一种落锤撕裂试验系统及其方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103512814 A (43)申请公布日 2014.01.15 CN 103512814 A (21)申请号 201210198414.0 (22)申请日 2012.06.14 G01N 3/303(2006.01) (71)申请人 中国石油天然气集团公司 地址 100007 北京市东城区东直门北大街 9 号 申请人 中国石油天然气集团公司管材研究 所 (72)发明人 何小东 冯耀荣 韩新利 蔺卫平 霍春勇 李娜 王亚龙 布鲁克 (74)专利代理机构 北京三高永信知识产权代理 有限责任公司 11138 代理人 关文魁 (54) 发明名称 一种落锤撕裂试验系统及其方法。

2、 (57) 摘要 本发明公开了一种落锤撕裂试验系统及方 法， 所述系统包括 ： 主机架、 锤击装置、 提升及释 放装置和能量测试与控制装置， 能量测试与控制 装置设置于主机架和锤击装置上， 用于采集锤击 装置锤击能量 ； 锤击装置包括摆杆、 锤头和冲击 刃， 摆杆的一端与主机架的中心轴固定连接， 其另 一端与锤头固定连接， 冲击刃固定于锤头顶部内 侧的中心位置， 试样砧座位于锤头运动轨迹的切 向位置。通过将试样放置于试样砧座上 ； 从试样 缺口背面用锤头一次水平冲断试样 ； 通过能量测 试与控制装置测出试样在冲断过程中的力 - 时 间、 位移 - 时间曲线， 计算并显示出试样的落锤撕 裂能量。。

3、本发明实现了管线钢或钢管的抗断裂能 量大范围测量， 检测能耗低， 测试结果准确、 简便。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103512814 A CN 103512814 A 1/2 页 2 1. 一种落锤撕裂试验系统， 包括 ： 主机架 （1） ， 包括底板 （1-1） 、 A 型架 （1-2） 、 试样砧座 （1-3） 、 中心轴 （1-4） 、 支撑框架 （1-5） ， 所述支撑框架 （1-5） 和 A 型架 （1-2） 分。

4、别固定于所述底板 （1-1） 上， 中心轴 （1-4） 设 置于所述 A 型架 （1-2） 上， 且与所述 A 型架 （1-2） 旋转连接 ； 锤击装置 （2） ， 包括摆杆 （2-1） 和锤头 （2-2） ， 所述摆杆 （2-1） 的一端与所述主机架 （1） 的中心轴 （1-4） 固定连接， 其另一端与所述锤头 （2-2） 固定连接， 所述试样砧座 （1-3） 位于 所述锤头 （2-2） 运动轨迹的切向位置。 提升及释放装置 （3） ， 固定于所述主机架 （1） 上， 用于将所述锤击装置 （2） 提升至合适 的位置 ； 能量测试与控制装置 （8） ， 设置于所述 A 型架 （1-2） 和锤击。

5、装置 （2） 上， 用于采集所述 锤击装置 （2） 锤击试样时的能量 ； 其特征在于， 所述提升及释放装置 （3） 包括 ： 环形双轨 （3-1） ， 与所述中心轴 （1-4） 同中心设置， 所述锤击装置 （2） 设置于所述环形 双轨 （3-1） 之间， 且其锤击作用点凸出所述环形双轨 （3-1） 的外圆面 ； 支撑导向轮 （3-8） ， 在支撑框架 （1-5） 两侧上对称地各设置四个， 用于支撑、 导向所述 环形双轨 （3-1） ， 每个所述支撑导向轮 （3-8） 与所述支撑框架 （1-5） 固定连接， 所述导向轮 （3-8） 与所述环形双轨 （3-1） 的内圆面滚动连接 ； 驱动机构， 其。

6、包括设置于所述环形双轨 （3-1） 上的连接装置和用于驱动所述环形双轨 （3-1） 旋转的驱动装置， 所述连接装置用于连接所述锤头 （2-2） ， 所述驱动装置固定于所述 主机架 （1） 上， 用于驱动所述环形双轨旋转。 2. 根据权利要求 1 述的落锤撕裂试验系统， 其特征在于， 所述驱动装置包括马达 （3-2） 、 齿轮 （3-3） 和齿条带 （3-4） ， 所述齿条带 （3-4） 设置于所 述环形双轨 （3-1） 的外圆面上， 所述齿条带 （3-4） 与所述齿轮 （3-3） 啮合连接， 由所述马达 （3-2） 驱动所述环形双轨 （3-1） 旋转 ； 所述连接装置包括 ： 固定于所述环形双。

