جهاز اختبار الصدمة الأوتوماتيكي للدرجات المنخفضة الحرارة بتحكم حاسوبي ميكروي طراز JB-300WD

مقدمة عن المنتج:

تُستخدم آلة اختبار الصدمة الأوتوماتيكية ذات التحكم بالحاسوب الدقيق من طراز JB-300WD لتحديد خاصية مقاومة المواد المعدنية للصدمة تحت أحمال ديناميكية، وذلك بهدف تقييم سلوك المادة تحت هذه الظروف. وتُحسب الطاقة الممتصة من العينة بقياس الفرق بين الطاقة الكامنة قبل الصدمة والطاقة الكامنة المتبقية بعد الصدمة، والتي تُعرض على مقياس الدوران. تبلغ أقصى طاقة صدم 300 جول، وترافق الجهاز مذبذب بطاقة 150 جول؛ ويُستخدم في الاختبار عيّنات ذات مقطع عرضي قياسي قدره (10×10) ملم². يتميز هذا الجهاز بطاقة صدم كبيرة، مما يجعله مناسبًا لاختبار اللدونة الانفجارية للمعادن السوداء ذات المتانة العالية، مثل الفولاذ وسبائكه.

هذا الجهاز عبارة عن جهاز متكامل يجمع بين اختبارات درجات الحرارة المنخفضة واختبارات الصدمة، ومزوّد بمنظومة تلقائية خاصة بالدفع لتسليم العينات باستخدام الطاقة الهوائية. يعتمد على طريقة التثبيت الطرفي الهوائي لضمان محاذاة العينة، مما يضمن أن لا تتجاوز المدة الفاصلة بين انتهاء الاختبار عند درجات حرارة منخفضة وخروج العينة إلى منطقة الصدمة أربع ثوانٍ، بما يعزّز دقة الاختبار وكفاءة العمل. كما تتم جميع العمليات—تبريد العينة، الحفاظ على درجة الحرارة الثابتة، ضبط الحرارة، أخذ البندول، تعليق البندول، إدخال العينة، تحديد الموقع، وإجراء الصدمة—بالتحكم الكهربائي الآلي وبشكل تلقائي. وبعد كسر العينة أثناء الصدمة، يتم استغلال الطاقة المتبقية لتلقائياً رفع البندول استعداداً لإجراء اختبار الصدمة التالي؛ ولذلك تبرز مزاياه بشكل خاص في المختبرات التي تُجري اختبارات الصدمة عند درجات حرارة منخفضة بشكل متواصل، وكذلك في قطاعات مثل صناعة المعادن ومصانع تصنيع الآلات التي تُجري كميات كبيرة من هذه الاختبارات.

يُزوَّد الجهاز بحاسوب وطابعة، ويتميز بوظيفة التحكم المزدوج والعرض المزدوج. يعتمد الجهاز على التحكم والقياس الآليين بواسطة PLC، ويقوم بإجراء الحسابات استنادًا إلى زاوية الارتداد العكسية للهُدْب بعد كسر العينة، التي يتم قياسها بواسطة مُحَوِّل الدوران، ليُظهر تلقائيًا قيمة زاوية الارتداد العكسية β، والعمل الممتص الذي يبذله الهُدْب تجاه العينة، وكذلك قيمة المتانة الصدمية ak. كما يمكن من خلال الحاسوب وبرنامج خاص لمعالجة البيانات والتحكم بها تعديل البيانات وإعداد تقرير الاختبار، بالإضافة إلى تخزين وطباعة بيانات الاختبار، ومتوسط العمل لثلاثة اختبارات، وبيانات زمن الاختبار والرقم التسلسلي، فضلًا عن إمكانية نقل البيانات عن بُعد. وتُعرض على شاشة الحاسوب في الوقت الفعلي منحنى التبريد، مما يسهّل متابعة زمن تبريد العينة.

