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摘要

文章介紹了液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)改造內(nèi)容及改造原理、改造后試驗(yàn)機(jī)的功能，通過(guò)改造，極大地提高了設(shè)備的試驗(yàn)精度和實(shí)用性，減輕了人工勞動(dòng)的工作量，并節(jié)約了大量設(shè)備投資費(fèi)用，使傳統(tǒng)設(shè)備得到升級(jí)換代。

主題詞萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 技術(shù)改造

液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，深受用戶的歡迎，現(xiàn)在一些實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)至今仍擁有大量的這種設(shè)備，隨著教學(xué)信息化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，我校現(xiàn)有多臺(tái)液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，由于購(gòu)置時(shí)間較長(zhǎng)，且使用頻繁，精度和技術(shù)水平已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)在試驗(yàn)教學(xué)的要求，因?yàn)榻?jīng)費(fèi)緊張，不能全部購(gòu)買新的，因此，我們決定將它進(jìn)行技術(shù)改造。

1. 改造內(nèi)容

1.1、指示系統(tǒng)的改造

由于試驗(yàn)機(jī)是近二十年前生產(chǎn)的，數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)是度盤指針顯示，且只能指示力值，有三檔可調(diào)，誤差大，精度不高。改造后，精度提高了一個(gè)等級(jí)，具有四檔換位功能，使從前試驗(yàn)機(jī)沒(méi)辦法做的小量程試驗(yàn)現(xiàn)在可以精確地進(jìn)行，并由計(jì)算機(jī)屏幕實(shí)時(shí)顯示力值，變形值，時(shí)間，速度等數(shù)據(jù)。

1.2、數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化

材料的特征點(diǎn)（上屈服點(diǎn)，下屈服點(diǎn)，ZUI大點(diǎn)，斷裂點(diǎn)），彈性模量E，斷面收縮率等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自動(dòng)處理顯示，可以輸出打印，并可以實(shí)時(shí)屏幕顯示變形——試驗(yàn)力曲線，時(shí)間——試驗(yàn)力曲線。

1.3、試樣夾持機(jī)構(gòu)的改造

試樣夾持方式由人工手動(dòng)夾持改為液壓自動(dòng)夾持，由于人工手動(dòng)夾持在試驗(yàn)初期夾持不緊，容易造成試件滑動(dòng)，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改為液壓自動(dòng)夾緊裝置后，徹底解決了這一困繞學(xué)生多年的問(wèn)題，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)輕松許多。

2．改造原理

2.1、放大器及計(jì)算機(jī)單元的改造原理

油源控制部分對(duì)主機(jī)液壓進(jìn)行控制并施加試驗(yàn)力，試驗(yàn)力由壓力傳感器變送出來(lái)，轉(zhuǎn)化為與力值成正比例的電壓信號(hào)，通過(guò)力放大器進(jìn)行放大，滿量程為10V，送到計(jì)算機(jī)內(nèi)AD卡中。試樣在變形過(guò)程中，變形量通過(guò)引伸計(jì)變送出來(lái)，采用同樣原理把變形信號(hào)也送到計(jì)算機(jī)內(nèi)的AD卡中。AD卡把力和變形兩路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)完成后打印機(jī)打印試驗(yàn)結(jié)果。

原理方框圖如下：

圖1 放大器及計(jì)算機(jī)單元原理

2..1、放大器單元

放大器為雙路放大器，內(nèi)部采用高精度，低漂移的差動(dòng)運(yùn)算放大電路，其主要作用是把壓力傳感器和變形傳感器（引伸計(jì)）輸出的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行比例放大，每級(jí)滿量程放大到10V，并完成1，2，5，10四檔量程的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展了試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量范圍，提高了小試驗(yàn)力和小變形量的測(cè)量精度。

放大器設(shè)計(jì)有內(nèi)校準(zhǔn)功能，當(dāng)按下標(biāo)定按鈕時(shí)，相當(dāng)于給輸出端接入一個(gè)穩(wěn)定的直流電平，經(jīng)過(guò)多級(jí)比例放大，送入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，標(biāo)定值在屏幕上顯示出來(lái)。如果標(biāo)定值和給定標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定值不符，可以通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)力或變形校準(zhǔn)電位器，使顯示值等于給定標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定值。由于采用了內(nèi)校準(zhǔn)方法，從而免去了用測(cè)力計(jì)或引伸計(jì)標(biāo)定儀校驗(yàn)的麻煩，也保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