7、轨 （3-1） 上的挂钩 （3-5） 、 电磁离合器 （3-6） 和 接触开关 （3-7） ， 当所述接触开关 （3-7） 触碰到所述锤头时， 所述电磁离合器 （3-6） 通过推 动所述挂钩 （3-5） 使其与所述锤头 （2-2） 相连接， 实现锤头 （2-2） 的提升。 3. 根据权利要求 1 或 2 的落锤撕裂试验系统， 其特征在于， 所述系统还包括一刹车装置 （4） ， 其位于所述环形双轨 （3-1） 的一侧， 其包括 ： 两个C型 弹簧片 （4-1） 、 两个 C 型耐磨片 （4-2） 、 刹车碟片 （4-3） 和与两所述 C 型弹簧片 （4-1） 相连接 的液压泵 （11-1） ， 。

8、两个所述的 C 型弹簧片 （4-1） 平行设置于所述环形双轨 （3-1） 的两侧， 且 分别与所述主机架 （1） 固定连接， 两个所述的 C 型耐磨片 （4-2） 设置于两所述 C 型弹簧片 （4-2） 的内侧 ； 所述刹车碟片 （4-3） 固定于所述锤头 （2-2） 的两侧面， 刹车时， 通过驱动液压 泵 （11-1） 使两所述 C 型耐磨片 （4-2） 抱紧两所述 C 型刹车碟片 （4-3） ， 形成摩擦副。 4. 根据权利要求 3 述的落锤撕裂试验系统， 其特征在于， 所述能量测试与控制装置 （8） 包括 ： 表盘 （8-1） 、 角度编码器 （8-2） 、 力传感器 （8-3） 、 光。

9、 电编码器 （8-4） 、 数据采集卡 （8-5） 和数据处理与控制单元 （9） ； 所述表盘 （8-1） 和角度编码器 （8-2） 固定于所述中心轴 （1-4） 上， 用来测试试样的冲击 吸收能量和所述锤头 （2-2） 的位移 ； 权 利 要 求 书 CN 103512814 A 2 2/2 页 3 所述的力传感器 （8-3） 和光电编码器 （8-4） 固定于所述锤头 （2-2） 上， 用来测量锤头 （2-2） 的载荷和时间 ； 所述数据采集卡 （8-5） 和数据处理与控制单元 （9） 分别与所述角度编码器 （8-2） 、 力传 感器 （8-3） 和光电编码器 （8-4） 连接， 用于采集载。

10、荷信号、 时间和位移信号。 5. 根据权利要求 1-5 任一所述的落锤撕裂试验系统， 其特征在于， 所述系统还包括自动上样装置 （5） ， 其包括电机 （5-1） 、 线形导轨 （5-2） 、 输送单元 （5-3） 和缺口对中装置 （5-4） ， 所述输送单元 （5-3） 设置于所述线形导轨 （5-2） 上， 并通过 所述电机 （5-1） 驱动所述输送单元 （5-3） 沿所述线形导轨 （5-2） 移动， 所述缺口对中装置 （5-4） 设置于所述线形导轨 （5-2） 的一侧的上方， 用于检测缺口的对中位置 ； 所述输送单元 （5-3） 包括 ： 试样支架 （5-3-1） 、 夹具 （5-3-2）。

11、 、 探测器 （5-3-3） 和推动块 （5-3-4） ， 所述夹具 （5-3-2） 设置于所述试样支架 （5-3-1） 的上方， 用于对放置于所述试样 支架 （5-3-1） 上的试样进行压紧固定 ； 所述探测器 （5-3-3） 用于探测所述试样砧座 （1-3） 的中心位置， 所述推动块 （5-3-4） 设置于所述试样支架 （5-3-1） 上， 用于将所述试样支架 （5-3-1） 上的试样推送至所述试样砧座 （1-3） 上。 6. 根据权利要求 5 所述的落锤撕裂试验系统， 其特征在于， 所述系统还包括残样自动回收装置 （6） ， 其与所述主机架 （1） 固定连接， 其包括电机 （6-1） 、。

