劉 琳 趙 猛 劉建宇 謝世軍

（1.濟(jì)南聯(lián)工測(cè)試技術(shù)有限公司，濟(jì)南250000；2.山東中車同力達(dá)智能機(jī)械有限公司，濟(jì)南 250000）

1 研究項(xiàng)目的立項(xiàng)

在機(jī)械行業(yè)中，各種機(jī)械設(shè)備中90%的材料都是由金屬制造的，由于金屬的選材不當(dāng)或使用不當(dāng)會(huì)造成材料的過早失效，嚴(yán)重的可能會(huì)發(fā)生重大事故。作為機(jī)械行業(yè)中質(zhì)量控制的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，產(chǎn)品使用前對(duì)原材料、半成品或成品的檢測(cè)過程就顯得越來越重要。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國開始越來越重視對(duì)材料的要求及試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

在日常測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用中，普遍采用擺錘沖擊試樣的方法獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)。沖擊試驗(yàn)是20世紀(jì)初夏比（G.Charpy）提出的，獲得廣泛使用。在工程上主要用它評(píng)定冶金質(zhì)量和加工工藝質(zhì)量，以及測(cè)定韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度。如試樣上預(yù)制疲勞裂紋，用示波圖或其他方法求出載荷-時(shí)間曲線和載荷-位移曲線，還可測(cè)得動(dòng)態(tài)開裂發(fā)生的斷裂韌度KId和已擴(kuò)展裂紋停止擴(kuò)展的斷裂韌度KIA等（見金屬的強(qiáng)化）。沖擊試驗(yàn)一般是確定軍用、民用設(shè)備在經(jīng)受外力沖撞或作用時(shí)產(chǎn)品的安全性、可靠性和有效性的一種試驗(yàn)方法。試樣的溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素，按溫度來分，沖擊試驗(yàn)分為：常溫沖擊試驗(yàn)，在常溫下進(jìn)行試驗(yàn)，一般在23±5℃的范圍內(nèi)。低溫沖擊試驗(yàn)：在低溫介質(zhì)下保存一定時(shí)間，使溫度達(dá)到要求后快速取出完成沖擊試驗(yàn)。

（1） 使用介質(zhì)可為冰水混合物（0℃）。

（2）其他溫度可用低溫槽，根據(jù)不同的溫度，可選用酒精或液氮進(jìn)行試樣的保溫。

對(duì)于國標(biāo)GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》中對(duì)試驗(yàn)溫度的要求，需用到液氮降溫以達(dá)到所需溫度。由于液氮溫度很低，蒸發(fā)溫度為-196℃，對(duì)其有效的控溫并保溫在國標(biāo)要求范圍內(nèi)是一較大難題。濟(jì)南聯(lián)工測(cè)試技術(shù)有限公司研發(fā)的超低溫?cái)[錘沖擊試樣低溫儀完美解決了這一技術(shù)難題。

該項(xiàng)目的研制成功必將會(huì)對(duì)我國材料在低溫下的試樣做出巨大貢獻(xiàn)。為我國核工業(yè)、航空航天的發(fā)展及各大院?？蒲袉挝辉囼?yàn)的準(zhǔn)確及科學(xué)性提供重要保證，同時(shí)可以為公司帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 國內(nèi)外沖擊試驗(yàn)低溫儀現(xiàn)狀

超低溫?cái)[錘沖擊試樣低溫儀可為各高校、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、金屬材料試驗(yàn)室提供溫度精度高、穩(wěn)定性好、溫度更低的試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，保證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，市場(chǎng)已出現(xiàn)液氮制冷的沖擊試驗(yàn)低溫儀，例如美特斯工業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)的沖擊試驗(yàn)低溫儀，可以用于沖擊試樣的降溫，但其制冷控制溫度只可到-180℃，且不能保證取樣時(shí)對(duì)其他試樣的溫度影響，會(huì)在一定程度上影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。國內(nèi)亦有其他公司生產(chǎn)同類低溫儀，可實(shí)現(xiàn)試樣的冷凍，但其制冷效果、溫度的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、均勻性、可智能操作性及節(jié)能性均存在一定程度上的缺陷。

