溫金開

摘要：文中主要對GB/T 4857.5-1992《包裝 運輸包裝件 跌落試驗方法》國家標準中大容積金屬包裝容器在進行跌落試驗時，需要對其重量大、體積大、提升難度大、角度調(diào)節(jié)和固定不好控制、工作量大和試驗效率低的問題進行研究。針對問題設計并研制了一套適用于大容積金屬包裝容器的自動化跌落試驗測試系統(tǒng)，解決了自動提升、角度調(diào)節(jié)及固定和自動控制的問題。避開傳統(tǒng)測試的難點，優(yōu)化試驗過程，提高試驗工作效率，將更好地滿足國家標準的試驗要求，為推動大容積金屬包裝容器跌落試驗提供借鑒。

關鍵詞：大容積;金屬包裝容器;跌落試驗;檢測系統(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

危險化學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)品用于危險品的包裝，其質(zhì)量直接關系到危險品在運輸、搬動、使用過程中的安全性。跌落試驗是根據(jù)包裝容器的類別、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。跌落試驗是檢查包裝容器在運輸、裝卸過程中受到跌落沖擊的影響程度，評定包裝容器在搬動過程中耐沖擊強度和產(chǎn)品設計、生產(chǎn)工藝的合理性。目前，國內(nèi)的危險品金屬包裝容器跌落試驗采用人工提升和人工調(diào)節(jié)角度的單一產(chǎn)品的跌落試驗儀器，因試驗時提升高度和試驗角度靠人工調(diào)節(jié)，角度無法固定，試驗精度低并且現(xiàn)有的跌落系統(tǒng)不適用于容量比較大的包裝容器。隨著危險品金屬包裝容器種類多樣化，體積也在增大，現(xiàn)有跌落試驗儀器存在著只能對單一產(chǎn)品試驗的缺點，不能滿足各種危險品金屬包裝容器的跌落試驗，對該項測試的開展造成不良影響。通過資料查詢，近年來國內(nèi)試驗機廠商開發(fā)的跌落試驗機有單臂跌落試驗機和雙臂跌落試驗機，能試驗的試樣最大重量60kg，試驗角度需要人工調(diào)節(jié)。由于提升力小，試驗角度靠人工調(diào)節(jié)，特別是由于樣品較大較重時跌落角度無法固定等原因，這種儀器只能用于包裝紙箱等重量較輕樣品的跌落試驗，不適用于大容積危險化學品金屬包裝容器的跌落試驗。

因此，研究滿足國家標準要求的跌落高度、跌落角度可調(diào)性和跌落角度固定檢測精度具有非常重要的意義。文中設計并研發(fā)了大容積危險品金屬包裝容器自動跌落試驗檢測系統(tǒng)，將在原有跌落裝置上增加自動提升裝置、角度可調(diào)節(jié)裝置、自動控制跌落裝置，以便滿足大容積金屬包裝容器跌落試驗的要求，同時能更好地滿足相應國家標準的相關要求。文中提供了一種有效檢測大容積危險品金屬包裝容器的自動跌落系統(tǒng)，以滿足標準的試驗要求，為有效解決大容積危險品金屬包裝容器跌落試驗的難點，為大容積危險品金屬包裝容器的設計和制造提供有效的保證。

2 試驗要求

GB/T 4857.5-1992《包裝? 運輸包裝件? 跌落試驗方法》[1]國家標準規(guī)定了沖擊臺、提升裝置、支撐裝置和釋放裝置的要求。

沖擊臺面為水平平面，試驗時不移動，不變形，并滿足下列要求：

（1）為整塊物體，質(zhì)量至少為試驗樣品質(zhì)量的50倍;

（2）要有足夠大的面積，以保證試驗樣品完全落在沖擊臺面上;

（3）在沖擊臺面上任意兩點的水平高度差不得超過2mm;

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

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

試驗步驟：提起試驗樣品至所需的跌落高度位置，并按預定狀態(tài)將其支撐住。其提起高度與預定高度之差不得超過預定高度的±2%。跌落高度是指準備釋放時試驗樣品的最低點與沖擊臺面之間的距離。

按下列預定狀態(tài)，釋放試驗樣品：

（1）面跌落時，使試驗樣品的跌落面與水平面之間的夾角最大不超過2°;

（2）棱跌落時，使跌落的棱與水平面之間的夾角最大不超過20°，試驗樣品上規(guī)定面與沖擊臺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），使試驗樣品的重力線通過被跌落的棱;