12、 输送带 （6-4） 和残样收集板 （6-2） ， 所述输送带 （6-4） 设置于所述残样收集板 （6-2） 的下端， 所述残样收集板 （6-2） 设置于所述支撑框架 （1-5） 的一侧， 用于收集试样捶断后的 残样。 7. 根据权利要求 6 所述的落锤撕裂试验系统， 其特征在于， 所述主机架 （1） 上还设有摆锤互锁装置 （7） ， 所述摆锤互锁装置 （7） 为一横梁， 其设置 于所述主机架 （1） 上， 用于阻挡所述锤头 （2-2） 下落。 8. 一种落锤撕裂试验方法， 其特征在于 ： 将规定几何形状的缺口试样放置于试验装置的试样砧座上 ； 将锤击装置提升至合适高度， 使其沿竖直圆周下落，。

13、 从试样缺口的背面一次水平冲断 试样 ； 通过能量测试与控制装置测出试样在冲断过程中的力-时间、 位移-时间曲线， 计算并 显示出试样的落锤撕裂能量。 9. 根据权利要求 8 所述的落锤撕裂试验方法， 其特征在于， 所述缺口试样的尺寸长为305mm5mm， 宽为76.2mm0.5mm， 厚度为原始厚度t或将厚 度大于 19.1mm 减薄至 19.1mm ； 压制缺口类型为 V 型缺口， 角度为 45 2， 缺口深度 5.1mm0.2mm， 缺口半径 R 为 权 利 要 求 书 CN 103512814 A 3 1/7 页 4 一种落锤撕裂试验系统及其方法 技术领域 0001 本发明涉及金属材料。

14、试验技术领域， 特别涉及一种落锤撕裂试验系统及其方法。 背景技术 0002 在世界对能源需求的快速增长下， 石油天然气输送管道建设趋向于采用大口径、 高强度的管线钢及钢管来保证管道服役在高压力输送下运行， 这种情况下如何控制管线的 延性裂纹扩展是必须考虑安全因素。因此， 在管道抗断裂设计时需要对材料的裂纹扩展阻 力， 即的止裂韧性进行预测和控制。管道止裂预测方法通常是基于夏比冲击吸收能 （CVN） 、 落锤撕裂 （DWTT） 吸收能和全尺寸爆破试验。管线钢及钢管的 CVN 值测试结果一般不大于 500J， 而大尺寸全壁厚试样的DWTT吸收能可以达到40000J以上。 因此， CVN测试简单易行。

15、， 但用来对管道断裂韧性进行预测控制的偏差较大。 DWTT试验的断口形貌与全尺寸爆破试验 断口形貌非常相似， 可以代替全尺寸爆破试验来精确的预测实际管道韧脆转变温度， 从而 对管道进行断裂控制。 0003 一般的冲击试验机可以测得试样的吸收能量， 但目前最大的冲击试验机也只有 950J。而传统的 DWTT 试验是采用重锤下落方式将试样冲断， 通过评价断口的剪切面积来 测试材料的韧脆转变行为， 很难测得 DWTT 吸收能。虽然通过设备改进可以测试 DWTT 吸收 能， 但由于这种落锤试验机的冲击锤头自由落体落下冲断试样时， 除了试样断裂吸收部分 能量， 冲击头与砧座撞击后剩余能量由砧座传递给减震。

16、弹簧和减震垫而被吸收， 因此所测 试的 DWTT 吸收能与实际值偏差很大。同时测试传感器装在冲击头上， 测试系统不稳定， 容 易出现故障， 每次测量传感器都受到巨大冲击， 导致落锤示波测量噪波强、 干扰大， 得到的 数据波动也很大。因此， 在采用 DWTT 预测管道的断裂韧性时， 借助于经验公式来进行。 0004 油气输送管道裂纹扩展速率取决于材料的抗断裂阻力 R， 采用 DWTT 吸收能预测抗 断裂阻力 R 时， 0005 R=Dp/Ap 0006 Dp=kt1.5Cv0.544 0007 这里， Dp为 DWTT 吸收能， 单位 J 0008 t 为钢管壁厚 （全壁厚 DWTT 试样厚度）。

17、 ， 单位 mm 0009 Cv为标准夏比试样吸收能， 单位 J 0010 Ap为 DWTT 试样缺口下的断裂面积， 单位 mm2 0011 k 为缺口系数， 当采用预制裂纹缺口试样时， k=3290 ； 当采用压制 V 型缺口试样时， k=5930。 0012 由上述公式可以看出， 如果直接能将DWTT吸收能Dp准确测试出来， 则利用DWTT来 预测管道断裂韧性， 将很大程度上提高其准确性。而 Dp准确测试直接与试样尺寸和缺口尺 寸及类型紧密相关， 但在现行的 API RP 5L3、 GB/T 8363、 ASTM E436 和 SY/T 6476 等标准 中， DWTT 试样的尺寸公差太大。