يُصنع جسم الجهاز الرئيسي من الفولاذ المصبوب، مما يضمن استقرارًا عاليًا في الصلابة طوال مدة الاختبار، ومقاومة قوية للصدمات، وعدم سهولة التشوه، وبالتالي دقة عالية في النتائج وعمرًا افتراضيًا طويلًا. كما يعتمد على قابض عزم دوران كبير ومحرك عالي القدرة، ما يوفّر حركة أكثر سلاسة وخالية من الاهتزازات أثناء رفع البندول وإسقاطه. وفي الجزء الخاص بدرجات الحرارة المنخفضة، تُستخدم تقنية التبريد بنظام الضغط المتعدد المراحل، بالاعتماد على مبدأ التوازن الحراري ونظام الخلط الدائري، لتحقيق تبريد آلي متجانس للعينات، مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة وضبطها بسهولة.

تم تطوير هذا الجهاز وإنتاجه وفقًا للمعيار الوطني GB/T 3808-2002 «فحص آلات اختبار الصدمة بنظام البندول»، ويُستخدم لإجراء اختبارات الصدمة على المواد المعدنية وفقًا للمعيار الوطني GB/T 229-2020 «طريقة اختبار صدمة بندول شاربي للمواد المعدنية»، كما يتوافق مع اللائحة الفنية JJG 145-2007 «إجراءات معايرة آلات اختبار الصدمة بنظام البندول». وفي حال تعديل البنية الهيكلية واستبدال الأجزاء ذات الصلة، بما في ذلك استبدال شفرة R8، يمكن لهذا الجهاز أن يلبي في الوقت نفسه متطلبات المعايير الدولية ذات الصلة، مثل المعايير الأمريكية ASTM E23، والمعايير الأوروبية EN 10045، وISO 148، وISO 83.

المواصفات التقنية:

نبذة عن الهيكل:

تتألف هذه الآلة من المكونات الرئيسية التالية:

الجهاز الرئيسي، جهاز التبريد المنخفض، آلية تغذية المواد، آلية تحديد المواقع، صندوق التحكم الإلكتروني، الحاسوب الصغير، وغيرها.

1. المضيف: يتكون من جسم الجهاز، وآلية النقل، وآلية تعليق وإزالة البندول، وآلية الإشارة، وبندول التأرجح، وجهاز إشارة الرفع التلقائي للبندول، وغيرها.

1) جزء التعليق والفك والتأرجح الميكانيكي:

بعد الضغط على زر «رفع البندول»، يُرفع البندول ويُثبت، وتبرز مسمار الأمان. ثم يُضغط على زر «التغذية الآلية»، فتقوم آلة الاختبار بالإجراءات التالية: تغذية العينة → تحديد الموضع → إحكام الإمساك → وضع العينة في الموقع المناسب. بعد ذلك، يُضغط على زر «إرجاع المسمار»، ثم يُضغط على زر «الصدمة» لإجراء اختبار صدمة واحد؛ وبعد كسر العينة، يرتفع البندول تلقائيًا ويُثبت، كما يبرز مسمار الأمان تلقائيًا، استعدادًا لإجراء اختبار الصدمة التالي.

2) الجهاز التوجيهي:

تتمثل وظيفة جهاز التحديد في عرض طاقة الامتصاص التي يمتصها العينة أثناء الاختبار، ويتكون من قرص تدريجي، ومؤشر، وإبرة تحريك، وغيرها. يعتمد هذا الجهاز على التحكم بواسطة الحاسوب، ويضم نظامين للقراءة، حيث يتم عرض نتائج الاختبار على الحاسوب في الوقت نفسه.

3) جزء البندول:

يتكون البندول من أجزاء عدة، منها جسم البندول، والشفرة، وذراع البندول، والوصلة، والمقبس، والخطاف. ولتسهيل استبدال البندول بدرجات طاقة مختلفة، يُرفق مع الجهاز مفك لفكّه.

2. جهاز درجة حرارة منخفضة: يتكون أساسًا من جزأين: نظام التبريد وحوض درجات الحرارة المنخفضة.

