微机控制全自动金属摆锤冲击试验机 XBZ8000

XBZ8000微机控制全自动金属摆锤冲击试验机
一、设备名称：微机控制全自动金属摆锤冲击试验机(型号: XBZ8000)
二、设备说明：该机是对金属材料在动负荷下抵冲击性能进行检测的仪器，能连续大量地做金属冲击试验，采用全自动化控制，控制系统采用进口可编程控制器（PLC），通过微机软件程序控制取摆、冲击试验的全过程。显示冲击吸收功、冲击韧性、摆锤的旋转角度及打印试验报告等。操作简便、安全可靠，工作效率高。本机配备了防护网罩，为用户的安全操作提供了条件。是金属材料生产厂家、质检部门必备的检测仪器，也是科研单位进行新材料研究不可缺少的测试仪器。
三、执行标准：
GB/T 3808-2002 《摆锤式冲击试验机的检验》
GB/T 229-2007 《金属夏比缺口冲击试验方法》
JJG 145-2007 《摆锤式冲击试验机检定规程》
ISO148：1998《Metallic materials – Charpy pendulum impact test》
四、主要技术参数：
最大冲击能量：300J、450J、600J、750J
摆锤力矩（冲击常数）： 160.7695Nm、241.1543Nm、321.5390Nm、401.9238Nm
摆锤预扬角：150°
角度最小分辨率：0.1°
摆锤中心至冲击点（试样中心）距离：750mm
冲击速度：5.24m/s
试样支座跨距：40mm
试样支座端部圆弧半径：1～1.5mm
试样支座支承面倾角： 11°±1°
冲击刀圆弧半径：2～2.5mm
冲击刀夹角：30°±1°
冲击刀厚度：16mm
试样规格：55mm×10mm×10mm；55mm×10mm×7.5mm；55mm×10mm×5mm
试验机净重：约900kg
电源：交流三相五线380V±10% 50Hz 1500W
环境温度：10～35℃
试验机外形尺寸（包括全封闭防护罩）：约2100mm×835mm×2100mm
环境条件：周围环境无腐蚀介质，无震动，无强电磁场干扰．
注：设备地基施工由用户负责。
五、设备主要功能描述：
1、主机架及试样支座：主机架支撑试样支座及摆轴。主机架采用整体式铸造和加工，前后立柱对称，简支梁支撑摆轴，有很好的刚度和形状位置精度。其主要优点如下：
（1）它是摆锤主轴支座。摆锤从初始位置释放的过程中，主机摆轴受到一个交变径向力的作用，主轴支座刚度的优劣直接会影响到在交变径向力的作用下主机架吸收的摆锤能量。同时，主机架的设计决定了主轴轴承安装方式，也就决定了轴承的受力方式。国内目前的工作机普遍采用悬臂梁的结构，即主轴的一端挂摆，中间部分为主轴承，另一端（摆轴后端）为副轴承，其受力分析如下：

国内老式摆锤摆轴受力分析图
副轴承受到的力为F2＝F*L1/L2
主轴承受到的力为F1＝F+F2＝F+ F*L1/L2＝F（1+ L1/L2）
主轴受到的摩擦力为
f悬臂梁＝F1*μ1+ F2*μ2＝F[μ1L1 /L2+μ2（1+ L1/L2）]
如果采用对称设计的简支梁结构，两个轴承受到的力的作用大小相同（均为F/2），方向也相同。此时主轴受到的摩擦力为
f简支梁＝F/2（μ1+μ2）
全部采用精密轴承的情况下，摩擦系数基本相同。
令μ＝μ1＝μ2，则
f悬臂梁＝F1*μ1+ F2*μ2＝Fμ（1+ 2L1/L2）
f简支梁＝F/2（μ1+μ2）＝Fμ
f悬臂梁- f简支梁＝2FμL1/L2
由此处可以看出简支梁式结构的优越性。
为此，主机架设计方案如下图所示：