18、， 导致试验结果准确性和重复性较差。 0013 因此， 需要一套新的油气输送用管线钢及其钢管落锤撕裂试验装置及方法。 说 明 书 CN 103512814 A 4 2/7 页 5 发明内容 0014 为了实现管线钢或钢管的大范围测量， 降低其检测能耗， 使测试结果更准确， 操作 更简便， 本发明实施例提供了一种落锤撕裂试验系统及其方法。所述技术方案如下 ： 0015 一方面， 提供了一种落锤撕裂试验系统， 包括 ： 0016 主机架， 包括底板、 A 型架、 试样砧座、 中心轴、 支撑框架， 所述支撑框架和 A 型架分 别固定于所述底板上， 中心轴设置于所述 A 型架上， 且与所述 A 型架旋。

19、转连接 ； 0017 锤击装置， 与所述 A 型架连接， 用于对所述试样砧座上的试样进行锤击 ； 0018 提升及释放装置， 固定于所述主机架上， 用于将所述锤击装置提升至合适的位 置 ； 0019 能量测试与控制装置， 设置于所述 A 型架和锤击装置上， 用于采集所述锤击装置 锤击试样时的能量 ； 0020 所述锤击装置包括摆杆、 锤头和冲击刃， 所述摆杆的一端与所述主机架的中心轴 固定连接， 其另一端与所述锤头固定连接， 所述冲击刃固定于所述锤头的顶部中心位置， 所 述试样砧座位于所述锤头运动轨迹的切向位置。所述提升及释放装置包括 ： 0021 环形双轨， 其与所述中心轴同中心设置， 所述。

20、锤击装置设置于所述环形双轨之间， 且其锤击作用点凸出所述环形双轨的外圆面 ； 0022 支撑导向轮， 在支撑框架两侧各设置四个， 用于支撑、 导向所述环形双轨， 每个所 述支撑导向轮与所述主机架固定连接， 所述导向轮与所述环形双轨的内圆面滚动连接 ； 0023 驱动机构， 其包括设置于所述环形双轨上的连接装置和用于驱动所述环形双轨旋 转的驱动装置， 所述连接装置用于连接所述锤头， 所述驱动装置固定于所述主机架上， 用于 驱动所述环形双轨旋转。 0024 所述驱动装置包括马达、 齿轮和齿条带， 所述齿条带设置于所述环形双轨的外圆 面上， 所述齿条带与所述齿轮啮合连接， 由所述马达驱动所述环形双轨。

21、旋转 ； 0025 所述连接装置包括 ： 固定于所述环形双轨上的挂钩、 电磁离合器和接触开关， 当 所述接触开关触碰到所述锤头时， 所述电磁离合器通过推动所述挂钩使其与所述锤头相连 接， 实现锤头的提升。 0026 所述系统还包括一刹车装置， 其位于所述环形双轨的一侧， 其包括 ： 两个 C 型弹簧 片、 两个 C 型耐磨片、 刹车碟片和与两所述 C 型弹簧片相连接的液压泵， 两个所述的 C 型弹 簧片平行设置于所述环形双轨的两侧， 且分别与所述主机架固定连接， 两个所述的 C 型耐 磨片设置于两所述 C 型弹簧片的内侧 ； 所述刹车碟片固定于所述锤头的两侧面， 刹车时， 通 过驱动液压泵使两。

22、所述 C 型耐磨片抱紧两所述 C 型刹车碟片， 形成摩擦副。 0027 所述能量测试与控制装置包括 ： 表盘、 角度编码器、 力传感器、 光电编码器、 数据采 集卡和数据处理与控制单元 ； 0028 所述表盘和角度编码器固定于所述中心轴上， 用来测试试样的冲击吸收能量和所 述锤头的位移 ； 0029 所述的力传感器和光电编码器固定于所述锤头上， 用来测量锤头的载荷和时间 ； 0030 所述数据采集卡和数据处理与控制单元分别与所述角度编码器、 力传感器和光电 编码器连接， 用于采集载荷信号、 时间和位移信号。 说 明 书 CN 103512814 A 5 3/7 页 6 0031 所述系统还包括。

