CN103091020A - 一种液压破碎锤冲击能检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压破碎锤冲击能检测方法及装置，该检测方法包括以下几个步骤：1)压力传感器检测破碎锤钎杆冲击力，并将其转换为电压信号；2)数据采集卡采集电压信号；3)计算机读取数据采集卡采集的数据，并进行数据处理；4)计算机通过输出模块输出处理结果；所述的检测装置包括压力传感器、数据采集卡、计算机和输出模块，所述的压力传感器、数据采集卡、计算机和输出模块依次连接，压力传感器通过传感器固定件固定在破碎锤钎杆的作用水平面上。与现有技术相比，本发明具有方法简单，操作方便，检测结果准确等优点。

Description

一种液压破碎锤冲击能检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种破碎锤性能检测领域，尤其是涉及一种液压破碎锤冲击能检测方法及装置。

背景技术

冲击能反映了液压破碎锤的破碎能力，冲击频率反映了液压破碎锤的破碎速率，冲击能与冲击频率作为两性能参数，共同决定了破碎锤的工作质量。在许多厂商的样本或技术文件中往往只提供冲击频率，不标注冲击能。相对于冲击频率而言，冲击能的检测在技术、费用等方面需求较高，并且因检测方法的不同得到的冲击能也有一定差别。因为目前国内没有统一的检测方法与标准，所测得结果的准确性、重复性、可比性都很差，所以各厂商提供的冲击能参数易引起混乱，冲击能的提供也就更加困难。

目前，常用的冲击器冲击能参数测试方法包括末速度法、示功图法、应力波法、机械测量法、氮气室压力测量法。

专利CN1387030是以测量氮气室压力来计算活塞动能的装置和方法，测量方法简便易行，但对于没有氮气室的全液压作用液压锤，则无法使用。同时它是根据氮气室体积的变化，来求解活塞运动的位移，推算出活塞运动的最大速度，最后得出动能，但忽略了活塞前后腔作用面积以及活塞本身的重量。由此得出的结果虽然一定程度上反映了活塞具有的动能，但并不能准确反映液压冲击器具有的冲击能。一般类似方法检测到的冲击能虽一定程度反映了活塞具有的动能，但传递到钎杆以后存在一定的能量损失，使得检测到的冲击能与实际作用在物体上的能量不符，进而测量结果更加偏离真实值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单，操作方便，检测结果准确的液压破碎锤冲击能检测方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种液压破碎锤冲击能检测方法，包括以下几个步骤：1)压力传感器检测破碎锤钎杆冲击力，并将其转换为电压信号；2)数据采集卡采集电压信号；3)计算机读取步骤2)中数据采集卡采集的数据，并进行数据处理；4)计算机通过输出模块输出步骤3)中的处理结果。

所述的步骤3)中数据处理的具体步骤为：

A)将数据采集卡采集的数据按线性关系转换成冲击力，并得到破碎锤钎杆的有效作用时间；

B)根据步骤A)中测得的冲击力和破碎锤钎杆的有效作用时间得到冲击力-时间曲线；

C)对冲击力-时间曲线的横坐标进行离散处理，并通过积分原理对离散值累加得到破碎锤钎杆冲击力的冲量；

D)通过破碎锤钎杆冲击力的冲量计算破碎锤钎杆的初速度；

E)根据破碎锤钎杆的质量以及步骤D)获得的初速度得到冲击能；

F)根据冲击力-时间曲线得出N个冲击力峰值所用的时间T_n，一次冲击运动周期T＝T_n/N，则冲击频率为f＝1/T。

所述的冲击力-时间曲线与坐标轴包围的面积为破碎锤钎杆的冲量，对冲击力-时间曲线横坐标进行离散处理，由动量定理可得：

则液压冲击锤的冲击能为：

F为冲击力，τ为有效作用力时间，其中F_m为最大冲击力。

所述的电压信号由数据采集卡采集之前经过放大、整流和滤波处理。

一种液压破碎锤冲击能检测装置，该检测装置包括压力传感器、数据采集卡、计算机和输出模块，所述的压力传感器、数据采集卡、计算机和输出模块依次连接，其特征在于，所述的压力传感器通过传感器固定件固定在破碎锤钎杆的作用水平面上。

