JBW-150H/300H儀器化擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)

主要技術(shù)參數(shù)：

（一）主機(jī)與附具參數(shù)：

（二）附具參數(shù)

（三）測(cè)量參數(shù)：

（四）整機(jī)參數(shù)：

適用標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 2611-2007 《試驗(yàn)機(jī) 通用技術(shù)要求》

JB/T 7406.1-1994 《試驗(yàn)機(jī)術(shù)語(yǔ) 材料試驗(yàn)機(jī)》

GB/T 3808-2010《擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)》

GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》

JJG 145-2007《擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)》

ISO 148:1998《Metallic materials-Charpy pendulum impact test》

ASTM E23-07a《Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials》

GB/T 18658-2002《擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)檢驗(yàn)用夏比V型缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣》

JB/T 6147-2007 《試驗(yàn)機(jī)包裝、包裝標(biāo)志、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)要求》

ISO14556：2000《Steeel-charpy V-notch pendnlum impact test-Instvumented test method》

GB/T19748-2005《金屬夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)儀器化試驗(yàn)方法》

JJF1320-2011《儀器化夏比擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》

功能與用途：

儀器化擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)通常又稱數(shù)字化擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)（在計(jì)算機(jī)技術(shù)被應(yīng)用之前也稱為示波沖擊試驗(yàn)機(jī)），是目前擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)的產(chǎn)品。

在普通沖擊試驗(yàn)機(jī)上附加力傳感器，測(cè)試試樣沖擊過(guò)程中受的力，把力傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和軟件計(jì)算，把采集的信號(hào)繪制成沖擊力-時(shí)間、沖擊力-位移、位移-時(shí)間及能量-時(shí)間等曲線，形象地給出被沖斷試樣的受力及變形過(guò)程，并可把試樣吸收的能量分解為裂紋形成功和裂紋擴(kuò)展功，使短時(shí)的動(dòng)態(tài)載荷沖擊試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的可量化過(guò)程分析。這種沖擊試驗(yàn)機(jī)就叫儀器化沖擊試驗(yàn)機(jī)。

儀器化沖擊是數(shù)字化時(shí)代的產(chǎn)物。從測(cè)量材料的沖擊性能指標(biāo)來(lái)看，不僅是精度的提高和指標(biāo)數(shù)量的增加，而且為沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化提供了可能，是沖擊試驗(yàn)的質(zhì)變，也為沖擊試驗(yàn)的深入推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。

儀器化沖擊試驗(yàn)機(jī)將是現(xiàn)用普通沖擊試驗(yàn)機(jī)的替代和發(fā)展方向；

公司研制的儀器化沖擊試驗(yàn)機(jī)，是借鑒*并聯(lián)合中國(guó)工程物理研究院共同開(kāi)發(fā)的高技術(shù)產(chǎn)品，按照ISO14556：2000《Steeel-charpy V-notch Pendnlum Impact Test-Instvumented Test Method》、GB/T19748-2005《鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn) 儀器化試驗(yàn)方法》、GB/T3808-2002《擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)》及JJF1320-2011《儀器化夏比擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》中的有關(guān)要求研制。通過(guò)測(cè)試沖擊力值、采集與分析沖擊過(guò)程數(shù)據(jù)、繪制能量變化曲線，給出材料斷裂不同階段明確的物理學(xué)意義與解釋，為研究、分析材料斷裂過(guò)程的行為，提供詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

沖擊力和沖擊能量測(cè)控系統(tǒng)，是儀器化擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)核心的部分，也是擺錘試驗(yàn)機(jī)能稱之為儀器化沖擊試驗(yàn)機(jī)的根本所在。

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)擺錘揚(yáng)角的控制、擺錘反揚(yáng)角的測(cè)試以及沖擊過(guò)程中試樣所受力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能準(zhǔn)確地給出沖擊能量、吸收能量、力、屈服力、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力以及力－時(shí)間波形、能量－時(shí)間波形、力－位移波形、能量－位移波形等測(cè)試數(shù)據(jù)，為試驗(yàn)提供準(zhǔn)確可靠的測(cè)試結(jié)果。

該測(cè)試系統(tǒng)采用*的虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)，測(cè)試與控制相結(jié)合，功能齊全、數(shù)據(jù)測(cè)試準(zhǔn)確，軟件界面美觀大方、操作方便。

技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：

1．主機(jī)機(jī)架與底座一體化設(shè)計(jì)、整體鑄造加工，克服了機(jī)身機(jī)座分體連接處的薄弱環(huán)節(jié)，整體剛性和穩(wěn)定性大大提高，提高了試驗(yàn)的穩(wěn)定性。機(jī)體吸收能量小，測(cè)量結(jié)果更接近于試樣真實(shí)吸收功。更適合高能量沖擊；