23、自动上样装置， 其包括电机、 线形导轨、 输送单元和缺口对中装 置， 所述输送单元设置于所述线形导轨上， 并通过所述电机驱动所述输送单元沿所述线形 导轨移动， 所述缺口对中装置设置于所述线形导轨的一侧上方， 用于检测缺口的对中位 置 ； 0032 所述输送单元包括 ： 试样支架、 夹具、 探测器和推动块， 所述夹具设置于所述试样 支架的上方， 用于对放置于所述试样支架上的试样进行压紧固定 ； 所述探测器用于探测所 述试样砧座的中心位置， 所述推动块设置于所述试样支架上， 用于将所述试样支架上的试 样推送至所述试样砧座上。 0033 所述系统还包括残样自动回收装置， 其与所述主机架固定连接， 其。

24、包括电机、 输送 带和残样收集板， 所述输送带设置于所述残样收集板的下端， 所述残样收集板设置于所述 环形双轨的一侧， 用于收集试样捶断后的残样。 0034 所述主机架上还设有摆锤互锁装置， 所述摆锤互锁装置为一横梁， 其设置于所述 主机架上， 用于阻挡所述锤头下落。 0035 另一方面， 提供了一种落锤撕裂试验方法， 0036 将规定几何形状的缺口试样放置于试验装置的试样砧座上 ； 0037 将锤击装置提升至合适高度， 使其沿竖直圆周下落， 从试样缺口的背面一次水平 冲断试样 ； 0038 通过能量测试与控制装置测出试样在冲断过程中的力-时间、 位移-时间曲线， 计 算并显示出试样的落锤撕裂。

25、能量。 0039 所述缺口试样的尺寸长为305mm5mm， 宽为76.2mm0.5mm， 厚度为原始厚度t或 将厚度大于 19.1mm 减薄至 19.1mm ； 0040 压制缺口类型为 V 型缺口， 角度为 45 2， 缺口深度 5.1mm0.2mm， 缺口半径 R 为 0041 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是 ： 0042 本发明采用大能量摆锤式落锤测试油气输送用管线钢及钢管的 DWTT 性能， 测量 范围大， 可在 -100 25温度下测试 500050000J 试样的 DWTT 吸收能。 0043 本发明通过提升及释放装置将锤头提升至合适的锤击位置， 并通过能量测试与控 制。

26、装置实现对锤击试样的能量测量和锤头工作的控制， 操作简便， 自动化程度高， 锤头通过 水平对试样进行锤击， 其锤击系统稳定性好， 且系统能耗低， 测试结果准确， 测试的 DWTT 吸 收能可直接用于油气输送管道抗断裂设计韧性预测和安全评价。 附图说明 0044 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案， 下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于 本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他 的附图。 0045 图 1 为本发明所提供的试验系统结构示意图 ； 0046 图 2 为图 。

27、1 中的锤击装置结构示意图 ； 0047 图 3 为图 1 中的刹车装置结构示意图 ； 说 明 书 CN 103512814 A 6 4/7 页 7 0048 图 4 为图 1 中的自动上样装置结构示意图 ； 0049 图 5 为图 1 中的残样自动回收装置结构示意图 ； 0050 图 6 为图 1 中的能量测试与控制装置工作原理示意图 ； 0051 图 7 为图 1 中的数据处理与控制单元工作原理示意图 ； 0052 图 8 为图 1 中的动力单元工作原理示意图 ； 0053 图 9 为本发明测试用的 DWTT 试样尺寸图 ； 0054 图 10 为利用本发明测试的 DWTT 力 - 位移曲。

28、线 ； 0055 图 11 为利用本发明测试的 DWTT 温度 - 吸收能曲线。 0056 图中 ： 0057 1 主机架 5-3-3 探测器 0058 1-1 底板 5-3-4 推动块 0059 1-2 A 型架 5-4 缺口对中装置 0060 1-3 试样砧座 5-5 安全护罩 0061 1-4 中心轴 6 残样自动回收装置 0062 1-5 支撑框架 6-1 电机 0063 2 锤击装置 6-2 残样收集板 0064 2-1 摆杆 6-3 侧导向板 0065 2-2 锤头 6-4 输送带 0066 2-3 冲击刃 6-5 输送带框架 0067 3 提升及释放装置 7 摆锤互锁装置 006。

