機械安全課程實驗報告

1、機械安全與測試課程實 驗 報 告 班級： 02211001姓名： 何敏杰學(xué)號： 1120100305北京理工大學(xué)機電學(xué)院實驗一 內(nèi)壓容器應(yīng)力實驗1. 實驗?zāi)康?1) 測定薄壁容器承受內(nèi)壓作用時，圓筒體及各種封頭上的應(yīng)力分布； 2) 比較在不同壓力情況下實測應(yīng)力的分布情況。 3) 了解“應(yīng)變電測法”測定容器應(yīng)力的基礎(chǔ)原理和測試技術(shù)。2. 實驗儀器設(shè)備壓力容器應(yīng)變儀示波器3. 實驗原理由中低壓容器設(shè)計的薄殼理論分析可知，薄壁回轉(zhuǎn)容器在承受內(nèi)壓作用時，在離開與封頭連接緣處的器壁厚度上將產(chǎn)生徑向（軸向）和周向（環(huán)向）主薄膜應(yīng)力、相應(yīng)的主薄膜應(yīng)變?yōu)椤?，?dāng)它們達到或超過材料的極限強度時，就導(dǎo)致容器的破壞或

2、大面積的屈服；另一方面，當(dāng)圓筒與封頭連接的邊緣地區(qū)，由于幾何形狀不連續(xù)而造成附加的彎曲應(yīng)力，與薄膜應(yīng)力疊加會產(chǎn)生比薄膜應(yīng)力大得多的邊緣應(yīng)力。這種應(yīng)力具有局部性，一離開邊緣就很快地衰減。邊緣應(yīng)力對疲勞失效和斷裂失效有很大影響，其大小與容器結(jié)構(gòu)形式。制造質(zhì)量和操作條件有關(guān)，因此常常需要通過理論計算或?qū)嶒灧椒y定其數(shù)值大小和分布狀況。對于應(yīng)變，在材料力學(xué)實驗中已知道，是通過測量應(yīng)變片電阻R的電阻變化率R來確的，其關(guān)系為 式中K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，應(yīng)變?yōu)闊o量綱，測試時應(yīng)注意應(yīng)變儀上正確讀數(shù)。電阻片的電阻變化率通過應(yīng)變儀直接變?yōu)閼?yīng)變的讀數(shù)。又根據(jù)彈性理論的胡克定律可知： 或 式中E彈性模量，本實驗容器材

3、料為不銹鋼，E=2.0×105MPa，泊松比=0.3。 因此，通過“應(yīng)變電測法”測得容器中某結(jié)果部位的應(yīng)變后，根據(jù)以上應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，就可確定部位的應(yīng)力。4. 實驗步驟第一步 粘貼應(yīng)變片； 笫二步 連接應(yīng)變儀； 第三步 壓力容器加壓1，2，3，4大氣壓，并分別記錄各個位置的應(yīng)變值； 第四步 泄壓。5. 實驗注意事項 1) 嚴格控制容器壓力，不允許超過4大氣壓。表1 實驗記錄表應(yīng)變儀電壓靈敏度 4v/1000試驗壓力/Bar各個應(yīng)變片輸出電壓/v應(yīng)變片1應(yīng)變片2應(yīng)變片3應(yīng)變片420.0410.2950.4080.20930.1080.4750.6630.32940.1850.6030

4、.8350.4081. 實驗結(jié)果分析計算表 2 壓力容器各個位置應(yīng)變試驗壓力/Bar各個應(yīng)變片應(yīng)變值應(yīng)變片1應(yīng)變片2應(yīng)變片3應(yīng)變片4210.2573.7510252.25327118.75165.7582.25446.25150.75208.751025 實驗結(jié)論 薄壁回轉(zhuǎn)容器在承受內(nèi)壓作用時，在離開與封頭連接緣處的器壁厚度上將產(chǎn)生徑向（軸向）和周向（環(huán)向）主薄膜應(yīng)力、相應(yīng)的主薄膜應(yīng)變?yōu)?、，?dāng)它們達到或超過材料的極限強度時，就導(dǎo)致容器的破壞或大面積的屈服；另一方面，當(dāng)圓筒與封頭連接的邊緣地區(qū)，由于幾何形狀不連續(xù)而造成附加的彎曲應(yīng)力，與薄膜應(yīng)力疊加會產(chǎn)生比薄膜應(yīng)力大得多的邊緣應(yīng)力。這種應(yīng)力具有局