بعد تشغيل مفتاح التيار الكهربائي ومفتاح التبريد، يبدأ ضاغط درجة الحرارة العالية بالعمل. وعند استيفاء شروط تشغيل ضاغط درجة الحرارة المنخفضة (بعد نحو خمس دقائق)، يُشغَّل الضاغط منخفض الحرارة تلقائيًا، ليدخل نظام التبريد في حالة التشغيل الفعلي للتبريد. يواصل ضاغط التبريد عمله بشكل متواصل؛ وعندما يقترب درجة حرارة الحوض من القيمة المحددة، يبدأ جهاز التسخين داخل حوض التبريد في توفير الحرارة وفقًا لنظام التحكم PID، وذلك لموازنة كمية البرودة الزائدة الناتجة عن نظام التبريد، بما يحقق ثبات درجة الحرارة.

3. آلية التغذية: بعد تبريد العينة في جهاز التبريد إلى درجة الحرارة المطلوبة، يتم نقلها بسرعة وموثوقية إلى سطح الدعم على القاعدة، وهو ما ينجزه هذا الجهاز. يتكوّن جهاز التغذية الهوائي أساسًا من أسطوانة هوائية وجهاز تغذية. تتم حركة جهاز التغذية عبر دخول الهواء المضغوط إلى الأسطوانة، مما يدفع المكبس ليدفع قضيب التغذية نحو الأمام بسرعة ثم يعيده إلى الوضع الأصلي بحركة خطية. أما حركة تقدّم قضيب التغذية وتراجعه وتوقفه فتُتحكم بها بواسطة صمام التحويل الهوائي للأسطوانة وبواسطة الإشارات الكهربائية الصادرة عن المفاتيح المغناطيسية، التي توجّه حركة الأسطوانة إلى الأمام أو إلى الخلف. ومن خلال ضبط موضع المفتاح المغناطيسي، يمكن تعديل موضع قضيب التغذية وسرعة التباطؤ بشكل دقيق.

4. آلية التحديد: يجب أن يُثبت العينة بإحكام على جانب السند، بحيث يكون شقّ العينة متمركزًا بدقة على محور أسطوانة المطرقة. ويُضمن تثبيت العينة على جانب السند بواسطة آلية التثبيت. وعند إرسال العينة إلى السند الأمامي بواسطة قضيب التغذية، تعمل رقاقة الزنبرك الثابتة على دفع العينة باتجاه الأمام حتى تلتصق جيدًا بجانب السند. وعندما لا يكون الطرف الخلفي للعينة قد انفصل بعد عن رقاقة الزنبرك الثابتة، بينما يكون الطرف الأمامي قد دخل في سطح السند الخلفي بمقدار 2–3 ملم، يُرسل المفتاح المغناطيسي المثبت على الأسطوانة في نظام التغذية الهوائية إشارةً؛ فتتحرك أسطوانة التثبيت، وتتبعها آلية التثبيت، حيث ينتقل قضيب التثبيت إلى وضع التشغيل، وتضغط أعمدة الدفع المرنة الجانبية في آلية التثبيت على العينة حتى يلتصق الطرف الأمامي للعينة بسطح التثبيت في الآلية، وبذلك تُستكمل عملية تثبيت العينة.

عند عودة أسطوانة التغذية، يُعاد ضبط الملف الكهرومغناطيسي بعد استلام الإشارة، وتبتعد آلية الأسطوانة الدافعة عن سطح تثبيت العينة، وذلك لإجراء عملية الصدم.

5. نظام التحكم الكهربائي:

يتمثل نظام التحكم الكهربائي في هذا الجهاز بنظام تحكم مُعالج دقيق PLC من شركة باناسونيك، تم تطويره وتصميمه بشكل مستقل من قبل شركتنا.

المكونات الرئيسية للمعدات:

1) جهاز رئيسي بقدرة 300 جول، واحد

2) مذبذب بوزن 150 جول ومذبذب بوزن 300 جول، واحد من كل نوع

شفرة قياسية أمريكية R8 عدد 2

3) صندوق العينة واحد

4) جهاز التحكم في درجة حرارة التبريد، مجموعة واحدة (مثبت على الجهاز الرئيسي)

5) جهاز تغذية وتثبيت آلي، مجموعة واحدة (مثبتة على الجهاز الرئيسي)

6) مجموعة واحدة من جهاز نقل الحركة بالتأرجح (مُركَّبة على الجهاز الرئيسي)

