溫金開(kāi)

摘要：文中主要對(duì)GB/T 4857.5-1992《包裝 運(yùn)輸包裝件 跌落試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中大容積金屬包裝容器在進(jìn)行跌落試驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)其重量大、體積大、提升難度大、角度調(diào)節(jié)和固定不好控制、工作量大和試驗(yàn)效率低的問(wèn)題進(jìn)行研究。針對(duì)問(wèn)題設(shè)計(jì)并研制了一套適用于大容積金屬包裝容器的自動(dòng)化跌落試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，解決了自動(dòng)提升、角度調(diào)節(jié)及固定和自動(dòng)控制的問(wèn)題。避開(kāi)傳統(tǒng)測(cè)試的難點(diǎn)，優(yōu)化試驗(yàn)過(guò)程，提高試驗(yàn)工作效率，將更好地滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求，為推動(dòng)大容積金屬包裝容器跌落試驗(yàn)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大容積;金屬包裝容器;跌落試驗(yàn);檢測(cè)系統(tǒng)

Research on Automatic Drop Test Detection System for Large Volume Metal Packaging Containers of Dangerous Goods

WEN Jin-Kai

（Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou 350002， Fujian， China）

Abstract：? This paper mainly studies the problems of large weight， large volume， difficult lifting， poor control of angle adjustment and fixing， heavy workload and poor test efficiency of large volume metal packaging container in GB / T 4857.5-1992 standard. In this study an automatic drop test detection system for large volume metal packaging containers is well designed and developed， which solves the problems of automatic lifting， angle adjustment and fixing and automatic control. This new system addresses the drawbacks of traditional testing， also optimizes the test process and improves the test efficiency， which will make the test process meet the test requirements of national standards better and provide reference for improving the drop test of large volume metal packaging containers.

Key Words： Large volume; Metal packaging containers; Drop test; Detecting system

1 引言

危險(xiǎn)化學(xué)品包裝容器有金屬桶、金屬罐，包括有鋼桶、固堿鋼桶、電石包裝鋼桶、鋼提桶、方桶、工業(yè)用薄鋼板圓罐、方罐與扁圓罐等產(chǎn)品，產(chǎn)品用于危險(xiǎn)品的包裝，其質(zhì)量直接關(guān)系到危險(xiǎn)品在運(yùn)輸、搬動(dòng)、使用過(guò)程中的安全性。跌落試驗(yàn)是根據(jù)包裝容器的類(lèi)別、擬裝物和容量灌裝清水或裝入規(guī)定密度的填充物（如砂與木屑），提升到規(guī)定高度后自由落下碰撞樣品最薄弱部位（如面、棱、角），檢查樣品跌落后是否出現(xiàn)泄漏的試驗(yàn)。跌落試驗(yàn)是檢查包裝容器在運(yùn)輸、裝卸過(guò)程中受到跌落沖擊的影響程度，評(píng)定包裝容器在搬動(dòng)過(guò)程中耐沖擊強(qiáng)度和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝的合理性。目前，國(guó)內(nèi)的危險(xiǎn)品金屬包裝容器跌落試驗(yàn)采用人工提升和人工調(diào)節(jié)角度的單一產(chǎn)品的跌落試驗(yàn)儀器，因試驗(yàn)時(shí)提升高度和試驗(yàn)角度靠人工調(diào)節(jié)，角度無(wú)法固定，試驗(yàn)精度低并且現(xiàn)有的跌落系統(tǒng)不適用于容量比較大的包裝容器。隨著危險(xiǎn)品金屬包裝容器種類(lèi)多樣化，體積也在增大，現(xiàn)有跌落試驗(yàn)儀器存在著只能對(duì)單一產(chǎn)品試驗(yàn)的缺點(diǎn)，不能滿(mǎn)足各種危險(xiǎn)品金屬包裝容器的跌落試驗(yàn)，對(duì)該項(xiàng)測(cè)試的開(kāi)展造成不良影響。通過(guò)資料查詢(xún)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)廠商開(kāi)發(fā)的跌落試驗(yàn)機(jī)有單臂跌落試驗(yàn)機(jī)和雙臂跌落試驗(yàn)機(jī)，能試驗(yàn)的試樣最大重量60kg，試驗(yàn)角度需要人工調(diào)節(jié)。由于提升力小，試驗(yàn)角度靠人工調(diào)節(jié)，特別是由于樣品較大較重時(shí)跌落角度無(wú)法固定等原因，這種儀器只能用于包裝紙箱等重量較輕樣品的跌落試驗(yàn)，不適用于大容積危險(xiǎn)化學(xué)品金屬包裝容器的跌落試驗(yàn)。

