氣動破碎機是一種用于礦山大塊巖石二次破碎的鑿巖機械，它還廣泛應用于市政建筑的開鑿基巖、拆毀鋼筋混凝土結構、破碎凍土以及整治各種混凝土結構的路基與路面等。氣動破碎機是以壓縮空氣為動力的工具，壓縮空氣由氣壓閥控制交替接通到缸體的兩端，使活塞進行往復運動沖擊釬桿尾部，將釬桿鑿入混凝土層中，使其分裂開。為取得較高的破碎效率，釬桿必須與混凝土層有良好的接觸，因此釬桿在破碎土層的同時，存在一定的回轉運動，其轉動速度對破碎效率有一定的影響。
  氣動破碎機在出廠前的運行試驗性能檢測是保證其質量的重要檢核手段。過去，國內主要通過現(xiàn)場鑿巖試驗檢測，這種方法不僅存在費工、費時、試驗條件不盡一致等缺點，更重要的是難于提供準確的檢測結果，還會造成不必要的浪費，操作工人勞動強度大，生產(chǎn)效率也很低。
    針對上述問題，為了實現(xiàn)對氣動破碎機性能參數(shù)的室內測試分析，同時又考慮到便于應用，研制了氣動破碎機性能檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品出廠前的質量檢驗。該檢測系統(tǒng)由試驗臺、傳感器、信號調理電路、單片機、計算機和打印機等組成。檢測快捷、可靠，提高了破碎機的出廠檢驗水平。
l、氣動破碎機試驗臺的結構組成
    氣動破碎機試驗臺主要由臺架、緩沖系統(tǒng)、速度傳感器（磁芯、線圈組成）、質量一彈簧一阻尼系統(tǒng)（吸能塊、阻尼墊、彈簧組件）等構成，如圖1所示。
    吸能塊的主要目的為代替巖石以承受破碎機工作時的沖擊力，吸收其沖擊能量。當破碎機工作時，破碎機沖擊活塞打擊釬桿1，釬桿1沖擊吸能塊3。吸能塊把沖擊力傳遞給彈簧，整個沖擊過程使得活塞的沖擊能量傳遞給釬桿，進而傳遞給吸能塊實現(xiàn)緩沖。構件2、3、6組成的典型質量一彈簧一阻尼系統(tǒng)，起能量吸收作用。
    測試方法是通過測試吸能塊3的運動速度，從而用其動能來評價氣動破碎機沖擊活塞施加于釬桿1的沖擊能量，為了測出吸能塊3的運動速度，在考慮傳感器安裝的方便性、可靠性以及抗疲勞破壞等性能的前提下，采用由磁芯4和線圈5組成的速度傳感器，將吸能塊受沖擊后獲得的運動速度轉換成電信號輸出。
2、測試系統(tǒng)方案
   氣動破碎機沖擊性能檢測系統(tǒng)主要由測試試驗臺、單片機、PC機、打印機和由VC軟件設計的測試程序組成。
   測試系統(tǒng)采用主從式結構，主從機通過USB接口實現(xiàn)通訊。主機采用PC機，主要完成對從機采集的數(shù)據(jù)進行處理和計算，并向用戶提供測試界面。從機部分采用C805IF320/1單片機，與8051單片機完全兼容，傳輸速度較快，處理能力較強，同時其本身也具備多路A/D轉換，構成系統(tǒng)的電路簡單，調試方便，電磁兼容性好，性價比高，應用方便。
  測試系統(tǒng)是一個由單片機和PC機構成的兩級測試系統(tǒng)。下位機（單片機系統(tǒng)）通過模擬量和數(shù)字量輸入通道完成氣動破碎機各性能參數(shù)的數(shù)據(jù)采集工作。上位機（PC機系統(tǒng)）通過USB接口接收單片機采集到的各種性能參數(shù)，完成具體的數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示和測試報告打印等工作。同時，通過串行口向單片機系統(tǒng)傳送控制命令。
