結(jié)構(gòu)與性能
本試驗機由主機部分、低溫制冷系統(tǒng)、試樣室與送樣定位系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、測量顯示系統(tǒng)、試驗附具、安全防護裝置七部分構(gòu)成。
（一）主機部分：
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。當砧座受到?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。
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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*的毛細管針孔液氮細密均勻噴淋裝置（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，分流進分布于試樣盒周遭的10個細流銅管，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，達到降溫的目的。熱電偶實時測試溫度，當接近所需溫度時，計算機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±1℃，更低溫度可達-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)：
標準夏比沖擊試樣的尺寸是10×10×55mm，但標準規(guī)定，當材料厚度無法做成標準試樣時，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的試樣室都是按照10×10×55mm的標準試樣設(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，以得到更準確的低溫沖擊試驗結(jié)果，標準推薦采用機械送樣和定位。
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構(gòu)，通過持續(xù)的試驗、改進和完善，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構(gòu)，取得了于行業(yè)的技術(shù)成就。
該送樣定位機構(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）快速送出并準確安置在鉗口上，調(diào)整到位并壓緊，達到?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號入口進入冷卻箱對試樣進行冷卻。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到定位位置，試樣到位后由5號定位氣缸對試樣進行二次定位，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。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確，試樣加工尺寸必須。
運行控制系統(tǒng)：
通過PLC控制運行，通過雙級減速機和電磁離合器提錘。試驗時，通過微機界面點擊取擺，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，即作好沖擊準備。當試樣冷卻好后，點擊送樣，PLC指令送樣機構(gòu)迅速把試樣推送到?jīng)_擊位置，定位機構(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、電機啟動，再逆時針帶動擺錘升起，到達預(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。
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.微機測量運算顯示：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角和沖擊后擺錘的反揚角，可自動識別揚角和反揚角，其輸出的電平脈沖個數(shù)與擺錘的揚角或反揚角成正比，測試角度精度可達0.06°，角度分辨率可達0.015°。微機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)果更加準確。
