JBW-150H/300H仪器化摆锤式冲击试验机

主要技术参数：

（一）主机与附具参数：

（二）附具参数

（三）测量参数：

（四）整机参数：

适用标准：

GB/T 2611-2007 《试验机 通用技术要求》

JB/T 7406.1-1994 《试验机术语 材料试验机》

GB/T 3808-2010《摆锤式冲击试验机的检验》

GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》

JJG 145-2007《摆锤式冲击试验机》

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《摆锤式冲击试验机检验用夏比V型缺口标准试样》

JB/T 6147-2007 《试验机包装、包装标志、储运技术要求》

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

GB/T19748-2005《金属夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法》

JJF1320-2011《仪器化夏比摆锤冲击试验机校准规范》

功能与用途：

仪器化摆锤式冲击试验机通常又称数字化摆锤式冲击试验机（在计算机技术被应用之前也称为示波冲击试验机），是目前摆锤冲击试验机的产品。

在普通冲击试验机上附加力传感器，测试试样冲击过程中受的力，把力传感器输出的电压信号转变为数字信号，经过数据存储和软件计算，把采集的信号绘制成冲击力-时间、冲击力-位移、位移-时间及能量-时间等曲线，形象地给出被冲断试样的受力及变形过程，并可把试样吸收的能量分解为裂纹形成功和裂纹扩展功，使短时的动态载荷冲击试验实现了数字化的可量化过程分析。这种冲击试验机就叫仪器化冲击试验机。

仪器化冲击是数字化时代的产物。从测量材料的冲击性能指标来看，不仅是精度的提高和指标数量的增加，而且为冲击试验的标准化提供了可能，是冲击试验的质变，也为冲击试验的深入推广应用创造了良好的条件。

仪器化冲击试验机将是现用普通冲击试验机的替代和发展方向；

公司研制的仪器化冲击试验机，是借鉴*并联合中国工程物理研究院共同开发的高技术产品，按照ISO14556：2000《Steeel-charpy V-notch Pendnlum Impact Test-Instvumented Test Method》、GB/T19748-2005《钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法》、GB/T3808-2002《摆锤式冲击试验机的检验》及JJF1320-2011《仪器化夏比摆锤冲击试验机校准规范》中的有关要求研制。通过测试冲击力值、采集与分析冲击过程数据、绘制能量变化曲线，给出材料断裂不同阶段明确的物理学意义与解释，为研究、分析材料断裂过程的行为，提供详细准确的数据。

冲击力和冲击能量测控系统，是仪器化摆锤冲击试验机核心的部分，也是摆锤试验机能称之为仪器化冲击试验机的根本所在。

系统通过对摆锤扬角的控制、摆锤反扬角的测试以及冲击过程中试样所受力的实时监测，能准确地给出冲击能量、吸收能量、力、屈服力、不稳定裂纹扩展起始力以及力－时间波形、能量－时间波形、力－位移波形、能量－位移波形等测试数据，为试验提供准确可靠的测试结果。

该测试系统采用*的虚拟仪器技术设计，测试与控制相结合，功能齐全、数据测试准确，软件界面美观大方、操作方便。

技术特点与优势：

1．主机机架与底座一体化设计、整体铸造加工，克服了机身机座分体连接处的薄弱环节，整体刚性和稳定性大大提高，提高了试验的稳定性。机体吸收能量小，测量结果更接近于试样真实吸收功。更适合高能量冲击；

