冲击过载指示器性能比较.docx

1、冲击过载指示器性能比较冲击过载指示器性能试验研究引言冲击过载指示器安装在包装件上,能可靠显示包装内产品在流通过程中所受冲击是否超过产品允许最大加速度(脆值)。取得合理的缓冲保护,判定野变装卸的非正常破损。从而可减少“过包装”,降低包装及流通的综合费用,并可督促装卸搬动合理化,提供非正常包装破损的索赔依据。本文详细阐述六种不同结构原理的冲击过载指示器的振动、跌落试验，评价该类装置的精度、可靠性、使用寿命、有效使用频率范围以及对振动响应。得出冲击过载指示器的冲击响应加速度(G)时间(T)特性曲线，为筛选可靠结构原理的冲击过载指示器,提供实验依据。1.指示器种类与结构原理冲击过载指示器按结构原理、工

2、作方式不同，可分成多种。经对各种形式指示器的性能评价试验及实际使用，认为以下七种较为可靠，能满足实际使用要求。（1）单向弹簧式（SSD型）：指示器由负载弹簧和一个带套筒的止动开关组成;当冲击发生、负载弹簧变形，带动止动开关，一旦外界冲击值大于该指示器额定G值，止动开关即刻与套筒脱“闸”，发出过载指示。（2）多向钢珠式（ADS型）：指示器由两组带钢珠的弹簧组成，安装在一个透明，坚固的塑料圆形壳体中。当外界冲击大于额定G值，其中有一钢珠会自动脱“闸”发出过载指示。（3）按压弹簧式（M一B型）：该指示器结构原理类似于SSD型，不同的是MB型的额定G值可由使用者自行调定。调节时，只需按伸出壳体的一金属

3、小按钮即可。（4）多向电磁式（GDOT型）：指示器由一块磁盘与小钢珠组成，当外界冲击大于额定G值，小球与磁铁盘脱离，发出过载指示，对180以内的冲击方向都敏感。（5）压块滑动式（VGM型）：指示器由两块金属压块与弹簧钢片组成。金属压块可在特定的金属壳体中自由滑动。当外界冲击发生，金属块挤压弹簧钢片，一旦超过额定G值，钢片折断，发出过载指示。（6）多向液体扩散式（RGI型）：指示器类似于参数型加速度计，由一含有色液体的玻璃球与一带刻度的方型硬透明塑料盒组成，当外界冲击发生，玻璃球与盒壁碰撞，球内有色液体扩散，将有刻度的盒壁染色，根据染色大小，判定冲击是否过载。2性能试验2.1实验设备2.1.1振

4、动实验设备电磁振动台:型号690M-40，频率范围5500Hz。Unholtz-Diekie公司产。机械振动台:型号LMVH-5000-968,频率范围2-5Hz,LAB公司产。2.1.2跌落试验设备缓冲铁落试验机:型号No.3,Gynos工程公司产。跌落试验机:型号125DTP,Gaynes工程公司产。2.1.3其他辅助记录装置加速度计(I):型号2233E,Endeveo公司产。放大器:型2614E,Endeveo公司产。贮存式示波器:型号56B,Tektronix公司产。加速度计(一):型号ASA一100一350,加速度范围士100G,Sattham仪器公司产。放大器:型号112A,Ki

5、ntell公司产。2.2实验项目2.2.1振动试验2.2.1.1未包装状态振动试验(1)试验目的:用于测定指示器在经受正常运输振动过程中,是否发生误过载指示.(2)试验方法:将指示器直接安装于振动平台。平台振动方向与指示器敏感冲击方向一致,各指示器按Fed101B、5020程序进行正弦变频振动;振动平台输入振动加速度由与振动台连接的EC加速度计检测,输入G值与频率由564B型贮存式示波器显示。具体步骤如下:首先在LAB低频振动台完成2一5Hz振动,频率变化分别按2Hz和0.5Hz跳跃,每组振动时间不少于2min,双面振幅为25.4cm,输出振动加速度为0.21.3G;然后再在UD高频振动台完成

6、5500Hz振动,频率变化分别按2Hz和0.5Hz跳跃,每组振动时间不少于2min,当5f26Hz,平台输出G值保持1.3G;26f52Hz,双向振幅为0.9mm；52f500Hz,G值从1.35G变化.2.2.1.2包装状态振动试验(1)试验目的:用于确定在通常运输方式下,常用缓冲包装材料是否会放大外界输入指示器的振动加速度,而造成指示器发生误过载指示的可能性。(2)试验方法:将需试验的六种冲击过载指示器安装在一个重30kg,外形尺寸为30mmX300mmX00mm,内部正中央有一个200mmX200mmX300mm的空洞，由数张19mm厚胶合板叠粘而成的模拟正方体载荷中,模拟载荷两处开口部