（3）角跌落時，試驗樣品上規(guī)定面與沖擊臺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），使試驗樣品的重力線通過被跌落的角;

（4）無論何種狀態(tài)和形狀的試驗樣品，都應使試驗樣品的重力線通過被跌落的面、線、點。

實際沖擊速度與自由跌落時的沖擊速度之差不超過自由跌落時的±1%。

試驗后按有關標準或規(guī)定檢查包裝及內(nèi)裝物的損壞情況。并分析試驗結(jié)果。

3 大容積危險品金屬包裝容器自動跌落

試驗檢測系統(tǒng)研究內(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、跌落時試樣滿足自由落體的不準確等問題，文中從自適應提升裝置提升方法、樣品放置平臺設計、試驗角度調(diào)節(jié)方法、跌落角度固定方法和跌落時滿足自由落體運動多個方面開展高效測量和準確表征方法的關鍵技術研究，基于精密自動化驅(qū)動、角度優(yōu)化設計等技術構建測量系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容如下：

3.1 提升裝置提升方法研究

電動機驅(qū)動提升裝置是利用電動機和鏈條提升原理，以電動機驅(qū)動來使位于檢測系統(tǒng)底部的物體得到提升和輸送，為保證提升裝置的平衡，文中在電機輸出軸兩端采用同步輪的方式保證提升裝置的運行穩(wěn)定性。采用電動機驅(qū)動和鏈條傳動的提升裝置由于具備機械結(jié)構簡單，傳動精度高的優(yōu)點得到廣泛的應用，在樣品放置平臺四周均固定連接有導軌實現(xiàn)樣品放置平臺的升降。

3.2? 角度調(diào)節(jié)裝置及其角度固定方法研究

文中采用對工作臺（樣品放置平臺）等對象的角度調(diào)節(jié)。常見的角度調(diào)節(jié)裝置均采用閉環(huán)控制，包含用于測量跌落角度的傳感器，可以實時采集控制調(diào)節(jié)角度，并且控制器可以設置用于接納該傳感器反饋的實時轉(zhuǎn)角信號，控制其控制輸出電動機通過機械傳動鏈驅(qū)動作用于角度調(diào)整對象的升降機構而實現(xiàn)角度調(diào)整。采用該電動機和傳動鏈角度調(diào)節(jié)可以大大提高角度調(diào)節(jié)機構的精度和準確性。

3.3 釋放裝置保證試樣的自由落體運動

方法研究

采用兩側(cè)各設置兩個氣缸的方式實現(xiàn)釋放裝置快速釋放，從而完成釋放裝置上的試驗樣品，通過大量試驗調(diào)整氣缸的壓力，從而保證試樣在跌落的過程中實現(xiàn)自由落體運動實驗檢測釋放裝置，大大減輕試驗人員的勞動強度，可實現(xiàn)大批量檢測，提高檢測系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

4 大容積危險品金屬包裝容器自動跌落

試驗檢測系統(tǒng)

4.1大容積危險品金屬包裝容器自動跌落

試驗遇到的難點

進行大容積危險品金屬包裝容器自動跌落試驗時，由于其最小總?cè)萘窟_到了200多升，進行跌落實驗時需要裝入擬裝物的重量和鋼桶自身的重量，按照擬裝物為水來計算總重量超過200kg，因此，在進行跌落試驗時，面臨重量大、角度不好調(diào)節(jié)和很難滿足跌落物體的自由跌落等問題。

4.2自動跌落試驗檢測系統(tǒng)組成

檢測系統(tǒng)的主要結(jié)構有立柱、沖擊平臺、提升平臺、旋轉(zhuǎn)平臺、提升擺線針輪電機、旋轉(zhuǎn)擺線針輪電機、控制柜和控制系統(tǒng)等幾個部分組成。其中，提升平臺由50mm×50mm×4mm焊接而成，其作用是支撐旋轉(zhuǎn)平臺，并通過提升擺線針輪電機可上下移動;旋轉(zhuǎn)平臺是用來放置樣品，通過擺線針輪電機旋轉(zhuǎn)樣品跌落角度;釋放裝置是由4個氣缸同時快速收縮帶動旋轉(zhuǎn)平臺下面的活動底板轉(zhuǎn)動，使樣品作自由跌落。自動跌落試驗檢測系統(tǒng)組成如圖1所示。

