一种管材的全自动落锤冲击试验机的制作方法

1.一种管材的全自动落锤冲击试验机，属于试验设备技术领域。


背景技术：

2.随着塑料管材在建材、建筑等行业被大量地应用，塑料管材的冲击试验已经是必不可少的检测项目，检测设备也随之成为塑料管材的生产、研究、使用以及检验机构必不可少的装备。冲击碰撞是日常生活和工程应用中一种常见的力学现象，对其进行实验模拟是一种有效的研究手段，而落锤式冲击实验机就是其中的一种重要实验设备，其基本原理是利用自由落体的速度对试件实现撞击加载，从而研究材料和结构在冲击载荷作用下的响应。
3.传统的落锤冲击试验机普遍存在如下缺陷：（1）擦拭样品在测试前后的取放均需要人工完成，因此影响了测试效率。（2）锤头在对样品进行冲击后，由于样品的作用会将锤头弹起，并形成二次冲击，因此在一定程度上也影响了测试效果。（3）锤头测试高度一般为固定高度，如果需要改变测试高度则只能更换其他的试验机进行试验，因此传统的落锤冲击试验机的适用性较差。（4）传统的落锤冲击试验机所适用管材的管径范围较小，超过试验机管径范围的管材无法进行测试。（5）由于针对不同的测试项目，需要使用不同重量的锤头，而锤头的更换也由人工完成，操作较为繁琐。（6）由于待测管件在受到锤头的冲击后也会弹起，因此存在一定安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置锤头升降机构，实现了不同锤头的抓取及提升，同时通过设置管件平移框架和其内的管件升降框架，实现了待测管件的自动进入和输出，并可适用于不同管径管件测试的管材的全自动落锤冲击试验机。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该管材的全自动落锤冲击试验机，包括内置有多个锤头的锤头放置架，设置有驱动锤头放置架往复移动的锤头平移机构，其特征在于：设置有固定框架，在固定框架的表面设置有管件平移框架，在管件平移框架的内部可升降的设置有管件升降框架，待测管件放置在管件升降框架的表面，管件平移框架通过管件升降框架带动待测管件往返于固定框架的前端和后端；在固定框架后端的正上方设置有试验口，试验口位于待测管件和锤头放置架移动轨迹的上方；在试验口的上方还设置有用于抓取和提升所述锤头的锤头升降机构，锤头升降机构的底部开口正对试验口。
6.优选的，所述固定框架固定在底板的表面，在底板的上方间隔设置有顶板，所述的试验口为贯穿顶板的开口，所述锤头升降机构竖立在顶板的表面，锤头平移机构位于锤头升降机构的后侧，锤头平移机构延伸至顶板的下方与所述的锤头放置架固定。
7.优选的，所述的锤头升降机构包括锤头下落立柱和锤头升降立柱，在锤头升降立
柱内竖向设置有锤头升降导轨和锤头升降丝杠，在锤头升降立柱的顶部设置有与锤头升降丝杠对接的锤头升降电机，设置有沿锤头升降导轨上下移动的抓手升降架，抓手升降架同时与锤头升降丝杠螺纹连接；锤头下落立柱竖立在锤头升降立柱的一侧，在锤头下落立柱的内腔中设置有锤头抓手，锤头下落立柱朝向锤头升降立柱的端面上自上而下设置有开口，抓手升降架进入锤头下落立柱的内腔与锤头抓手固定。
8.优选的，在试验口的上方固定有固定座，所述锤头下落立柱固定在固定座表面，在固定座的相对的两个端面处设置有开口，开口与固定座的中心孔连通，在两个开口处分别设置有一个锤头夹持气缸。
9.优选的，所述的锤头平移机构包括沿锤头放置架移动轨迹依次设置的锤头平移丝杠、锤头平移导轨以及贯穿顶板的锤头平移槽，在锤头平移丝杠的端部与锤头平移电机的电机轴同轴固定，在锤头平移丝杠外部套装有与与之螺纹连接的螺纹块，在锤头平移导轨12的外部安装有锤头平移滑块，螺纹块和锤头平移滑块同时与锤头平移板固定；锤头平移板的上部竖直从锤头平移槽的顶部引出，锤头平移板的下部穿过锤头平移槽进入顶板的下部与锤头放置架固定。
10.优选的，在所述固定框架表面两侧设置有管材平移导轨，所述的管件平移框架安装在两条管材平移导轨上；在固定框架的外侧设置有用于带动所述管件升降框架升降的升降驱动机构：分别位于固定框架前端的前升降驱动机构和固定框架后端的后升降驱动机构。
