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            萬能材料試驗機構造與操作

            所屬欄目:行業資訊點擊率:發布時間:2020-02-27

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            概述

            測定材料的力學性能的主要設備是材料試驗機。常用的材料試驗機有拉力試驗機、壓力試驗機、扭轉試驗機、沖擊試驗機、疲勞試驗機等。能兼作拉伸、壓縮、剪切、彎曲等多種實驗的試驗機稱為萬能材料試驗機。根據加力的性質可分為靜荷試驗機和動荷試驗機。供靜力實驗用的萬能材料試驗機有液壓式、機械式、電子式等類型。本實驗著重了解和掌握液壓式和電子式兩種類型的萬能材料試驗機。通過該實驗,要求:
            (1)了解萬能試驗機的構造和工作原理;
            (2)學會試件的安裝、測力度盤指針的調零和量程的選??;
            (3)掌握操作規程,學會獨立操作萬能試驗機。

            一、液壓式萬能材料試驗機
             

            圖一

            為介紹液壓式萬能材料試驗機,現以國產WE系列為例。圖1為這一系列中最常見的WE-100A、300、600試驗機的結構簡圖?,F分別介紹其加載系統和測力系統。

            (一)加載系統

            在底座1上由兩根固定立柱5和固定橫梁12組成承載框架。工作油缸13固定于框架上。在工作油缸的工作活塞14上,支承著由上橫梁15、活動立柱10和活動平臺8組成的活動框架。當油泵35啟動時,油液通過送油閥16,經送油管17進入工作油缸,把工作活塞連同活動平臺一同頂起。這樣,如把試樣安裝于上夾頭7和下夾頭6之間,由于下夾頭固定,上夾頭隨活動平臺上升,試樣將受到拉伸。若把試樣置放于兩個承壓墊板11之間,或將受彎試樣置放于兩個彎曲支座9上,則因固定橫梁不動而活動平臺上升,試樣將分別受到壓縮或彎曲。此外,實驗開始前如欲調整上、下夾頭之間的距離,則可開動調位電機3,驅動螺桿4,便可使下夾頭上升或下降。但調位電機不能用來給試樣施加拉力。

            (二)測力系統

            加載時,開動油泵電機,打開送油閥16,油泵把油液送入工作油缸13頂起工作活塞14給試樣加載;同時,油液經回油管18及測力油管33(這時回油閥19是關閉的,油液不能流回油箱34),進入測力油缸32,壓迫測力活塞31、使它帶動拉桿27向下移動,,從而迫使擺桿28和擺錘29連同推桿25繞支點偏轉。推桿偏轉時,推動齒桿24作水平移動,于是驅動示力盤的指針齒輪,使示力指針23繞示力度盤22的中心旋轉。示力指針旋轉的角度與測力油缸活塞上的總壓力(即拉桿27所受拉力)成正比。因為測力油缸和工作油缸中油壓壓強相同,兩個油缸活塞上的總壓力成正比(活塞面積之比)。這樣,示力指針的轉角便與工作油缸活塞上的總壓力,亦即試樣所受載荷成正比。經過標定便可使指針在示力度盤上直接指示載荷的大小。

            試驗機一般配有重量不同的擺錘,可供選擇。對重量不同的擺錘,使示力指針轉同樣的轉角,所需油壓并不相同,即載荷并不相同。所以,示力度盤上由刻度表示的測力范圍應與擺錘的重量相匹配。以WE-300試驗機為例,它配有A、B、C三種擺錘。擺錘A對應的測力范圍為0~60kN,A+B對應0~150kN,A+B+C對應0~300kN。
            開動油泵電機,送油閥開啟的大小可以調節油液進入工作油缸的快慢,因而可用以控制增加載荷的速度。開啟回油閥19,可使工作油缸中的油液經回油管18泄回油箱34,從而卸減試樣所受載荷。

            實驗開始前,為消除活動框架等的自重影響,應開動油泵送油,將活動平臺升高10mm左右。然后調節測力部分的平衡鉈26,使擺桿28保持垂直位置,并使示力指針指在零點。
            試驗機上一般還有自動繪圖裝置。它的工作原理是,活動平臺上升時,由繞過滑輪的拉繩帶動滾筒20繞軸線轉動,在滾筒圓柱面上構成沿周線表示位移的坐標;同時齒桿24的移動構成沿滾筒軸線表示載荷的坐標。這樣,實驗時繪圖筆21在滾筒上就可自動繪出載荷-位移曲線。當然,這只是一條定性曲線,不是很準確的。

