JBW-150H/300H儀器化擺錘式?jīng)_擊試驗機

主要技術(shù)參數(shù)：

（一）主機與附具參數(shù)：

（二）附具參數(shù)

（三）測量參數(shù)：

（四）整機參數(shù)：

適用標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 2611-2007 《試驗機 通用技術(shù)要求》

JB/T 7406.1-1994 《試驗機術(shù)語 材料試驗機》

GB/T 3808-2010《擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗》

GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》

JJG 145-2007《擺錘式?jīng)_擊試驗機》

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)_擊試驗機檢驗用夏比V型缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣》

JB/T 6147-2007 《試驗機包裝、包裝標(biāo)志、儲運技術(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儀器化試驗方法》

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

功能與用途：

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

在普通沖擊試驗機上附加力傳感器，測試試樣沖擊過程中受的力，把力傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)存儲和軟件計算，把采集的信號繪制成沖擊力-時間、沖擊力-位移、位移-時間及能量-時間等曲線，形象地給出被沖斷試樣的受力及變形過程，并可把試樣吸收的能量分解為裂紋形成功和裂紋擴展功，使短時的動態(tài)載荷沖擊試驗實現(xiàn)了數(shù)字化的可量化過程分析。這種沖擊試驗機就叫儀器化沖擊試驗機。

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

儀器化沖擊試驗機將是現(xiàn)用普通沖擊試驗機的替代和發(fā)展方向；

公司研制的儀器化沖擊試驗機，是借鑒*并聯(lián)合中國工程物理研究院共同開發(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 儀器化試驗方法》、GB/T3808-2002《擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗》及JJF1320-2011《儀器化夏比擺錘沖擊試驗機校準(zhǔn)規(guī)范》中的有關(guān)要求研制。通過測試沖擊力值、采集與分析沖擊過程數(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控系統(tǒng)，是儀器化擺錘沖擊試驗機核心的部分，也是擺錘試驗機能稱之為儀器化沖擊試驗機的根本所在。

系統(tǒng)通過對擺錘揚角的控制、擺錘反揚角的測試以及沖擊過程中試樣所受力的實時監(jiān)測，能準(zhǔn)確地給出沖擊能量、吸收能量、力、屈服力、不穩(wěn)定裂紋擴展起始力以及力－時間波形、能量－時間波形、力－位移波形、能量－位移波形等測試數(shù)據(jù)，為試驗提供準(zhǔn)確可靠的測試結(jié)果。

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

技術(shù)特點與優(yōu)勢：

1．主機機架與底座一體化設(shè)計、整體鑄造加工，克服了機身機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，提高了試驗的穩(wěn)定性。機體吸收能量小，測量結(jié)果更接近于試樣真實吸收功。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)機架底座連接裝配的誤差；

3．主機采用高剛度設(shè)計，每個受力部件經(jīng)有限元分析、設(shè)計，經(jīng)過精密加工與測試；

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

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

6．?dāng)[軸前后軸承受力均衡，減小了摩擦，也降低對軸承的沖擊破壞；

7．進(jìn)口高精度軸承，摩擦小，抗沖擊，壽命長；

8．?dāng)[桿為厚壁無縫管，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，重心精準(zhǔn)；圓形結(jié)構(gòu)，有效降低沖擊時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），確保刃角堅固圓潤，平面和圓弧切線過渡，抗沖擊耐磨損；

13．采用雙級減速電機為提錘動力，力矩大，不滑移，噪音小。減速電機引進(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PLC（德國西門子）系統(tǒng)進(jìn)行運行控制，自動控制揚擺、掛擺、沖擊、放擺整個試驗過程，運行可靠，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構(gòu)（技術(shù)），掛擺平穩(wěn)無抖動，避免對掛脫擺機構(gòu)的沖擊及損傷；

18．電氣驅(qū)動脫擺沖擊，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，利用剩余能量自動再次掛擺，做好下次沖擊準(zhǔn)備，提高了工作效率；

20．可通過更換擺錘調(diào)整初始能量級別，擴展使用范圍；

21． 可以通過微機界面操作，也可以通過觸摸屏操作；

22．通過高精度光電編碼器精確測試角度，計算機計算沖擊吸收能量，大大提高了沖擊能量的測試精度；

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

24．軟件設(shè)計有自動標(biāo)定功能，可以測試摩擦能量損失和空氣阻力能量損失；

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

26．獨立的電器控制柜，強弱電*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彈出，防止擺錘意外下落造成事故；

28．整機配備分體組合式可開啟全封閉防護罩（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年度沖擊試驗的比對，取得優(yōu)異結(jié)果；

30．通過美國NIST標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣檢測。

本試驗機由主機部分、運行控制系統(tǒng)、測量顯示系統(tǒng)、試驗附具、安全防護裝置五部分構(gòu)成。

采用大底座和寬厚雙支承機架結(jié)構(gòu)。機架底座鑄為一體，雙支承機身上部鑄造連接，減速機安裝固定架與機架鑄為一體。整臺機器為一個剛性整體，經(jīng)過自然時效加人工時效處理后，具有非常高的穩(wěn)定性。整體加工，機架底座間沒有裝配的誤差，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，原來分體式主機會因螺栓連接部位彈性變形吸收能量而影響沖擊測量的精確度，一體化主機從根本上避免了這個問題。立柱前后對稱，擺錘主軸采用簡支梁方式支承，能有效避免擺錘沖擊時的側(cè)向顫動，降低對測試結(jié)果的影響。