11.优选的，所述的管件平移框架包括上下间隔设置的上固定板和下固定板，下固定板安装在所述固定框架表面，在下固定板的底部固定有平移驱动气缸，平移驱动气缸的活塞轴向后延伸固定在固定框架的后端；在上固定板的中部设置有开孔，所述的管件升降框架经过上固定板进入上固定板和下固定板之间的空间内。
12.优选的，所述的管件升降框架包括下升降架和上升降架，下升降架穿过管件平移框架表面进入管件平移框架内部，在上升降架的表面设置有中部对接的两块放置板，两块放置板中部的对接处凹陷，待测管件放置在两块放置板的中部凹陷处，在下升降架表面还设置有对待测管件进行限位的限位机构；在管件平移框架表面对角处分别竖立有一个升降支架，通过两个升降支架分别竖直固定有一条升降轴，两条升降轴分别从固定在上升降架外侧的导向块中穿过，在上升降架的另一组对角处的外端面分别水平设置有一条升降杆，两条管件升降框架与所述的前升降驱动机构和后升降驱动机构分时对接。
13.优选的，所述的限位机构包括限位升降电机，在下升降架前后两侧的中部分别设置有一条管件限位丝杠，限位升降电机的电机轴通过传送机构同时与两条管件限位丝杠相连；在两条管件限位丝杠的外部分别安装有一个螺纹块，在前后两个螺纹块上分别安装有一个管件限位电机，管件限位电机的电机轴竖直向上，在前后两个管件限位电机的电机轴处分别固定有一个拨杆。
14.优选的，所述的前升降驱动机构包括竖立在固定框架前端两侧的第一前升降柱和第二前升降柱，在第一前升降柱和第二前升降柱分别安装有第一前卡块和第二前卡块，第一前卡块和第二前卡块分别设置有朝向管件升降框架，并与升降杆对接的卡口；所述的后
41、平移驱动气缸 42、下固定板 43、下升降架 44、升降连接柱 45、第二前卡块 46、第二前升降柱 47、后升降电机 48、后主动传动带 49、后从动传送带 50、连接块 51、第二后卡块 52、第二后升降柱 53、限位升降电机 54、拨杆 55、管件限位电机 56、管件限位丝杠 57、前张紧块 58、前从动传动带 59、前主动传送带 60、前升降电机 61、后张紧块 62、管材平移导轨。
具体实施方式
29.图1~10是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~10对本发明做进一步说明。
30.如图1所示，一种管材的全自动落锤冲击试验机（以下简称试验机），包括顶板3和底板10，顶板3和底板10上下间隔设置，在顶板3和底板10之间通过周圈的多条支撑柱6进行连接。在顶板3表面前侧开设有用于放入待测管件5（在图中设置有粗细不同的两个）的顶板开口4，在顶板开口4的两侧设置有相互平行的挡板导轨22（见图2），用于遮挡顶板开口4的挡板30（见图6），通过两侧的挡板导轨22安装在顶板开口4的上方，挡板30沿两侧的挡板导轨22滑动。
31.在顶板开口4的后侧还开设有试验口，在试验口处竖立有锤头升降机构1。锤头升降机构1包括锤头下落立柱14和锤头升降立柱15。锤头下落立柱14通过固定座29（见图6）竖立在试验口的正上方，锤头下落立柱14的内腔、固定座29的中心孔以及试验口自上而下依次对应。锤头升降立柱15竖立在锤头下落立柱14的一侧，锤头下落立柱14和锤头升降立柱15之间通过其两侧自上而下的多组连接架25（见图5）进行连接。
32.在顶板3和底板10之间设置有固定框架8，固定框架8固定在底板10表面，固定框架8沿底板10的前后方向布置。在固定框架8的表面设置有沿固定框架8前后移动的管件平移框架9，在管件平移框架9的内部设置有随管件平移框架9同步移动的管件升降框架7，待测管件5通过顶板开口4放置在管件升降框架7表面，并在管件升降框架7的带动下往返于顶板开口4与试验口之间。