7) جهاز تعليق وتأرجح آلي، مجموعة واحدة (مثبت على الجهاز الرئيسي)

8) حاسوب ماركة واحد

9) طابعة ماركة A4 واحدة

10) برنامج خاص لمعالجة البيانات والتحكم، مجموعة واحدة

11) مفكّ الفكّ قطعة واحدة (للاستخدام في تغيير المعلّق)

12) براغي التثبيت أربعة

13) جهاز الحماية الأمنية مجموعة واحدة (يمكن تخصيص شبكة حماية مغلقة بالكامل)

14) مضخة خالية من الزيت والهواء، واحدة

15) خزانة التحكم، واحدة

نبذة موجزة عن عملية التجربة:

1- وضعية الوضع: عند الضغط على زر الإرجاع، يُشغّل المحرك التوربين والدودة، وبعد توصيل الكهرباء إلى القابض الكهرومغناطيسي وانجذابه، يبدأ ميزان الرقاص بالدوران عكس اتجاه عقارب الساعة. وعند وصول الرقاص إلى الموقع المحدد، يستقبل مفتاح القرب الضوئي الإشارة، وتثبت دبوس الأمان في مكانه، ثم ينفصل القابض الكهرومغناطيسي عن التيار ويُفصل، ليُعلَّق الرقاص في الموقع المطلوب.

2 التبريد: يتم تحقيق التبريد التجريبي باستخدام تقنية التكديس بالضواغط المستوردة؛ إذ تُوضع العينة في صندوق العينات ثم تُدخل إلى حجرة التبريد، حيث يحيط بحجرة العينات أنبوب نحاسي للتبريد، فيما تُغطّى سطح الأنبوب النحاسي الخارجي بلوحة تسخين تُستخدم للتحكم في درجة حرارة التبريد. وعند الوصول إلى درجة الحرارة المحددة، تُفعَّل لوحة التسخين للحفاظ على هذه الدرجة، وذلك استنادًا إلى مبدأ التوازن الحراري لتحقيق درجة الحرارة المطلوبة.

3 التغذية: يعتمد نظام التغذية على المبدأ الهوائي، حيث تُستخدم حركة السحب بواسطة الأسطوانة الهوائية لدفع العينة من صندوق التبريد إلى فكّيّ ملزمة العينة، وفي الوقت نفسه تُفعَّل أسطوانة التثبيت لتثبت العينة في الموقع القياسي المحدد على قاعدة ضرب العينة. وتتم حركة آلية التغذية عبر دخول الهواء المضغوط إلى الأسطوانة، مما يدفع المكبس ليحرّك قضيب التغذية في حركة خطية سريعة نحو الأمام وإلى الوراء للعودة إلى الوضع الأولي. أما حركة تقدّم القضيب ورجوعه وتوقفه فتُتحكَّم بها بواسطة صمامات التحويل الهوائية المرتبطة بأسطوانة التغذية، وبإشارات كهربائية تصدر عن مفاتيح مغناطيسية تُوجِّه حركة الأسطوانة إلى الأمام أو إلى الخلف. ويمكن بضبط موقع المفتاح المغناطيسي تعديل دقيق لموقع قضيب التغذية وسرعة التباطؤ.

4الصدمة: بعد وصول العينة إلى موقع التأثير، يتم الضغط على زر إخراج المسامير لتُسحب مسامير الأمان، ثم يُضغط زر الصدمة ليتحرر البندول ويتساقط بحرية ليضرب العينة؛ فيقوم النظام تلقائيًا بتسجيل البيانات. وباستخدام الطاقة الكامنة الناتجة عن الحركة بعد الصدمة، يلتقط نظام التحكم الإشارات، بينما يدور المحرك مُشغِّلًا الترس اللولبي، وتعمل القابض الكهرومغناطيسي، ليعود البندول إلى وضع تعليقه استعدادًا للتجربة التالية.

5 برامج الواجهة كما يلي (تعرض منحنى التبريد في الوقت الفعلي، مع عرض مباشر لدرجة الحرارة ووقت التبريد)