落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)

　   結(jié)構(gòu)與性能

　　本試驗(yàn)機(jī)由主機(jī)部分、低溫制冷系統(tǒng)、試樣室與送樣定位系統(tǒng)、運(yùn)行控制系統(tǒng)、測(cè)量顯示系統(tǒng)、試驗(yàn)附具、安全防護(hù)裝置七部分構(gòu)成。

　?。ㄒ唬┲鳈C(jī)部分：

　　采用大底座和寬厚雙支承機(jī)架結(jié)構(gòu)。機(jī)架底座鑄為一體，雙支承機(jī)身上部鑄造連接，減速機(jī)安裝固定架與機(jī)架鑄為一體。整臺(tái)機(jī)器為一個(gè)剛性整體，經(jīng)過(guò)自然時(shí)效加人工時(shí)效處理后，具有非常高的穩(wěn)定性。整體加工，機(jī)架底座間沒(méi)有裝配的誤差，確保了擺軸軸線到打擊中心的距離精準(zhǔn)。當(dāng)砧座受到?jīng)_擊時(shí)，原來(lái)分體式主機(jī)會(huì)因螺栓連接部位彈性變形吸收能量而影響沖擊測(cè)量的度，一體化主機(jī)從根本上避免了這個(gè)問(wèn)題。立柱前后對(duì)稱，擺錘主軸采用簡(jiǎn)支梁方式支承，能有效避免擺錘沖擊時(shí)的側(cè)向顫動(dòng)，降低對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

　?。ǘ┑蜏刂评湎到y(tǒng)：

　　液氮制冷原理：液體狀態(tài)的氮的溫度為-196℃，高于此溫度，液氮就會(huì)氣化，而氣化就會(huì)吸收熱量，因此，通過(guò)液氮制冷就是把液氮噴淋在試樣上，液氮?dú)饣臀赵嚇拥臒崃浚瑥亩档土嗽嚇拥臏囟?，持續(xù)噴淋和氣化，試樣溫度就不斷降低，直至需要的溫度。

　　該制冷低溫裝置由液氮罐、加壓泵、專用輸液管、液氮輸入流量控制電磁閥、蒸發(fā)器（低溫室）、溫度調(diào)節(jié)控制器等組成。

　　液氮制冷流程：氣泵加壓→液氮輸出→控制流量→液氮噴淋→液氮蒸發(fā)吸收熱量→試樣降溫→溫度測(cè)量控制。

　　液氮制冷具有降溫速度快、易于實(shí)施的特點(diǎn)，但又有溫度難以控制，液氮持續(xù)消耗無(wú)法回收等缺點(diǎn)。我們經(jīng)過(guò)反復(fù)論證與試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了的毛細(xì)管針孔液氮細(xì)密均勻噴淋裝置（鼠籠式結(jié)構(gòu)），并通過(guò)實(shí)時(shí)溫度測(cè)試反饋，通過(guò)控制流量閥的液氮流量和電熱板的溫度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的控制和低溫室的均勻噴淋降溫。

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由液氮罐輸出的氣液混合體，通過(guò)流量控制閥后，分流進(jìn)分布于試樣盒周遭的10個(gè)細(xì)流銅管，每根管上面向試樣盒方向均勻分布10個(gè)針孔，通過(guò)液氮罐提供的壓力，氣液混合體會(huì)通過(guò)針孔向試樣噴淋，液氮蒸發(fā)吸熱，達(dá)到降溫的目的。熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)試溫度，當(dāng)接近所需溫度時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)流量閥控制流量，減少噴淋液氮的供給量，直至設(shè)定溫度。降溫快，溫度均勻，控溫，可達(dá)±1℃，更低溫度可達(dá)-196℃。并且降低了液氮的浪費(fèi)。

　　試樣室和送樣定位系統(tǒng)

　　1.試樣室結(jié)構(gòu)：

　　標(biāo)準(zhǔn)夏比沖擊試樣的尺寸是10×10×55mm，但標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)材料厚度無(wú)法做成標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)，允許做成10×7.5×55mm、10×5×55mm和10×2.5×55mm的薄試樣。由于低溫自動(dòng)沖擊試驗(yàn)機(jī)的試樣室都是按照10×10×55mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣設(shè)計(jì)制造的，無(wú)法同時(shí)滿足薄試樣的試驗(yàn)，給用戶試驗(yàn)造成很煩。