因此，研究滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的跌落高度、跌落角度可調(diào)性和跌落角度固定檢測(cè)精度具有非常重要的意義。文中設(shè)計(jì)并研發(fā)了大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器自動(dòng)跌落試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)，將在原有跌落裝置上增加自動(dòng)提升裝置、角度可調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)控制跌落裝置，以便滿(mǎn)足大容積金屬包裝容器跌落試驗(yàn)的要求，同時(shí)能更好地滿(mǎn)足相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。文中提供了一種有效檢測(cè)大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器的自動(dòng)跌落系統(tǒng)，以滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求，為有效解決大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器跌落試驗(yàn)的難點(diǎn)，為大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器的設(shè)計(jì)和制造提供有效的保證。

2 試驗(yàn)要求

GB/T 4857.5-1992《包裝? 運(yùn)輸包裝件? 跌落試驗(yàn)方法》[1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了沖擊臺(tái)、提升裝置、支撐裝置和釋放裝置的要求。

沖擊臺(tái)面為水平平面，試驗(yàn)時(shí)不移動(dòng)，不變形，并滿(mǎn)足下列要求：

（1）為整塊物體，質(zhì)量至少為試驗(yàn)樣品質(zhì)量的50倍;

（2）要有足夠大的面積，以保證試驗(yàn)樣品完全落在沖擊臺(tái)面上;

（3）在沖擊臺(tái)面上任意兩點(diǎn)的水平高度差不得超過(guò)2mm;

（4）沖擊臺(tái)面上任何100mm的面積上承受l0kg的靜負(fù)荷時(shí)，其變形量不得超過(guò)0.1mm。

提升裝置在提升或下降過(guò)程中，不應(yīng)損壞試驗(yàn)樣品。支撐試驗(yàn)樣品的裝置在釋放前應(yīng)能使試驗(yàn)樣品處于所要求的預(yù)定狀態(tài)。釋放裝置在釋放試驗(yàn)樣品的跌落過(guò)程中，應(yīng)使試驗(yàn)樣品不觸碰裝置的任何部件，保證其自由跌落。

試驗(yàn)步驟：提起試驗(yàn)樣品至所需的跌落高度位置，并按預(yù)定狀態(tài)將其支撐住。其提起高度與預(yù)定高度之差不得超過(guò)預(yù)定高度的±2%。跌落高度是指準(zhǔn)備釋放時(shí)試驗(yàn)樣品的最低點(diǎn)與沖擊臺(tái)面之間的距離。

按下列預(yù)定狀態(tài)，釋放試驗(yàn)樣品：

（1）面跌落時(shí)，使試驗(yàn)樣品的跌落面與水平面之間的夾角最大不超過(guò)2°;

（2）棱跌落時(shí)，使跌落的棱與水平面之間的夾角最大不超過(guò)20°，試驗(yàn)樣品上規(guī)定面與沖擊臺(tái)面夾角的誤差不大于±5°或此夾角的10%（以較大的數(shù)值為準(zhǔn)），使試驗(yàn)樣品的重力線(xiàn)通過(guò)被跌落的棱;

（3）角跌落時(shí)，試驗(yàn)樣品上規(guī)定面與沖擊臺(tái)面之間的夾角誤差不大于±5°或此夾角的10%（以較大的數(shù)值為準(zhǔn)），使試驗(yàn)樣品的重力線(xiàn)通過(guò)被跌落的角;

（4）無(wú)論何種狀態(tài)和形狀的試驗(yàn)樣品，都應(yīng)使試驗(yàn)樣品的重力線(xiàn)通過(guò)被跌落的面、線(xiàn)、點(diǎn)。

實(shí)際沖擊速度與自由跌落時(shí)的沖擊速度之差不超過(guò)自由跌落時(shí)的±1%。

試驗(yàn)后按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定檢查包裝及內(nèi)裝物的損壞情況。并分析試驗(yàn)結(jié)果。

3 大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器自動(dòng)跌落

試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容

圍繞大容積金屬包裝容器體積大、重量重、跌落角度不好固定等不確定性、跌落時(shí)試樣滿(mǎn)足自由落體的不準(zhǔn)確等問(wèn)題，文中從自適應(yīng)提升裝置提升方法、樣品放置平臺(tái)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)角度調(diào)節(jié)方法、跌落角度固定方法和跌落時(shí)滿(mǎn)足自由落體運(yùn)動(dòng)多個(gè)方面開(kāi)展高效測(cè)量和準(zhǔn)確表征方法的關(guān)鍵技術(shù)研究，基于精密自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)、角度優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)構(gòu)建測(cè)量系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容如下：