摆锤主机结构示意图
（2）它是试样砧座的安装基础。试样受到冲击的瞬间，有一个非常大的峰值冲击力。当冲击力通过砧座传递到底座上的时候，如果此时底座的刚度不够高，也会吸收部分的冲击能。理想的状况是底座与地球是一个整体，同时为理想的弹性体，在受到碰撞的时候不吸收任何能量。所以主机底座部分（即试样砧座的安装基础）的刚性尽可能的要高，同时底座要尽可能的大且重，摆锤的地基尽可能的牢固。
（3）主机架的结构设计决定了主轴、砧座、底座等部分的相对形状位置误差。如果采用老式的分体式结构，即底座与立柱采用分体式结构，通过螺钉连接，则在存在加工误差的同时，还存在装配误差，并且螺钉连接对系统的刚度也会产生影响。我们的方案为一体式结构，底座与立柱整体铸造，在大型镗床上一次装夹加工完成，这从工艺上来说减少了装夹环节、加工环节以及装配环节，当然也能大大提高试验机的相对形状位置误差。试验机的相对形状位置误差尽量逼近设计值，将有助于降低试验机的不确定度。
2、取摆机构：取摆机构主要功能是将摆锤提升到预定的高度，由摆轴、离合器和减速机组成。采用标准的双级蜗轮蜗杆减速机，通过离合器与摆轴联结，设计简洁，安装简单，且可靠性高。老式摆锤冲击试验机采用两级减速，第一级为皮带轮减速，第二级为蜗轮—蜗杆减速，统一集成设计在机架上。这样，整个传动系统比较复杂，出现问题的概率较大。我们不再在机架的设计中集成设计减速机构，而是外购名牌厂家生产的标准的双级蜗轮蜗杆复合式减速机，通过离合器与摆轴直接联结，设计简洁，安装简单，且可靠性高。
3、挂摆机构：由牵引电磁铁和挂脱摆机械连动装置组成，同时设置液压缓冲装置，缓冲挂摆瞬间摆锤对挂钩的冲击，有效的降低了挂摆时的噪音。冲击试样时起到释放摆锤的作用。老式摆锤的挂摆系统比较单薄，强度较差，挂摆时主要靠位于取摆方向上的阻尼杆与摆锤上的挂钩相碰撞来触发挂摆信号，从而断开摆锤与取摆系统的连接。这样的系统在挂摆瞬间会产生较大的冲击，使挂摆系统产生较大的形变，造成挂摆角度的变化，影响了摆锤的初始位能，从而影响了基准的精度。此设备加大挂钩的尺寸，同时设置液压缓冲装置，缓冲挂摆瞬间摆锤对挂钩的冲击。

挂摆机构示意图
4、度盘指示装置：采用指针式刻度盘指示冲击吸收功。
5、光学测量装置：采用高精度光电编码器测量摆锤的仰角和升角，角度分辨力为0.025度，分辨力较度盘式摆锤高约40倍，从而保证了测量精度。
6、摆锤：本设备摆锤采用3维软件设计分析，设计思想先进，保证了打击中心准确，摆锤力矩精确，从根本上保证了检测数据的准确性。摆锤刀刃采用楔形块安装，安装牢固，同时方便用户更换。摆杆强度高，大大减小了摆锤在冲击试样后摆体前后振颤的现象。摆锤刀刃采用楔型块压紧，可以方便用户自行更换。配有满足ASTM和JIS、DIN、GB、ISO、EN等标准的两种刀刃供用户选择。本产品有5种能量摆锤供用户选择，方便对设备进行扩展升级。
序号摆锤能量摆锤力矩
1 150J 80.3848Nm
2 300J 160.7695Nm
3 450J 241.1543Nm
4 600J 321.5390Nm
5 750J 401.9238Nm

摆锤装配示意图
7、试样自动回收装置：采用微型减速电机拖动皮带，与防护罩配合使用。冲击断裂后的试样均可顺防护罩滑下落到皮带上。每次冲击完成后，试样回收装置自动运行，将断裂后的试样回收到试样回收筐中。可以根据设定的试样合格冲击吸收功来自动判断试样是否合格，并将不合格的试样正转送到摆锤右侧的不合格试样回收筐中，将合格的试样反转送到摆锤左侧的合格试样回收筐中，从而实现试样是否合格的筛选功能。本产品设计的全封闭式防护罩将整个摆锤运行空间与外界隔离，并具有门保护开关，在方便操作的同时，也为操作人员提供了良好的安全保障。防护罩正面为有机玻璃，侧面和后面均为钢板网，整个结构美观、大方、实用、安全。