33.结合图2~4，在顶板3和底板10之间的上方设置有锤头放置架21，在锤头放置架21内并排放置有若干锤头20，在顶板3的表面还设置有用于带动锤头放置架21平移的锤头平移机构2，锤头平移机构2位于锤头下落立柱14和锤头升降立柱15的后侧。锤头平移机构2包括沿自后向前依次设置的锤头平移丝杠11、锤头平移导轨12以及开设在顶板3表面的锤头平移槽13，锤头平移丝杠11、锤头平移导轨12以及锤头平移槽13沿顶板3宽度方向布置。在锤头平移丝杠11的端部与锤头平移电机19的电机轴同轴固定，在锤头平移丝杠11外部套装有与锤头平移丝杠11螺纹连接的螺纹块，在锤头平移导轨12的外部安装有两个沿锤头平移导轨12移动的锤头平移滑块18，锤头平移丝杠11外部的螺纹块位于两个锤头平移滑块18之间。
34.在上述的锤头平移槽13内设置有锤头平移板17，锤头平移板17的上部竖直从锤头平移槽13的顶部引出，安装在锤头平移丝杠11外部的螺纹块以及安装在锤头平移导轨12的外部的锤头平移滑块18固定在锤头平移板17的背面，锤头平移板17的下部穿过锤头平移槽13进入顶板3的下部后向前侧弯曲后与锤头放置架21固定。因此当锤头平移电机19转动时，通过其外部的螺纹块带动锤头平移板17沿锤头平移槽13往复移动，进一步实现了锤头放置架21以及其内的锤头20在顶板3的下方往复移动。
35.进一步结合图5~6，在锤头升降立柱15朝向锤头下落立柱14的表面竖直并排设置有两条锤头升降导轨26，在两条锤头升降导轨26之间设置有锤头升降丝杠27，在锤头升降立柱15的顶部设置有锤头升降电机16，锤头升降电机16的电机轴竖直向下并与锤头升降丝杠27同轴固定。设置有抓手升降架23，抓手升降架23背面的两侧通过滑块安装在两条锤头升降导轨26表面，抓手升降架23背面的中部设置有套装在锤头升降丝杠27的外部并与其螺纹连接的螺纹块。
36.锤头下落立柱14朝向锤头升降立柱15的端面上自上而下开设有与锤头下落立柱14连通的开口，在锤头下落立柱14的内腔中设置有锤头抓手24，抓手升降架23的前端穿过该开口进入锤头下落立柱14的内腔，锤头抓手24固定在抓手升降架23的前端。
37.在锤头下落立柱14底部固定座29的相对的两个端面处设置有开口，开口与固定座29的中心孔连通，在两个开口处分别设置有一个锤头夹持气缸28，锤头夹持气缸28的活塞轴正对固定座29的开口。
38.由上述可知，锤头20在锤头平移机构2的带动下移动至顶板3的试验口处，锤头升降电机16转动通过抓手升降架23带动锤头抓手24下移，锤头抓手24移动至锤头20处时动作抓住锤头20，然后锤头升降电机16反向转动，通过抓手升降架23带动锤头抓手24上升至预定高度，然后锤头抓手24松开，锤头20在锤头下落立柱14的内腔中自由落体，依次经过锤头下落立柱14、固定座29和顶板3后，对待测管件5进行冲击。锤头抓手24可通过本领域公知的手段实现，如机械手等，在此不再赘述。
39.因此通过锤头升降电机16带动的抓手升降架23可以将锤头提升至预定高度，因此可以实现对待测管件5不同高度下的冲击测试。通过锤头平移机构2可以根据需要将对应的锤头20移动至试验口的下方供锤头抓手24抓取，因此针对待测管件5实现了不同重量锤头20的选择。当锤头20自由下落对待测管件5进行冲击并被弹起后，锤头夹持气缸28的活塞轴输出，将弹起的锤头20进行夹持，从而避免了锤头20被弹起后二次下落对待测管件5造成二次冲击，保证了测试的可靠性。
40.如图7~10所示，在固定框架8表面的两侧分别设置有一条管材平移导轨62，管材平移导轨62自固定框架8的前端延伸至其后端。上述的管件平移框架9通过其底部两侧的滑块安装在两条管材平移导轨62表面。管件平移框架9包括上下间隔设置的上固定板38和下固定板42，与管材平移导轨62配合安装的滑块固定在下固定板42底部的两侧。在上固定板38和下固定板42之间通过四角处的固定连接柱40进行固定连接。在下固定板42的底部固定有平移驱动气缸41，平移驱动气缸41的本体固定在下固定板42的底部，平移驱动气缸41的活塞轴向后延伸固定在固定框架8的后端。平移驱动气缸41工作时带动管件平移框架9沿管材平移导轨62往复移动。
41.在上固定板38的中部设置有开孔，上述的管件升降框架7自上而下经过上固定板38进入上固定板38和下固定板42之间的空间内。管件升降框架7包括下升降架43和上升降架36，下升降架43穿过上固定板38进入上固定板38和下固定板42之间的空间内，上升降架36位于上固定板38的上方。在下升降架43表面四角处固定有升降连接柱44，上升降架36通过升降连接柱44固定在下升降架43的上方。