2．一體化的構(gòu)造，避免了分體式結(jié)構(gòu)機(jī)架底座連接裝配的誤差；

3．主機(jī)采用高剛度設(shè)計(jì)，每個(gè)受力部件經(jīng)有限元分析、設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)精密加工與測(cè)試；

4．加工中心一次性加工前后軸承孔和砧座安裝位等，確保前后軸承孔對(duì)稱，確保擺軸軸線到打擊點(diǎn)的距離準(zhǔn)確；

5．雙支承機(jī)架結(jié)構(gòu)，擺錘主軸采用簡(jiǎn)支梁支承，載荷分布合理，降低沖擊時(shí)擺錘的側(cè)向顫動(dòng)；

6．?dāng)[軸前后軸承受力均衡，減小了摩擦，也降低對(duì)軸承的沖擊破壞；

7．進(jìn)口高精度軸承，摩擦小，抗沖擊，壽命長(zhǎng)；

8．?dāng)[桿為厚壁無(wú)縫管，剛度高、不變形，降低能量的吸收；

9．?dāng)[錘圓形錘體三維軟件精確設(shè)計(jì)，重心精準(zhǔn)；圓形結(jié)構(gòu)，有效降低沖擊時(shí)的空氣阻力能量損失；

10．特種材料制作沖擊刀刃，高硬度，變形小，抗沖擊；

11．配置2mm、8mm兩種規(guī)格沖擊刀刃，采取螺釘壓緊式固定沖擊刀刃，更換簡(jiǎn)單方便；

12．特種材料和特殊工藝加工試樣砧座（試樣支承鉗口），確保刃角堅(jiān)固圓潤(rùn)，平面和圓弧切線過(guò)渡，抗沖擊耐磨損；

13．采用雙級(jí)減速電機(jī)為提錘動(dòng)力，力矩大，不滑移，噪音小。減速電機(jī)引進(jìn)*制造，性能可靠經(jīng)久耐用；

14．采用引進(jìn)進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的電磁離合器，吸合、分離迅速，不滑移；

15．通過(guò)PLC（德國(guó)西門子）系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行控制，自動(dòng)控制揚(yáng)擺、掛擺、沖擊、放擺整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，運(yùn)行可靠，并大大降低電氣故障率；

16．掛擺由PLC按預(yù)設(shè)角度控制，定位準(zhǔn)確，改變，保證初始沖擊能量恒定不變；

17．掛擺裝置采用液壓緩沖機(jī)構(gòu)（技術(shù)），掛擺平穩(wěn)無(wú)抖動(dòng)，避免對(duì)掛脫擺機(jī)構(gòu)的沖擊及損傷；

18．電氣驅(qū)動(dòng)脫擺沖擊，干凈利索，確保初始沖擊能量和初始速度不受影響；

19．沖擊完成后，利用剩余能量自動(dòng)再次掛擺，做好下次沖擊準(zhǔn)備，提高了工作效率；

20．可通過(guò)更換擺錘調(diào)整初始能量級(jí)別，擴(kuò)展使用范圍；

21． 可以通過(guò)微機(jī)界面操作，也可以通過(guò)觸摸屏操作；

22．通過(guò)高精度光電編碼器精確測(cè)試角度，計(jì)算機(jī)計(jì)算沖擊吸收能量，大大提高了沖擊能量的測(cè)試精度；

23．三種能量顯示方式：刻度盤、液晶屏和微機(jī)顯示，結(jié)果可以相互比對(duì)；

24．軟件設(shè)計(jì)有自動(dòng)標(biāo)定功能，可以測(cè)試摩擦能量損失和空氣阻力能量損失；

25．配置試樣自動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)。沖擊完成后，根據(jù)預(yù)設(shè)判據(jù)，測(cè)控系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷是否合格，并自動(dòng)分別揀出；

26．獨(dú)立的電器控制柜，強(qiáng)弱電*隔離，降低干擾；

27．設(shè)有安全銷，擺錘升到預(yù)定位置后安全銷自動(dòng)彈出，防止擺錘意外下落造成事故；

28．整機(jī)配備分體組合式可開(kāi)啟全封閉防護(hù)罩（技術(shù)），鋁合金鋼化玻璃結(jié)構(gòu)，安全、美觀；設(shè)置了門禁開(kāi)關(guān)，只有把門關(guān)好才能進(jìn)行沖擊，起到安全作用；

29．參加了2013年度沖擊試驗(yàn)的比對(duì)，取得優(yōu)異結(jié)果；

30．通過(guò)美國(guó)NIST標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣檢測(cè)。

本試驗(yàn)機(jī)由主機(jī)部分、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)裝置五部分構(gòu)成。

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)量的精確度，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。

通過(guò)西門子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)，首先通過(guò)微機(jī)界面或觸摸屏，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)試樣放置好后，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。試樣沖斷后，擺錘利用剩余能量回到正向點(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。