试样回收装置示意图
8、电气部分：本机采用德国西门子公司的PLC可编程序控制器作为数据采集及控制器。具有取摆、自动送样、冲击等多次循环试验的全自动化控制功能，同时具有数据采集、处理、打印的功能，在冲击试样后能自动获得最终需要的试验数据。采用西门子PLC采集数据，控制摆锤动作，彻底避免单片机控制系统常有的干扰，保证采集到的每一个数据都是准确的，每一个动作都控制精确的，防止强电干扰造成的控制不准确而导致的不正确的动作对设备的伤害（特别是对牙嵌式离合器的伤害）。控制器内置国家标准能量损失修正程序，使每一次试验结果都按照标准要求进行修正，试验结果更准确。控制电路主要电气元件采用国外或中外合资知名企业生产，保证了设备的可靠性稳定性。
测控系统的人机界面为西门子TD200型中文文本显示器。该显示器能方便输入各种基本试验数据，显示试验结果。
测控系统还具有故障自诊断功能，能够方便用户使用和维护。控制系统的组态图：

9、软件部分：微机控制金属摆锤冲击试验机由微机与工业用PLC可编程序控制器上下两级控制系统组成。上位机主要完成试验过程的全自动化控制、数据处理、数据管理、数据打印，下位机根据上位机的指令完成取摆、自动装样、自动送样、冲击、自动回收试样的试验全过程，并能够自动重复试验。在冲击试样后PLC可编程序控制器将采集到的冲击吸收功、冲击韧性等试验数据通过RS485接口传给微机；馨标试验软件将试验数据自动保存在数据库中，并可将试验报告导入到试验报告模板里（Excel形式），可随时查阅、打印输出试验报告；可根据用户要求与试验室数据管理系统组网，自动上传下载试验数据。
馨标的主界面：
软件是通过串口来

软件是通过串口来进行数据采集，指令发送和接收。当ZBC Test软件通过串口向PLC发送数据请求命令时，PLC立即将数据通过串口发送给馨标软件，馨标软件将接收的数据经过一系列转换和处理，然后在上图所示（5）中将显示了当前摆锤的一些参数，如角度，当前能量，吸收功，摆锤能量等，在（1）中显示“取摆”，“放摆”，“冲击”，“装样”，“试样回收”，“计算机控制”，等状态。（2）中的按钮可以控制摆锤的各种动作，例如：选择（2）中“取摆”，摆锤将取摆，同时，（5）中的一些参数也会相应的变化，（1）中的“取摆”下面的小圆也会变成绿色，表示当前正在进行取摆操作。
当每次冲击试验完成之后，馨标自动会将本次试验的结果（冲击吸收功）写入如下图所示的数据表格中：

在这个表格中，您可以添加任意多条记录，并修改试样参数。馨标能自动计算出每一批号试样的平均冲击吸收功。
当所有试验完成后，馨标可以生成Excel报表将数据导出，如下图所示：

10、自动送样装置：在可拆卸式试样架上，一次可以安装40根U形或者V形试样。启动装样，自动送样装置的装样气缸可以自动将试样架底部的试样推入低温室入口处，横向送样板将试样推入低温室中。装样的个数可在上位微机中输入，由微机发出指令，自动完成装样过程。

自动送样装置示意图
六、设备标准配置：
1、主机一台（包括取摆传动装置一套、挂脱摆机构一套、全封闭式安全防护网一套）
2、控制柜一台（包括：西门子PLC可编程序触摸式控制器、电气控制系统一套）
3、简支梁摆锤（150J 300J）各一只
4、简支梁夹具一套（包括钳口、砧座）
5、试样回收装置一套
6、附件：支座调校器一只、试样对中器一只、拆卸器一只（用于拆卸摆锤）、开口扳手一把、内六角扳手一只（设备所配专用工具）、地脚螺栓四只（用于固定设备底座）、斜铁四块（调水平用）
7、自动送样低温装置一套：型号：LTC601A-B，低温全自动送样装置参数：
制冷装置超低温液氮制冷低温装置
制冷介质液氮
传热介质钢板
保温材料聚氨酯发泡
控温范围 -180°～室温（任一温度，均能非常稳定的实现）
一次性送样数量 20根
送样时间 2.7s
冲击周期约10s
8、全自动送样装置一套：可一次性完成20根试样的常温或低温全自动送样试验装置(必须配合制冷系统使用)
9、Y2K-1自动送样气源一套
10、联想系列计算机一台
11、馨标专用试验软件一套（附光盘）
七、设备可扩展配置：（用户根据实际需求选配，费用另计）
1.简支梁摆锤： 450J 600J 750J
2. ASTM标准冲击刀刃。