微機控制液壓萬能試驗機在拉伸實驗中的應用

摘要 本文通過對材料力學拉伸實驗的教學體會，全面介紹了微機控制液壓萬能實驗機的功能特點、結構原理及操作要點，旨在對微機控制液壓萬能試驗機的推廣應用提供有益的參考。

關鍵詞 微機控制液壓萬能試驗機；力學性能；結構；應用

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A文章編號：1671-489X (2007) 05-0029-02

引言

拉伸實驗是材料力學性能測試中的重要實驗。傳統的拉伸實驗采用的設備一般都是液壓萬能試驗機。隨著電測電控技術在試驗機上的廣泛應用，市場上相繼開發了微機控制電子萬能試驗機和微機控制液壓伺服萬能試驗機。我校材料力學實驗室于2005年購進了上海新三思集團生產的SHT4000系列微機控制液壓伺服萬能試驗機。這種試驗機仍然采用液壓油作為動力源，與老式液壓萬能試驗機不同之處是采用液壓加荷與微機系統相結合的技術，利用計算機對試驗進行數據采集、數據處理及圖形顯示，從而使試驗機功能更完善，操作更便捷，數據更準確。另外，微機液壓伺服萬能試驗機與微機電子萬能試驗機比較，其最大的優點是動力性強，加荷范圍寬。以上海新三思產品為例，SHT4000系列微機控制液壓伺服萬能試驗機最大負荷可以達到2000kN，同時該廠第一家研制成功了600 kN電子萬能試驗機。

1試驗機的主要結構及工作原理

SHT系列微機控制液壓萬能試驗機主要結構可分為兩大部分：（液壓）加荷系統和測量系統。加荷系統通過油缸活塞把力傳遞給固定在試驗臺下面的負荷傳感器，由負荷傳感器把力信號轉換成電信號傳送給測量系統。通過測量系統對數據進行處理、分析，從而得出試驗結果。

加荷系統包括主機和液壓源。主機主要由機座（內部為主工作油缸）、試臺、上橫梁、下橫梁、夾持部分、絲杠、光杠等組成，是試驗的執行機構。上下橫梁之間形成拉伸空間，可以實現試樣拉伸變形；下橫梁和試臺形成壓縮空間，可以實現試樣壓縮、彎曲、剪切等變形。因此，該種萬能試驗機又被稱為雙空間萬能試驗機。液壓源主要由電機、油泵、油箱、控制電器等部分組成，是試驗機的動力供給機構。打開油泵控制開關，通過計算機對伺服閥的控制來實現活塞的上升和下降。

測量系統由工控機和計算機組成，它主要完成數據的采集和處理。工控機的工作原理如下圖：

計算機通過串行口與工控機相聯，通過實驗軟件對工控機采集到的數據進行處理，如傳感器示值顯示、試驗曲線顯示、試驗結果處理及試驗報告打印等。

2 試驗機在拉伸實驗中的應用

微機液壓伺服萬能試驗機是一種先進的材料試驗機，利用它在拉伸實驗中測試金屬材料的力學性能，可以測試的性能指標有：上屈服強度、屈服強度、最大力、抗拉強度、規定非比例延伸強度、彈性模量、斷后伸長率。其中規定非比例延伸強度、彈性模量需通過安裝電子引伸計測得。下面介紹一下應用微機液壓萬能試驗機在拉伸實驗中測試金屬材料性能的主要步驟：