7、用38mm厚胶合板与12.7mm厚钢板复合成的盖子封住,以增加模拟载荷重量;在载荷底部,将安装有一只Endevco加速度传感器,厚约12.7mm的铝板与模拟载荷盖子用螺栓连接紧固。组装好的模拟载荷用PE薄膜完全包裹;放入一只内框尺寸为560mmX560mmX560mm的胶合板箱中,并用厚约76mm,密度0.98kg/cm3的PU发泡材料缓冲。胶合板箱体与盖子用木螺栓紧固连接。将准备好的胶合板箱放在振动平台上进行振动试验。模拟载荷的加速度响应由Endevco加速度传感器输出,振动平台的输入加速度由另一只Endevco加速度传感器监视。振动方式同未包装状态振动试验不同的是:振频率在2500Hz范围

8、,只进行一个来回的频率扫描。振动试验分别按冲击指示器的X、Y、Z三个主方向进行,每进行完一个方向的振动试验,应打开箱子检查指示器是否过载,如未过载,则改变安装姿态,进行另一个敏感方向的振动试验。指示器实际受振动方向如表1。表1指示器受振方向指示器 X轴 Y轴 Z轴与X轴成45度(逆时针)SSO ADS型 GDOT型 VGM型 RGI型 M-B型 2.2.2跌落冲击试验2.2.21未包装状态跌落试验(1)试验目的:用于确定指示器过载响应G的关系,从而得出其精度及有效响应频率范围。(2)试验方法:指示器安装在浸冲跌落试验机平台上。输入指示器的不同冲击靠调节跌落冲击的绞冲材料厚度实现,输入G小由调节

9、跌落高度得到。平台响应的最大加速度(脆值)由安装在上面的加速度传感器监视,冲击波形和幅值由564B型贮存记忆示波器显示。调节冲击的绞冲材料厚度分别产生8ms、11ms、17ms、25ms、40ms与55ms的冲击脉冲时间,在每一冲击脉冲时间点上,以同一最大G值连续跌落5次,记录最小的产生过载动作指示的实际G值和最大的过载但未指示的实际G值。2.2.2.2包装状态跌落冲击试验(1)试验目的:用于确定指示器在有缓冲包装状态下,是否仍能按2.2.2.1未包装状态跌落冲击试中得出的G-T特性曲线工作。(2)试验方法:安装有指示器的模拟载荷结构基本与振动试验用试样相同,只是将盖子重量减轻,模拟载荷重量减

10、至11.7kg,装模拟载荷的胶合板箱改成同样尺寸的双面瓦楞纸箱。模拟载荷底板上安有一只2233E型,Endevco加速度传感器。传感器与2614C型Endevco放大器连接,可将冲击响应加速度输入564B型示波器。指示器安装在一块铝板上，铝板紧固在模拟载荷的盖子上;瓦楞纸箱四周用PU发泡材料缓冲。将组装好的装有模拟载荷的包装箱放在跌落试验机上,进行自由践落模拟载荷产生的响应加速度由示波器显示输入模拟载荷的G值由调节跌落高度得到。每跌落一次,均开箱检查冲击指示器是否有过载指示并将结果记录下来。2.3试验结果与讨论2.3.1未包装状态振动试验结果在振动频率范围250Hz,没有一只冲击指示器发生过载

11、指示动作。其中.ADS型指示器(分别有额定值为15G、25G、50G三种)的钢珠在凹座里有旋转现象。特别是在频率大于ZOozH,输入振动加速度为SG时,旋转加剧,但未发生过载指示。2.3.2包装状态振动试验结果在有缓冲包装情况下.没有一只冲击过载指示器在振动频率范围2一500Hz内发生过载指示。2.3.3未包装状态跌落冲击试验结果(1)单向弹簧式(50型):试验采用额定值为25G的过载指示器.分别进行z、Y及与x轴成45。三个敏感方向的跌落冲击,建立G-T曲线如图l、图2、图3，从图中发现当T大于15ms,则G-T特性曲线是一条水平直线,指示器精度在+/-10%范围。(2)多向钢珠式(ADS型

12、):试样采样额定值为15G、25G、50G三种规格的指示器，分别按Z、Y及与X轴呈三个敏感方向进行冲击,建立G-T曲线,如图4到图12所示。从图中发现,当冲击脉冲时间大于15ms时该类指示器响应加速度曲线呈一条水平直线。其Z、Y两轴方向冲击,过载响应G值精度基本上是+/-10%范围,与X轴呈45度方向的冲击,则指示器精度不佳,且三种规格的冲击指示器均低于额定过载G值就发出响应过载指示。(3)按压弹簧式(M-B型):试验结果如图13。通过实验发现,这种指示器经过多次跌落冲击,结果重现率很差,而且当受到接近额定过载值的冲击后,再次进行冲击.则未达额定G值就容易发生过载指示。这种指示器经过振动后,也

