前言

　　随着世界经济的发展，能源消耗量不断增加，对石油、天然气等的依赖程度越来越大。但是，它们作为自然资源，分布极为不平衡，所以，全世界都面临着石油、天然气的如何远距离输送的形势。目前，除了用轮船等交通工具运输以外，陆地国家都是采用管道输送，这些方面，西方发达国家起步较早，纷纷研制各种牌号、强度等级的管线钢，用于制造输油、输气管道，目前最高强度等级已经达到X120(120公斤级)。在国内，随着西气东输等一系列工程的拉动，研究生产才刚刚起步，目前极少数钢厂能试制X80，工程用料大部分依赖国外进口。所以，研究开发管线钢，尤其是高质量的管线钢，具有深远的战略意义和广阔的市场前景。

　　落锤撕裂试验是评价管线钢钢板内在质量的重要手段之一，通过对全截面钢板试样的一次性快速冲断，从断口上观察冶金缺陷、断口性质、形貌等特征，综合评价冶金质量和抗破裂能力。为此，我单位根据产品规格，选用了新三思30000J的落锤试验机，经过半年的使用探索，不断改进完善，作了大量工作，这里作以简单介绍。

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　　1 试验机的系统结构简介

　　该试验机主要由主机、低温槽、缺口压制装置、专用冷弯装置等部分组成。其中主机由两部分组成：机械部分和自动控制部分。机械部分由以下部分组成：

　　(1) 主机刚性框架及导位杆。

　　(2) 锤体铸钢框架。

　　(3) 打击锤刃。

　　(4) 样品支座。

　　(5) 自动放样定位机构。

　　(6) 提升机构。

　　(7) 自动出样机构。

　　(8) 能量缓冲装置。

　　(9) 安全防护装置。

　　从上述可以看出，该设备从整体设计思想上，考虑比较全面周到。同时，该设备也是一个比较复杂的组合体。

　　2 应用中所出现的问题

　　现代系统论告诉我们，系统的属性往往决定其稳定性和可靠性，对于一个复杂系统，系统中各子系统、各元素之间关联程度密切，相互作用复杂，抗环境干扰能力差。当环境给一个扰动，往往会在系统内部产生一系列偏离正常平衡状态的扰动，从而导致系统不稳定。这在我们使用落锤试验机过程中深有体会。在设备安装调试、使用初期，前后出现了试验过程中砝码弹跳外飞、锤体铸钢框架断裂、送样框的连接柄断裂、支座支辊断裂、样品定位块全部损坏、缓冲系统损坏等一系列机械故障，经常是修好后一个试验就又损坏，或又出现新的问题。

　　3 系统分析与改进

　　针对上述问题，我们和厂家维修工程师一起，集中了我们所有的机械、电气、力学、材料等领域的工程技术人员和资深人士，从各个方面进行分析、诊断，提出各种改进方法，反复进行试验。原因归纳为两个方面：

　　一方面，试验产生的冲击转化为有害冲击力，对整个系统的各个部件造成了不应有的损害。系统中选用的美国产的两个液压缓冲缸，无论从吸收能量上，还是对冲击载荷吸收过程的特性讲，均无法适应本设备的应用要求。导致落锤冲断试样后，富余能量无法在如此短时间和行程内完全吸收，锤体多次反弹。锤体多次反弹导致组合砝码松动和弹跳，对锤体铸钢框架造成多次冲击内力。同时对系统内部其它相关机械和电气探测元件造成影响。这是造成整个试验机系统不可靠的根本原因。

　　另一方面，机械部件设计细节上的隐性缺陷，在有害冲击的状态下，被完全显现出来，导致一系列断裂事故。

　　(1)铸钢锤体框的下横梁的中间，是一个薄弱环节，上部有一个定位销钉，用于砝码定位，通常情况下，砝码和锤框固定为一体，该定位销并不受力。但在有害冲击力作用下，砝码弹跳，打击定位销，对锤体框架形成楔性张力，经多次损伤积累，导致铸件开裂;同时，在这个部位的下表面，有一个前后横向贯通的锐角T型槽，用于安装打击锤刃，在打击过程中会造成一定程度的应力集中，对该部位的开裂也有很重要的协同作用。

　　(2)送样框的设计，是和样品底座配合的，设计尺寸过于理想。在组装成系统后，试样框无法顺利的落到底座上，导致间隙性悬空，在试验冲击力作用下，本不应该受力的试样框受力，导致变形和连接柄开焊断裂。

　　(3)试样定位夹块在理想状态下，只受样品表面的摩擦力或者根本不受力(视样品放置时的瞬间状态定)，所以没有考虑可靠性设计，高度方向尺寸小了1mm，导致定位块在送样框上悬挂，在试验过程中定位块没有支撑在底座上，略一受力，定位块的挂钩就会折断(淬火件)。

　　(4)底座支辊：对于整个落锤的冲击力，全部落在一对支辊上。支辊和底座应该紧密配合，但在实际配合上，由于热处理等方面的原因，二者之间存在0.1毫米间隙，在多次受力后，底座产生累积永久形变，导致局部间隙扩大，在锤击过程中，淬火支辊的形变极限不足以补偿间隙，导致断裂发生。

　　从更换缓冲系统入手，将美国进口的液压缓冲缸更换为国产缸。同时，对上述因素全部进行改进、完善，设备全面恢复正常，从故障前不足200次，至今已经试验管线钢试样超过5000批次。设备系统进入成熟稳定期。

　　4 结束语

　　对于落锤这样的一个表面看似粗糙、简单的试验机，实际上是一个脆弱的复杂系统，系统的可靠性研究十分必要。对于系统内每一个单元的设计，应该充分考虑其在偏离平衡理想状态时的回归平衡态的能力，也就是系统的柔性和适应性，而不是纯粹理想化设计。只有这样，才能提高整个设备系统的可靠性。这对其他力学试验设备，尤其是动态力学检测设备的完善有重要的借鉴价值和指导意义。