為了保證試驗(yàn)機(jī)的工作安全，還設(shè)計(jì)有試驗(yàn)力超載保護(hù)功能，當(dāng)試驗(yàn)力超過(guò)每檔滿量程的2—5%時(shí)，油源可停止工作。

2.1.2、計(jì)算機(jī)單元

計(jì)算機(jī)主要完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，處理，顯示，打印及繪圖等工作。采用鍵盤操作，人機(jī)對(duì)話形式，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)及報(bào)表參數(shù)的輸入。屏幕顯示試驗(yàn)力，變形數(shù)據(jù)，加荷和變形速率，實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)力—變形曲線或者試驗(yàn)力—時(shí)間曲線。打印機(jī)打印材料的特征點(diǎn)（上下屈服點(diǎn)，ZUI大點(diǎn)，斷裂點(diǎn)），彈性模量，斷面收縮率等實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)材料特性和試驗(yàn)實(shí)際需要，試驗(yàn)可分為有明顯屈服，無(wú)明顯屈服和使用引伸計(jì)，不使用引伸計(jì)等情況。若材料有明顯屈服，計(jì)算機(jī)則自動(dòng)處理屈服點(diǎn)，ZUI大點(diǎn)，斷裂點(diǎn)等結(jié)果，若材料無(wú)明顯屈服，計(jì)算機(jī)則自動(dòng)處理規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力，ZUI大點(diǎn)，斷裂點(diǎn)。使用引伸計(jì)則顯示和繪制試驗(yàn)力—變形曲線，并且報(bào)告有特征點(diǎn)的伸長(zhǎng)率，若不使用引伸計(jì)則顯示和繪制試驗(yàn)力—時(shí)間曲線，報(bào)告無(wú)伸長(zhǎng)率一項(xiàng)。

2.2、液壓夾持系統(tǒng)原理

液壓夾持系統(tǒng)就是通過(guò)油壓源過(guò)來(lái)的高壓油帶動(dòng)夾持油缸上下運(yùn)動(dòng)，從而夾緊或松開(kāi)試件，其動(dòng)作通過(guò)安裝在試驗(yàn)機(jī)夾持裝置附近立柱上的操作按鈕控制電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

其液壓原理圖如下：

圖2 液壓夾持系統(tǒng)原理

油箱（1）內(nèi)的油被油泵（2）吸入，經(jīng)油泵將高壓油送至溢流節(jié)流閥（3）（即送油閥），通過(guò)旋轉(zhuǎn)送油閥手輪，可將高壓油一路送至工作油缸（4），使活塞上升，另一路送至電磁換向閥，用于控制夾緊和松開(kāi)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)回油閥（4）的手輪，可使工作油缸內(nèi)的油回油箱，使活塞下降。

3．改造后的功能

（1）計(jì)算機(jī)屏幕顯示數(shù)據(jù)，變形，加載速率，變形速率。

（2）變形—試驗(yàn)力曲線，時(shí)間—試驗(yàn)力曲線實(shí)時(shí)顯示。

（3）材料特性點(diǎn)（上下屈服點(diǎn)，ZUI大點(diǎn)，斷裂點(diǎn)），彈性模量，斷面收縮率等實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以整理成報(bào)表。

（4）支持打印機(jī)及繪圖儀對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的打印和實(shí)驗(yàn)曲線的繪制，屏幕所見(jiàn)即報(bào)表所得。

（5）可進(jìn)行成批實(shí)驗(yàn)報(bào)告及檢驗(yàn)報(bào)告的打印和存儲(chǔ)，永久性的保留實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

（6）可進(jìn)行人工數(shù)據(jù)處理。

（7）可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話式成批實(shí)驗(yàn)參數(shù)及報(bào)表參數(shù)輸入。

4．結(jié)論

通過(guò)改造大大提高了試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)水平，使試驗(yàn)機(jī)的精度提高了一個(gè)等級(jí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，且能大批量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為以后實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開(kāi)放提供了良好的設(shè)備保障條件，并節(jié)約了大量設(shè)備投資費(fèi)用，改造后的每臺(tái)液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)在內(nèi)，總共花費(fèi)二萬(wàn)多元人民幣。