29、8 3-1 环形双轨 8 能量测试与控制装置 0069 3-2 马达 8-1 表盘 0070 3-3 齿轮 8-2 角度编码器 0071 3-4 齿条带 8-3 力传感器 0072 3-5 挂钩 8-4 光电编码器 0073 3-6 电磁离合器 8-5 数据采集卡 0074 3-7 接触开关 9 数据处理与控制单元 0075 3-8 支撑导向轮 9-1 智能软件 0076 4 刹车装置 9-2 电脑 0077 4-1 C 型弹簧片 9-3 控制台 0078 4-2 C 型耐磨片 10 试样冷却单元 0079 4-3 刹车碟片 10-1 冷却箱 0080 5 自动上样装置 10-2 冷却介质 0。

30、081 5-1 电机 11 动力单元 0082 5-2 线性导轨 11-1 液压泵 0083 5-3 输送单元 1 1-2 压缩空气机 0084 5-3-1 试样支架 11-3 电源 0085 5-3-2 夹具 说 明 书 CN 103512814 A 7 5/7 页 8 具体实施方式 0086 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。 0087 如图 1 所示， 本发明提供的管线钢及其钢管大能量摆锤式落锤撕裂试验装置， 包 括 ： 主机架 1、 锤击装置 2、 提升及释放装置 3、 刹车装置 4、 自动上样装置 5、 残样自动回收装 。

31、置 6、 摆锤互锁装置 7、 能量测试与控制装置 8、 数据处理与控制单元 9、 试样冷却单元 10、 动 力单元 11。 0088 所述大的主机架1由底板1-1、 A型架1-2、 试样砧座1-3、 中心轴1-4、 支撑框架1-5 构成， A 型架 1-2 和支撑框架 1-5 对称地安装在底板 1-1 上， 试样砧座 1-3 安装在底板 1-1 中心位置， 中心轴 1-4 安装在 A 型架 1-2 顶部。 0089 如图 2 所示， 锤击装置 2 由摆杆 2-1、 锤头 2-2、 冲击刃 2-3 组成 ； 摆杆 2-1 的一端 通过中心轴1-4安装在A型架1-2上， 另一端用来安装锤头2-2，。

32、 冲击刃2-3安装在锤头2-2 顶部内侧中心位置， 这里的锤头 2-2 呈 U 型， 冲击刃 2-3 位于 U 型凹槽内， 当锤头置于最下 端位置时， 试样且置于 U 型凹槽内。 0090 所述提升及释放装置 3 包括 ： 0091 环形双轨 3-1， 其与所述中心轴 1-4 同中心设置， 所述锤击装置 2 设置于环形双轨 3-1 之间， 且其锤击作用点凸出所述环形双轨 3-1 的外圆面 ； 0092 支撑导向轮 3-8， 在支撑框架 1-5 的两侧各设置四个， 用于支撑、 导向所述环形双 轨 3-1， 每个所述支撑导向轮 3-8 与所述支撑框架 1-5 固定连接， 所述导向轮 3-8 与环形。

33、双 轨 3-1 的内圆面滚动连接 ； 0093 驱动机构， 其包括设置于所述环形双轨 3-1 上的连接装置和用于驱动所述环形双 轨 3-1 旋转的驱动装置， 所述连接装置用于连接锤头 2-2， 所述驱动装置固定于所述主机架 1 上， 用于驱动环形双轨旋转。 0094 驱动装置包括马达 3-2、 齿轮 3-3 和齿条带 3-4， 齿条带 3-4 设置于环形双轨 3-1 的外圆面上， 齿条带 3-4 与齿轮 3-3 啮合连接， 由马达 3-2 驱动环形双轨 3-1 旋转 ； 0095 连接装置包括 ： 固定于环形双轨 3-1 上的挂钩 3-5、 电磁离合器 3-6 和接触开关 3-7， 当所述接触。

34、开关 3-7 触碰到所述锤头时， 所述电磁离合器 3-6 通过推动所述挂钩 3-5 使其与所述锤头 2-2 相连接， 实现锤头 2-2 的提升和释放。 0096 马达3-2启动时驱动齿轮3-3转动， 通过齿条带3-4使环形双轨3-1在导向轮3-8 的导向下旋转， 当接触开关 3-7 触碰到摆头 2-2 时， 电磁离合器 3-6 推动挂钩 3-5 挂住锤击 装置 2， 并使马达 3-2 反转， 将锤头 2-2 提升到一定的高度保持在一定角度的位置。 0097 所述的刹车装置 4 由两个 C 型弹簧片 4-1、 两个 C 型耐磨片 4-2、 刹车碟片 4-3 组 成， 每个 C 型弹簧片 4-1 。