　　我們經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和試驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)出了一種多用途試樣室：該試樣室經(jīng)過(guò)的設(shè)計(jì)，內(nèi)部采用耐氧化、溫度傳導(dǎo)快、經(jīng)久耐用的銅試樣盒，適應(yīng)兩種制冷方式和加熱的需要，在試樣經(jīng)過(guò)處采用特殊結(jié)構(gòu)，做到試樣在低溫室內(nèi)動(dòng)作可靠、不卡試樣。更換試樣盒可以適合所有四種規(guī)格的試樣，但每爐必須是同種規(guī)格試樣。真正實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)可完成所有沖擊試驗(yàn)。

　　低溫室采用特殊的上下電加熱板與制冷裝置組成溫控系統(tǒng)，通過(guò)PID調(diào)節(jié)可以地控制低溫溫度。當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電加熱器自動(dòng)接通加熱，使溫度升高，用以保證溫度控制精度。

　　2．送樣定位系統(tǒng)

　　由于保溫室內(nèi)的溫度與外界環(huán)境溫差很大，試樣離開(kāi)保溫室后，低溫試樣的溫度變化很快，因此，必須在極短的時(shí)間內(nèi)把試樣安放在準(zhǔn)確的沖擊位置并快速?zèng)_擊試驗(yàn)。

　　通過(guò)手動(dòng)從低溫箱內(nèi)取出試樣，然后放置到?jīng)_擊位置，啟動(dòng)沖擊，整個(gè)過(guò)程約需10秒鐘。由于時(shí)間長(zhǎng)，低溫試樣的溫度變化大，而且手動(dòng)快速放置試樣往往對(duì)中不，造成試驗(yàn)結(jié)果的不準(zhǔn)確。在操作不熟練、配合不協(xié)調(diào)時(shí)，還易造成事故。

　　為了縮短試樣安放時(shí)間，確保試樣對(duì)中放置，以得到更準(zhǔn)確的低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)推薦采用機(jī)械送樣和定位。

　　我們不斷探索和研究送樣定位的方式，根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐和試驗(yàn)，曾先后設(shè)計(jì)試制了多套送樣定位機(jī)構(gòu)，通過(guò)持續(xù)的試驗(yàn)、改進(jìn)和完善，逐步解決了送樣時(shí)間長(zhǎng)、試樣凍住送不出、送出試樣傾斜、試樣送不到位、定位不準(zhǔn)確、試樣貼不緊、定位塊阻礙試樣、送樣桿回不到位、故障率高、與主機(jī)動(dòng)作不協(xié)調(diào)等諸多問(wèn)題，最終開(kāi)發(fā)出一套技術(shù)成熟、故障率低、實(shí)用可靠的送樣定位機(jī)構(gòu)，取得了于行業(yè)的技術(shù)成就。

　　該送樣定位機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)，端面定位。共有5個(gè)氣缸，可實(shí)現(xiàn)6個(gè)動(dòng)作。持續(xù)聯(lián)動(dòng)，確保在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，把試樣自冷卻室（恒溫室）快速送出并準(zhǔn)確安置在鉗口上，調(diào)整到位并壓緊，達(dá)到?jīng)_擊狀態(tài)。

　　送樣裝置推力大，無(wú)論試樣怎樣冷凍，都能夠順利送出、不會(huì)卡住。氣動(dòng)定位準(zhǔn)確、可靠、迅速。

　　裝樣送樣定位流程：將試樣放置在2號(hào)試樣架上，由3號(hào)氣缸將試樣送入進(jìn)樣口內(nèi)，然后1號(hào)氣缸自動(dòng)將試樣送入4號(hào)冷卻箱，試樣依次全部送入冷卻箱后，制冷系統(tǒng)啟動(dòng)，冷卻介質(zhì)由9號(hào)入口進(jìn)入冷卻箱對(duì)試樣進(jìn)行冷卻。冷卻完成后，由7號(hào)氣缸將試樣快速送到試樣座上，此時(shí)后定位器在6號(hào)氣缸的帶動(dòng)下已前進(jìn)到定位位置，試樣到位后由5號(hào)定位氣缸對(duì)試樣進(jìn)行二次定位，定位完成后5、6號(hào)氣缸復(fù)位，開(kāi)始沖擊。沖擊完成后，再送下一個(gè)試樣，直至全部試樣沖擊完成后自動(dòng)停機(jī)。8號(hào)為制冷系統(tǒng)。

