2000 kN 微機控制電液伺服臥式拉力試驗機改造

李毅軍，王洪禮

（新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆烏魯木齊 830011）

0 引言

圓線同心絞架空導線指無保護層和絕緣層的導電線材，價格便宜、使用方便，在國家電力工程建設中被廣泛應用，用量極大。額定抗拉力是反映圓線同心絞架空導線質量性能的關鍵指標，其質量的好壞直接影響著輸電線路工程的質量，為驗證圓線同心絞架空導線的可靠性和可用性，應力—應變的實驗結果可以解釋導線強度的要求[1]。

試驗機是進行各種實驗研究的基本設備，由于試驗研究的不同需求各種試驗機也應運而生。拉力試驗性能參數是材料非常重要的性能指標之一，為滿足異種材料的拉力試驗的不同需要，拉力試驗設備生產廠家設計了多種型號的拉力設備。這些試驗機構造基本一致，根據規范設計進行加工制作，可以測定常用材料的力學性能指標。對于一些用于特殊領域的工程材料，目前現存的拉力設備不能滿足實驗的規定要求；而對一些特殊材料重新定制拉力試驗設備會產生大量費用，因此在現有的拉力試驗設備上進行技術升級、合并改造以滿足試驗要求是一種方便可行的方法[2]。

依據GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》應力—應變試驗方法的要求，已有的2000 kN 微機控制電液伺服臥式拉力試驗機的有效工作空間、傳感器、引伸計和位移數據采集儀、測控軟件無法滿足要求，在此背景下對試驗機進行改造，試樣頭部采用壓接、環氧樹脂或低熔合金型式進行連接，以此完成對圓線同心絞架空導線應力—應變試驗。

1 試驗機概述

2000 kN 微機控制電液伺服臥式拉力試驗機主要由主機、控制柜、液壓源、控制系統和輔助工具組成。

1.1 工作原理

打開設備總電源開關，試驗機開始工作。液壓系統電機開始運轉，帶動油泵啟動，排除油泵內高壓油。高壓油進入工作油缸，工作活塞被推動并使橫梁運動，橫梁通過拉桿帶動前夾頭移動。當橫梁被頂出時，前夾頭與后夾頭之間距離增大并進行拉力試驗。

在拉伸實驗過程中，裝在橫梁上的負荷傳感器可以把壓力變化為信號和裝載在試樣上的引伸計把位移信號一并傳給微機系統。這樣，通過微機系統對壓力和位移的采集、放大，計算機屏幕上顯示出試樣拉力試驗參數曲線圖。同時對實驗數據可進行處理打印等操作。

1.2 主要技術參數

最大試驗力2000 kN；量程范圍200～2000 kN；最大有效拉伸空間長度10 000 mm；測力方式，負荷傳感器測力；引伸計定標距500 mm；引伸計行程15 mm；測控軟件，試驗機專用軟件。

2 改造方案

此次對試驗機的改造主要涉及增加有效拉伸空間長度、增加小量程壓力傳感器、增加可變標距傳感器和位移數據采集儀、修改測控軟件四部分組成，對試驗機原有的油路、電路不造成影響，但是增加小量程傳感器和位移數據采集儀，因此改造完成后需要計量檢定部門對試驗機力值和引伸計位移值進行檢定/校準合格后方可進行試驗。

2.1 有效拉伸空間長度改造

原有試驗機有限最大拉伸空間為10 000 mm，依據GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》中6.4.3 中規定，導線試樣長度應為導線直徑的400 倍，且最小值＞10 m，常用導線最大絞線直徑為42.1 mm，要求試驗機有效拉伸空間＞16 840 mm，考慮到裝夾余量，在原有試驗機上增加與原試驗機框架相匹配的框架7.2 m，增加試驗機的有效拉伸空間以滿足試驗要求。

2.2 傳感器改造

原有試驗機試驗力量程范圍200～2000 kN，依據GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》中常用額定拉斷力最小值12.55 kN，原2000 kN 臥拉拉力傳感器在小力值40 kN 以下達不到1 級要求精度，不能滿足需要。故增加1 個小力值傳感器，且對精準控制的硬件進行改造，能獨立與原有試驗機操作系統連接使用，并實現控制參數：最大試驗力，300 kN（精度0.5 級）；測力范圍，2%～100%FS；可在任意力值點固定平穩保持測量值，可按設定試驗程序在規定的試驗速率下均勻平穩加力、減力（至零位），以滿足試驗力值范圍的要求。

2.3 引伸計和位移數據采集器改造

原有試驗機引伸計為定標引伸計500/15，依據GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》標準D.5.3 要求：通過測量導線標距兩端的位移用來測定導線應變；導線試樣長度應為導線直徑的400 倍，且最小值＞10 m。故采用位移傳感器標距（可變標距引伸計）5000 mm，兩側為光柵尺；位移傳感器行程，±100 mm；位移傳感器線性度，≤±0.1%；位移傳感器分辨率，0.002 mm，且位移數據采集儀對位移數據進行采集，以滿足試驗位移控制的要求。

2.4 測控軟件改造

原有試驗機測控軟件為專用測控軟件，專用測控軟件具有多級液壓加載、連續加荷平穩、多級試驗力保持（保持控制時間≥30 min）、自動保載、自動采集并儲存數據、繪制曲線，自動打印試驗報告，計算機適時控制試驗進程、顯示試驗力及試驗曲線，軟件具備外部突然斷電測試數據及曲線自動保存功能。依據GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導線》標準D.6 導線的試驗負荷要求其軟件自動繪制整個試驗過程的應力—應變曲線，并自動計算出彈性模量；對原有專用測控軟件進行升級改造，可實現施加到30%RTS 負荷，保荷0.5 h，試驗期間，自動讀取讀數，并自動卸載到初始負荷；施加到50%RTS 負荷，保荷1 h，試驗期間，自動讀取讀數，并自動卸載到初始負荷；施加到70%RTS 負荷，保荷1 h，試驗期間，自動讀取讀數，并自動卸載到初始負荷；施加到85%RTS 負荷，保荷1 h，試驗期間，自動讀取讀數，并自動卸載到初始負荷；在完成試驗程序后，再均勻增加負荷直至試樣發生破斷，但在負荷達到85%RTS 前，仍如前所述的同樣時間間隔讀取拉力和伸長數值；在試驗過程中載荷增長應勻速，達到30%RTS 的時間應在1～2 min，實驗過程中載荷增長應保持恒定。程序完成后軟件應能自動繪制整個試驗過程的應力—應變曲線，并自動計算試驗程序中的彈性模量，以滿足試驗程序控制的要求；軟件自動繪制整個試驗過程的應力—應變曲線（圖1）。

圖1 整個試驗過程的應力—應變曲線

2.5 計量檢定/校準

對已經完成改造的試驗機力值和位移值依據JJG 139—2014《拉力、壓力和萬能試驗機檢定規程》進行計量檢定/校準，按照計量檢定/校準規程的規定對位移和力值2%、10%、20%、40%、60%、80%、100%進行檢定/校準，檢定/校準結果合格，符合檢定規程的要求。

3 結語

經使用證明，改造后的拉力機具有兩套試驗機測量系統，改進效果良好，既可以滿足金屬材料、鋼絲繩、預應力鋼絞線的拉伸試驗要求，又可以滿足圓線同心絞架空導線拉伸和應力—應變試驗的要求，擴展了試驗機的使用功能。