（1）選用及裝卡夾塊；

（2）順序開機：顯示器→打印機→計算機→工控機→啟動試驗軟件→液壓源；

（3）進入試驗窗口，選擇試驗方案；測量試樣尺寸，輸入相關試驗參數；

（4）裝卡試樣；

（5）安裝引伸計，以備測彈性模量和規定非比例延伸強度；

（6）傳感器示值清零，開關轉換到加荷檔，點擊試驗窗口的“運行”按鈕，進入試驗狀態；

（7）直到試樣拉斷，保存試驗數據；

（8）取下試樣，再把開關轉換到快退檔，使活塞退回到底；

（9）如果需要的話，可以輸出打印試驗報告單；

（10）關機：液壓源→退出試驗軟件→工控機→計算機→顯示器→打印機。

從以上實驗過程可以看出，利用微機液壓伺服萬能試驗機測試材料的力學性能操作簡捷方便，自動化程度高。由于該試驗機的測量系統本身能自動采集數據、自動處理數據，因此省去了數據記錄、數據計算的過程，也避免了很多人為誤差，使測量結果更準確。例如，測定低碳鋼的彈性模量，只要安裝了引伸計，按規定步驟運行試驗，就可以在試驗結果中直接讀值。而傳統的液壓萬能試驗機測定彈性模量要采用等量逐級加載方法邊加載邊記錄，最后還要計算，既麻煩又存在人為誤差。同樣，利用微機液壓伺服萬能試驗機測定金屬拉伸時的強度和塑性指標，也具有老式液壓萬能試驗機不可比擬的優點，即可以直接讀取指標數據，不必讀表、記錄、計算。

3操作要點說明

（1）關于夾塊的選用及裝卡：圓試樣選擇V型夾塊，扁試樣選擇平夾塊。當試樣尺寸在夾塊的臨界尺寸時，盡量選用尺寸較小的一種。如SHT4305的V型夾塊有Φ15-Φ30，Φ30-Φ45，Φ45-Φ60三種，如果試樣尺寸為Φ30，則應盡量選擇Φ15-Φ30的夾塊。

裝夾塊時，油泵電機切勿啟動，并讓機器處于斷電狀態。將夾塊推入襯板的燕尾槽內，夾塊有倒角的一面順著試樣受力的方向。鎖緊襯板兩側的小擋板，防止夾塊偏離。

（2）關于開機順序：當試驗軟件完全啟動，進入聯機狀態后，機器才能運行（油泵才能啟動）。所以在進行試機前，測量系統必須先啟動，開機順序為：顯示器→打印機→計算機→工控機→啟動試驗軟件→液壓源。

（3）關于試樣的裝卡：試樣夾緊，圓試樣夾在V型夾塊的中間，扁試樣須垂直于夾塊，不能傾斜。夾持部分要足夠長，最少要為夾塊長度的3/4。上下夾頭夾緊時，嚴禁升降橫梁。

（4）關于力值清零：在軟件主界面上有傳感器欄，用來顯示采樣的數據，能顯示4種傳感器的值，即試驗力、位移、引伸計、峰值力。一般在夾緊試件、裝夾引伸計之后，要將各傳感器清零才能開始運行試驗。但是力傳感器的清零比較特殊，先是將拉伸夾具上夾頭夾緊，然后調整下橫梁到適當的位置，把力值清零，再夾緊下夾頭。

（5）關于開關的轉換：液壓源面板上的轉換開關用來控制油路的轉換。試驗開始運行時將開關打到“加荷”檔；試驗結束后，必須先取下試樣，再把開關轉換到“快退”檔，使活塞退回到底。如果先把活塞下降會使斷裂的試樣互相抵住，破壞鉗口。

（6）關于引伸計：微機控制液壓萬能試驗機還有一個重要的附件，即電子引伸計。電子引伸計是感受試件變形的傳感器，主要用于試樣變形較小的試驗，如測定材料彈性模量和規定非比例延伸強度。如果不需要測定這兩個性能指標，則不必安裝引伸計。

在裝夾電子引伸計時，將電子引伸計輕輕拿起，把標距桿墊片卡在力臂與標距桿之間，壓緊兩力臂，使兩刀刃垂直接觸試樣，用彈簧或橡皮筋將引伸計綁在試樣上，裝好后取出標距桿墊片，使力臂與標距桿之間保持0.5mm的間隙。另外，要保護好電子引伸計，不要摔碰，刃口保持鋒利，標距桿兩端的螺釘不要取下，以防兩臂開度無限制張開，造成應變片及彈簧片永久變形，造成電子引伸計損壞。

試驗中途，當變形達到試驗方案設置的引伸計切換點時，即當材料達到屈服極限時，應迅速取下引伸計（此時程序有提示窗口）。

微機控制液壓萬能試驗機不僅可以做拉伸實驗，還可以實現壓縮、彎曲、剪切等實驗。拉伸實驗是基本實驗，因此，這里我們以拉伸實驗為主，介紹了微機控制液壓萬能試驗機的應用。