所述的压力传感器与数据采集卡之间设有辅助电路，该辅助电路包括依次连接的放大电路、整流电路和滤波电路，对压力传感器产生的电压信号进行放大、整流和滤波。

所述的输出模块包括打印机和显示器。

与现有技术相比，本发明准确检测出破碎锤的有效冲击能，测试方法简单，操作安全、方便。不仅可用于实验室对破碎锤的冲击能进行测试，也可方便的用于生产厂家对破碎锤的各种工况性能进行出厂检验。对于不同厂家、不同类型冲击器的统一性能比较也具有较高的参考价值，此外由于此方法安装方便、使用简单，十分有利于操作和管理人员对检测设备的使用和维护。

附图说明

图1为本发明检测方法的流程图；

图2为本发明检测装置的结构示意图；

图3为冲击力-时间曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明检测方法的流程如图1所示，首先通过压力传感器1检测破碎锤钎杆冲击力，并将其转换为电压信号，然后数据采集卡2以一定周期采集电压信号，计算机3读取数据采集卡2采集的数据，并进行数据处理，得到冲击能、冲击频率等破碎锤6冲击性能参数，最后通过输出模块4输出的处理结果。

计算机3中数据处理包括以下几个步骤：首先，将数据采集卡采集的数据按线性关系转换成冲击力，并得到破碎锤钎杆的作用时间数据；然后，根据测得的冲击力和破碎锤钎杆的作用时间数据得到冲击力-时间曲线，对冲击力-时间曲线的横坐标进行离散处理，并通过积分原理对离散值累加得到破碎锤钎杆冲击力的冲量，通过该冲量计算破碎锤钎杆的初速度，之后根据破碎锤钎杆的质量以及得到的初速度计算出冲击能；最后，根据冲击力-时间曲线得出N个冲击力峰值所用的时间T_n，一次冲击运动周期T＝T_n/N，则冲击频率为f＝1/T。图3即为冲击力-时间曲线的示意图。

压力传感器1的电压信号经放大、整流和滤波之后，数据采集卡采集该信号，并获取破碎锤钎杆的作用时间信息，由计算机读取且通过线性关系转换为冲击力值。对测得的冲击力值进行数据分析，判断数据是否有效再进行计算处理。根据积分原理，对横坐标进行n次离散，得到T₀，T₁，......，T_n-1，对应的到n个力值。当n足够大时曲线所包围的面积可近似表示为：F₀T₀+F₁T₁+......F_n-1T_n-1；当达到F_m时进行m-1次离散，m值足够大时曲线所包围的面积也可近似表示为：F₀T₀+F₁T₁+......F_m-1T_m-1。其中，F₀，F₁，....F_m-1，F_m，....F_n-1，F_n可通过数据采集得到，即采样过程中的连续量的数值量子化；T₀，T₁，...，T_m-1，T_m，...，T_n-1，T_n可根据采样时间得到，及采样过程中的连续量的时间离散化。因此可得破碎锤钎杆作用力冲量为：I_m＝F₀T₀+F₁T₁+......F_m-1T_m-1+F_mT_m(1)。

根据压力传感器的测力原理，F＝KU，K为比例系数，U为传感器测得的电压，可以得到：

F₀＝KU₀，F₁＝KU₁，...F_m-1＝KU_m-1，F_m＝KU_m(2)。

再由动量定理：

Ft＝mv₂-mv₁(v₂为末速度、v₁为初速度)(3)。

活塞打击破碎锤钎杆时，在破碎锤钎杆的作用力F以及活塞自身重力G的共同作用下，动量发生变化，由动量定理(3)可得：

${\∫}_0^{\mathrm{\τ}}\left[\mathrm{Fdt}\right]-\mathrm{G\τ}={\mathrm{Mv}}_1-M(-v_0)={\mathrm{Mv}}_0---\left(4\right).$

说明：v₀为活塞打击时的初速度、v₁为打击末速度取零

I_i＝F_it＝KU_it

I_m＝F₀T₀+F₁T₁+......F_m-1T_m-1+F_mT_m＝KU₀T₀+KU₁T₁+......KU_m-1T_m-1+KU_mT_m(5)

