鏈鋸剎車試驗裝置的研制

呂群珍 胡剛翔 金志穎

摘 要：鏈鋸的剎車停止時間和跑停時間是鏈鋸使用安全性的重要指標，產(chǎn)品檢驗中必須精確測量這兩個指標。本文描述一種鏈鋸剎車試驗裝置，該裝置采用氣動機構(gòu)實現(xiàn)單次自動測量，利用光電與光纖傳感器測定啟動與停止時刻，并采用PLC控制系統(tǒng)自動計算和顯示測量結(jié)果。試用結(jié)果表明，該裝置滿足相關(guān)標準對測試的要求，適用不同型號規(guī)格電鏈鋸與油鋸的測試，具有測量精確、操作簡便、自動化程度高的特點。

關(guān)鍵詞：鏈鋸；剎車停止時間；跑停時間；測試裝置

1 引言

我國是電鏈鋸、油鋸的生產(chǎn)和出口大國，鏈鋸產(chǎn)品的質(zhì)量及安全性必須滿足我國及出口國相應標準要求。鏈鋸的剎車時間和跑停時間是關(guān)乎產(chǎn)品使用安全性的重要指標，GB19726、GB3883.14、ISO11681、IEC60745等國家與國際標準中對電鏈鋸、油鋸的這兩項指標都有嚴格要求。精確測定剎車時間和跑停時間是評定鏈鋸產(chǎn)品安全性能的重要依據(jù)，生產(chǎn)廠家和質(zhì)量監(jiān)管部門都需要一種對鏈鋸剎車裝置精確測定的測試設(shè)備，滿足對其產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控，也對提升我國出口產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

2 剎車時間和跑停時間的標準要求

國標GB3883.14《手持式電動工具的安全 第二部分：鏈鋸的專用要求》第19.107.1規(guī)定：鏈鋸的前剎車擋板處于正常工作位置，用質(zhì)量為0.7kg的擺錘，置于200mm的高度沖擊前檔板，從擺錘接觸到前檔板的瞬間到鋸鏈完全停止的時間間隔為剎車制動時間。鏈鋸剎車裝置平均制動時間不大于0.12s，最大制動時間不超過0.15s。19.113規(guī)定：鏈鋸在空載運行時，從斷開開關(guān)觸頭瞬間到鋸鏈完全停止的時間間隔為跑停時間。跑停時間試驗在鏈鋸空載下進行。試驗程序應包括總共2500個周期。對最初的6個操作周期，鏈的跑停時間應不超過2s；對試驗程序的最后6個周期，鏈的停歇時間應不超過3s。從打開開關(guān)觸頭開始測量時間。當兩個連續(xù)齒通過固定點的時間超過10ms則認為鏈鋸停下。

國標GB/T19387-2003《油鋸鋸鏈制動器性能》第3.6和6.1.1規(guī)定：當擺錘從0.2m的高度落下撞擊前護手器時，制動器隨著擺錘的突然撞擊而起作用。從擺錘撞擊前護手器的瞬間到鋸鏈停止運動的瞬間被稱為制動時間。為了避免由于鋸鏈和鏈輪的振動而引起誤測，當兩個連續(xù)的鏈齒通過測點的時間超過10ms時，認為該鋸鏈已被制動。平均制動時間不大于0.12s，最大制動時間不超過0.15s。國標GB19726.1-2005《林業(yè)機械油鋸安全要求和試驗》第4.4.2規(guī)定：鏈制動器釋放力應在20～50N之間。平均制動時間不大于0.12s，最大制動時間不大于0.15s。

上述三個國家標準對鏈鋸的停止時間的跑停時間的要求一致，而且，國際標準ISO11681和IEC60745相關(guān)條款對此也有一致的要求。

3 鏈鋸剎車試驗裝置整體設(shè)計

本文描述一種鏈鋸剎車試驗裝置，該裝置采用氣動機構(gòu)實現(xiàn)擺錘自動釋放及鏈鋸開關(guān)的自動啟動，采用光纖傳感器測定剎車時刻與鋸鏈停止時刻，計算剎車時間，采用可編程控制器為控制單元，實現(xiàn)自動測試與結(jié)果的顯示。

3.1 整機結(jié)構(gòu)

該測試裝置主要由擺錘釋放機構(gòu)、鏈鋸夾緊機構(gòu)、開關(guān)啟動機構(gòu)、傳感裝置、控制系統(tǒng)、箱體與保護罩組成裝置，組成示意圖如圖1所示，實物圖如圖2所示。

擺錘釋放機構(gòu)的作用是將擺錘安放在規(guī)定的高度，試驗時自動釋放擺錘。鏈鋸夾緊機構(gòu)由左、右二只杠桿撳壓式夾具組成，能可靠固定不同型號尺寸鏈鋸。開關(guān)啟動機構(gòu)是利用氣閥撳壓和放松鏈鋸開關(guān)，實現(xiàn)自動啟停。傳感裝置由運行光電傳感器、剎車光電傳感器、光纖測速傳感器和傳感器支架組成，主要測定剎車時刻和鏈鋸運行時刻；控制系統(tǒng)采用可編程控制器為控制單元，實現(xiàn)測試裝置各動作控制、結(jié)果計算與顯示；箱體用于安放與支撐其他部件，保護罩將鏈鋸的刀鏈部分罩住，起安全防護作用。