3.1 提升裝置提升方法研究

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)提升裝置是利用電動(dòng)機(jī)和鏈條提升原理，以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)使位于檢測(cè)系統(tǒng)底部的物體得到提升和輸送，為保證提升裝置的平衡，文中在電機(jī)輸出軸兩端采用同步輪的方式保證提升裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和鏈條傳動(dòng)的提升裝置由于具備機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)精度高的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用，在樣品放置平臺(tái)四周均固定連接有導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)樣品放置平臺(tái)的升降。

3.2? 角度調(diào)節(jié)裝置及其角度固定方法研究

文中采用對(duì)工作臺(tái)（樣品放置平臺(tái)）等對(duì)象的角度調(diào)節(jié)。常見(jiàn)的角度調(diào)節(jié)裝置均采用閉環(huán)控制，包含用于測(cè)量跌落角度的傳感器，可以實(shí)時(shí)采集控制調(diào)節(jié)角度，并且控制器可以設(shè)置用于接納該傳感器反饋的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角信號(hào)，控制其控制輸出電動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)鏈驅(qū)動(dòng)作用于角度調(diào)整對(duì)象的升降機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)角度調(diào)整。采用該電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)鏈角度調(diào)節(jié)可以大大提高角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的精度和準(zhǔn)確性。

3.3 釋放裝置保證試樣的自由落體運(yùn)動(dòng)

方法研究

采用兩側(cè)各設(shè)置兩個(gè)氣缸的方式實(shí)現(xiàn)釋放裝置快速釋放，從而完成釋放裝置上的試驗(yàn)樣品，通過(guò)大量試驗(yàn)調(diào)整氣缸的壓力，從而保證試樣在跌落的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)釋放裝置，大大減輕試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)大批量檢測(cè)，提高檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

4 大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器自動(dòng)跌落

試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)

4.1大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器自動(dòng)跌落

試驗(yàn)遇到的難點(diǎn)

進(jìn)行大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器自動(dòng)跌落試驗(yàn)時(shí)，由于其最小總?cè)萘窟_(dá)到了200多升，進(jìn)行跌落實(shí)驗(yàn)時(shí)需要裝入擬裝物的重量和鋼桶自身的重量，按照擬裝物為水來(lái)計(jì)算總重量超過(guò)200kg，因此，在進(jìn)行跌落試驗(yàn)時(shí)，面臨重量大、角度不好調(diào)節(jié)和很難滿(mǎn)足跌落物體的自由跌落等問(wèn)題。

4.2自動(dòng)跌落試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)組成

檢測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)有立柱、沖擊平臺(tái)、提升平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、提升擺線(xiàn)針輪電機(jī)、旋轉(zhuǎn)擺線(xiàn)針輪電機(jī)、控制柜和控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。其中，提升平臺(tái)由50mm×50mm×4mm焊接而成，其作用是支撐旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，并通過(guò)提升擺線(xiàn)針輪電機(jī)可上下移動(dòng);旋轉(zhuǎn)平臺(tái)是用來(lái)放置樣品，通過(guò)擺線(xiàn)針輪電機(jī)旋轉(zhuǎn)樣品跌落角度;釋放裝置是由4個(gè)氣缸同時(shí)快速收縮帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)下面的活動(dòng)底板轉(zhuǎn)動(dòng)，使樣品作自由跌落。自動(dòng)跌落試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示。

4.3自動(dòng)跌落試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

該檢測(cè)系統(tǒng)采用四立柱（導(dǎo)柱）穩(wěn)定支撐、鏈條提升裝置和角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，可完成危險(xiǎn)化學(xué)品金屬包裝容器（規(guī)格：最小的1L，最大的230L）的跌落試驗(yàn)，尤其是能滿(mǎn)足大規(guī)格（230L）金屬包裝容器樣品的試驗(yàn)（見(jiàn)圖1）。提升裝置在提升過(guò)程中，不損壞樣品，跌落高度通過(guò)擺線(xiàn)針輪電機(jī)調(diào)整，采用拉線(xiàn)式位移傳感器控制提升高度，使提升高度與預(yù)定高度之差不得超過(guò)±2%;跌落角度通過(guò)擺線(xiàn)針輪電機(jī)調(diào)整，采用光電編碼器控制跌落角度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，旋轉(zhuǎn)角度范圍：0?～90?，精度±2?。釋放裝置能使試驗(yàn)樣品不碰到裝置的任何部件，保證其自由跌落。跌落高度和跌落角度可通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置和自動(dòng)控制，達(dá)到自動(dòng)提升跌落高度和調(diào)整跌落角度的要求。檢測(cè)系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