13、同样存在精度较差的缺点。当然.经过重新校正,首次冲击过载在T20ms时,精度可达15%。(4)多向电磁式(GDOT型):试验采用额定G值为50G的指示器.经受了冲击加速度G值为50G,:为20ms的多次冲击,结果显示最低产生过载指示的实际G值为5OG，最高过载但非指示的实际G值为72G,精度较差。(5)滑块移动式(VGM型):试验结果如图14。试样采用额定过载值为25G的指示器;由图可知,该指示器过载值与T成一定函数关系,则按曲线计算,若2OG时过载应为20ms,但经过实验却发现,T为20ms时,实际过载却达到45G。因此,这种指示器精度极差。(6)多向液体扩散式(RGI型):由于可读性很差,

14、加上操作方式对试验结果的影响，因此这种指示器的可靠性,可使用性均很差,未得到G-T特性曲线。表2包装状态跌落试验结果2.3.4包装状态跌落冲击试验结果(1)单向弹簧式(SSO型):试验结果如表2,该指示器仅进行Z轴方向冲击:按其G-T特性曲线,T为30ms,该指示器对冲击响低于27G不指示,高于28G则指示。由表2可知,该指示器的受冲击响应为23G时,未发出过载指示,在24一26G范围,有时过载，有时不过载,高于26.IG则都发出过载指示。因此,在有缓冲保持时,该指示器发生过载的实际所受冲击响应加速度值高于额定值3G，可认为基本符合该指示器G-T特性曲线。(2)多向钢球式(ADS型):试验结果

15、如表2,只进行z轴方向试验;试样采用额定值为15G和25G两种规格。额定值为15G的指示器经受冲击输入为11.3G和12G的两次跌落，均未发生过载指示。经过17G冲击输入的跌落,则过载发生,基本与该指示器G-T一致.额定值为25G的指示器在低于2OG冲击输入时不过载,高于23G时则发出过载指示,冲击脉冲时间均为30ms,符合特性曲线。(3)按压弹簧式(M-B型):试验结果如表2,只进行Y轴方向试验。特性曲线表明,当T为25ms时,该指示器改变冲击响应输入低于21G,不过载指示,高于24G,则会发出指示.实际试验结果见如表2,经过校正的M-B型指示器在包装状态下,其工作特性符合特性曲线。(4)多

16、向电磁式(GDOT型):由于该指示器的G-T特性曲线未建立，因此未进行包装状态下的跌落冲击试验。(5)滑块移动式(VGM型):由于这种指示器G-T特性曲线不能满足实际操作使用要求,因此未进行包装状态下的跌落冲击试验。(6)多向液体扩散式(RGI型):试验结果如表3所示。这种指示器在模拟载荷上的安装方式与其它指示器不同,由底部安装改为侧壁安装。按包装箱的三个面各自进行一次跌落,跌落高度相同。跌落后打开包装箱测量G值,并与加速度传感器显示的实际G值进行比较,其精度和重复使用性极差。2.4试验结果讨论试验表明,在较短冲击脉冲时间范围小于15ms,冲击过载指示器不能给出较精确的过载指示。一般低于15m

17、s冲击脉冲时间,往往指示器受外界冲击响应高于指示器额定G值,指示器才发生指示,当冲击脉冲时间大于15ms,则大多数指示器精度较可靠,性能也较稳定。再者,冲击过载指示器安装敏感方向需与实际所受外界冲击方向相一致.不然就可能给出可靠指示。另外,部分指示器经过振动和多次冲击以后,精度将会下降(如按压弹簧式M-B型)。另一部分指示器G-T特性曲线无法建立或不能满足实际操作要求(如多向电磁式GDOT型,滑块移动式UGM型等)。4结论通过对6种不同结构原理冲击过载指示器性能试验比较,可认为单向弹簧式(SSD型)和多向钢珠式(ADS型)使用可靠,精度能满足实际使用要求。冲击过载指示器一般用于不小于20ms的

18、冲击指示。因此,通常均用于外容器为纸箱或胶合板箱的包装,或内设有缓冲衬垫的刚性包装。冲击过载指示器敏感外界冲击有方向性,实际使用时必须考虑指示器的敏感方向。参考文献1.殷明 冲击过载指示器的原理及应用,中国包装报,1993年12月31日2 Riehard V.Brown.Analysis of Shock Indicator Devices for Packaging Applications. AD766231, 1973A Study on the Performance Test of a Shock overload Indicator for PackagingYinMing(No.

19、59 Institute of the Ordnance Industry, Shapingba,630039)YangZubin(Editorial Dept. of Journal of Yuzhou University, Chongqing,630033)Zhao Kang(Southwest Aluminum Processing Factory, Baxian,631340)Abstract The vibration, drop test,accuracy,reliability,service lift, frequency range of effective usage,

20、and response to vibration,etc.of shock overload indicators from six different types of structure were discussed. The shock response acceleration(G)special time(T) curves are obtained. This will provide evaluation basis of the test for sieving shock overload indicator of reliable structural principles. Keywords shock overload indiator,vibariton,shock,shcok pulse width, packaging.