4.3自動跌落試驗檢測系統(tǒng)工作原理

該檢測系統(tǒng)采用四立柱（導柱）穩(wěn)定支撐、鏈條提升裝置和角度旋轉(zhuǎn)臺結(jié)構，可完成危險化學品金屬包裝容器（規(guī)格：最小的1L，最大的230L）的跌落試驗，尤其是能滿足大規(guī)格（230L）金屬包裝容器樣品的試驗（見圖1）。提升裝置在提升過程中，不損壞樣品，跌落高度通過擺線針輪電機調(diào)整，采用拉線式位移傳感器控制提升高度，使提升高度與預定高度之差不得超過±2%;跌落角度通過擺線針輪電機調(diào)整，采用光電編碼器控制跌落角度，實現(xiàn)自動控制，旋轉(zhuǎn)角度范圍：0?～90?，精度±2?。釋放裝置能使試驗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計算機設置和自動控制，達到自動提升跌落高度和調(diào)整跌落角度的要求。檢測系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

4.4人機交互模塊

人機交互界面采用電腦控制和顯示，可實現(xiàn)檢驗參數(shù)的設定和檢測系統(tǒng)狀態(tài)以及控制信息的顯示。試驗時，可在人機交互界對跌落高度和跌落角度進行設定。跌落試驗可在圖3跌落高度與跌落角度中，根據(jù)危險品金屬包裝容器的危險品等級對應國家標準的跌落高度的要求進行設定。試驗平臺的界面如圖3所示，在人機交互界面中可輸入測試樣品的規(guī)格、型號、試驗編號和試驗人員。

4.5檢測系統(tǒng)關鍵技術的研究

4.5.1 檢測系統(tǒng)的提升平臺

提升平臺的作用是支撐旋轉(zhuǎn)平臺，并通過試驗機頂部的擺線針輪電機提供動力，使四周的四根立柱實現(xiàn)上下移動，從而實現(xiàn)提升裝置的上下升降。提升平臺如圖4所示。

4.5.2 角度調(diào)節(jié)機構

旋轉(zhuǎn)平臺上放置被測試樣品，通過擺線針輪電機旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)樣品跌落角度的調(diào)整。旋轉(zhuǎn)平臺及擺線針輪電機如圖5所示。

4.5.3釋放裝置

釋放裝置是由前后、左右共4個氣缸和旋轉(zhuǎn)平臺下面的活動底板組成，當4個氣缸同時快速收縮會帶動活動底板快速轉(zhuǎn)動，保證試驗樣品在跌落試驗時作自由跌落。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)、開門、關門、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 試驗驗證

為了驗證文中的檢測系統(tǒng)能否滿足大容積危險品金屬包裝容器的跌落試驗要求，驗證試驗為對一批最小總?cè)萘繛?30L的鋼桶進行跌樓試驗，該批鋼桶的性能等級為Ⅲ級，按照GB/T 325.1-2018《包裝容器 鋼桶 第1部分：通用技術要求》[2] 國家標準規(guī)定，其對應的跌落高度為0.8m。大容積危險品金屬包裝容器的跌落試驗現(xiàn)場如圖8所示。提升裝置將樣品的最低點提升至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)到試驗需要的跌落角度。按下跌落試驗時，前后、左右共4個氣缸和旋轉(zhuǎn)平臺下面的活動底板可以實現(xiàn)快速動作，保證鋼桶在跌落時處于自由落體的運行狀態(tài)。

根據(jù)圖2工作原理要求試驗，其測試過程中可實現(xiàn)跌落高度的升降調(diào)節(jié)，跌落調(diào)度可實現(xiàn)調(diào)節(jié)和固定，且釋放裝置能夠保證在跌落試驗時樣品的自由落體運動，均可以符合標準的要求。

6 結(jié)論

大容積危險品金屬包裝容器自動跌落試驗涉及到較多試驗難點，跌落高度控制、跌落角度調(diào)節(jié)，較大較重時跌落角度無法固定，如果采用之前所用的跌落裝置進行試驗，需要花費大量的時間，自動化程度不高、效率低。因此，利用文中的大容積危險品金屬包裝容器自動跌落試驗檢測系統(tǒng)進行跌落試驗能有效解決跌落試驗遇到的問題，更好地滿足GB/T 4857.5-1992《包裝? 運輸包裝件? 跌落試驗方法》國家標準要求，同時使用文中的檢測系統(tǒng)可排除人為因素干擾，大大提高檢測效率和準確性。

參考文獻

[1]黃雪，李建華，熊才啟，等.包裝? 運輸包裝件 跌落試驗方法：GB/T 4857.5-1992[S].

[2]盧明，鞠春明，何淵井，等.包裝容器 鋼桶 第1部分：通用技術要求：GB/T 325.1-2018[S].