3 研究項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)方案

設(shè)備構(gòu)成：由自增壓液氮罐、金屬連接軟管、風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、氣泵、送樣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等組成；可通過RS485串口連接電腦，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀察、設(shè)定、控制設(shè)備溫度；采用自增壓式液氮罐，方便觀察調(diào)節(jié)液氮系統(tǒng)壓力，無需氣源、電源等即可實(shí)現(xiàn)輸出液氮，安全可靠；耐低溫金屬軟管，可在超低溫的情況下保證有一定的柔軟性，保證使用的安全性；智能儀表，PID控制模式，智能控制進(jìn)入箱內(nèi)的液氮量，達(dá)到精確控溫的目的；特制傳感器，在大范圍溫度內(nèi)有較小偏差，在溫度迅速變化的情況下準(zhǔn)確反映箱內(nèi)溫度；獨(dú)特的節(jié)流裝置，可使液氮溫度進(jìn)一步降低，最低可達(dá)到-200℃；強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使箱內(nèi)溫度均勻，保證各個(gè)點(diǎn)的溫度一致；可在不打開箱蓋的情況下添加試樣，點(diǎn)動(dòng)按鈕即可送入冷凍箱內(nèi)；獨(dú)立出樣，一次送出一個(gè)試樣，其他試樣仍在箱內(nèi)，避免了取樣時(shí)對(duì)其他試樣溫度的影響；設(shè)有溫度緩沖室，其內(nèi)溫度和冷凍箱基本一致，將冷凍好的試樣送該室，然后取出沖擊，減少外界溫度對(duì)試樣的影響；設(shè)有試樣鉗預(yù)冷口，在夾取試樣前對(duì)試樣鉗進(jìn)行冷卻，避免試樣鉗對(duì)試樣溫度的影響；點(diǎn)動(dòng)按鈕即可實(shí)現(xiàn)送樣和出樣；在沒有氣源的情況下亦可用手推動(dòng)導(dǎo)桿，實(shí)現(xiàn)送樣和出樣。

超低溫?cái)[錘沖擊試樣低溫儀是濟(jì)南聯(lián)工測(cè)試技術(shù)有限公司自行研制的高檔次、高水準(zhǔn)的超低溫下獲取試樣的新產(chǎn)品，屬國內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)同行業(yè)空白，達(dá)到儀器標(biāo)準(zhǔn)的水平。該產(chǎn)品的開發(fā)對(duì)提高公司的技術(shù)水平、設(shè)備檔次、經(jīng)濟(jì)效益都具有積極的作用，通過樣機(jī)試制可以看出該產(chǎn)品研制是成功的，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

4 市場(chǎng)應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化前景

近幾年，我國對(duì)核工業(yè)、航空航天、高速鐵路的大力發(fā)展，更加提高了對(duì)特殊材料在惡劣環(huán)境下的各項(xiàng)的性能及數(shù)據(jù)采集分析的要求。項(xiàng)目產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量將會(huì)不斷增加，預(yù)計(jì)三年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)新增產(chǎn)值2000萬元，利稅600萬元。項(xiàng)目的開發(fā)充分考慮到職業(yè)健康安全環(huán)境等危害因素，最大限度地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化進(jìn)出料的方式，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，該產(chǎn)品無污染排放。

該項(xiàng)目所涉及試驗(yàn)裝備領(lǐng)域，通過項(xiàng)目實(shí)施，加強(qiáng)企校合作，引進(jìn)消化吸收等方式，攻克技術(shù)難關(guān)；另一方面，不斷進(jìn)行技術(shù)再創(chuàng)新，培養(yǎng)一批具有自主創(chuàng)新能力的專業(yè)人才，不斷強(qiáng)化成果轉(zhuǎn)化，使得創(chuàng)新為工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造更多財(cái)富。目前，該產(chǎn)品屬國內(nèi)首創(chuàng)，可促進(jìn)中國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展，具有良好的社會(huì)效益，該項(xiàng)目的研制成功標(biāo)志著公司的產(chǎn)品檔次在試驗(yàn)機(jī)行業(yè)提升了更高層次，具有良好的社會(huì)效益，本項(xiàng)目的成果推廣應(yīng)用，將帶動(dòng)同行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。