論緩沖秤中沖擊力的理論分析
電子緩沖秤是冶金行業(yè)經(jīng)常使用的一種稱量?jī)x器，常用于鋼包、廢料籃及盤卷等有強(qiáng)烈沖擊力的稱量場(chǎng)合。選擇合適的緩沖器可以有效保護(hù)緩沖秤的秤體和傳感器，延長(zhǎng)緩沖秤的使用壽命。如何計(jì)算重物的最大沖擊力，對(duì)于緩沖器的選型尤為重要。 
1 緩沖秤的結(jié)構(gòu)及常用緩沖秤類型普通的電子緩沖秤結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，
目前可供選擇的緩沖器類型主要有金屬彈簧和聚氨酯緩沖器，其中以圓柱螺旋金屬彈簧應(yīng)用最為廣泛，聚氨酯緩沖器屬耗能性緩沖器，因其阻尼大、秤臺(tái)穩(wěn)定速度快而得到廣泛的應(yīng)用，但限于工作環(huán)境溫度不能太高，所以更多應(yīng)用于廢料籃和盤卷等常溫工作環(huán)境。 2 理論分析 以圓柱彈簧為例，分析一下重物在豎直方向上以一定速度沖擊秤臺(tái)直至秤臺(tái)和重物靜止的整個(gè)過程中秤臺(tái)的受力過程。秤臺(tái)受到重物沖擊后獲得動(dòng)量，向下運(yùn)動(dòng)，彈簧逐漸壓縮，彈力逐漸加大，即豎直方向上的合力逐漸減小，當(dāng)彈簧的彈力等于重物和秤臺(tái)重力之和后，在豎直方向上達(dá)到力的平衡，合力為0，但此時(shí)重物和秤臺(tái)并不會(huì)立刻穩(wěn)定下來，而是繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到最大彈性力時(shí)，再向上運(yùn)動(dòng)，重新達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)開始做衰減簡(jiǎn)諧振動(dòng)(受力方向與位移方向始終相反)，直至重物和秤臺(tái)達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)。可以從動(dòng)量守恒和能量守恒兩方面分別進(jìn)行分析。 2.1 從動(dòng)量守恒定律方面分析 根據(jù)動(dòng)量守恒定律F=vm，在v、m已知的前提下，作用時(shí)間t越大則沖擊力F越小，這也是增加緩沖器的原因，但F的作用時(shí)間t是一個(gè)無法事先確定的自變量，所以計(jì)算時(shí)根據(jù)動(dòng)量守恒定律是無法得出最大沖擊力的。 2.2 從能量守恒定律方面分析 若把重物和秤臺(tái)作為一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)，在不考慮內(nèi)力做功損耗的前提下，無論力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部如何，反映在彈簧和稱重傳感器上的最大沖擊力就是彈簧最大形變時(shí)的彈性力，此時(shí)重物的動(dòng)能勢(shì)能，秤臺(tái)的勢(shì)能，最終全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能，即: E =( F +F)L/2=mv2+(m,+m)gL E--彈簧的最大彈性勢(shì)能; L.--彈簧的最大形變量; F.---彈簧最大形變量時(shí)的最大彈性力; 彈簧預(yù)緊力; -重物的質(zhì)量:T: --重物接觸到秤臺(tái)時(shí)的初始速度:92 m--秤臺(tái)的質(zhì)量。 公式形變后可以得到下面的最大彈性力公式 F=mvL +(2m,+m,)g-F 在上面公式中，m、m、F…均為已知，行車在將重物吊放到秤臺(tái)上時(shí)，速度是可控的，所以v也可以認(rèn)為已知量，出于結(jié)構(gòu)安全考慮，彈簧的最大形變量L…也應(yīng)當(dāng)處于可控范圍內(nèi)，可通過調(diào)節(jié)彈簧的最大形變量來改變最大彈性力F，直至到可以接受的范圍。 2.3 該公式應(yīng)用舉例 L…彈簧的最大形變量控制在 0.1m 左右;F.彈簧預(yù)緊力10kg，包含秤臺(tái)重量;m;重物的質(zhì)量為 10kg; v重物接觸到秤臺(tái)時(shí)的初始速度為0.1m/s;m,秤臺(tái)的質(zhì)量為8x10kg。F =m,L+(2m,+m2)g-F=10'x(0.1}/0.1+(2x10'+8x10)x9.8-10*kg =2.038 x 10N 根據(jù)計(jì)算結(jié)果當(dāng)采用12個(gè)圓柱螺旋彈簧作為緩沖器時(shí)，選用材料直徑d=35mm，彈簧中徑D=200mm，單圈極限變形量f=26.88mm，工作極限載荷P=49168N，單圈剛度P=1829N/mm，圈數(shù)=8的彈簧時(shí)，其在100mm形變量時(shí)總彈性力可以達(dá)到2.1948x10N。選擇稱重傳感器容量時(shí)，當(dāng)稱重傳感器安全過載系數(shù)為150%時(shí)，總?cè)萘看笥?00t 即可。
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