  氣動破碎機活塞沖擊釬桿的速度信號通過電磁感應速度傳感器獲得，經(jīng)信號調理（放大、濾波）處理后，送入帶有A/D轉換的單片機進行數(shù)據(jù)采樣，然后由單片機直接將采樣結果傳給計算機，計算機能夠對氣動破碎機在運行試驗臺上的運行參數(shù)，如沖擊頻率、沖擊能量、沖擊功率、耗氣量和氣壓等信號進行自動采集、計算、處理和判別，待到設定的運行時間后，自動切斷氣源，氣動破碎機停止運行，并打印出全部測結果。
2.1從機部分設計
   從機（單片機）的作用是完成對被測信號的采集和A/D轉換。單片機接受主機的命令后，按主機的要求進行數(shù)據(jù)采集和A/D轉換，并將轉換后的數(shù)據(jù)存儲在RAM的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里；在主機需要時，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到主機。
2.2沖擊性能參數(shù)的測量
2.2.1沖擊能量的測量
    沖擊能量是評價沖擊式機械工作能力的主要性能參數(shù)。沖擊過程瞬間完成，是一個相當復雜的過程。單純用理論估算設備沖擊能的方法與實際情況有較大出入。目前，國際上尚沒有標準的沖擊器測試方法。常用的沖擊性能參數(shù)的測試方法主要有：應力波法、光電位移微分法、電磁感應法、末速度法（觸點法）、氣壓法、示功圖法、高速攝影法和能量法等。
    綜合以上方法的優(yōu)缺點，結合該試驗臺自身的特點，采用電磁感應法，即采用安裝于吸能塊上的磁芯與線圈備架上繞制的線圈所組成的電磁感應速度傳感器系統(tǒng)。
  速度信號測量過程如圖3所示。速度傳感器輸出模擬信號，經(jīng)信號放大、濾波、A/D高速轉換后得到數(shù)字信號，存儲在單片機內，進而由USB接口傳送到PC機。
    頻譜分析后，可設計出數(shù)字濾波器以濾除噪聲等干擾信號，從而得到瞬時沖擊速度值，進而求得沖擊能量。其信號調理電路如圖5所示。該信號調理
2.2.2沖擊頻率的測量
    國際標準規(guī)定，沖擊頻率可以用任何能清楚地表明與工具的沖擊次數(shù)有關的信號進行測量，如作業(yè)工具的運動或應力脈沖次數(shù)。在測試沖擊能量的
    當前，MATLAB已發(fā)展成為由基本語言、工作環(huán)境、圖形處理系統(tǒng)、數(shù)學函數(shù)庫以及應用程序等組成的強大應用型軟件，特別適應于解決工程問題。其數(shù)據(jù)采集工具箱提供了與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟硬件交互的簡便方法，該檢測系統(tǒng)采用了MATLAB的數(shù)據(jù)采集工具箱實現(xiàn)對速度信號的數(shù)據(jù)采集，波形圖如圖4所示。電路圖包括信號放大和濾波電路，并結合實際情況，可應用于3種不同沖擊性能的破碎機產(chǎn)品的檢測。同時，通過記錄單位時間內沖擊速度超過一定閾值的最大值變化次數(shù)，直接計算出實際沖擊頻率。
2.2.3沖擊功率的計算
   氣動破碎機的功率系指它的沖擊功率，是評價
2.2.4氣壓的測量方法
  壓縮氣體的壓力P是氣動破碎機工作的一項重要指標。在IS03857和IS02787等標準中規(guī)定優(yōu)先采用壓力表測試，小型氣動破碎機的壓力通常為0.63 MPa。測量時選用壓力表，應能清楚地讀出滿量程時的0.5%的壓力值，所測壓力值應在壓力表最大讀數(shù)的1/4至3/4之間。
2.2.5耗氣量的測量
   在規(guī)定條件下，氣動破碎機設備在單位時間內消耗的、在標準狀態(tài)下的自由空氣的體積量即為耗氣量。自由空氣指的是現(xiàn)場大氣條件下的空氣。
