石建玲，张弛

　　(河北科技大学机械电子工程学院，河北石家庄　050018)

　　摘　要：介绍了一种能够自动检测金属丝抗拉强度的检测仪，并着重说明了专用夹紧机构的设计。该机构能够很好地解决在试件检测过程中的夹紧问题，从而有效地提高了检测过程的可靠性和工作效率，使设备更加适于生产现场的连续批量检测任务。

　　关键词：检测仪;抗拉强度;夹紧机构;夹紧力

　　中图分类号：TH871;TH703　　　文献标志码：A

　　为了保证电线(电缆)的产品质量，企业需要对所采购的铜线或铝线进行抗拉强度检测，然后才能用于生产。但是在目前情况下，仍有工厂采用手工检测的方式，无法保证测量的精度;还有一些工厂虽采用设备检测，可以对各种金属材料和非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲、撕裂、90°剥离、180°剥离、剪切、粘合力、拔出力、延伸伸长率等进行试验，但由于其体积庞大、价格昂贵、操作繁琐且功能大多用不上，所以往往只用在实验室进行样品的综合性能检测，而不适宜在生产现场进行基础性检验工作[1-3]。为此，笔者研制了一种由单片机控制的便携式金属丝抗拉强度自动检测仪，可在生产一线对产品进行抗拉强度、伸长率等抽样检测，既保证了检测质量，又降低了检测成本。

　　1　金属丝抗拉强度自动检测仪的组成

　　如图1所示，金属丝抗拉强度自动检测仪由上料机构、夹紧机构、拉伸及检测机构、卸料机构、固定支撑等部分组成。

　　金属丝试件从仪器上部的投料口投入后，由上料滚轮将其送入夹紧工位，再由夹紧电机驱动锁紧凸轮转动，锁紧凸轮推动活动夹板运动将试件夹紧在夹具的下方有一套由力矩电机驱动的丝杠螺母机构，给力矩电机通电，丝杠旋转，螺母沿导轨带动活动夹具水平移动，从而给被夹紧试件水平拉伸力。此拉力由安装在固定夹具上的测力传感器实时监测，经A/D转换后送入单片机做数据处理。单片机通过内置的嵌入式软件计算出试件受力大小，实时给出拉伸应力、抗拉强度等数据提示。试件被拉断后通过力传感器将控制信号传递给清料系统，由电机驱动的清料刷清理粘在夹板上的试件料头扫入废料箱中，完成试件的拉伸检测工作。

　　2　夹紧机构设计

　　为保证待测件夹持稳固、受力均匀，夹紧机构制成可动和固定两部分对称分布结构，可动部分可实现试件的进一步拉伸工作。如图2所示为夹紧机构的固定部分，由对称于输料轮设置的两夹紧机构构成，包括夹紧电机、减速器、锁紧凸轮、固定夹板、活动夹板、导杆、复位弹簧等。

　　2.1　夹紧工作的实现

　　金属丝试件由上料滚轮送入工位，落在承料杆上等待夹紧。随即单片机给夹紧电机发出控制信号驱动夹紧电机，驱动力经减速器至锁紧凸轮，锁紧凸轮匀速转动抵压活动夹板至夹紧待测试件，压力传感器感知压力到设定值，夹紧电机接受控制信号，电机停止在锁紧凸轮夹紧待测试件的夹紧状态，完成夹紧动作为下一步的拉伸及检测服务。固定夹板与机架固定由螺栓做导杆穿过固定、活动夹板将两板连接，当拉伸检测工作结束，锁紧电机接收到控制信号驱动锁紧凸轮在反向复位，活动夹板在复位弹簧

　　图2　夹紧机构示意图

　　Fig.2　Structure　of　the　clamping　mechanism

　　作用下自动回位。

　　2.2　夹头结构设计

　　由于进行试验检测的金属丝直径一般不大，质地较软，为保证金属丝的夹紧牢靠、防止松脱、打滑，夹紧部位不能采用简单的刚性平面接触，此结构易造成金属丝加压变形或松脱打滑以至拉伸试验时金属丝由变形处断裂，导致检测结果失真;也不能采用常见的网纹和波纹结构，此结构易造成金属丝在进行拉伸试验时在夹紧部分被剪切断裂，而不是在进行弹性变形-塑性变形极限之后再断裂而失去测试数据的真实有效性。为此改善措施是将固定夹板、活动夹板的夹紧部位设置为微波浪形或锯齿形网纹面，同时在夹头网纹面上覆盖纱布、胶皮等柔性耐磨材料层，以增大夹紧部位的摩擦力避免夹紧面对试件的损害。

　　2.3　夹紧力的估算

　　待检测金属丝试件夹紧在活动和固定夹板之间，若分析金属丝所受夹紧力只需分析活动夹板所受压力即可。

　　取凸轮机构的活动夹板为分离体，忽略构件之间的摩擦力，该结构为卧式，不用考虑重力F g，作用在活动夹板上的力有：工作阻力 F f，按D′Alember原理加载活动夹板上的惯性力为F i，力封闭式凸轮机构的弹簧回复力 FS1，FS2，被夹紧试件对活动夹板的反作用力Fr，凸轮对夹板的法向作用力F n。

　　根据力的平衡条件可得：

    　由作用力及反作用力即可求得工件的加紧力Fr。

　　3　结　语

　　金属丝抗拉强度自动检测仪的输料夹紧装置目前已经获得国家实用新型专利。该机构充分考虑到被检测试件的特点，提高了金属丝抗拉强度检测过程的自动化程度，解决了检测金属丝试件抗拉强度时上料夹紧过程中操作繁琐、耗时、费力问题，操作和维护方便，工作效率高，特别适用于生产现场的连续批量检测。