42.在上升降架36的表面设置有中部对接的两块放置板，两块放置板中部的对接处凹陷呈“v”型，待测管件5放置在两块放置板的中部凹陷处。在上固定板38的其中一组对角处
分别竖立有一个升降支架33，通过两个升降支架33分别竖直固定有一条升降轴34，两个升降轴34位于上升降架36的外侧。在上升降架36相对应的对角处分别设置有一个导向块，两条升降轴34分别从相对应的导向块中穿过。在上升降架36的另一组对角处的外端面分别水平设置有一条升降杆37，因此两条升降杆37前后设置。
43.在下升降架43的表面固定有限位升降电机53，在下升降架43前后两侧的中部分别设置有一条管件限位丝杠56，限位升降电机53的电机轴通过传送带同时带动两条管件限位丝杠56同步转动。在两条管件限位丝杠56的外部分别安装有一个螺纹块，在前后两个螺纹块上分别安装有一个管件限位电机55，管件限位电机55的电机轴竖直向上，在前后两个管件限位电机55的电机轴处分别固定有一个拨杆54。
44.在固定框架8的外侧设置有两组用于实现管件升降框架7在升降管件平移框架9内升降的升降驱动机构：分别位于固定框架8前端的前升降驱动机构和固定框架8后端的后升降驱动机构。
45.前升降驱动机构包括竖立在固定框架8前端两侧的第一前升降柱35和第二前升降柱46，第一前升降柱35和第二前升降柱46前后的间隔距离与上升降架36外侧的两条升降杆37前后距离相同。在第一前升降柱35上通过连接块50安装有第一前卡块39，第一前卡块39沿第一前升降柱35竖直方向上下移动；在第二前升降柱46上通过连接块50安装有第二前卡块45，第二前卡块45沿第二前升降柱46竖直方向上下移动。第一前卡块39和第二前卡块45分别设置有朝向后侧的卡口。
46.第一前升降柱35和第二前升降柱46均包括竖直并排设置的一条丝杠和一条导轨，连接块50包括一体的滑块结构和螺纹块结构，其中滑块结构安装在导轨表面，同时螺纹块套装在丝杠的外圈，并与丝杠螺纹连接。在第一前升降柱35的一侧设置有前升降电机60，在前升降电机60的电机轴处固定有前主动轮（如齿轮），在第一前升降柱35中丝杠的底部同时同轴固定有第一前从动轮和第二前从动轮，在第二前升降柱46中丝杠的底部同轴固定有第三前从动轮。前主动传动带59套装在前主动轮和第一前从动轮的外圈，前从动传动带58一端套装在第二前从动轮外圈，另一端穿过固定框架8延伸至第二前升降柱46处，套装在第三前从动轮的外圈。在前从动传动带58的内圈设置有前张紧块57，使前从动传动带58始终保持张紧状态。
47.后升降驱动机构包括竖立在固定框架8后端两侧的第一后升降柱31和第二后升降柱52，第一后升降柱31和第二后升降柱52前后的间隔距离与上升降架36外侧的两条升降杆37前后距离相同。在第一后升降柱31上通过连接块50安装有第一后卡块32，第一后卡块32沿第一后升降柱31竖直方向上下移动；在第二后升降柱52上通过连接块50安装有第二后卡块51，第二后卡块51沿第二后升降柱52竖直方向上下移动。第一后卡块32和第二后卡块51分别设置有朝向前侧的卡口。
48.第一后升降柱31、第二后升降柱52的结构与上述第一前升降柱35、第二前升降柱46的结构相同，在此不再赘述。在第一后升降柱31的一侧设置有后升降电机47，在后升降电机47的电机轴处固定有后主动轮，在第一后升降柱31中丝杠的底部同时同轴固定有第一后从动轮和第二后从动轮，在第二后升降柱52中丝杠的底部同轴固定有第三后从动轮。后主动传动带48套装在后主动轮和第一后从动轮的外圈，后从动传动带49一端套装在第二后从动轮外圈，另一端穿过固定框架8延伸至第二后升降柱52处，套装在第三后从动轮的外圈。
在后从动传动带49的内圈设置有后张紧块61，使后从动传动带49始终保持张紧状态。
49.利用现有技术，通过调整第一前升降柱35、第二前升降柱46、第一后升降柱31和第二后升降柱52表面螺纹的方向，可以实现前升降电机60转动时，通过前主动传送带59和前从动传送带58，带动第一前卡块39和第二前卡块45同步升降；同时可以实现后升降电机47转动时，通过后主动传送带48和后从动传送带49，带动第一后卡块32和第二后卡块51同步升降。