5、部性，一離開邊緣就很快地衰減。邊緣應(yīng)力對疲勞失效和斷裂失效有很大影響，其大小與容器結(jié)構(gòu)形式。制造質(zhì)量和操作條件有關(guān)，因此常常需要通過理論計算或?qū)嶒灧椒y定其數(shù)值大小和分布狀況。機械安全與測試課程實 驗 報 告 班級： 02211001姓名： 何敏杰學(xué)號： 1120100305北京理工大學(xué)機電學(xué)院實驗二 HS6298型多功能噪聲分析儀機械故障噪聲檢測分析1. 實驗項目HS6298型多功能噪聲分析儀噪聲檢測分析2. 實驗方法 實驗儀器如圖所示3. 實驗步驟：1打開電源開關(guān)選擇適當(dāng)?shù)臋n位H或L；2可選擇F（快速）讀取即時的噪音值，S（慢速）鍵讀取平均噪音值；3將開關(guān)置于A、C位置，可分別測量A、C計

6、權(quán)噪音值。5手持噪音計以麥克風(fēng)距離機械故障原約1-1.5m距離測量，分析噪聲顯示結(jié)果。6本次實驗全部結(jié)束后關(guān)閉電源開關(guān)，整理實驗儀器。4.思考題1、80dB（A）和80dB（C）有何不同，所表示的意義有何差別？2、Lp、Leq、L5、L10、L50、L90、L95各代表含義？答：1、A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40方純音的響度，當(dāng)信號通過時，其低、中頻段（1000Hz以下）有較大的衰減。B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70方純音的響度，它對信號的低頻段有一定衰減。而C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對100方純音的響度，在整個頻率范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。 2、Lp：測定功能噪音等級。Leq：對于起伏的或不連續(xù)的噪聲，很難確

7、定A聲級的大小。為此提出了用噪聲能量平均的方法來評價噪聲對人的影響，這就是時間平均聲級或等效連續(xù)聲級，用Leq表示。L5：相當(dāng)于峰值平均噪聲級。L50：相當(dāng)于平均噪聲級，又稱中央值L95：相當(dāng)于背景噪聲級（或叫本底噪聲級）。如果測量是按一定時間間隔（例如每5s一次）讀取指示值，L10：表示有10%的數(shù)據(jù)比它高。L50：表示有50%的數(shù)據(jù)比它高。L90：表示有90%的數(shù)據(jù)比它高。機械安全與測試課程實 驗 報 告 班級： 02211001姓名： 何敏杰學(xué)號： 1120100305北京理工大學(xué)機電學(xué)院實驗三 無損探傷實驗1. 實驗項目無損探傷實驗1)學(xué)習(xí)使用磁粉探傷儀以及超聲波探傷儀，熟悉他們的原理

8、、結(jié)構(gòu)。2)掌握磁粉探傷、超聲波探傷儀的使用方法、并利用這兩種工具對壓力容器、管道以及鋼纜等試件進行檢測和定位。2. 實驗儀器設(shè)備1) 磁粉探傷儀CDX-II型多用磁粉探傷儀是具有多種磁化方式的磁粉探傷設(shè)備。儀器采用可控硅作無觸點開關(guān)，噪音小、壽命長、操作簡單方便、適用性強，工作穩(wěn)定。是最近推出的新產(chǎn)品，它除具有便攜式機種的一切優(yōu)點，還具有移動機種的部分長處，擴展了用途，簡化了操作，還具有退磁功能。該機型屬于非接觸式超小型檢測儀器。具有旋轉(zhuǎn)磁場、磁軛交流等多種磁化方式。是一種簡單可靠、輕便、實用而高效的便攜式多功能磁粉探傷儀器?？膳銩、D、Ec、O四種型號探頭（隨機配A、D、Ec三種）。(1)

9、 馬蹄式探頭（A型）：它可以對各種角焊縫，大型工件的內(nèi)外角進行探傷；(2) 電磁軛探頭（D型）：它配有活關(guān)節(jié)，可以對曲面、平面工件進行探傷；(3) 旋轉(zhuǎn)磁場探頭（Ec型）：它可以對各種焊縫、各種幾何形狀的曲面、平面、管道、鍋爐、球罐等壓力容器進行一次性全方位探傷，可檢查工件表面全方位的缺陷和傷痕；(4) 磁環(huán)式線圈（O型）：它可以滿足所有工件能放入線圈的周向裂紋的探傷，用它來檢測工件的疲勞痕（疲勞痕均垂直于軸向）極為方便，用它還可以對工件進行遠離法退磁。2) 超聲波探傷儀超聲波特性：聲音是質(zhì)點的振動，在介質(zhì)中，如果波源所激發(fā)的波頻率在2020000HZ引起人耳的聽覺，稱為聲波，頻率超過2000

