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拉力机的过载保护方案

作者:拉力机    来源:www.llsyj1688.com   发布时间:
拉力机的过载保护方案 

首先,我们简单了解一下拉力机的相关结构。
一、拉力机大部分包括
1、计算机控制系统
2、动力传动系统
3、测力机构
4、传感器
5、工作台。
二、高档非标定制拉力机包括
1、自动引伸计、
2、自动上料 
3、自动卸料等装置
一般会采用伺服压机,实现了闭环控制,实验过程中,操作人员只需要设置好程序和参数,大部分工作由机械手完成。
三、操作方式:
1、设备底部的工作台
2、门字形的框架
3、安装在框架上的移动梁作为移动端,台面或顶端的固定梁作为固定端,固定端直接连夹具,移动端通过力学传感器连接夹具。
4、试样的两端固定在两个夹具上,移动端以一定的速度运动,试样被拉伸或压缩,记录压力传感器上的力值和对应的移动端位移和时间, 给出受力曲线。
四、拉力机传感器
在整个拉力机设备中,起到至关重要做的压力传感器,是精密部件又是易损部件。在试验操作过程中,假如力值达到或者是说超过了破坏极限。就会导致压力传感器的损害。
拉力机压力传感器为什么损坏?
1、主要是因为测试模量比较高的材料时容易超量程,所以不管是拉伸还是压缩,力值都会急剧上升。
如果移动端的运行速度又较快,监测压力传感器所受力值达到报警力值再采取措施往往为时已晚,因为力值上升太快,
在保护机制执行的过程中,力值已经超过压力传感器的破坏极限。
2、在压缩测试过程中,即使模量再低的材料,压缩到一定程度之后,力值也会急剧上升,很容易超过破坏极限造成压力传感器的损坏。
五、常规拉力机厂家的过载保护措施
在实际试验过程中,更换压力传感器麻烦也费时费力。为了避免拉力机传感器不必要的损坏,一般拉力机厂家都会增加一些必要的保护措施。
1、降低压力传感器的量程:例如压力传感器出厂的量程:1000N,实际上的破坏极限:1100 N,多余的这100N 作为保险系数。
2、拉力机上设置报警或停机力值,如果压力传感器所受力值达到设定值时设备会发出报警,并且停止运行,避免过载破坏。
3、拉力机上一般都会有急停按钮,在试验操作过程中工作人员需要时刻关注力值的变化,假如发现力值马上就要超过量程时,及时按下急停按钮,避免过载破坏。
4、但是人为操作保护措施,如果不提前判断的话,反应速度是远不如拉力机自身的停机保护更高效。
六、常规拉力机厂家的保护措施缺点分析:
 想要找到合理的解决方案,首先我们要了解其相关原理,上述常规的几种保护措施,特别是闭环控制方式,从原理上说是有效的,但是这几种措施都有一定的局限。
1、在量程上设置裕量的方式,对于偶尔出现的某些稍微超过量程的情况,可以避免传感器的破坏,但是如果负荷继续增加,传感器还是会被压坏。
2、闭环控制的方式,可以通过设置恰当的报警或停机条件而发挥作用。但是,从检测到报警信号到停机还有一定的响应时间,在快速压缩过程中,
这个响应时间内系统过载足以把传感器压坏。
3、还有就是如果采用急停按钮开关的方式,依赖于操作者的反应灵敏程度,不能作为常规的保护措施。
七、新的拉力机过载保护方案 :
综合的比较好的方案就是在移动梁和固定梁之间增加预压紧或预拉伸的弹性装置,当负荷达到预压紧力或预拉伸力时,弹性装置继续发生变形,从而在试样的压缩或拉伸之外串联一个弹性装置的压缩或拉伸变化,受力相同时变形量增加,或者变形相同时受力更小。此时再结合在量程上设置裕量的保护方式以及闭环控制的方式,可以保证在压力传感器达到破坏极限之前采取报警或停机措施。
具体的方案示意图,可以看下图:

防止压缩过载的保护装置,弹性保护装置包括内部的弹性元件和外壳,外壳有一个端盖可以向内运动,弹簧以一定的压缩量装配到外壳中。 确定压缩量的标准是: 当压力传感器受到的压缩力大于传感器的量程时,端盖压缩弹簧继续向内运动,为闭环控制系统留出反应时间,避免传感器被压坏。当传感器受到的压缩力小于传感器的量程时,端盖受到弹簧的挤压和外壳的限制而不能运动,从而不影响测量结果。同时我们也可以看到,如图拉伸过载保护装置所示的防止拉伸过载的保护装置,以及把压缩过载保护装置和拉伸过载保护装置结合起来形成的如图综合过载保护装置所示的保护装置,可以同时实现压缩和拉伸的过载保护。
八、新的解决方案在实际案例中的应用
汽车内饰顶棚是一种复合材料,包括三明治骨架和复合在三明治骨架上的面料,采用模压工艺生产。厚度是顶棚的一个重要指标,在与护板、扶手等部件配合的部位都需要满足厚度的要求, 采用在模具上增加限位的方式来保证厚度。为了在实验室模拟顶棚的压制过程,制作了一对小模具,采用拉力机来提供压力,这时候就遇到了前面所说的压力过载保护的问题———当小模具到达限位之后,不能像实际上生产的压机一样达到压力及时停止,而是按照设定的速度继续下行,直至接收到停机信号。
那么采用上图中压缩过载保护所示的设计方案,按照传感器的量程2000 N 采用弹性系数200 N/mm的弹簧制作了压缩保护装置,当压力达到2000N之后,移动梁继续以1mm/s的速度下行,1s 之后才能达到2200 N,如果传感器的破坏极限是2200 N,则为系统提供了1s的缓冲时间,确保闭环控制系统能够发挥保护作用。假如没有弹性保护装置,压力会在瞬间突破2500N,把压力传感器压坏。

所以说采用压力传感器上串联预压缩和/或预拉伸的弹性保护装置的方法,结合传感器预留的量程裕量和控制系统的闭环控制报警措施,从而有效地避免拉力机在响应时间过长而导致的过载保护措施失效问题,导致压力传感器损坏的问题。

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