35、的内则各安装一个 C 型耐磨片 4-2， 刹车碟片 4-3 安装在锤头 2-2 两外侧面。刹车时通过液压泵驱动 C 型弹簧片 4-1 抱紧锤头 2-2， 能有效的阻止锤头多余 的摆动并大幅降低耐磨片 4-2 和刹车碟片 4-3 的消耗。锤击装置 2 停止后， 液压泵 11-1 泄 压， C 型弹簧片 4-1 回弹缓慢松开， 锤击装置 2 停放于最低位置。 0098 如图4所示， 自动上样装置5由电机5-1、 线性导轨5-2、 输送单元5-3、 缺口对中装 置 5-4、 安全护罩 5-5 组成。试样对准缺口对中装置 5-4 放置在输送单元 5-3 的支架 5-3-1 后， 夹具 5-3-2 压紧。

36、试样， 在电机 5-1 驱动下， 输送单元 5-3 沿线性导轨 5-2 输送试样， 当探 说 明 书 CN 103512814 A 8 6/7 页 9 测器 5-3-3 探测到试样到达试样砧座 1-3 中心位置时， 在推动块 5-3-4 的横向推动下， 将试 样推送到试样砧座 1-3 上。 0099 如图5所示， 残样自动回收装置6由电机6-1、 残样收集板6-2、 侧导向板6-3、 输送 带 6-4、 输送带框架 6-5 构成。试样锤断后， 碰撞到残样收集板 6-2 滑落到输送带 6-4 上， 通 过电机 6-1 驱动将残样自动回收。 0100 所述的摆锤互锁装置7为一横梁， 其安装在支撑框。

37、架1-5上， 以保证操作者和装置 附近人员的安全。更换试样砧座 1-3 或人员维修前， 将锤击装置 2 提升到一定高度， 用摆锤 互锁装置 7 挡住锤头防止落下， 保护主机架下的人员安全。 0101 如图6所示， 能量测试与控制装置8包括 ： 表盘8-1、 自动测量中心轴1-4转动的角 度编码器 8-2、 力传感器 8-3、 光电编码器 8-4 和数据采集卡 8-5。表盘和角度编码器 8-2 安 装在摆杆中心轴1-4上， 力传感器8-3安装在冲击刃2-3上， 光电编码器8-4锤头2-2外侧。 当锤头 2-2 上的冲击刃 2-3 锤击试样时， 摆杆 2-1 带动中心轴 1-4 转动， 从而带动表。

38、盘 8-1 的指针转动， 可以直接从表盘 8-1 上读出试样锤击过程中的吸收能量。同时， 中心轴 1-4 转 动， 也带动角度编码器 8-2 转动， 从而可测试出锤头 2-2 的位移 ； 力传感器 8-3 用来测试锤 头 2-2 从锤击试样到试样断裂过程中受力的变化情况 ； 光电编码器 8-4 用来测试锤头 2-2 从锤击试样到试样断裂过程所用的时间。位移、 力和时间信号通过数据采集卡 8-5 采集处 理后， 传送给电脑 9-2， 利用智能软件 9-1 对采集的力、 位移和时间信号进行分析处理， 并绘 制曲线。 0102 如图 7 所示， 数据处理与控制单元 9 主要由智能软件 9-1、 电脑。

39、 9-2 和控制台 9-3 组成。试验中数据采集卡 8-5 将角度编码器 8-2、 力传感器 8-3 和光电编码器 8-4 的信号通 过数据采集卡8-5处理后， 输入电脑9-2， 利用智能软件9-1进行采集的力、 位移和时间信号 进行分析处理、 显示和曲线绘制 ； 控制台 9-3 对提升及释放装置 3、 自动上样装置 5、 摆锤互 锁装置 7 和液压泵 11-1 的工作进行控制。 0103 所述的试样冷却单元 10 主要由冷却箱 10-1、 冷却介质 10-2 构成。冷却温度范围 为 -100 25。 0104 如图8所示， 动力单元11主要包括 ： 液压泵11-1、 压缩空气机11-2、 电。