通過西門子PLC控制運行，通過雙級減速機和電磁離合器提錘。試驗時，首先通過微機界面或觸摸屏，點擊取擺，PLC指令驅(qū)動離合器吸合、減速電機啟動，帶動擺錘按逆時針轉(zhuǎn)動升起，到達(dá)預(yù)定角度時，PLC指令電機停止、離合器脫開，掛擺裝置掛住擺錘掛鉤，安全銷自動伸出，即作好沖擊準(zhǔn)備。當(dāng)試樣放置好后，先點擊退銷，安全銷退回，再點擊沖擊，牽引電磁鐵迅速推動掛鉤脫開，擺錘即順時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時，PLC指令電磁離合器吸合、電機啟動，再逆時針帶動擺錘升起，到達(dá)預(yù)定角度時，PLC指令電機停止、離合器脫開，掛擺裝置掛住擺錘掛鉤，安全銷自動伸出，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，運行平穩(wěn)，安全可靠。

系統(tǒng)由沖擊力傳感器、編碼器、動態(tài)測力變送器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、計算機、打印機等組成

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

編碼器是用來測試和控制擺錘的揚擺高度，以及測試沖擊過程中擺錘的反揚角，它安裝在擺錘擺軸上，其輸出的電平脈沖個數(shù)與擺錘的揚角或反揚角成正比。

動態(tài)測力變送器主要是為沖擊力傳感器、編碼器提供電源以及對兩個傳感器的輸出信號進(jìn)行預(yù)處理，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電信號給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及輸出控制信號給控制柜。

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

該軟件是專用軟件，通過計算分析能夠給出：擺錘的沖擊速度、沖擊能量、吸收能量、裂紋形成能量、裂紋擴展能量、屈服力、屈服能量、屈服時間、屈服位移、力、力時的能量、力時的時間、力時的位移、不穩(wěn)定裂紋擴展起始力、不穩(wěn)定裂紋擴展起始能量、不穩(wěn)定裂紋擴展起始時間、不穩(wěn)定裂紋擴展終止力、不穩(wěn)定裂紋擴展終止時間等24個數(shù)據(jù)，以及力－時間、能量－時間、位移－時間、力－位移、能量－位移五種波形；并能自動生成檢測報告；通過軟件給出控制信號對擺錘的揚擺、沖擊、放擺、停止等進(jìn)行控制。

1） 測量擺錘的揚角、反揚角：利用高精度編碼器測試擺錘的揚角和反揚角，對變揚角的擺錘揚角進(jìn)行自動識別，測試角度精度可達(dá)±0.1°，角度分辨率0.025°；

2） 測量沖擊試樣過程中的力－時間波形：利用專門為擺錘試驗機研制的沖擊力傳感器測試擺錘沖擊試樣過程中試樣所承受的力－時間波形；

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

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

5） 控制功能：可以給出多個電平信號對擺錘的揚擺、放擺、退銷、沖擊等多個功能進(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對試驗機的摩擦阻力和空氣阻力損耗進(jìn)行測試，并自動反饋到測試結(jié)果中，使測試更加準(zhǔn)確；

7） 無效試驗自動判別：對死打，試樣吸收能量小于沖擊能量的10%或大于沖擊能量的90%均作為無效試驗處理，軟件自動識別并給出提示；

8） 測試結(jié)果顯示：通過軟件分析，可以顯示出本次試驗的揚角、沖擊能量、吸收能量、沖擊速度、沖擊時間、力、力時的能量、力時的變形、屈服力、屈服力時間、屈服力時的變形、失穩(wěn)力、失穩(wěn)力時間、失穩(wěn)力時的變形、力－時間波形、力－位移波形、能量－時間波形等，并且可以通過打印機打印輸出；

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

10）數(shù)據(jù)庫功能：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主界面上的一個按鈕保存到EXCEL中的同一個文檔中，每次試驗占一行數(shù)據(jù)，順序排列，更方便數(shù)據(jù)的保存、查找、對比等；

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

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

13） 能量損耗測試：可以自動測試出擺錘在10個半周期內(nèi)的空氣及機械摩擦損耗；

14） 擺動揚擺：在操作出現(xiàn)失誤或試驗機出現(xiàn)錯誤情況下，擺錘可能以很大的幅度擺動，此時如要停止擺錘需手動停止或長時間等待，手動停止存在危險，因此設(shè)置擺動揚擺，可以在擺錘擺動情況下掛擺；

15） 前面提到的曲線及各個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試報告；

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

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

根據(jù)編碼器測得的沖擊過程中的揚角（α）和反揚角（β）可以由公式（1）計算出試樣的吸收能量。由沖擊力傳感器測得的力－時間曲線，通過運算可以得到能量－時間、能量－位移、力－位移曲線，并且通過對曲線上特征的分析可以給出四個特征值點（屈服點、值點、失穩(wěn)起始點、失穩(wěn)終止點）的測試數(shù)據(jù)。

（1）

式中：

W－試樣的吸收能量，J；

m－擺錘的質(zhì)量，kg；

g－試驗地的重力加速度，m/s²；

α－擺錘的揚角，°；

β－擺錘打擊完試樣后的反揚角，°。