   該試驗臺采用空氣耗用量表測量其耗氣量。單位一般用Us的自由空氣表示，測量方法是把測得的機器進氣口的流量，轉換成基準大氣的自由空氣進行計算，基準大氣的條件為壓力100 kPa，溫度20℃，濕度65%。
23主機軟件設計
   測控系統(tǒng)軟件控制著整個測試流程。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結構，主要包含數(shù)據(jù)錄入、采集、處理、顯示、通訊及測試報告打印等程序模塊。不僅能準確可靠地完成規(guī)定的任務，還具有執(zhí)行速度快、占用內存少、修改擴展方便等特點。
    圖6為測控軟件的總體結構框圖。在主菜單中，用戶可以選擇進行測試或者退出系統(tǒng)。選擇測試項后，要求用戶輸入有關數(shù)據(jù)（檢驗員代號、破碎機型號、機號與測試時間等），輸入完畢，用戶可以確認或重輸。確認以后進入測試菜單，實時顯示各測試數(shù)據(jù)（每隔8s數(shù)據(jù)刷新）。測試完畢，自動測試打印機工作狀態(tài)（是否聯(lián)機，是否缺紙等），若正常工作，可自動打印測試報告，然后回到主菜單。在測試過程中，用戶可以按ESC鍵放棄本次測試，使系統(tǒng)返回主測試界面。
3、試驗結果
通過對100臺某型氣動破碎機進行試驗臺和現(xiàn)場破碎檢核對比試驗。試驗條件力求兩者接近，工作氣壓為0.63 MPa，其檢測指標如下：
    1)沖擊頻率，≥34 Hz，此指標為氣動破碎機沖擊活塞是否正常工作的判定條件；
    2)沖擊功率P≥900 W，此指標反映出單位時間內沖擊活塞做功的快慢，是評價氣動破碎機工作能力的綜合性能指標；
    3)釬桿轉速V≥35 r/min，此指標反映出釬桿的工作運行情況以及破碎效率。
    產(chǎn)品檢測部分結果如表l所示。
    利用上述指標綜合對破碎機產(chǎn)品進行質量判定，其中任一項達不到要求即為不合格產(chǎn)品。該運行試驗臺和現(xiàn)場破碎試驗的對比結果如表2所示。
    運行試驗臺對氣動破碎機的運行檢核有著良好的鑒別能力。對比試驗結果表明：試驗治判定為不合格的產(chǎn)品在現(xiàn)場破碎檢核中也不合格，但試驗臺還檢測出了現(xiàn)場破碎檢核中沒有檢查出來的不合格產(chǎn)品，從而降低了檢測誤差率，而以前這種產(chǎn)品作為合格品出了廠，既影響了廠家的商譽，又給用戶造成經(jīng)濟損失。運行試驗臺有效地提高了氣動破碎機的出廠質量檢驗，避免了不合格產(chǎn)品出廠后返修的現(xiàn)象發(fā)生。
4、結論
    氣動破碎機性能測控系統(tǒng)的研究，改變了傳統(tǒng)的破碎機檢測手段，提高了測試精度和試驗效率。為檢驗產(chǎn)品質量、鑒定分析新產(chǎn)品的性能等提供了科學有效的測試方法。
    利用計算機系統(tǒng)的強大功能和突出的性能價格比，結合相應的硬件，可大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲等方面的限制。
    用基于單片機和PC機的性能檢測系統(tǒng)對沖擊過程中的釬桿速度、沖擊頻率等參數(shù)進行自動檢測，經(jīng)過實踐表明，該檢測系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用：工作穩(wěn)定可靠，具有良好的抗干擾能力，同時，操作工人勞動強度也得以降低，生產(chǎn)效率大大提高，改善了作業(yè)環(huán)境，并可迅速得到較全面的破碎機質量信息，利于提高破碎機的質量水平。


相關礦山機械設備：
1、圓錐破碎機
2、雷蒙磨粉機
3、顎式破碎機