氣動(dòng)
破碎機(jī)是一種用于礦山大塊巖石二次破碎的鑿巖機(jī)械，它還廣泛應(yīng)用于市政建筑的開鑿基巖、拆毀鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、破碎凍土以及整治各種混凝土結(jié)構(gòu)的路基與路面等。氣動(dòng)破碎機(jī)是以壓縮空氣為動(dòng)力的工具，壓縮空氣由氣壓閥控制交替接通到缸體的兩端，使活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊釬桿尾部，將釬桿鑿入混凝土層中，使其分裂開。為取得較高的破碎效率，釬桿必須與混凝土層有良好的接觸，因此釬桿在破碎土層的同時(shí)，存在一定的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度對破碎效率有一定的影響。
氣動(dòng)破碎機(jī)在出廠前的運(yùn)行試驗(yàn)性能檢測是保證其質(zhì)量的重要檢核手段。過去，國內(nèi)主要通過現(xiàn)場鑿巖試驗(yàn)檢測，這種方法不僅存在費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、試驗(yàn)條件不盡一致等缺點(diǎn)，更重要的是難于提供準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，還會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率也很低。
針對上述問題，為了實(shí)現(xiàn)對氣動(dòng)破碎機(jī)性能參數(shù)的室內(nèi)測試分析，同時(shí)又考慮到便于應(yīng)用，研制了氣動(dòng)破碎機(jī)性能檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品出廠前的質(zhì)量檢驗(yàn)。該檢測系統(tǒng)由試驗(yàn)臺(tái)、傳感器、信號調(diào)理電路、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)和打印機(jī)等組成。檢測快捷、可靠，提高了破碎機(jī)的出廠檢驗(yàn)水平。
l、氣動(dòng)破碎機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成
氣動(dòng)破碎機(jī)試驗(yàn)臺(tái)主要由臺(tái)架、緩沖系統(tǒng)、速度傳感器（磁芯、線圈組成）、質(zhì)量一彈簧一阻尼系統(tǒng)（吸能塊、阻尼墊、彈簧組件）等構(gòu)成，如圖1所示。
吸能塊的主要目的為代替巖石以承受破碎機(jī)工作時(shí)的沖擊力，吸收其沖擊能量。當(dāng)破碎機(jī)工作時(shí)，破碎機(jī)沖擊活塞打擊釬桿1，釬桿1沖擊吸能塊3。吸能塊把沖擊力傳遞給彈簧，整個(gè)沖擊過程使得活塞的沖擊能量傳遞給釬桿，進(jìn)而傳遞給吸能塊實(shí)現(xiàn)緩沖。構(gòu)件2、3、6組成的典型質(zhì)量一彈簧一阻尼系統(tǒng)，起能量吸收作用。
測試方法是通過測試吸能塊3的運(yùn)動(dòng)速度，從而用其動(dòng)能來評價(jià)氣動(dòng)破碎機(jī)沖擊活塞施加于釬桿1的沖擊能量，為了測出吸能塊3的運(yùn)動(dòng)速度，在考慮傳感器安裝的方便性、可靠性以及抗疲勞破壞等性能的前提下，采用由磁芯4和線圈5組成的速度傳感器，將吸能塊受沖擊后獲得的運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成電信號輸出。
2、測試系統(tǒng)方案
氣動(dòng)破碎機(jī)沖擊性能檢測系統(tǒng)主要由測試試驗(yàn)臺(tái)、單片機(jī)、PC機(jī)、打印機(jī)和由VC軟件設(shè)計(jì)的測試程序組成。
測試系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，主從機(jī)通過USB接口實(shí)現(xiàn)通訊。主機(jī)采用PC機(jī)，主要完成對從機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，并向用戶提供測試界面。從機(jī)部分采用C805IF320/1單片機(jī)，與8051單片機(jī)完全兼容，傳輸速度較快，處理能力較強(qiáng)，同時(shí)其本身也具備多路A/D轉(zhuǎn)換，構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡單，調(diào)試方便，電磁兼容性好，性價(jià)比高，應(yīng)用方便。
測試系統(tǒng)是一個(gè)由單片機(jī)和PC機(jī)構(gòu)成的兩級測試系統(tǒng)。下位機(jī)（單片機(jī)系統(tǒng)）通過模擬量和數(shù)字量輸入通道完成氣動(dòng)破碎機(jī)各性能參數(shù)的數(shù)據(jù)采集工作。上位機(jī)（PC機(jī)系統(tǒng)）通過USB接口接收單片機(jī)采集到的各種性能參數(shù)，完成具體的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、顯示和測試報(bào)告打印等工作。同時(shí)，通過串行口向單片機(jī)系統(tǒng)傳送控制命令。