10、0HZ為超聲波，頻率低于20Hz的為次聲波。超聲波探傷常用500KHZ10MHz的頻率。因為它的波長短，即使小缺陷引起的反射也比較大。由于超聲波探傷方法具有靈敏度高，設(shè)備比較簡單，對人體無傷害，檢測費用低，易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，因此使用極為廣泛。(1)超聲波探傷所用的波長短，因此具有較高的指向性，頻率愈高波長愈短，則指向性愈好(2)超聲波在介質(zhì)中傳播時，在不同介質(zhì)的界面上將會產(chǎn)生反射、折射和波型變化。根據(jù)這一特性，可以在一定條件下實現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換，獲得探傷中所需要的波型。(3)超聲波傳播能量大，但是探傷中需要的超聲波功率不大，因此，超聲波探傷儀的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生超聲波的方法就比較簡單。(4)超聲波在大多

11、數(shù)介質(zhì)中都能傳播，而且在固體超聲波傳播損失小，因此探測深度大。在某些金屬中甚至可達數(shù)米遠。超聲波探傷儀分類：按顯示方法來分：(1)型顯示探傷儀：它屬于波幅顯示。通過反射波顯示缺陷有無和位置，并從波幅高低來確定缺陷的大小。這是目前使用最廣泛的一種探傷儀。(2)B型顯示探傷儀：它屬于圖像顯示，可以顯示出工件內(nèi)部缺陷側(cè)面圖形。(3)C型顯示探傷儀：它屬于圖像顯示，它可以顯示出缺陷橫斷面的圖形，但不能顯示缺陷的深度。按聲波的通道來分：(1)單通道探傷儀：由一個（或一對）探頭單獨工作。(2)多通道探傷儀：由多個（或多對）探頭交替工作。一般用于自動化探傷。3. 實驗原理1) 磁粉探傷儀如圖所示是該儀器的電

12、路原理圖，圖中F為保護主電路變壓器的保險絲，V1為雙向可控硅作為無觸點開關(guān)， C1、R1為主電路吸收回路，L1、L2、L3、L4為探頭線圈，T1為該儀器的主變壓器，它將220V交流電壓降為2×36V的安全電壓，提供探頭所需的工作電源，面板上的V6、V7為電源指示燈，V8、V9為旋轉(zhuǎn)磁場或電磁軛的充磁指示燈，S1為“電源”開關(guān)， S3為“充磁”按鈕開關(guān)；H1為探頭照明燈，V為220V電壓指示表，T2為電源控制變壓器，電源輸出的12V電壓，提供繼電器J1、J2的吸合電壓，V2V5為向電磁軛提供直流電壓的橋式整流裝置，當(dāng)按下“充磁”按鈕開關(guān)S3時，繼電器J2吸合，觸發(fā)電路和雙向可控硅V1導(dǎo)

13、通，主電路工作，T1的付邊輸出2×36V電壓，若用A、D型探頭，則只用了主變壓器的一組36V電壓，這時向探頭提供一路交流磁化電流；若用Ec型探頭，由于C2的移相，使兩路輸出激磁電流的相位差約90度，從而在探頭兩組線圈中形成一定相位差的交流磁場，即旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)用探頭去檢測工件時，被探工件平面上各個方向缺陷都能產(chǎn)生漏磁通吸附磁粉，清晰地顯示缺陷狀態(tài)，所以說，旋轉(zhuǎn)磁場探傷儀對工件探傷能全方位清晰顯示缺陷的位置和大小。鐵磁性材料和工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置

14、、形狀和大小，如下圖所示。2) 超聲波探傷儀超聲波在介質(zhì)中傳播時，在不同質(zhì)界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時，則超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可將反射波顯示出來。目前便攜式的脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。當(dāng)電源接通以后，同步電路產(chǎn)生同步脈沖信號，同時觸發(fā)發(fā)射電路和時基電路發(fā)射電路被觸發(fā)以后產(chǎn)生高頻電脈沖作用于探頭，通過探頭中壓電晶片的逆壓電效應(yīng)（某些晶體材料受到交變電壓作用時產(chǎn)生交變應(yīng)變的現(xiàn)象這時電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷埽㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為聲信號發(fā)射超聲波

