷害。測試方式的多樣化也是本次試驗機設計的亮點之一。該設計不僅滿足了國內(nèi)外危險品包裝檢驗的需要，也填補了大型危險品包裝跌落檢測設備的產(chǎn)品。

1.系統(tǒng)的硬件設計。
大型危險品包裝跌落試驗機的主要部件是升降框架結(jié)構(gòu)，它是跌落試驗機安全、穩(wěn)定、準確運行的必要保證。主機架采用龍門結(jié)構(gòu)，釋放裝置安裝在活動橫梁上，由兩臺伺服控制電機提供動力控制和升降活動橫梁。兩側(cè)安裝滑動導向裝置，使升降裝置運行平穩(wěn)，從機械結(jié)構(gòu)上保證了跌落試驗機的安全性、穩(wěn)定性和控制精度。

工字鋼作為大型危險品包裝跌落試驗機的支撐柱和固定梁的原材料，以保證設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，便于加工后設備的運輸和安裝?？紤]到較重的試件需要有一定的寬度和高度要求，專用試驗機的凈跨度≥ 3m，固定梁與砧面的距離≥ 3.8m。

●滑動導向裝置由導軌和滑塊組成。導軌固定在工字鋼支撐柱的內(nèi)側(cè)，滑塊與活動橫梁連接，保證活動橫梁的平穩(wěn)運行。

●活動梁設計成槽形結(jié)構(gòu)，測控部分安裝在槽形梁內(nèi)。這是因為伺服電機、伺服控制器、脫扣器等走線較多的測控元件都在活動橫梁上。將包括PLC在內(nèi)的測控部分安裝在活動橫梁的凹槽內(nèi)，可以減少外部接線，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。

2)釋放裝置
大型危險品包裝跌落試驗機能否正確、準確地完成跌落試驗，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。當電銷被釋放時，鎖定桿被解鎖，鉤被旋轉(zhuǎn)并釋放。試件起吊時，將試件的吊環(huán)套在吊鉤上，用手握住吊鉤，推入到位，鎖緊裝置會自動鎖緊。傳感器測量電插銷和鎖定桿的位置，測控系統(tǒng)自動完成釋放、鎖定和復位動作。

2.PLC控制系統(tǒng)
大型危險品跌落試驗機主要控制活動橫梁的運動，帶動試件在垂直方向上運動。伺服控制器控制電機的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動活動橫梁的整體運動。在實驗中，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軟件設計
整個設備的軟件控制主要由邏輯控制器、伺服控制器、傳感器和觸摸屏來完成。通過觸摸屏發(fā)送操作指令，邏輯控制器控制伺服電機和伺服控制器，配合傳感器完成整個測試。整個跌落試驗機的控制是一個閉環(huán)系統(tǒng)。

系統(tǒng)的主要控制對象是被測對象，控制被測對象的高度和重量。系統(tǒng)的被控對象是電機的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)是伺服控制器，所以所有的控制都比較復雜。

在整個程序設計中，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，針對不同的升降方式、被測對象的零位校準、脫扣鉤的控制、自動手動切換等編寫子程序。整個循環(huán)就是一個動作序列，只要依次執(zhí)行每個動作，就可以完成自動化所需的動作。每個具體操作都是通過調(diào)用相應的子程序來完成的，避免了程序機械重復的問題。

參數(shù)初始化，包括身高體重初始化，手動自動狀態(tài)初始化。
手動狀態(tài)下幾種操作控制的切換，包括:上升、下降、校零、歸零等。
在自動狀態(tài)下，從減重角度判斷標本的零點，自動上升到預設高度。
自動狀態(tài)下，從增重角度判斷標本的零點，自動上升到預設高度。
鎖桿自動脫落，吊鉤釋放重量。

2.2試驗機的關(guān)鍵技術(shù)
大型危險品跌落試驗機的研制，既總結(jié)了以往試驗機的優(yōu)點，又增加了一些新的控制和技術(shù)。主要區(qū)別是:

