薄膜冲击试验仪优化设计

　　薄膜冲击试验仪适用于塑料薄膜、薄片、复合膜、铝箔等材料抗冲击性能的测定。是食品、药品、化妆品包装相关企业、科研单位、质检机构不可或缺的检测设备。ASTM D3420- 95(美国材料与试验协会标准)和GB8809- 88(中国国家标准)对其试验方法及设备构造做了一般的规定。任何标准的制定都受制于当时的科技水平，这两个标准制定于上个世纪八十年代末和九十年代初，一二十年过去了，科技的发展又有了十足的进步，典型薄膜冲击试验仪必然满足不了现代社会的测量要求，我们有必要在其基础上进行优化设计。

　　1原理

　　薄膜冲击试验仪的半球形冲头在一定的速度下冲击并穿过试样，测量冲头所消耗的能量。以此评价试样的抗摆锤冲击能力。其能量转化关系原理如图 1 所示。

　　一质量为m的物体绕O点转动，重心到O点的距离为l，则：

　　在位置1处，物体具有最大势能mgl;

　　在位置2处，物体具有的势能为0;

　　在位置3处，物体具有的势能为mgl(1-cosα);

　　在理想状态下，如果物体不受外来阻力在位置1处自由下落，则升起的角度α必然是90°冲头冲破试样时必然消耗能量，损失的能量即为试样的抗冲击能量。即

　　E=mgl- mgl(1- cosα)=mgl cosα

　　2典型设备构造及其特点

　　图2所示为冲击试验仪的典型构造，目前大多数冲击试验仪都采用这种结构形式。其特点如下：

　　(1)机械式结构，试样夹紧及摆锤释放需人工操作;

　　(2)试验结果需人工从刻度盘读数，试验精度较低;

　　(3)人为因素影响明显，试验结果重复性较差;

　　(4)采用手动夹紧方式，夹持力不均匀，并且试验效率低、试验者劳动强度大;

　　(5)量程固定，不能调整。

　　3新型设备构造及其特点

　　针对典型冲击试验仪的各种缺陷，我们采取了多项改进措施，以此提高测量精度及试验效率。新型冲击试验仪的结构如图3所示。

　　主要部件功能说明：调平地脚为调节仪器的水平和平衡;扇形摆锤体为配以冲杆、冲头，以一定的能量冲击试样;摆锤释放杆为试验时，释放基本摆锤体;试样夹具为将试样固定;量程砝码为改变仪器的量程;操作面板为通过操作其上面的按键控制试验;编码器为采集摆锤的角度。

　　新型冲击试验仪的特点：

　　电子式设计：新型薄膜冲击试验仪采用电子式设计，编码器采集角度、结果自动运算，精度高、自动化程度高。

　　试样气动夹紧，摆锤气动释放：新型薄膜冲击试验仪以压缩空气为动力，试样气动夹紧，摆锤气动释放，夹持力更加均匀，同时减小了试验误差与试验时间，提高了试验效率，降低了劳动强度，测试过程自动化程度高，重复性好，人为因素少。