2．一体化的构造，避免了分体式结构机架底座连接装配的误差；

3．主机采用高刚度设计，每个受力部件经有限元分析、设计，经过精密加工与测试；

4．加工中心一次性加工前后轴承孔和砧座安装位等，确保前后轴承孔对称，确保摆轴轴线到打击点的距离准确；

5．双支承机架结构，摆锤主轴采用简支梁支承，载荷分布合理，降低冲击时摆锤的侧向颤动；

6．摆轴前后轴承受力均衡，减小了摩擦，也降低对轴承的冲击破坏；

7．进口高精度轴承，摩擦小，抗冲击，寿命长；

8．摆杆为厚壁无缝管，刚度高、不变形，降低能量的吸收；

9．摆锤圆形锤体三维软件精确设计，重心精准；圆形结构，有效降低冲击时的空气阻力能量损失；

10．特种材料制作冲击刀刃，高硬度，变形小，抗冲击；

11．配置2mm、8mm两种规格冲击刀刃，采取螺钉压紧式固定冲击刀刃，更换简单方便；

12．特种材料和特殊工艺加工试样砧座（试样支承钳口），确保刃角坚固圆润，平面和圆弧切线过渡，抗冲击耐磨损；

13．采用双级减速电机为提锤动力，力矩大，不滑移，噪音小。减速电机引进*制造，性能可靠经久耐用；

14．采用引进进技术生产的电磁离合器，吸合、分离迅速，不滑移；

15．通过PLC（德国西门子）系统进行运行控制，自动控制扬摆、挂摆、冲击、放摆整个试验过程，运行可靠，并大大降低电气故障率；

16．挂摆由PLC按预设角度控制，定位准确，改变，保证初始冲击能量恒定不变；

17．挂摆装置采用液压缓冲机构（技术），挂摆平稳无抖动，避免对挂脱摆机构的冲击及损伤；

18．电气驱动脱摆冲击，干净利索，确保初始冲击能量和初始速度不受影响；

19．冲击完成后，利用剩余能量自动再次挂摆，做好下次冲击准备，提高了工作效率；

20．可通过更换摆锤调整初始能量级别，扩展使用范围；

21． 可以通过微机界面操作，也可以通过触摸屏操作；

22．通过高精度光电编码器精确测试角度，计算机计算冲击吸收能量，大大提高了冲击能量的测试精度；

23．三种能量显示方式：刻度盘、液晶屏和微机显示，结果可以相互比对；

24．软件设计有自动标定功能，可以测试摩擦能量损失和空气阻力能量损失；

25．配置试样自动输出机构。冲击完成后，根据预设判据，测控系统可以自动判断是否合格，并自动分别拣出；

26．独立的电器控制柜，强弱电*隔离，降低干扰；

27．设有安全销，摆锤升到预定位置后安全销自动弹出，防止摆锤意外下落造成事故；

28．整机配备分体组合式可开启全封闭防护罩（技术），铝合金钢化玻璃结构，安全、美观；设置了门禁开关，只有把门关好才能进行冲击，起到安全作用；

29．参加了2013年度冲击试验的比对，取得优异结果；

30．通过美国NIST标准冲击试样检测。

本试验机由主机部分、运行控制系统、测量显示系统、试验附具、安全防护装置五部分构成。

采用大底座和宽厚双支承机架结构。机架底座铸为一体，双支承机身上部铸造连接，减速机安装固定架与机架铸为一体。整台机器为一个刚性整体，经过自然时效加人工时效处理后，具有非常高的稳定性。整体加工，机架底座间没有装配的误差，确保了摆轴轴线到打击中心的距离精准。当砧座受到冲击时，原来分体式主机会因螺栓连接部位弹性变形吸收能量而影响冲击测量的精确度，一体化主机从根本上避免了这个问题。立柱前后对称，摆锤主轴采用简支梁方式支承，能有效避免摆锤冲击时的侧向颤动，降低对测试结果的影响。

通过西门子PLC控制运行，通过双级减速机和电磁离合器提锤。试验时，首先通过微机界面或触摸屏，点击取摆，PLC指令驱动离合器吸合、减速电机启动，带动摆锤按逆时针转动升起，到达预定角度时，PLC指令电机停止、离合器脱开，挂摆装置挂住摆锤挂钩，安全销自动伸出，即作好冲击准备。当试样放置好后，先点击退销，安全销退回，再点击冲击，牵引电磁铁迅速推动挂钩脱开，摆锤即顺时针自由落下冲击试样。试样冲断后，摆锤利用剩余能量回到正向点时，PLC指令电磁离合器吸合、电机启动，再逆时针带动摆锤升起，到达预定角度时，PLC指令电机停止、离合器脱开，挂摆装置挂住摆锤挂钩，安全销自动伸出，即完成一次冲击周期，并作好下一次冲击准备。试样冲击完成后，断裂的试样落在回收皮带上，根据预置判据，把合格或不合格试样分别输送到不同回收装置中。

系统抗*力强，运行平稳，安全可靠。

系统由冲击力传感器、编码器、动态测力变送器、数据采集、数据分析系统、计算机、打印机等组成

冲击力传感器是根据要求专门研制的，用于测试冲击过程中试样所受的力，能真实地反映出试件在冲击过程中所受力的变化历程。

编码器是用来测试和控制摆锤的扬摆高度，以及测试冲击过程中摆锤的反扬角，它安装在摆锤摆轴上，其输出的电平脉冲个数与摆锤的扬角或反扬角成正比。

动态测力变送器主要是为冲击力传感器、编码器提供电源以及对两个传感器的输出信号进行预处理，输出标准的电信号给数据采集系统以及输出控制信号给控制柜。

数据采集卡的功能在于利用足够大的采样率真实地采集所需的数据，并进行A/D转换，输入计算机。同时通过它将控制信号输出给控制柜。

该软件是专用软件，通过计算分析能够给出：摆锤的冲击速度、冲击能量、吸收能量、裂纹形成能量、裂纹扩展能量、屈服力、屈服能量、屈服时间、屈服位移、力、力时的能量、力时的时间、力时的位移、不稳定裂纹扩展起始力、不稳定裂纹扩展起始能量、不稳定裂纹扩展起始时间、不稳定裂纹扩展终止力、不稳定裂纹扩展终止时间等24个数据，以及力－时间、能量－时间、位移－时间、力－位移、能量－位移五种波形；并能自动生成检测报告；通过软件给出控制信号对摆锤的扬摆、冲击、放摆、停止等进行控制。

