結(jié)構(gòu)與性能
本試驗機(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)、測量顯示系統(tǒng)、試驗附具、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。整臺機(jī)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(jī)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(jī)會因螺栓連接部位彈性變形吸收能量而影響沖擊測量的度，一體化主機(jī)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。
?。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，液氮就會氣化，而氣化就會吸收熱量，因此，通過液氮制冷就是把液氮噴淋在試樣上，液氮氣化就吸收試樣的熱量，從而降低了試樣的溫度，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→溫度測量控制。
液氮制冷具有降溫速度快、易于實施的特點，但又有溫度難以控制，液氮持續(xù)消耗無法回收等缺點。我們經(jīng)過反復(fù)論證與試驗，設(shè)計了的毛細(xì)管針孔液氮細(xì)密均勻噴淋裝置（鼠籠式結(jié)構(gòu)），并通過實時溫度測試反饋，通過控制流量閥的液氮流量和電熱板的溫度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了對溫度的控制和低溫室的均勻噴淋降溫。
結(jié)構(gòu)特點：由液氮罐輸出的氣液混合體，通過流量控制閥后，分流進(jìn)分布于試樣盒周遭的10個細(xì)流銅管，每根管上面向試樣盒方向均勻分布10個針孔，通過液氮罐提供的壓力，氣液混合體會通過針孔向試樣噴淋，液氮蒸發(fā)吸熱，達(dá)到降溫的目的。熱電偶實時測試溫度，當(dāng)接近所需溫度時，計算機(jī)通過流量閥控制流量，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。
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)材料厚度無法做成標(biāo)準(zhǔn)試樣時，允許做成10×7.5×55mm、10×5×55mm和10×2.5×55mm的薄試樣。由于低溫自動沖擊試驗機(jī)的試樣室都是按照10×10×55mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣設(shè)計制造的，無法同時滿足薄試樣的試驗，給用戶試驗造成很煩。
我們經(jīng)過反復(fù)論證和試驗，最終設(shè)計出了一種多用途試樣室：該試樣室經(jīng)過的設(shè)計，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)過處采用特殊結(jié)構(gòu)，做到試樣在低溫室內(nèi)動作可靠、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。真正實現(xiàn)了一臺試驗機(jī)可完成所有沖擊試驗。
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，電加熱器自動接通加熱，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，試樣離開保溫室后，低溫試樣的溫度變化很快，因此，必須在極短的時間內(nèi)把試樣安放在準(zhǔn)確的沖擊位置并快速沖擊試驗。
通過手動從低溫箱內(nèi)取出試樣，然后放置到?jīng)_擊位置，啟動沖擊，整個過程約需10秒鐘。由于時間長，低溫試樣的溫度變化大，而且手動快速放置試樣往往對中不，造成試驗結(jié)果的不準(zhǔn)確。在操作不熟練、配合不協(xié)調(diào)時，還易造成事故。
為了縮短試樣安放時間，確保試樣對中放置，以得到更準(zhǔn)確的低溫沖擊試驗結(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)長期的實踐和試驗，曾先后設(shè)計試制了多套送樣定位機(jī)構(gòu)，通過持續(xù)的試驗、改進(jìn)和完善，逐步解決了送樣時間長、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)動作不協(xié)調(diào)等諸多問題，最終開發(fā)出一套技術(shù)成熟、故障率低、實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，端面定位。共有5個氣缸，可實現(xiàn)6個動作。持續(xù)聯(lián)動，確保在規(guī)定時間內(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，無論試樣怎樣冷凍，都能夠順利送出、不會卡住。氣動定位準(zhǔn)確、可靠、迅速。
裝樣送樣定位流程：將試樣放置在2號試樣架上，由3號氣缸將試樣送入進(jìn)樣口內(nèi)，然后1號氣缸自動將試樣送入4號冷卻箱，試樣依次全部送入冷卻箱后，制冷系統(tǒng)啟動，冷卻介質(zhì)由9號入口進(jìn)入冷卻箱對試樣進(jìn)行冷卻。冷卻完成后，由7號氣缸將試樣快速送到試樣座上，此時后定位器在6號氣缸的帶動下已前進(jìn)到定位位置，試樣到位后由5號定位氣缸對試樣進(jìn)行二次定位，定位完成后5、6號氣缸復(fù)位，開始沖擊。沖擊完成后，再送下一個試樣，直至全部試樣沖擊完成后自動停機(jī)。8號為制冷系統(tǒng)。
由于采用了端面定位方式，為了試樣對中定位準(zhǔn)確，試樣加工尺寸必須。
運(yùn)行控制系統(tǒng)：
通過PLC控制運(yùn)行，通過雙級減速機(jī)和電磁離合器提錘。試驗時，通過微機(jī)界面點擊取擺，PLC指令驅(qū)動離合器吸合、減速電機(jī)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(jī)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)試樣冷卻好后，點擊送樣，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)自動配合定位。（送樣桿退回后，其它氣缸自動依次把下一只試樣推到送樣位置）。試樣定位后，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。（采取人工分步點擊沖擊，主要因為采取自動聯(lián)動沖擊時，有時會由于試樣加工不規(guī)范，試樣可能送不到位或送樣桿沒有及時退回，這時沖擊會造成空打，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時，PLC指令電磁離合器吸合、電機(jī)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(jī)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(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠。
測量顯示系統(tǒng)：
1.刻度盤顯示：沖擊完成后，可以通過刻度盤的指針直觀讀取沖擊能量值，但精度低。
2.微機(jī)測量運(yùn)算顯示：擺錘的擺軸端部連接安裝高精度光電編碼器，用來測試擺錘升起的揚(yáng)角和沖擊后擺錘的反揚(yáng)角，可自動識別揚(yáng)角和反揚(yáng)角，其輸出的電平脈沖個數(shù)與擺錘的揚(yáng)角或反揚(yáng)角成正比，測試角度精度可達(dá)0.06°，角度分辨率可達(dá)0.015°。微機(jī)通過信號處理和計算，得到的沖擊能量值。
軟件設(shè)計有自動標(biāo)定功能，可以測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，可以自動從計算結(jié)果中減去既有的摩擦能量損失和空氣阻力損失，使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。
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