            (三)操作規程和注意事項

            • 1.根據試樣尺寸和材料,估計最大載荷,并以此力作為示力盤量程的40%~80%,以選定相應的示力度盤和擺錘重量。然后,選用與試樣相適應的夾具。
            • 2.液壓式萬能試驗機總開關上電。
            • 3.根據實驗要求,更換擺桿上懸掛的擺錘并調整緩沖閥,安裝好事先選好的夾具。
            • 4.先關閉送油閥和回油閥,再開動油泵電機。待油泵工作正常后,開啟送油閥將活動平臺升高約10mm,以消除其自重。然后關閉送油閥,安裝好試樣。
            • 5.調整平衡錘,使擺桿刻線對準標牌線,保證擺桿垂直,并鎖緊平衡錘位置。
            • 6.需要作圖時,在記錄筒上卷上記錄紙,在推桿上安裝記錄筆;放下推桿的記錄筆,將筆尖壓在記錄紙上,并記錄放大比例。
            • 7.固定記錄筆的位置,調整推桿上的旋鈕,使指針對正零位。
            • 8.按實驗要求調整加荷速度指針,緩慢開啟送油閥,給試樣平穩加載。應避免油閥開啟過大進油太快。實驗進行中,注意不要觸動擺桿或擺錘。
            • 9.實驗完畢,關閉送油閥,停止油泵工作。破壞性實驗先取下試樣,再緩緩打開回油閥將油液放回油箱。非破壞性實驗,自然應先開回油閥卸載,才能取下試樣。

            二、電子萬能材料試驗機

            電子萬能材料試驗機是采用各類傳感器進行力和變形檢測,通過微機控制的新型機械式試驗機。由于采用了傳感技術、自動化檢測和微機控制等先進的測控技術,它不僅可以完成拉伸、壓縮、彎曲、剪切等常規試驗,還能進行材料的斷裂性能研究以及完成載荷或變形循環、恒加載速率、恒變形速率、蠕變、松弛和應變疲勞等一系列靜、動態力學性能試驗。此外,它還具有測量精度高、加載控制簡單、試驗范圍寬等特點,以及提供較好的人機交互界面,具備對整個試驗過程進行預設和監控,直接提供試驗分析結果和試驗報告,試驗數據和試驗過程再現等優點。

            YL-1150電子萬能材料試驗機(圖二)采用全數字化控制,配備載荷傳感器、電子引伸計、光電位移編碼器等傳感器,機械加載部分采用直流伺服控制系統控制預應力滾珠絲杠帶動橫梁移動。

            圖二

            (一)工作原理

            在測試系統接通電源后,微機按試驗前設定的數值發出橫梁移動指令,該指令通過伺服控制系統控制主機內部的伺服電機轉動,經過皮帶、齒輪等減速機構后驅動左、右絲杠轉動,由活動橫梁內與之嚙合的螺母帶動橫梁上升或下降。裝上試樣后,試驗機可通過載荷、應變、位移傳感器獲得相應的信號,該信號放大后通過A/D進行數據采集和轉換,并將數據傳遞給微機。微機一方面對數據進行處理,以圖形及數值形式在微機顯示器上反映出來;另一方面將處理后的信號與初始設定值進行比較,調節橫梁移動改變輸出量,并將調整后的輸出量傳遞給伺服控制系統,從而可達到恒速率、恒應變、恒應力等高要求的控制需要。

            (二)操作規程和注意事項

            由于電子萬能材料試驗機采用了全數字化控制技術,因此,其工作過程均通過軟件操作來實現。下面結合常用的Merlin軟件來介紹操作方法。

            • 1.依次合上主機、控制器、計算機系統的電源,一般要求預熱一會兒。
            • 2.直接點擊計算機桌面上的Merlin圖標,打開軟件,進入試驗方法模式,如以前已編好了試驗方法,可直接點擊進入;如果沒有,可點擊最下方的Merlin,查找合適的試驗法。
            • 3.選定所要的試驗方法后,輸入相關的試驗參數,如:加載速率、試樣尺寸、數據采集模式和所需試驗結果等,最后存儲方法。
            • 4.安裝試樣,檢查設備的上下限保護是否設置正確。
            • 5.啟動試驗,并注意觀察,若發生意外立即終止試驗。
            • 6.試驗完成后,存儲試驗數據,根據需要提供試驗分析結果或打印試驗報告。
            • 7.將主機的橫梁回位,以免接著試驗時,造成軟件與主機連接不上。
            • 8.實驗完畢,關閉Merlin軟件,關閉計算機系統,關閉控制器,關閉主機電源,最后切斷總電源。
            • 9.清潔主機,填寫設備使用記錄。

            三、實驗操作

            • 1.認真閱讀實驗講義,并與具體試驗機對照,弄清試驗機的主要部件及作用,了解它的性能特點。
            • 2.掌握不同試驗機的操作規程、安全注意事項和操作方法。
            • 3.按照操作規程認真練習,練習時著重下列環節:
              • (1)檢查試驗機是否處于正常狀態。主要包括:試件夾的形式和尺寸是否與試件要求一致;操作機構或油閥是否在開始位置,保險開關自動繪圖器等能否正常工作.
              • (2)根據最大載荷的40%—80%選擇合適的檔位或測力度盤和相應的配重。
              • (3)安裝拉伸試件時,應使夾持長度至少等于夾頭長度,并應將試件夾正;安裝壓縮試件時,則應把試件擺正,對中。
              • (4)練習液壓式試驗機的慢速加載、在某一載荷下穩定不變和緩慢卸載。
            • 4.關閉電源,將試驗機一切機構復原。

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