3.2 測試過程

試驗時，首先將被測鏈鋸通過左右杠桿撳壓式夾具固定在箱體安裝孔板上，蓋上保護罩。調(diào)節(jié)擺錘至被測鏈鋸剎車板的釋放高度為200mm，調(diào)節(jié)運行光電傳感器和剎車光電傳感器位置，使運行光電傳感器發(fā)出的光束照射在鏈鋸剎車板放松時的位置，剎車光電傳感器發(fā)出的光束照射在鏈鋸剎車板剎車時的位置。調(diào)節(jié)可調(diào)式支架，使光纖測速傳感器發(fā)出的光束能準確定位于鏈鋸的刃齒部位。按下控制系統(tǒng)啟動按鈕，啟動氣缸壓下被測鏈鋸開關(guān)，鏈鋸啟動。釋放氣缸帶動支承板縮回，擺錘自由下落，撞擊被測鏈鋸剎車板，剎車板由放松位置變換至剎車位置，由剎車光電傳感器發(fā)出剎車開始信號，控制系統(tǒng)記錄剎車時刻。光纖測速傳感器通過檢測刃齒與刃齒間空隙的變化頻率來測定鏈鋸的轉(zhuǎn)速，從而判定鋸鏈的停止時刻。由控制系統(tǒng)自動計算剎車時間并通過顯示器顯示測量結(jié)果，完成一次測試。測試原理框圖見圖3。

3.3 主要構(gòu)件

（1）擺錘釋放機構(gòu)

為提高測試的自動化程度，擺錘采用氣動釋放。擺錘釋放機構(gòu)由釋放氣缸支架、釋放氣缸、支撐板組成。釋放機構(gòu)安裝在立桿上，可沿立桿上下調(diào)節(jié)安置高度，并用六角螺栓固定。其工作過程是：當啟動測試時，釋放氣缸動作，其活塞桿帶動支撐板向左縮回，使擺錘自然落下，開始試驗?？刂葡到y(tǒng)復位時，活塞桿帶動支撐板伸出復位，用于放置擺錘，進行下次試驗。

（2）杠桿撳壓式夾具

鏈鋸在運行過程中，會產(chǎn)生較大的振動，安裝不可靠，會造成移位，影響試驗的正常進行。本裝置采用一種杠桿撳壓式夾具，在二個位置固定樣機，使其牢靠固定。杠桿撳壓式夾具結(jié)構(gòu)見圖4。

杠桿撳壓式夾具采用杠桿連桿機構(gòu)，通過手柄壓至“死點”位置實現(xiàn)固定，抬起手柄即可松開，操作簡便。夾具采用工字底座與安裝孔板螺栓聯(lián)接，保證了良好的剛度，采用壓桿壓緊鏈鋸的外殼，壓桿位置可調(diào)，通過調(diào)節(jié)螺桿與螺母可適應不同型號不同高度鏈鋸的裝夾固定。壓桿端部采用尼龍材料，可吸收鏈鋸運行時的振動。前后夾具采用螺栓固定在安裝孔板上，可根據(jù)安裝需要定位，適應不同鏈鋸固定要求。

（3）傳感器選用

前述標準中規(guī)定，在鏈鋸剎車后，當兩個連續(xù)齒通過固定點的時間超過10ms，認為鏈鋸已停止。因此，停止時間的精確測量，關(guān)鍵是判定鏈鋸停止時刻一定要精確，否則影響測試結(jié)果，造成誤判。本裝置采用光纖傳感器測定鏈鋸的停止時刻。

光纖傳感器是以光信號為變換和傳輸?shù)妮d體，利用光導纖維輸送光信號的一種傳感器。光纖傳感器可應用于位移、振動、轉(zhuǎn)動、壓力、彎曲、應變、速度等物理量的檢測，光電或電光轉(zhuǎn)換方便，并且能在極少損失甚至不損失信號完整性的前提下遠距離傳輸數(shù)據(jù)，具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強、可撓曲、體積小、結(jié)構(gòu)簡單等特點，其測量精度高于光電傳感器，適應于鏈鋸停止時刻的精確測定。本裝置中所選用的是對射型光纖傳感器FU-77TZ。

測速光纖傳感器后置有放大及調(diào)制器，可以設(shè)定閥值，達到閥值后可輸入開關(guān)量到控制系統(tǒng)，從而測定剎車時間。測速光纖探頭安裝在可調(diào)式支架上，根據(jù)不同型號鏈鋸鋸齒位置調(diào)節(jié)光纖探頭，使光線剛好處于鋸齒位置。

光電傳感器具有體積小、靈敏度高、頻率響應快、重復定位精度高、瞬變過程短、輸出功率大、工作穩(wěn)定可靠及使用壽命長等特點，本裝置根據(jù)測試要求選用LAS-T18PO/PC20MD型光電傳感器，用于鏈鋸剎車啟動時刻的測定。

3.4 控制系統(tǒng)

本裝置采用S7-200西門子可編程控制器為控制單元，并用液晶屏顯示測試結(jié)果?？刂圃硎牵喊聪麻_關(guān)SB1，KM1試樣插座、KV2開機汽缸同時得電，鏈鋸開始工作，同時時間繼電器開始計時，運行20S至穩(wěn)定后，時間繼電器常開觸頭閉合，KA3剎車氣缸得電，擺錘釋放擊中擋板輸出一個鏈鋸信號，同時輸出25401型脈沖信號且計數(shù)器開始工作，當傳感器得到鏈鋸停止的剎車信號時，脈沖信號停止且計數(shù)器停止計數(shù)，這時進行計算：周期×次數(shù)=時間，顯示計算結(jié)果。電氣原理圖見圖5。

4 結(jié)論

鏈鋸剎車測試裝置經(jīng)多家生產(chǎn)廠家和檢測機構(gòu)實際使用，測量結(jié)果復現(xiàn)性好，測試精確度高，滿足國內(nèi)外相關(guān)標準的測試要求。

參考文獻

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