用于沖擊試驗承載翻轉升降工作臺的研制

文 /丁 珺

當汽車制動時，由于慣性作用，人的頭部可能會撞上汽車座椅、儀表盤、護手箱等部件。因此，模擬頭部撞擊這些部件的測試在汽車檢測行業中是一個必不可少的檢測項目。擺錘沖擊設備用于檢測這些部件對動能的吸收狀況，直至這些部件的選材和結構設計所承受的沖擊加速度完全符合標準要求的數值。GB 11552-2009《乘用車內部凸出物》中該類機動車擺錘沖擊測試所需的工作臺均以600 mm（長）× 600 mm（寬）×1 000 mm（高）的長方柱體充當，對于大型被測部件則兩個拼裝組成大的工作臺來安裝部件。問題是：若要對位于低位（1 m以下）的被檢測部件進行檢測，則需搬走笨重的長方柱體，換上較低的長方柱體。這樣，相當費時、費力且不安全。

對有角度要求的檢測項目只能在被測部件的一側逐步加墊塊來實現，不僅夾緊困難，更不能翻到正確的角度。鑒于此，根據標準要求,盡早設計、制造出滿足安全、高效、定位準確的工作臺，進一步提升檢測結果科學性。

本文所要關注的焦點是設計出一個與擺錘沖擊設備完全匹配的且能自動翻轉、升降的工作臺，同時在承受沖擊力時有足夠的剛性，以免測試的數據因工作臺的剛性問題而產生偏差、不準確。對于大型被測部件需兩個工作臺組合使用時，則要兼顧其升降、翻轉時的同步性。這在國內是一個全新的設計要求。

一、設計思路

1. 升降部分

① 最低的起始高度為500 mm，最大行程為500 mm來選擇一種動力傳輸方式，滿足工作臺從起始位置升至1 m高度的施力要求。不能有任何東西突出升降部分的上平面。

② 該施力機構能承受1 000 kg的靜載荷和800 kg的沖擊力且仍具剛性、不移動。

2. 翻轉部分

① 翻轉角度0?～ 90?來選擇一種動力傳輸方式，滿足翻轉時的施力要求。不能有任何東西突出安裝被測部件的翻轉臺平面。

② 該施力機構能帶動1 000 kg重的被測部件翻轉至要求的角度時能承受800 kg的沖擊力且仍具剛性而不移動。

3. 重點

對升降、翻轉兩部分的設計分析得出設計的關鍵點是：選擇一套合適的施力機構，既有足夠的動力又能承受靜載荷和沖擊力且仍具剛性，不產生位移，創新的機構設計可滿足升降和翻轉的要求。

二、設計方案結構解析

1. 升降部分

它是通過液壓來傳輸動力、承受壓力的施力機構。輔以機械定位機構用以消除各自的相對移動、轉動關節間的間隙，將升降部分的上下兩個平面剛性連接，進一步提高升降部分的剛性。這樣既能滿足低起始位置和大行程的要求，又能確保工作臺的剛性。機械定位機構小油缸在高度定位后工作，用以鎖緊機械定位機構，增加剛性。在升降工作前先行工作，以松開機械定位機構（見圖1下半部分）。

2. 翻轉部分

① 與升降部分相同，也是通過液壓來傳輸動力、承受壓力的施力機構。輔以機械定位機構用以消除各自的相對移動、轉動關節間的間隙，將翻轉部分的上下兩個平面剛性連接，進一步提高翻轉部分的剛性。油缸以它較小的行程能夠滿足0°～90°角的翻轉要求，占用空間較小。機械定位機構小油缸在角度定位后工作，用以鎖緊機械定位機構，增加剛性。在翻轉工作前先行工作，以松開機械定位機構。