氣動(dòng)破碎機(jī)活塞沖擊釬桿的速度信號通過電磁感應(yīng)速度傳感器獲得，經(jīng)信號調(diào)理（放大、濾波）處理后，送入帶有A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，然后由單片機(jī)直接將采樣結(jié)果傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)能夠?qū)鈩?dòng)破碎機(jī)在運(yùn)行試驗(yàn)臺(tái)上的運(yùn)行參數(shù)，如沖擊頻率、沖擊能量、沖擊功率、耗氣量和氣壓等信號進(jìn)行自動(dòng)采集、計(jì)算、處理和判別，待到設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間后，自動(dòng)切斷氣源，氣動(dòng)破碎機(jī)停止運(yùn)行，并打印出全部測結(jié)果。
2.1從機(jī)部分設(shè)計(jì)
從機(jī)（單片機(jī)）的作用是完成對被測信號的采集和A/D轉(zhuǎn)換。單片機(jī)接受主機(jī)的命令后，按主機(jī)的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里；在主機(jī)需要時(shí)，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)。
2.2沖擊性能參數(shù)的測量
2.2.1沖擊能量的測量
沖擊能量是評價(jià)沖擊式機(jī)械工作能力的主要性能參數(shù)。沖擊過程瞬間完成，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。單純用理論估算設(shè)備沖擊能的方法與實(shí)際情況有較大出入。目前，國際上尚沒有標(biāo)準(zhǔn)的沖擊器測試方法。常用的沖擊性能參數(shù)的測試方法主要有：應(yīng)力波法、光電位移微分法、電磁感應(yīng)法、末速度法（觸點(diǎn)法）、氣壓法、示功圖法、高速攝影法和能量法等。
綜合以上方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合該試驗(yàn)臺(tái)自身的特點(diǎn)，采用電磁感應(yīng)法，即采用安裝于吸能塊上的磁芯與線圈備架上繞制的線圈所組成的電磁感應(yīng)速度傳感器系統(tǒng)。
速度信號測量過程如圖3所示。速度傳感器輸出模擬信號，經(jīng)信號放大、濾波、A/D高速轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號，存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)，進(jìn)而由USB接口傳送到PC機(jī)。
頻譜分析后，可設(shè)計(jì)出數(shù)字濾波器以濾除噪聲等干擾信號，從而得到瞬時(shí)沖擊速度值，進(jìn)而求得沖擊能量。其信號調(diào)理電路如圖5所示。該信號調(diào)理
2.2.2沖擊頻率的測量
國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，沖擊頻率可以用任何能清楚地表明與工具的沖擊次數(shù)有關(guān)的信號進(jìn)行測量，如作業(yè)工具的運(yùn)動(dòng)或應(yīng)力脈沖次數(shù)。在測試沖擊能量的
當(dāng)前，MATLAB已發(fā)展成為由基本語言、工作環(huán)境、圖形處理系統(tǒng)、數(shù)學(xué)函數(shù)庫以及應(yīng)用程序等組成的強(qiáng)大應(yīng)用型軟件，特別適應(yīng)于解決工程問題。其數(shù)據(jù)采集工具箱提供了與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟硬件交互的簡便方法，該檢測系統(tǒng)采用了MATLAB的數(shù)據(jù)采集工具箱實(shí)現(xiàn)對速度信號的數(shù)據(jù)采集，波形圖如圖4所示。電路圖包括信號放大和濾波電路，并結(jié)合實(shí)際情況，可應(yīng)用于3種不同沖擊性能的破碎機(jī)產(chǎn)品的檢測。同時(shí)，通過記錄單位時(shí)間內(nèi)沖擊速度超過一定閾值的最大值變化次數(shù)，直接計(jì)算出實(shí)際沖擊頻率。
2.2.3沖擊功率的計(jì)算
氣動(dòng)破碎機(jī)的功率系指它的沖擊功率，是評價(jià)
2.2.4氣壓的測量方法
壓縮氣體的壓力P是氣動(dòng)破碎機(jī)工作的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在IS03857和IS02787等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定優(yōu)先采用壓力表測試，小型氣動(dòng)破碎機(jī)的壓力通常為0.63 MPa。測量時(shí)選用壓力表，應(yīng)能清楚地讀出滿量程時(shí)的0.5%的壓力值，所測壓力值應(yīng)在壓力表最大讀數(shù)的1/4至3/4之間。
2.2.5耗氣量的測量
在規(guī)定條件下，氣動(dòng)破碎機(jī)設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)消耗的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的自由空氣的體積量即為耗氣量。自由空氣指的是現(xiàn)場大氣條件下的空氣。