系統(tǒng)由沖擊力傳感器、編碼器、動(dòng)態(tài)測(cè)力變送器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等組成

沖擊力傳感器是根據(jù)要求專門研制的，用于測(cè)試沖擊過(guò)程中試樣所受的力，能真實(shí)地反映出試件在沖擊過(guò)程中所受力的變化歷程。

編碼器是用來(lái)測(cè)試和控制擺錘的揚(yáng)擺高度，以及測(cè)試沖擊過(guò)程中擺錘的反揚(yáng)角，它安裝在擺錘擺軸上，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。

動(dòng)態(tài)測(cè)力變送器主要是為沖擊力傳感器、編碼器提供電源以及對(duì)兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及輸出控制信號(hào)給控制柜。

數(shù)據(jù)采集卡的功能在于利用足夠大的采樣率真實(shí)地采集所需的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，輸入計(jì)算機(jī)。同時(shí)通過(guò)它將控制信號(hào)輸出給控制柜。

該軟件是專用軟件，通過(guò)計(jì)算分析能夠給出：擺錘的沖擊速度、沖擊能量、吸收能量、裂紋形成能量、裂紋擴(kuò)展能量、屈服力、屈服能量、屈服時(shí)間、屈服位移、力、力時(shí)的能量、力時(shí)的時(shí)間、力時(shí)的位移、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始時(shí)間、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止時(shí)間等24個(gè)數(shù)據(jù)，以及力－時(shí)間、能量－時(shí)間、位移－時(shí)間、力－位移、能量－位移五種波形；并能自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告；通過(guò)軟件給出控制信號(hào)對(duì)擺錘的揚(yáng)擺、沖擊、放擺、停止等進(jìn)行控制。

1） 測(cè)量擺錘的揚(yáng)角、反揚(yáng)角：利用高精度編碼器測(cè)試擺錘的揚(yáng)角和反揚(yáng)角，對(duì)變揚(yáng)角的擺錘揚(yáng)角進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，測(cè)試角度精度可達(dá)±0.1°，角度分辨率0.025°；

2） 測(cè)量沖擊試樣過(guò)程中的力－時(shí)間波形：利用專門為擺錘試驗(yàn)機(jī)研制的沖擊力傳感器測(cè)試擺錘沖擊試樣過(guò)程中試樣所承受的力－時(shí)間波形；

3） 數(shù)據(jù)采集：利用國(guó)外進(jìn)口的高性能、高采樣率數(shù)據(jù)采集卡采集沖擊過(guò)程中擺錘所承受的力－時(shí)間波形，保證在很短的沖擊過(guò)程中有足夠多的采樣點(diǎn)數(shù)，確保能量變化曲線的真實(shí)性；

4） 軟件分析：測(cè)試系統(tǒng)配有較強(qiáng)的軟件分析功能，滿足用戶提出的對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，給出數(shù)據(jù)處理結(jié)果；

5） 控制功能：可以給出多個(gè)電平信號(hào)對(duì)擺錘的揚(yáng)擺、放擺、退銷、沖擊等多個(gè)功能進(jìn)行控制，使操作可以*由軟件完成；

6） 空打標(biāo)定：利用高精度的編碼器隨時(shí)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的摩擦阻力和空氣阻力損耗進(jìn)行測(cè)試，并自動(dòng)反饋到測(cè)試結(jié)果中，使測(cè)試更加準(zhǔn)確；

7） 無(wú)效試驗(yàn)自動(dòng)判別：對(duì)死打，試樣吸收能量小于沖擊能量的10%或大于沖擊能量的90%均作為無(wú)效試驗(yàn)處理，軟件自動(dòng)識(shí)別并給出提示；

8） 測(cè)試結(jié)果顯示：通過(guò)軟件分析，可以顯示出本次試驗(yàn)的揚(yáng)角、沖擊能量、吸收能量、沖擊速度、沖擊時(shí)間、力、力時(shí)的能量、力時(shí)的變形、屈服力、屈服力時(shí)間、屈服力時(shí)的變形、失穩(wěn)力、失穩(wěn)力時(shí)間、失穩(wěn)力時(shí)的變形、力－時(shí)間波形、力－位移波形、能量－時(shí)間波形等，并且可以通過(guò)打印機(jī)打印輸出；

9） 報(bào)告生成：每做完一次試驗(yàn)都可以自動(dòng)生成一個(gè)檢測(cè)報(bào)告，該報(bào)告包括了8中的測(cè)試結(jié)果以及相關(guān)的試樣尺寸、牌號(hào)、編號(hào)、溫度、環(huán)境溫濕度等情況；報(bào)告可以存取，方便查閱；報(bào)告為自動(dòng)生成（除剪切面積百分?jǐn)?shù)外），不需用戶填寫；