15、。超聲波進入工件后在工件中傳播，在傳播過程中遇到缺陷或底面等異質(zhì)界面后發(fā)生反射，反射波被探頭接收，通過探頭壓電晶片的正壓電效應(yīng)（某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)力作用下，在其表面產(chǎn)生交變電壓的現(xiàn)象，這時聲能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⒙曅盘栟D(zhuǎn)換為電信號送至放大電路放大檢波，然后加到示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，形成重疊的缺陷波F和底波B時基電路被觸發(fā)后產(chǎn)生鋸齒波：加到示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，形成一條時基掃描亮線，并將缺陷波F和底波B按時間展開，由于示波屏上波高與聲壓成正比，掃描光點的位移與時間成正比，因此可以根據(jù)A型探傷儀示波屏上缺陷波的幅度和位置對缺陷進行定量和定位。其原理圖如下。4. 實驗步驟1) 磁粉探傷儀(1) CDX-

16、II型多用磁粉探傷儀的面板說明：(2) S1電源開關(guān)； V6、V7電源指示燈；F電源保險絲； V電壓表；V8、V9充磁電流指示燈；X1電源輸入插座（三芯航空插座）；X2電流輸出插座（五芯航空插座）； (3) 將電源電纜的圓形插頭插入儀器“電源輸入”的三芯插座內(nèi)，電源電纜的另一頭插入交流220V的電網(wǎng)配電板插座內(nèi)，打開電源開關(guān)S1，電源指示燈V6、V7亮，整機電源接通。(4) 將探頭電纜上的五芯插頭插入儀器“電流輸出”的五芯插座內(nèi)；(5) 探頭磁極面應(yīng)和被探工件表面接觸，方可按動手把上的“充磁”按鈕S3，這時“充磁指示”燈V8、V9亮，表明被探工件已被磁化；(6) 手持探頭對準貼有試片（或試塊）

17、的工件，噴灑磁懸液。按下探頭上的按鈕開關(guān)，工件被磁化，試片上的裂紋磁痕能清晰顯示；(7) 旋轉(zhuǎn)磁場探頭的四磁極與工件接觸的最佳氣隙約0.51mm，調(diào)整探頭上的滾輪支架夾角，可改變旋轉(zhuǎn)磁場探頭對工件的氣隙大小，氣隙調(diào)的過小行走不便，調(diào)的過大又可能影響靈敏度；(8) 儀器面板上的旋鈕開關(guān)切勿在充磁時調(diào)整，否則易損壞器件；(9) 旋轉(zhuǎn)磁場與磁軛轉(zhuǎn)換開關(guān)(10) 旋轉(zhuǎn)磁場可使用探頭：旋轉(zhuǎn)磁場探頭磁軛可使用探頭：電磁軛探頭、馬蹄探頭、磁環(huán)；(11) 做旋轉(zhuǎn)磁場探頭吸力試驗時，鐵板必須平整，四只滾輪滾動自如；做電磁軛探頭吸力試驗時，也應(yīng)將活動關(guān)節(jié)螺釘放松，保證二磁極緊貼試塊表面；做馬蹄探頭吸力試驗時，應(yīng)有

18、和探頭面吻合的特殊試塊，做磁環(huán)試驗時，線圈內(nèi)應(yīng)放入工件充磁，感覺是否有吸力；（磁環(huán)不宜空載，否則電流太大易燒主變壓器及元器件）。(12) 探頭的轉(zhuǎn)動部分須定期注入少量潤滑油；(13) 儀器為斷續(xù)工作制。如使用過程中發(fā)生過熱，應(yīng)停止工作一段時間，待冷卻后方可再次使用。(14) 在探頭離開被探工件表面時，應(yīng)及時松開探頭手把上的按鈕開關(guān)，防止空載時電源過大而損壞儀器。(15) 儀器停用時，應(yīng)關(guān)斷電源開關(guān)S1，在電網(wǎng)配電板上撥下儀器電纜插頭。2) 超聲波探傷儀(1) 準備好待測工件；(2) 將探頭電纜線插頭插入主機的上方的插座中，旋緊插頭；(3) 選擇好工作電源，按一下<開關(guān)鍵>，開機；(

19、4) 程序加載及開機自檢；(5) 開機時正常情況下，自動進入上次關(guān)機時的狀態(tài)。儀器參數(shù)與上次關(guān)機時一致，但上次關(guān)機時的波形不顯示。當(dāng)開機白檢不正常時，可以先行關(guān)機再重啟動，如果仍然自檢不通過，可以強制復(fù)位至儀器出廠時狀態(tài)。(6) 檢查電池電壓，電池電量檢測電量不足，則在報警鈴響過1分鐘后自動關(guān)機；(7) 是否需要校準儀器及繪制DAC或AVG曲線，如果需要，專業(yè)技術(shù)人員進行相關(guān)操作；(8) 調(diào)出相應(yīng)探傷通道的參數(shù)設(shè)置；(9) 測量；(10) 對需要保存的數(shù)據(jù)進行存儲；(11) 關(guān)機；5. 實驗注意事項1) 儀器到用戶手里，開箱后，應(yīng)首先通讀使用說明書12遍，基本撐握儀器原理，使用方法，接著按照裝

