[發(fā)明專利]一種軟材料試樣切割性能測試裝置及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710542008.4
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107144486B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永振;賀智濤;丁慧玲;楊正海;李珍
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: G01N3/58
• 分類號: G01N3/58
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 狄干強

1.一種軟材料試樣切割性能測試裝置，包括底座（1）和通過支撐柱（2）固定在底座（1）上方的上箱體（3），在上箱體（3）和底座（1）之間設(shè)置有兩根導(dǎo)向柱（4），兩根導(dǎo)向柱（4）上滑動設(shè)置有用于切割軟材料試樣（9）的刀具組件（6），其特征在于：所述刀具組件（6）與上箱體（3）之間設(shè)置有沿兩根導(dǎo)向柱（4）上下滑動的橫梁組件（5），該橫梁組件（5）由設(shè)置在上箱體（3）內(nèi)的控制機構(gòu)通過拉索（305）帶動其沿導(dǎo)向柱（4）上下滑動，所述控制機構(gòu)包括伺服電機（304）、通過伺服電機驅(qū)動器（302）控制該伺服電機（304）正反轉(zhuǎn)的PLC控制器（301）以及與伺服電機（304）輸出軸連接的繞線編碼器（303），繞線編碼器（303）通過拉索（305）與橫梁組件（5）連接，橫梁組件（5）上設(shè)置有吸附刀具組件（6）的電磁鐵（501），且電磁鐵（501）由PLC控制器（301）控制其工作，以實現(xiàn)橫梁組件（5）與刀具組件（6）的連接和斷開；所述刀具組件（6）上設(shè)置有切割刀片（602）和切割力及加速度傳感器組（603），且切割力及加速度傳感器組（603）分別將檢測到的切割力和加速度數(shù)據(jù)傳遞給一同步型數(shù)據(jù)采集卡進行處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟材料試樣切割性能測試裝置，其特征在于：所述底座（1）上刀具組件（6）的下方設(shè)置有夾持軟材料試樣（9）的夾持機構(gòu)，該夾持機構(gòu)包括對稱設(shè)置的兩組夾具組件（7），兩組夾具組件（7）夾持軟材料試樣（9）以使其與切割刀片（602）相垂直并位于切割刀片（602）的正下方；每組夾具組件（7）包括一固定在底座（1）上的橫板和與該橫板垂直的豎板，在橫板和豎板之間設(shè)置有連接兩者的加強筋板（702），在橫板和豎板形成的L形固定板（701）的頂部垂直豎板設(shè)置有螺柱（703），螺柱（703）的一端穿過橫板后通過一拉力傳感器（706）與一繞線盤（707）固定連接，另一端設(shè)置有調(diào)節(jié)繞線盤（707）與橫板間距的調(diào)節(jié)螺母（704），繞線盤（707）上設(shè)置有蝶形螺母（708），該蝶形螺母（708）與繞線盤（707）邊緣設(shè)置的豁口相配合卡住軟材料試樣（9）的端部，所述拉力傳感器（706）與橫板間設(shè)置有彈簧（705）；所述兩組夾具組件（7）的拉力傳感器（706）均與PLC控制器（301）的數(shù)據(jù)輸入端口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟材料試樣切割性能測試裝置，其特征在于：所述底座（1）上切割刀片（602）的正下方設(shè)置有緩沖器（8），該緩沖器（8）由軟性材料制成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟材料試樣切割性能測試裝置，其特征在于：所述橫梁組件（5）包括一橫桿（502），橫桿（502）的兩端分別通過直線軸承和直線軸承座與兩根導(dǎo)向柱（4）滑動連接，電磁鐵（501）設(shè)置在橫桿（502）的下部，橫桿（502）的上部設(shè)置有固定拉索（305）的固定件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟材料試樣切割性能測試裝置，其特征在于：所述刀具組件（6）包括一刀架（601），刀架（601）的兩端分別通過直線軸承和直線軸承座與兩根導(dǎo)向柱（4）滑動連接，切割刀片（602）設(shè)置在刀架（601）的底部，切割力及加速度傳感器組（603）設(shè)置在刀架（601）上的凹槽內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟材料試樣切割性能測試裝置，其特征在于：所述刀具組件（6）上設(shè)置有調(diào)節(jié)其重量的砝碼組件（604）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟材料試樣切割性能測試裝置，其特征在于：所述底座（1）上設(shè)置有對切割動作進行攝像的高速攝像機。

8.利用權(quán)利要求1所述的一種軟材料試樣切割性能測試裝置進行測試的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）將軟材料試樣（9）放置在切割刀片（602）的正下方，并保證其長度方向與切割刀片（602）垂直；

2）PLC控制器（301）控制電磁鐵（501）通電工作，從而將刀具組件（6）與橫梁組件（5）吸附結(jié)合；

3）PLC控制器（301）通過伺服電機驅(qū)動器（302）控制伺服電機（304）轉(zhuǎn)動，進而由繞線編碼器（303）通過拉索（305）帶動橫梁組件（5）和刀具組件（6）同步上升達到設(shè)定高度后停止，此時，刀具組件（6）具有已知的勢能；

4）PLC控制器（301）控制電磁鐵（501）斷電，電磁力消失，刀具組件（6）與橫梁組件（5）脫離并在重力作用下沿導(dǎo)向柱（4）以自由落體的形式下落，完成對軟材料試樣（9）的切割動作；同時，刀具組件（6）上的切割力及加速度傳感器組（603）分別將切割過程中檢測到的切割力和加速度數(shù)據(jù)傳遞給一同步型數(shù)據(jù)采集卡進行處理；

5）同步型數(shù)據(jù)采集卡依據(jù)接收的數(shù)據(jù)獲得時間軸上絕對同步的切割力、切割加速度數(shù)據(jù)，并對獲得的切割加速度二次積分，從而獲得位移-時間曲線，將測到的切割力在位移上積分，獲得切割過程中能量的消耗曲線及消耗的總能量；

6）重復(fù)步驟1）至步驟5）完成多次切割，然后通過掃描電鏡設(shè)備，獲得切割刀片（602）在切割部位的磨損特性；

7）對軟材料試樣（9）的切斷面進行分析，獲得斷面質(zhì)量數(shù)據(jù)，從而評價切割的效果。