●自動確定測試高度
以往這種跌落測試的測試高度都是人工測量的。對于桶形容器的角度跌落試驗和焊接跌落試驗，需要事先測量高度并設置跌落狀態(tài)。測試過程中掉落不方便也不安全。本項目研制的大型危險品包裝跌落測試儀不僅可以實現(xiàn)測試高度的自動識別和預設，還解決了跌落狀態(tài)的預設問題。

●釋放裝置
在過去，跌落試驗裝置主要使用支撐板來支撐試件，如轉(zhuǎn)子式和襟翼式跌落試驗機。為什么這種類型的中東不適合300Kg以上的測試樣品的跌落試驗，對測試樣品的重量有一定的限制。大型危險品包裝跌落試驗機采用懸掛式掛鉤釋放裝置，解決了大型、重型試驗樣品的跌落試驗問題。利用光傳感器控制和電機驅(qū)動釋放，實現(xiàn)了試樣的自動鎖定和在操作者指令下的自動釋放功能。

●測量精度
以往跌落試驗設備只適用于300Kg以內(nèi)的試件重量，不適用于一些大型危險品試驗。大型危險品包裝跌落試驗機采用門式框架結(jié)構(gòu)，兩端分別由伺服電機驅(qū)動。在絲杠和導軌的作用下，保證了活動橫梁的水平運動。試驗重量超過2噸，試驗機中的力傳感器、導軌和絲杠保證了試驗中高度測量的準確性。

●先進的控制系統(tǒng)
包裝跌落試驗機的控制系統(tǒng)采用可編程控制器和平板電腦。將工業(yè)控制引入試驗機。通過傳感器和PLC的智能控制，實現(xiàn)了零位的自動判斷和試件自動升到預定高度。平板電腦提高了試驗機的可靠性和實用性。

3.觸摸屏監(jiān)控軟件的開發(fā)。
3.1總體設計
控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用15？將用于現(xiàn)場控制的帶觸摸屏的PLC控制系統(tǒng)與上位機監(jiān)控系統(tǒng)連接。其次，從變量的定義和I/O設備的管理入手，一個生動友好的主監(jiān)控界面，以及報警系統(tǒng)、參數(shù)設置、運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、強大的腳步語言處理能力和豐富的命令語言功能開發(fā)。

所開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)運行模擬和監(jiān)控、實時報警查詢和處理等功能。其中，運行中的釋放功能經(jīng)過多次提示和確認，防止非操作人員的誤操作，確保安全。

3.2測試監(jiān)控界面的設計
作為整個監(jiān)控軟件的主要部分，運行界面的設計形象地反映了整個系統(tǒng)測試過程，能夠根據(jù)操作人員的動作實時反映各種狀態(tài)和參數(shù)值。操作人員不僅可以在手動和自動之間切換，還可以根據(jù)試驗的要求選擇試驗的運行方式。在測試過程中，可以方便地預設測試的升高度。針對可能造成操作危險的軟件操作，監(jiān)控界面采用多重確認的方式，提高了測試的安全性。

3.3參數(shù)設置和報警界面設計
為了便于系統(tǒng)的自動化，提高試驗機的應用范圍，在監(jiān)控界面中特別增加了參數(shù)設置。通過改變電機的轉(zhuǎn)速，改變試件的上升和下降速度。對于不同的試件，通過改變系數(shù)設置，擴大了試驗機的應用對象，節(jié)約了資金，提高了試驗的準確性。

同時，根據(jù)設計的設計要求，試驗機高標高為3.8m，大載重量為2.5t，試驗中出現(xiàn)硬件故障等問題已經(jīng)超過上述指標，需要監(jiān)控系統(tǒng)及時有效的報警。鑒于此，在開發(fā)報警系統(tǒng)時，設計首先建立了系統(tǒng)的報警標注，可以在操作界面中及時準確地獲取報警的詳細信息。從而幫助運營商更好地解決問題。

4.結(jié)論。
大型危險品包裝跌落試驗機的設計將工業(yè)控制技術(shù)引入包裝行業(yè)，不僅提高了以往試驗機的準確性和便捷性，也大大提高了包裝行業(yè)的檢測水平。

危險品鋼桶包裝跌落試驗機的設計

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