4.4人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互界面采用電腦控制和顯示，可實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定和檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)以及控制信息的顯示。試驗(yàn)時(shí)，可在人機(jī)交互界對(duì)跌落高度和跌落角度進(jìn)行設(shè)定。跌落試驗(yàn)可在圖3跌落高度與跌落角度中，根據(jù)危險(xiǎn)品金屬包裝容器的危險(xiǎn)品等級(jí)對(duì)應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的跌落高度的要求進(jìn)行設(shè)定。試驗(yàn)平臺(tái)的界面如圖3所示，在人機(jī)交互界面中可輸入測(cè)試樣品的規(guī)格、型號(hào)、試驗(yàn)編號(hào)和試驗(yàn)人員。

4.5檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

4.5.1 檢測(cè)系統(tǒng)的提升平臺(tái)

提升平臺(tái)的作用是支撐旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，并通過(guò)試驗(yàn)機(jī)頂部的擺線(xiàn)針輪電機(jī)提供動(dòng)力，使四周的四根立柱實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)提升裝置的上下升降。提升平臺(tái)如圖4所示。

4.5.2 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上放置被測(cè)試樣品，通過(guò)擺線(xiàn)針輪電機(jī)旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品跌落角度的調(diào)整。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及擺線(xiàn)針輪電機(jī)如圖5所示。

4.5.3釋放裝置

釋放裝置是由前后、左右共4個(gè)氣缸和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)下面的活動(dòng)底板組成，當(dāng)4個(gè)氣缸同時(shí)快速收縮會(huì)帶動(dòng)活動(dòng)底板快速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證試驗(yàn)樣品在跌落試驗(yàn)時(shí)作自由跌落。釋放裝置如圖6所示。

4.5.4控制面板

控制柜面板從左到右有：升、降、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、急停、落桶（1）、落桶（2）、電源指示燈等按鈕?？刂泼姘迦鐖D7所示。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證文中的檢測(cè)系統(tǒng)能否滿(mǎn)足大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器的跌落試驗(yàn)要求，驗(yàn)證試驗(yàn)為對(duì)一批最小總?cè)萘繛?30L的鋼桶進(jìn)行跌樓試驗(yàn)，該批鋼桶的性能等級(jí)為Ⅲ級(jí)，按照GB/T 325.1-2018《包裝容器 鋼桶 第1部分：通用技術(shù)要求》[2] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其對(duì)應(yīng)的跌落高度為0.8m。大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器的跌落試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖8所示。提升裝置將樣品的最低點(diǎn)提升至0.8m的跌落高度，角度調(diào)節(jié)裝置（如圖9、圖10所示）將樣品調(diào)節(jié)到試驗(yàn)需要的跌落角度。按下跌落試驗(yàn)時(shí)，前后、左右共4個(gè)氣缸和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)下面的活動(dòng)底板可以實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作，保證鋼桶在跌落時(shí)處于自由落體的運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)圖2工作原理要求試驗(yàn)，其測(cè)試過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)跌落高度的升降調(diào)節(jié)，跌落調(diào)度可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和固定，且釋放裝置能夠保證在跌落試驗(yàn)時(shí)樣品的自由落體運(yùn)動(dòng)，均可以符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

6 結(jié)論

大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器自動(dòng)跌落試驗(yàn)涉及到較多試驗(yàn)難點(diǎn)，跌落高度控制、跌落角度調(diào)節(jié)，較大較重時(shí)跌落角度無(wú)法固定，如果采用之前所用的跌落裝置進(jìn)行試驗(yàn)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間，自動(dòng)化程度不高、效率低。因此，利用文中的大容積危險(xiǎn)品金屬包裝容器自動(dòng)跌落試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行跌落試驗(yàn)?zāi)苡行Ы鉀Q跌落試驗(yàn)遇到的問(wèn)題，更好地滿(mǎn)足GB/T 4857.5-1992《包裝? 運(yùn)輸包裝件? 跌落試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)使用文中的檢測(cè)系統(tǒng)可排除人為因素干擾，大大提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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