$I_m=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{KU}}_i{T}_i$

由(4)可得： $v_0=\frac{{\∫}_0^{\mathrm{\τ}}\left[\mathrm{Fdt}\right]-\mathrm{G\τ}}{M}=\frac{I_m-\mathrm{G\τ}}{M}---\left(6\right)$

由(5)和(6)可得液压冲击器冲击能为：

$E=\frac{{\mathrm{Mv}}_0^2}{2}=\frac{{(I_m-\mathrm{G\τ})}^2}{2M}=\frac{{({\mathrm{KU}}_0{T}_0+K{U}_1{T}_1+......{\mathrm{KU}}_{m-1}{T}_{m-1}+{\mathrm{KU}}_m{T}_m-\mathrm{G\τ})}^2}{2M}$

其中：

F_m——最大作用力

m——采样的到的最高力值点以前的有效数据个数

U_i——采样得到的传感器电压

V₀——冲击初速度

t——采样间隔时间

M——破碎锤钎杆的质量

K——传感器比例常数(可通过测试标定得到)

τ——有效作用时间

氮爆式液压锤、全液压式破碎锤等不同作用方式的冲击锤。

对冲击力-时间曲线进行分析处理，得出N个峰值所用的时间T_n，而一次冲击运动周期T＝T_n/N，从而得出冲击频率为f＝1/T。

如图2所示，一种液压破碎锤冲击能检测装置，该检测装置包括压力传感器1、数据采集卡2、计算机3和输出模块4。压力传感器与数据采集卡之间设有辅助电路，该辅助电路包括依次连接的放大电路、整流电路和滤波电路，对压力传感器产生的电压信号进行放大、整流和滤波。压力传感器1、辅助电路、数据采集卡2、计算机3和输出模块4依次连接，压力传感器1通过传感器固定件5固定在钎杆61的作用水平面上。输出模块4包括打印机和显示器，用于输出检测结果。

Claims (7)

1.一种液压破碎锤冲击能检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

1)压力传感器检测破碎锤钎杆冲击力，并将其转换为电压信号；

2)数据采集卡采集电压信号；

3)计算机读取步骤2)中数据采集卡采集的数据，并进行数据处理；

4)计算机通过输出模块输出步骤3)中的处理结果。

2.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤冲击能检测方法，其特征在于，所述的步骤3)中数据处理的具体步骤为：

A)将数据采集卡采集的数据按线性关系转换成冲击力，并得到破碎锤钎杆的有效作用时间；

B)根据步骤A)中测得的冲击力和破碎锤钎杆的有效作用时间得到冲击力-时间曲线；

C)对冲击力-时间曲线的横坐标进行离散处理，并通过积分原理对离散值累加得到破碎锤钎杆冲击力的冲量；

D)通过破碎锤钎杆冲击力的冲量计算破碎锤钎杆的初速度；

E)根据破碎锤钎杆的质量以及步骤D)获得的初速度得到冲击能；

F)根据冲击力-时间曲线得出N个冲击力峰值所用的时间T_n，一次冲击运动周期T＝T_n/N，则冲击频率为f＝1/T。

3.根据权利要求2所述的一种液压破碎锤冲击能检测方法，其特征在于，所述的冲击力-时间曲线与坐标轴包围的面积为破碎锤钎杆的冲量，对冲击力-时间曲线横坐标进行离散处理，由动量定理可得：则液压冲击锤的冲击能为：

F为冲击力，τ为有效作用力时间，其中F_m为最大冲击力。

4.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤冲击能检测方法，其特征在于，所述的电压信号由数据采集卡采集之前经过放大、整流和滤波处理。

5.一种实施权利要求1所述的液压破碎锤冲击能检测方法的装置，该装置包括压力传感器、数据采集卡、计算机和输出模块，所述的压力传感器、数据采集卡、计算机和输出模块依次连接，其特征在于，所述的压力传感器通过传感器固定件固定在破碎锤钎杆的作用水平面上。

6.根据权利要求5所述的液压破碎锤冲击能检测方法的装置，其特征在于，所述的压力传感器与数据采集卡之间设有辅助电路，该辅助电路包括依次连接的放大电路、整流电路和滤波电路，对压力传感器产生的电压信号进行放大、整流和滤波。

7.根据权利要求5所述的液压破碎锤冲击能检测方法的装置，其特征在于，所述的输出模块包括打印机和显示器。

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