50.具体工作过程及工作原理如下：首先平移驱动气缸41的活塞杆输出，带动管件平移框架9以及其内的管件升降框架7移动至固定框架8的前侧。移动到位之后，管件升降框架7中上升降架36两侧的升降杆37分别卡装进入第一前卡块39和第二前卡块45的卡口中。前升降电机60工作驱动第一前升降柱35和第二前升降柱46中丝杠的转动，通过第一前卡块39和第二前卡块45带动管件升降框架7上升至顶板开口4的下方。
51.向后推动挡板30露出顶板开口4，将待测管件5放置在管件升降框架7中上升降架36的两块放置板之间的凹陷处。然后限位升降电机53工作，带动上升降架36前后的管件限位电机55上升，直至管件限位电机55电机轴处的拨杆54高于待测管件5的内壁，然后升降架36前后两侧的管件限位电机55带动拨杆54转动，使拨杆54分别从待测管件5的两端进入待测管件5的内部，然后限位升降电机53反向转动，使拨杆54下降一段距离，但拨杆54不与待测管件5的内壁接触。然后前升降电机60驱动第一前升降柱35和第二前升降柱46中丝杠的反向转动，通过管件升降框架7带动待测管件5下降至顶板开口4的下方。
52.锤头平移机构2工作，通过锤头平移板7将测试要求的锤头20移动至试验口的正下方，锤头升降电机16工作，通过抓手升降架23带动锤头抓手24下降至锤头20处，锤头抓手24动作抓取锤头20。然后锤头升降电机16工作，将锤头抓手24抓取的锤头20提升至预定高度，然后锤头平移机构2工作，通过锤头平移板7带动锤头放置架21以及其内的其他锤头20复位。
53.平移驱动气缸41的活塞杆复位，通过管件平移框架9带动管件升降框架7以及其表面的待测管件5后移，此时上升降架36两侧的升降杆37分别从第一前卡块39和第二前卡块45的卡口中脱离。直至管件平移框架9带动管件升降框架7以及其表面的待测管件5移动至固定框架8的后侧，此时待测管件5位于试验口的正下方，同时上升降架36两侧的升降杆37分别卡装进入第一后卡块32和第二后卡块51的内部。
54.后升降电机47工作驱动第一后升降柱31和第二后升降柱52中丝杠的转动，通过第一后卡块32和第二后卡块51带动管件升降框架7上升，逐渐靠近试验口，在试验口下方的两侧设置有光电对射开关，当待测管件5的顶部上升至光电对射开关的发射端与接收端之间时，后升降电机47停止转动。因此，无论待测管件5的管径大小，均可保证待测管件5的顶部（冲击面）上升至相同的高度，因此可以适用于不同管径大小的待测管件5。
55.然后锤头抓手24松开，锤头20从预定高度自由下落，锤头20依次经过锤头下落立柱14、固定座29和顶板3后，对待测管件5进行冲击。锤头20完成对待测管件5进行冲击并被弹起后，锤头夹持气缸28的活塞轴输出，将弹起的锤头20进行夹持，从而避免了锤头20被弹起后二次下落对待测管件5造成二次冲击。由于待测管件5在受到锤头20的冲击后也会弹起，此时待测管件5两端的拨杆54对待测管件5的弹起幅度进行限制，使待测管件5不会脱离
上升降架36的表面，完成冲击测试。
56.然后后升降电机47工作驱动第一后升降柱31和第二后升降柱52中的丝杠反向转动，通过第一后卡块32和第二后卡块51带动管件升降框架7下降至最底部，平移驱动气缸41的活塞杆再次输出，带动管件升降框架7以及待测管件5向固定框架8的前侧移动。上升降架36两侧的升降杆37分别从第一后卡块32和第二后卡块51的卡口中脱离。待测管件5移动至固定框架8的前端时，上升降架36两侧的升降杆37再次卡装进入第一前卡块39和第二前卡块45的卡口中，前升降电机60再次驱动第一前升降柱35和第二前升降柱46中丝杠的转动，通过第一前卡块39和第二前卡块45带动待测管件5上升至顶板开口4的下方，工作人员向后推动挡板30露出顶板开口4，将待测管件5取出，如此往复。
57.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。