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打击力测试传感器设计及试验研究

余尚江;万叶青;陈晋央;郭士旭;周会娟;黄刘宏

【摘要】Ahole-spokeshearstraindynamicloadtransducerwasdesigned

inordertomeasurehittingpowerofforginghammer.Thedesignprinciple

ofthetransducerstructureandthecharacteristicofthetransducerwere

presentedandthestaticcalibrationandimpactmeasuringtestswere

takentochecktheperformanceofthetransducer.Thetestresultsindicate

thatthetransducerhashighprecisionandveryfavorabledynamiccharac-

teristicinmeasuringhittingpowereffectively.Thetransducercanbeused

ashittingpowercheckoutfacilityorhammercontroldevicetoimprovethe

precisionoftheforginghammer.%为解决锻锤打击力测试难题，文章采用孔

辐剪切应变式结构设计技术，研制出用于打击力测试的传感器样机；系统地介绍了

传感器结构设计基本原理及主要特性，对传感器进行了校准及碰撞试验台上的跌落

冲击实测试验。结果表明，传感器具有较高的测试精度和良好的动力特性，能够实

现打击力动态负荷的有效测量，不仅能用于锻锤设备的打击力测试，也可作为锻锤

打击力检验工具或用于锻锤控制装置以提高锻打精度。

【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2016(039)006

【总页数】5页(P828-832)

【关键词】打击力;锻锤;孔辐式;力传感器;静态校准;冲击试验

【作者】余尚江;万叶青;陈晋央;郭士旭;周会娟;黄刘宏

【作者单位】总参工程兵科研三所，河南洛阳471023;中国汽车工业工程有限公

司，天津300113;总参工程兵科研三所，河南洛阳471023;总参工程兵科研三所，

河南洛阳471023;总参工程兵科研三所，河南洛阳471023;总参工程兵科研三所，

河南洛阳471023

【正文语种】中文

【中图分类】TP212.9

锻锤等锻压机械是机械加工中应用广泛的一种重要设备,具有结构简单、制造容易、

操作方便、造价低廉、工艺适应性强、生产效率高等许多优点,在国民经济各个部

门中发挥重要作用。由于锻锤是一种冲击成形设备,其在工作过程中,锤头接触到工

件后速度瞬间(千分之几秒)降至零,从而产生很大的打击力,但也会引起很大的振动

和噪声,使锻锤的各主要零部件承受冲击载荷,并有振动传向基础和周围环境。因此,

开展锻锤的打击过程中打击能量和打击力的分析和测试是锻锤整机设计及性能分析、

锻锤零部件强度校核的基础,对于提高锻锤打击效率及锻件加工质量以及开展锻锤

基础隔振和周围振动环境分析等都具有重要作用。

打击力及打击能量是锻锤设备的核心性能参数,也是锻压生产中的重要工艺参数,直

接影响锻件成型的质量、设备使用寿命、环境的振动和噪音污染。目前对打击过程

中的测试主要以打击能量测试为主,其中基于铜柱镦粗法[1]的打击能量测试方法已

发展得较为成熟,但此方法不能得到打击过程的时程曲线。由于打击过程中作用时

间短、打击力巨大,给直接测试带来了困难,因此打击力的测试以间接测试为主,包括

加速度法、冲量法、机架应力检测法等[2-4]。采用力传感器的打击力直接测试法

具有准确、真实、直观、高效等优点,是打击力测试需要重点发展的方法[5]。本文

尝试采用力传感器法测量打击力,主要介绍打击力传感器设计及已开展的试验研究

情况。

常用的测力传感器从力-电转换原理上主要分为压电式力传感器、电阻应变式力传

感器等。其中,压电式力传感器具有动态响应快等优点,但其量程范围受压电敏感元

件的限制,最大可测力范围不能满足锻锤打击力测试的需求;电阻应变式力传感器是

利用传感器材料受力变形后的应变来实现力的测量,可采用不同的传感器结构形式

来实现不同的量程设计。本文选用电阻应变式原理设计