10）數(shù)據(jù)庫(kù)功能：關(guān)鍵數(shù)據(jù)如沖擊能量、吸收能量、沖擊速度等可以通過(guò)主界面上的一個(gè)按鈕保存到EXCEL中的同一個(gè)文檔中，每次試驗(yàn)占一行數(shù)據(jù)，順序排列，更方便數(shù)據(jù)的保存、查找、對(duì)比等；

11） 光標(biāo)讀數(shù)：波形曲線上的數(shù)據(jù)可以通過(guò)讀數(shù)光標(biāo)直接讀數(shù)；

12） 周期檢測(cè)：可以自動(dòng)測(cè)試出擺錘的擺動(dòng)周期，在小于5°范圍內(nèi)擺動(dòng)100次的周期平均值；

13） 能量損耗測(cè)試：可以自動(dòng)測(cè)試出擺錘在10個(gè)半周期內(nèi)的空氣及機(jī)械摩擦損耗；

14） 擺動(dòng)揚(yáng)擺：在操作出現(xiàn)失誤或試驗(yàn)機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤情況下，擺錘可能以很大的幅度擺動(dòng)，此時(shí)如要停止擺錘需手動(dòng)停止或長(zhǎng)時(shí)間等待，手動(dòng)停止存在危險(xiǎn)，因此設(shè)置擺動(dòng)揚(yáng)擺，可以在擺錘擺動(dòng)情況下掛擺；

15） 前面提到的曲線及各個(gè)能量值也可以方便地復(fù)制拷貝到Word文檔中，由用戶做成自己滿意的測(cè)試報(bào)告；

16） 操作：軟件的操作為順序式操作，界面上會(huì)依次彈出相應(yīng)的操作對(duì)話框，上一操作沒(méi)完成不能進(jìn)行下一步操作，可以防止意外情況的發(fā)生。

測(cè)控系統(tǒng)簡(jiǎn)要工作過(guò)程如下：先通過(guò)軟件給一揚(yáng)擺信號(hào)，此時(shí)編碼器（安裝在擺錘轉(zhuǎn)軸上）開(kāi)始測(cè)試揚(yáng)角，當(dāng)揚(yáng)角接近預(yù)揚(yáng)角時(shí)，再給一停擺信號(hào)，擺錘停在預(yù)揚(yáng)角位置；揚(yáng)好擺、放好試樣后即可做試驗(yàn)，通過(guò)軟件給一沖擊信號(hào)，信號(hào)控制擺錘脫鉤裝置，擺錘脫鉤下擺打擊試樣，在打擊試樣過(guò)程中，沖擊力傳感器（由擺錘刀刃改制而成）測(cè)試試樣所承受的力－時(shí)間曲線，同時(shí)在整個(gè)擺錘工作過(guò)程中編碼器一直工作測(cè)試擺錘揚(yáng)角（α）與反揚(yáng)角（β），擺錘沖擊完試樣后還具有一定的動(dòng)能，擺錘會(huì)繼續(xù)揚(yáng)到一定高度（反揚(yáng)角β），然后回?cái)[，當(dāng)回?cái)[的揚(yáng)角接近反揚(yáng)角大小時(shí)（動(dòng)能接近0），再給一揚(yáng)擺信號(hào)，使擺錘繼續(xù)上揚(yáng)，當(dāng)達(dá)到預(yù)揚(yáng)角位置時(shí)，軟件再給一停擺信號(hào)，擺錘掛在掛鉤上。此時(shí)，放好試樣即可進(jìn)行下一試驗(yàn)，如果不做試驗(yàn)，通過(guò)軟件給一放擺信號(hào)，擺錘緩慢放到位置，放擺過(guò)程中編碼器測(cè)試放擺角度，當(dāng)接近揚(yáng)角位置時(shí)，給一停擺信號(hào)，擺錘停在位置。

根據(jù)編碼器測(cè)得的沖擊過(guò)程中的揚(yáng)角（α）和反揚(yáng)角（β）可以由公式（1）計(jì)算出試樣的吸收能量。由沖擊力傳感器測(cè)得的力－時(shí)間曲線，通過(guò)運(yùn)算可以得到能量－時(shí)間、能量－位移、力－位移曲線，并且通過(guò)對(duì)曲線上特征的分析可以給出四個(gè)特征值點(diǎn)（屈服點(diǎn)、值點(diǎn)、失穩(wěn)起始點(diǎn)、失穩(wěn)終止點(diǎn)）的測(cè)試數(shù)據(jù)。

（1）

式中：

W－試樣的吸收能量，J；

m－擺錘的質(zhì)量，kg；

g－試驗(yàn)地的重力加速度，m/s²；

α－擺錘的揚(yáng)角，°；

β－擺錘打擊完試樣后的反揚(yáng)角，°。