1） 测量摆锤的扬角、反扬角：利用高精度编码器测试摆锤的扬角和反扬角，对变扬角的摆锤扬角进行自动识别，测试角度精度可达±0.1°，角度分辨率0.025°；

2） 测量冲击试样过程中的力－时间波形：利用专门为摆锤试验机研制的冲击力传感器测试摆锤冲击试样过程中试样所承受的力－时间波形；

3） 数据采集：利用国外进口的高性能、高采样率数据采集卡采集冲击过程中摆锤所承受的力－时间波形，保证在很短的冲击过程中有足够多的采样点数，确保能量变化曲线的真实性；

4） 软件分析：测试系统配有较强的软件分析功能，满足用户提出的对数据处理的要求，给出数据处理结果；

5） 控制功能：可以给出多个电平信号对摆锤的扬摆、放摆、退销、冲击等多个功能进行控制，使操作可以*由软件完成；

6） 空打标定：利用高精度的编码器随时对试验机的摩擦阻力和空气阻力损耗进行测试，并自动反馈到测试结果中，使测试更加准确；

7） 无效试验自动判别：对死打，试样吸收能量小于冲击能量的10%或大于冲击能量的90%均作为无效试验处理，软件自动识别并给出提示；

8） 测试结果显示：通过软件分析，可以显示出本次试验的扬角、冲击能量、吸收能量、冲击速度、冲击时间、力、力时的能量、力时的变形、屈服力、屈服力时间、屈服力时的变形、失稳力、失稳力时间、失稳力时的变形、力－时间波形、力－位移波形、能量－时间波形等，并且可以通过打印机打印输出；

9） 报告生成：每做完一次试验都可以自动生成一个检测报告，该报告包括了8中的测试结果以及相关的试样尺寸、牌号、编号、温度、环境温湿度等情况；报告可以存取，方便查阅；报告为自动生成（除剪切面积百分数外），不需用户填写；

10）数据库功能：关键数据如冲击能量、吸收能量、冲击速度等可以通过主界面上的一个按钮保存到EXCEL中的同一个文档中，每次试验占一行数据，顺序排列，更方便数据的保存、查找、对比等；

11） 光标读数：波形曲线上的数据可以通过读数光标直接读数；

12） 周期检测：可以自动测试出摆锤的摆动周期，在小于5°范围内摆动100次的周期平均值；

13） 能量损耗测试：可以自动测试出摆锤在10个半周期内的空气及机械摩擦损耗；

14） 摆动扬摆：在操作出现失误或试验机出现错误情况下，摆锤可能以很大的幅度摆动，此时如要停止摆锤需手动停止或长时间等待，手动停止存在危险，因此设置摆动扬摆，可以在摆锤摆动情况下挂摆；

15） 前面提到的曲线及各个能量值也可以方便地复制拷贝到Word文档中，由用户做成自己满意的测试报告；

16） 操作：软件的操作为顺序式操作，界面上会依次弹出相应的操作对话框，上一操作没完成不能进行下一步操作，可以防止意外情况的发生。

测控系统简要工作过程如下：先通过软件给一扬摆信号，此时编码器（安装在摆锤转轴上）开始测试扬角，当扬角接近预扬角时，再给一停摆信号，摆锤停在预扬角位置；扬好摆、放好试样后即可做试验，通过软件给一冲击信号，信号控制摆锤脱钩装置，摆锤脱钩下摆打击试样，在打击试样过程中，冲击力传感器（由摆锤刀刃改制而成）测试试样所承受的力－时间曲线，同时在整个摆锤工作过程中编码器一直工作测试摆锤扬角（α）与反扬角（β），摆锤冲击完试样后还具有一定的动能，摆锤会继续扬到一定高度（反扬角β），然后回摆，当回摆的扬角接近反扬角大小时（动能接近0），再给一扬摆信号，使摆锤继续上扬，当达到预扬角位置时，软件再给一停摆信号，摆锤挂在挂钩上。此时，放好试样即可进行下一试验，如果不做试验，通过软件给一放摆信号，摆锤缓慢放到位置，放摆过程中编码器测试放摆角度，当接近扬角位置时，给一停摆信号，摆锤停在位置。

根据编码器测得的冲击过程中的扬角（α）和反扬角（β）可以由公式（1）计算出试样的吸收能量。由冲击力传感器测得的力－时间曲线，通过运算可以得到能量－时间、能量－位移、力－位移曲线，并且通过对曲线上特征的分析可以给出四个特征值点（屈服点、值点、失稳起始点、失稳终止点）的测试数据。

（1）

式中：

W－试样的吸收能量，J；

m－摆锤的质量，kg；

g－试验地的重力加速度，m/s²；

α－摆锤的扬角，°；

β－摆锤打击完试样后的反扬角，°。