眼护具冲击测试仪的研制

    在从事野外工作或焊接时,人们常常会带防护眼镜或防护面罩,防止眼睛受铁削、泥沙、碎石以及其他异物侵入的危险。抗高速粒子冲击性能是防冲击眼护具的主要 技术性能和安全指标。根据中华人民共和国国家标准计量局GB5890-1986《防冲击眼护具试验方法》5·1·2之规定,采用直径为3mm的实心钢球以 44·2m/s和25m/s的速度分别冲击防护眼具,来测试防护眼具的性能质量。目前市场上还没有检验防护眼具抗粒子冲击性能的专门仪器设备,有的企业采 用钢珠枪或气枪测试,存在速度不能调节、检测不够精确等诸多问题[1]。本文介绍一种眼护具高速粒子冲击测试仪的研制设计方法,该仪器具备自动准确实现钢 球发射、速度检测等功能,能够安全可靠的对防护眼镜和防护面罩的安全性能进行测试。

    2　工作原理与系统结构

    系统由钢球发射装置和钢球速度检测装置结合构成。钢球发射装置使用压缩气体作为动力源,双气压、双通道控制结构设计,保证测试仪有足够高的压力和稳定的气 源,并能方便地满足高、低速两种的测试。当放置于管道内的3mm粒子被气体冲击后,沿发射管高速运行,冲击在放置在管口处的防护眼具上。粒子通过反射管 时,相隔一定距离的两只对射式光纤传感器先后产生信号,送入单片机加CPLD双片结构为核心的速度检测装置,根据两信号时间差计算出粒子平均速度,最后送 入LCD液晶显示。另外,单片机与PC之间使用RS232串口连接,将多次测量的速度值数据传送到上位机内,再通过PC机处理完成表格制作和打印。

    3　钢球发射装置

    钢球放射装置是粒子发射的动力源,要提供稳定的气压保证每次粒子冲击在眼护具的速度波动较小。结构如图1所示,钢球发射装置为双气压双通道设计,产生满足 高、低速(44·2 m/s或25m/s)两种测试的气压,主要由一个气泵、两个储气罐、两个减压阀和两个电磁阀组成。气泵产生压缩气体,作为动力源。它提供压缩气体给储气罐 1,再通过两个并联的减压阀控制着储气罐2的压缩气体量。减压阀1的压力设定是5kg/cm²,减压阀2压力设定是10kg/cm², 气路选择有电磁阀1、2控制,这样可以产生2种不同压力的压缩气体。气路系统通过两级储气罐1、2,消除压力波动,保证每次冲击钢球的气压保持稳定。储气 罐2的顶部水平放置一根内径3·5mm发射管,当储气罐2中的气压得到稳定,打开电磁阀3,钢球受管内气压冲击,沿发射管以一定的速度射出。

    忽略粒子运动过程中的受到摩擦力与其他阻力和压缩空气激发粒子运动时压力变化影响,通过如下分析,建立钢球推力与其速度的关系以及运动规律确定光纤传感器在发射管上放置位置。