該試驗(yàn)臺(tái)采用空氣耗用量表測量其耗氣量。單位一般用Us的自由空氣表示，測量方法是把測得的機(jī)器進(jìn)氣口的流量，轉(zhuǎn)換成基準(zhǔn)大氣的自由空氣進(jìn)行計(jì)算，基準(zhǔn)大氣的條件為壓力100 kPa，溫度20℃，濕度65%。
23主機(jī)軟件設(shè)計(jì)
測控系統(tǒng)軟件控制著整個(gè)測試流程。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要包含數(shù)據(jù)錄入、采集、處理、顯示、通訊及測試報(bào)告打印等程序模塊。不僅能準(zhǔn)確可靠地完成規(guī)定的任務(wù)，還具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少、修改擴(kuò)展方便等特點(diǎn)。
圖6為測控軟件的總體結(jié)構(gòu)框圖。在主菜單中，用戶可以選擇進(jìn)行測試或者退出系統(tǒng)。選擇測試項(xiàng)后，要求用戶輸入有關(guān)數(shù)據(jù)（檢驗(yàn)員代號、破碎機(jī)型號、機(jī)號與測試時(shí)間等），輸入完畢，用戶可以確認(rèn)或重輸。確認(rèn)以后進(jìn)入測試菜單，實(shí)時(shí)顯示各測試數(shù)據(jù)（每隔8s數(shù)據(jù)刷新）。測試完畢，自動(dòng)測試打印機(jī)工作狀態(tài)（是否聯(lián)機(jī)，是否缺紙等），若正常工作，可自動(dòng)打印測試報(bào)告，然后回到主菜單。在測試過程中，用戶可以按ESC鍵放棄本次測試，使系統(tǒng)返回主測試界面。
3、試驗(yàn)結(jié)果
通過對100臺(tái)某型氣動(dòng)破碎機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)和現(xiàn)場破碎檢核對比試驗(yàn)。試驗(yàn)條件力求兩者接近，工作氣壓為0.63 MPa，其檢測指標(biāo)如下：
1)沖擊頻率，≥34 Hz，此指標(biāo)為氣動(dòng)破碎機(jī)沖擊活塞是否正常工作的判定條件；
2)沖擊功率P≥900 W，此指標(biāo)反映出單位時(shí)間內(nèi)沖擊活塞做功的快慢，是評價(jià)氣動(dòng)破碎機(jī)工作能力的綜合性能指標(biāo)；
3)釬桿轉(zhuǎn)速V≥35 r/min，此指標(biāo)反映出釬桿的工作運(yùn)行情況以及破碎效率。
產(chǎn)品檢測部分結(jié)果如表l所示。
利用上述指標(biāo)綜合對破碎機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量判定，其中任一項(xiàng)達(dá)不到要求即為不合格產(chǎn)品。該運(yùn)行試驗(yàn)臺(tái)和現(xiàn)場破碎試驗(yàn)的對比結(jié)果如表2所示。
運(yùn)行試驗(yàn)臺(tái)對氣動(dòng)破碎機(jī)的運(yùn)行檢核有著良好的鑒別能力。對比試驗(yàn)結(jié)果表明：試驗(yàn)治判定為不合格的產(chǎn)品在現(xiàn)場破碎檢核中也不合格，但試驗(yàn)臺(tái)還檢測出了現(xiàn)場破碎檢核中沒有檢查出來的不合格產(chǎn)品，從而降低了檢測誤差率，而以前這種產(chǎn)品作為合格品出了廠，既影響了廠家的商譽(yù)，又給用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。運(yùn)行試驗(yàn)臺(tái)有效地提高了氣動(dòng)破碎機(jī)的出廠質(zhì)量檢驗(yàn)，避免了不合格產(chǎn)品出廠后返修的現(xiàn)象發(fā)生。
4、結(jié)論
氣動(dòng)破碎機(jī)性能測控系統(tǒng)的研究，改變了傳統(tǒng)的破碎機(jī)檢測手段，提高了測試精度和試驗(yàn)效率。為檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量、鑒定分析新產(chǎn)品的性能等提供了科學(xué)有效的測試方法。
利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能和突出的性能價(jià)格比，結(jié)合相應(yīng)的硬件，可大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)等方面的限制。
用基于單片機(jī)和PC機(jī)的性能檢測系統(tǒng)對沖擊過程中的釬桿速度、沖擊頻率等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測，經(jīng)過實(shí)踐表明，該檢測系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用：工作穩(wěn)定可靠，具有良好的抗干擾能力，同時(shí)，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度也得以降低，生產(chǎn)效率大大提高，改善了作業(yè)環(huán)境，并可迅速得到較全面的破碎機(jī)質(zhì)量信息，利于提高破碎機(jī)的質(zhì)量水平。
相關(guān)礦山機(jī)械設(shè)備：
1、
圓錐破碎機(jī)
2、
雷蒙磨粉機(jī)
3、
顎式破碎機(jī)