　　由于采用了端面定位方式，為了試樣對(duì)中定位準(zhǔn)確，試樣加工尺寸必須。

　　運(yùn)行控制系統(tǒng)：

　　通過(guò)PLC控制運(yùn)行，通過(guò)雙級(jí)減速機(jī)和電磁離合器提錘。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)微機(jī)界面點(diǎn)擊取擺，PLC指令驅(qū)動(dòng)離合器吸合、減速電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)擺錘按逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)升起，到達(dá)預(yù)定角度時(shí)，PLC指令電機(jī)停止、離合器脫開(kāi)，掛擺裝置掛住擺錘掛鉤，安全銷自動(dòng)伸出，即作好沖擊準(zhǔn)備。當(dāng)試樣冷卻好后，點(diǎn)擊送樣，PLC指令送樣機(jī)構(gòu)迅速把試樣推送到?jīng)_擊位置，定位機(jī)構(gòu)自動(dòng)配合定位。（送樣桿退回后，其它氣缸自動(dòng)依次把下一只試樣推到送樣位置）。試樣定位后，先點(diǎn)擊退銷，安全銷退回，再點(diǎn)擊沖擊，牽引電磁鐵迅速推動(dòng)掛鉤脫開(kāi)，擺錘即順時(shí)針自由落下沖擊試樣。（采取人工分步點(diǎn)擊沖擊，主要因?yàn)椴扇∽詣?dòng)聯(lián)動(dòng)沖擊時(shí)，有時(shí)會(huì)由于試樣加工不規(guī)范，試樣可能送不到位或送樣桿沒(méi)有及時(shí)退回，這時(shí)沖擊會(huì)造成空打，甚至可能沖壞送樣桿）。試樣沖斷后，擺錘利用剩余能量回到正向更高點(diǎn)時(shí)，PLC指令電磁離合器吸合、電機(jī)啟動(dòng)，再逆時(shí)針帶動(dòng)擺錘升起，到達(dá)預(yù)定角度時(shí)，PLC指令電機(jī)停止、離合器脫開(kāi)，掛擺裝置掛住擺錘掛鉤，安全銷自動(dòng)伸出，即完成一次沖擊周期，并作好下一次沖擊準(zhǔn)備。試樣沖擊完成后，斷裂的試樣落在回收皮帶上，根據(jù)預(yù)置判據(jù)，把合格或不合格試樣分別輸送到不同回收裝置中。

　　系統(tǒng)抗力強(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠。

　　測(cè)量顯示系統(tǒng)：

　　1.刻度盤顯示：沖擊完成后，可以通過(guò)刻度盤的指針直觀讀取沖擊能量值，但精度低。

　　2.微機(jī)測(cè)量運(yùn)算顯示：擺錘的擺軸端部連接安裝高精度光電編碼器，用來(lái)測(cè)試擺錘升起的揚(yáng)角和沖擊后擺錘的反揚(yáng)角，可自動(dòng)識(shí)別揚(yáng)角和反揚(yáng)角，其輸出的電平脈沖個(gè)數(shù)與擺錘的揚(yáng)角或反揚(yáng)角成正比，測(cè)試角度精度可達(dá)0.06°，角度分辨率可達(dá)0.015°。微機(jī)通過(guò)信號(hào)處理和計(jì)算，得到的沖擊能量值。

　　軟件設(shè)計(jì)有自動(dòng)標(biāo)定功能，可以測(cè)試軸承摩擦能量損失、指針摩擦能量損失和和空氣阻力能量損失，可以自動(dòng)從計(jì)算結(jié)果中減去既有的摩擦能量損失和空氣阻力損失，使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。