40、源11-3。 液 压泵 11-1 在电源 11-3 供电下工作， 为刹车装置 4 提供刹车所需的动力， 使 C 型弹簧片 4-1 和 C 型耐磨片 4-2 抱紧锤头 2-2， 使锤头停止。压缩空气机 11-2 在电源 11-3 供电下工作， 为自动上样装置 5 中的夹具 5-3-2 和推动块 5-3-4 提供动力， 使试样压紧和横向推动试样 到试样砧座 1-3 上。压缩空气机 11-2 也为摆锤互锁装置 7 提供动力， 使摆锤互锁装置 7 处 于打开或进行防护状态。同时， 电源 11-3 为提升及释放装置 3 中的马达 3-2、 电磁离合器 3-6 和接触开关 3-7、 自动上样装置 5 中电。

41、机 5-1、 残样回收装置中的电机 6-1， 以及数据处 理与控制单元 9 提供工作电源。 0105 本发明还提供了一种落锤撕裂试验方法， 其方法如下所述 ： 将规定几何形状的缺 口试样放置于试验装置的试样砧座上 ； 0106 从试样缺口背面用锤头一次水平冲断试样 ； 0107 通过能量测试与控制装置测出试样在冲断过程中的力-时间、 位移-时间曲线， 计 算并显示出试样的落锤撕裂能量。 0108 如图 9 所示， 所述缺口试样的尺寸长为 305mm5mm， 宽为 76.2mm0.5mm， 厚度为 说 明 书 CN 103512814 A 9 7/7 页 10 原始厚度 t 或将厚度大于 19.。

42、1mm 减薄至 19.1mm ； 0109 压制缺口类型为 V 型缺口， 角度为 45 2， 缺口深度 5.1mm0.2mm， 缺口半径 R 为 0110 下面以厚度为 22.0mm， 钢级 X80 管线钢 DWTT 落锤撕裂试验为实施例， 进一步详细 介绍利用本发明装置测试 DWTT 能量的方法 ： 0111 1) 试样加工制作 ： 参照 API RP 5L3、 GB/T 8363-2007 和 SY/T 6476-2007 按图 4 要求的尺寸加工 DWTT 试样， 并严格缺口尺寸精度压制缺口 V 型缺口 ； 0112 2） 试样冷却 ： 将步骤 （1） 的试样放置在冷却箱中， 按要求设定。

43、冷却温度并保温一 段时间。本实施例测试温度为 0、 -40、 -60， 保温 25min ； 0113 3） 开启数据处理与控制单元 ： 开启本发明装置的电源、 压缩空气、 液压泵和数据处 理与控制单元， 系统自检清零， 输入步骤 （1） 、（2） 中测试试样信息 ； 0114 4） 摆锤提升 ： 按下控制台上的锤头提升按钮， 提升及释放装置的马达启动， 驱动齿 轮转动， 通过与齿条带啮合使环形双轨在支撑导向轮的导向下旋转， 当接触开关触碰到锤 头时， 电磁离合器推动挂钩挂住锤头， 并使马达反转， 将锤头提升到一定的高度保持在一定 角度的位置。 0115 5） 试样对中上样 ： 将步骤 （1）。

44、 、（2） 的试样对准缺口对中装置放置后， 按动送样按 钮将其迅速送至试样砧座上 ； 0116 6） 锤击及数据采集 ： 按下测试控制按钮， 锤击装置从保持位置释放， 从缺口正对面 将步骤 （1） 、（2） 、（3） 的试样一次锤断， 能量测试与控制装置和智能软件对数据采集卡采集 的数据进行分析并绘制试样在变形、 断裂过程中的力 - 时间、 位移 - 时间曲线或力 - 位移曲 线， 计算并显示吸收能量和特征值， 并可从表盘上直接读出吸收能 ； 0117 7） 残样回收 ： 通过残样自动回收装置， 将步骤 （6） 测试后的残样从安全网罩中传 送出来 ； 0118 8） 断口评定 ： 利用断口分析。

45、工具， 对步骤 （6） 、（7） 的试样断口的纤维断面率进行 评定计算 ； 0119 9） 测试完毕 ： 关闭测试装置， 整理测试数据， 出具测试报告。 0120 图 10 为利用本发明测试的 DWTT 力 - 位移曲线。 0121 图 11 为利用本发明测试的 DWTT 温度 - 吸收能曲线。 0122 上述本发明实施例序号仅仅为了描述， 不代表实施例的优劣。 0123 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和 原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103512814 A 10 1/6 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103512814 A 11 2/6 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 103512814 A 12 3/6 页 13 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103512814 A 13 4/6 页 14 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103512814 A 14 5/6 页 15 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103512814 A 15 6/6 页 16 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 103512814 A 16 。