② 翻轉原理改變了繞轉軸翻轉的傳統方式，采用既可翻轉又可移動的機構來完成。即在翻轉部分工作臺面翻轉的同時，該工作臺面隨著翻轉角度的增大而逐漸往底座的中心位置移動。此時，油缸活塞桿收縮，拉動固定在工作臺面下方的連接桿與工作臺面一起沿水平方向向右移動，帶動固定在工作臺面下方的支撐板隨其向右移動，而支撐板上的斜槽在固定于底座上轉軸的約束下，迫使工作臺面完成往右移動和翻轉兩個動作，以此來達到被測部件的重心位置盡可能地落在底座平面里面，可增加工作臺的承載和受沖擊能力（見圖1上半部分）。

3. 控制部分

① 單個工作臺升降（翻轉）時由電腦輸入要求值，經過位移（角度）傳感器反饋的數據加以比對，并將數值顯現在顯示屏上來進行高度（角度）控制。電腦同時控制電磁閥，切換進、出油路來控制油缸的推、拉帶動工作臺升降（翻轉）。調節節流閥控制升降（翻轉）的速度。油缸進、出兩端油路安裝液控單向閥，保壓、鎖死油缸，使油缸在承受外力時不會移動（見圖2）。

圖1 用于沖擊試驗承載翻轉升降工作臺

圖2 工作臺升降翻轉

② 兩個工作臺聯動時電腦切換成聯動模式（兩個工作臺橫向并排）。

上升時，由電腦輸入要求的值，兩個工作臺的位移傳感器分別將即時進行中的高度數值反饋至電腦進行比對。當差值超過2 mm時，處高位工作臺的電磁閥自動關閉，該油缸停止工作，該工作臺停止上升，處低位的工作臺繼續上升。當差值小于2 mm時，兩個工作臺又同時上升，直至要求的高度止。下降時原理亦如此（處低位的停止）。

翻轉時由電腦輸入要求的值，兩個工作臺的角度傳感器分別將即時進行中的角度值反饋至電腦進行比對，當差值超過0.5°時，接近要求值的工作臺電磁閥關閉，該油缸不工作，同時該工作臺停止翻轉，另一工作臺繼續翻轉。當差值小于0.5°時，兩個工作臺又同時翻轉，直至要求的角度止。

在油管總路上安裝有溢流閥，控制油壓，從而起到安全保護作用。

4. 增加剛性支撐

① 在升降高度定位后，擰上正面支撐桿與地面連接的鎖緊螺母，用以承受來自正向與水平面成35?～65?夾角的沖擊力。同時，擰上兩側面支撐桿與地面連接的鎖緊螺母，用以承受來自與側面（或另一側面）成30°左右夾角且與水平面成35?～65?夾角的沖擊力。

② 在翻轉角度定位后，擰緊兩側板支撐上的長槽間的螺母，用以承受上述兩個方向的沖擊力。

三、驗證結果

按照本文所述的設計方案研制出的工作臺，經實際使用，完全符合測試要求，且方便安裝、自動升降翻轉、省力安全，在承受靜載荷和沖擊力時不移動。檢測小的被測部件時，可選用兩個工作臺中的任何一個。當檢測大的被測部件時，則可將它跨連固定在兩個工作臺面上。此時兩個工作臺聯動組合成一個大工作臺。每個工作臺面尺寸為：1 050 mm（長）×600 mm（寬），升降時高度精度達1.5 mm，翻轉時角度精度達0.5°。當聯動組成大工作臺時，臺面尺寸為：3 100 mm（長）×1 050 mm（寬），升降時兩工作臺面高度差精度為2 mm，翻轉時兩工作臺面角度差精度為0.5°。工作時，升降、翻轉平穩，無抖動、沖擊現象，承受沖擊時表現出很好的剛性。創新的翻轉方式、合理的設計，使擺錘沖擊設備上的擺錘更能便捷合理又正確地尋找到被測部件上的沖擊點。作為擺錘沖擊設備的附屬設備完全能與之匹配，實現了被測部件安裝工作臺的自動化，根據試驗數據分析驗證了該工作臺檢測數據的可靠性、準確性。

（作者單位：上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司）

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