20、箱單檢查設(shè)備附件是否安全，再檢查儀器是否完好，量好電網(wǎng)配電板的電壓是否為220V，一切檢查無誤后，再插電源插頭，打開電源開關(guān)K1，電源指示ZD3燈亮，說明儀器正常。2) 探頭應(yīng)和被探工件接觸時（不充許空載通電）探頭上的開關(guān)K2才才能打開，對工件磁化，否則探頭線圈中電流很大，易燒壞保險線BX1和雙向可控硅V，或燒壞探頭線圈。3) 探頭靈敏度的檢驗，在正式探傷前，首先是檢驗探傷靈敏度，將（15/50）A型標準試片置于被探工件表面上，并用透明窄膠帶粘牢試片的邊緣，然后用手壓緊探頭移動使試片置在探頭中心部位、按探頭上的K3開關(guān)，通電磁化噴灑磁懸液在標準試片上顯示清晰，則表明探傷靈敏度各磁懸液的配制均符

21、合要求。4) 包括聲速、探頭零點在內(nèi)的儀器標定工作應(yīng)完成，測量方式可選擇前沿方式與峰值方式。測量的波幅為閘門內(nèi)波幅最高的回波波幅。在前沿測量方式下，測量的聲程為閘門內(nèi)回波的前沿（回波波形曲線的上升線）處聲程值。因此，選擇前沿方式時，對閘門內(nèi)回波波幅的測量值受到閘門閾值（高度）的影響。5) 聲程測量只有閘門開啟時才能測量，在測量前首先選擇測量方式：邊沿方式、峰值方式。然后選擇單雙閘門方式。單閘門方式下，測量值為閘門內(nèi)回波前言或峰值處的聲程值。雙閘門方式下：測量值為起始于A閘門內(nèi)回波終止于B閘門內(nèi)回波之間的聲程值。6. 思考題1超聲波無損探傷的實驗原理是什么？超聲波在介質(zhì)中傳播時，在不同質(zhì)界面上具

22、有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時，則超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可將反射波顯示出來。2什么是DAC曲線？它的作用是什么？DAC曲線是距離-波幅曲線的德文簡稱！是根據(jù)相同大小缺陷以不同聲程，反映回波波幅大小的曲線。做DAC曲線是在測量探頭前沿，K值、零點后做出的，起作用就是以一個基準來判定缺陷，缺陷分區(qū)及定量。實際上是有一組曲線即：評定線、定量線、判廢線。3耦合劑的作用是什么？耦合劑是一種水溶性高分子膠體，它是用來排除探頭和被測物體之間的空氣，使超聲波能有效地穿入被測物達到有效檢測目的。4磁粉探傷儀的原理是什么？鐵磁性材料和工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，工件表面和

23、近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。5標準試片的作用是什么？標準試片主要用于檢驗磁粉檢測設(shè)備、磁粉和磁懸液的綜合性能，了解被檢工件表面有效磁場強度和方向、有效檢測區(qū)以及磁化方法是否正確。機械安全與測試課程實 驗 報 告 班級： 02211001姓名： 何敏杰學(xué)號： 1120100305北京理工大學(xué)機電學(xué)院實驗四 加氣站監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)綜合模擬實驗1. 實驗項目加氣站監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)綜合模擬實驗2. 實驗方法 用稀釋的乙醇溶液代替對人體有一定危害的甲烷氣體，將乙醇溶液放置在靠近可燃氣體探測器附近，乙醇氣體溶液中揮發(fā)出來，探測器檢測到乙醇氣體后，經(jīng)過監(jiān)測系統(tǒng)將會在顯示模塊顯示實時數(shù)值。3. 實驗步驟：1打開電源開關(guān)為上述個模塊進行供電；2由于甲烷氣體屬于易燃易爆危險品，且易對人體構(gòu)成危害，出于安全考慮，改用乙醇溶液作為實驗試劑。將少量無水乙醇加入到純凈水中，根據(jù)當(dāng)時的溫度，風(fēng)速，配置適當(dāng)比例的乙醇溶液。（這兩個環(huán)境會影響乙醇氣體的揮