拉力試驗機拉伸空間的延伸改造方法

陳曉洪，陳育志

(金陵科技學院建筑工程學院，江蘇南京 211169)

拉力試驗機拉伸空間的延伸改造方法

陳曉洪，陳育志

(金陵科技學院建筑工程學院，江蘇南京 211169)

通過對MTS公司生產的SHT4605試驗機的反力架進行改造，使其有效工作空間得到大幅度增加，可以滿足多種非標準試樣的拉伸試驗要求，并可以進行筋材混凝土錨固性能試驗，擴展了試驗機的使用功能。

試驗機;拉伸空間;改造;非標準試樣

試驗設備是進行各種試驗研究的基本保證，各種試驗設備也由于試驗研究的需要應運而生。拉伸性能是工程材料非常重要的性能指標。為滿足不同材料的拉伸試驗需要，國內外廠家生產了諸多型號的拉伸試驗機。這些試驗機構造形式基本類似，都是根據試驗規范設計而成，主要完成標準試樣的拉伸試驗。

但是隨著新材料的不斷出現，或者工程應用的特殊性和復雜性，通常需要對一些非標準試樣進行錨固或拉伸試驗。對于非標準試驗，已有的試驗機設備往往無法滿足使用要求。而針對非標準試樣重新定制試驗機設備將產生大額費用，因此在現有的設備上進行改造并使其滿足試驗要求很有必要［1］。

依據實驗室內開展的FRP復合材料拉伸試驗和混凝土錨固試驗，已有的MTS公司生產的SHT4605微機控制電液伺服萬能試驗機由于拉伸工作空間有限無法滿足要求，在此背景下對試驗機進行了改造。

1 試驗機構造和工作原理

SHT4605微機控制電液伺服萬能試驗機主要由機座、4根立柱、2根絲桿、上橫梁和下橫梁等組成。其結構原理如下:

(1)機座內包括電機、油源、千斤頂部分，為試驗機的動力部分;

(2)4根立柱底部與機座臺面固定，并通過卡箍將上橫梁固定于立柱頂部，使上橫梁與立柱形成反力架;

(3)2根絲桿穿過機座臺面，與機座臺面相互獨立，之間沒有約束。絲桿由專門的電機驅動，可以同步旋轉，絲桿旋轉的同時可以帶動下橫梁上下移動，根據試樣大小，調節下橫梁到合適位置，絲桿停止旋轉后下橫梁的位置是固定不變的;

(4)上橫梁和下橫梁上配有夾具，用于加持試樣;

(5)試樣安裝后，開啟電源和油源，千斤頂將機座臺面上頂，同時帶動4根立柱和上橫梁向上移動，因為下橫梁的位置是固定的，因此上橫梁向上移動將對試件產生拉力。

(6)上下橫梁之間的最大拉伸空間為710 mm。

2 改造方案

此次改造僅涉及試驗機的機械部分，對試驗機的原有油路、電路、傳感器等均不造成影響，因此不會降低試驗的數值精度。改造過程主要分為兩步:(1)拆卸試驗機原有上橫梁，即反力橫梁;(2)安裝自行設計加工的一階反力橫梁，如果安裝一階反力橫梁后，試驗空間仍無法滿足需要，則可以在一階反力橫梁的基礎上安裝二階反力橫梁。

2.1 原有橫梁拆卸

如圖1所示，試驗機4根立柱上，在同一水平高處設有凹槽，在凹槽處安裝卡箍，從而可以將試驗機原有的上橫梁固定在試驗機頂部。因為不論是在加載狀態還是自由狀態，上橫梁的運動趨勢都只是向下的，因此，上橫梁的上部并沒有設置卡箍。可以向上將上橫梁從立柱上直接拆卸下來。

圖1 試驗機原圖

由于試驗機橫梁重力較大，為操作方便，可以圍繞試驗機搭設腳手架，在試驗機上部安裝吊葫蘆，可以很方便地拆卸和安裝試驗機上部橫梁。

由于試驗機原橫梁是整體拆卸的，拆除過程中沒有觸及液壓夾具及油管系統，不會造成漏油或油污等情況。

2.2 反力橫梁設計

一階反力架橫梁 (如圖2所示)由上下兩翼緣板與4塊腹板焊接而成，確保一階反力架橫梁的剛度不低于試驗機原有橫梁的剛度，一階反力架橫梁上下翼緣板各開有同心同軸的三類圓孔。第一類圓孔，其位置、孔徑和數量與試驗機的立柱及絲桿適配，用于穿過試驗機的立柱和絲桿;第二類圓孔，包括4個圓孔，圍繞翼緣板形心對稱布置，與后面的二階反力架立柱相適配，用于在此基礎上安裝二階反力架立柱;第三類圓孔，包括1個圓孔，位于翼緣板形心位置，孔徑略小，用于穿過試樣，也稱為試樣孔。

圖2 自行設計的反力架橫梁

二階反力架橫梁 (如圖2所示)，同樣由上下兩翼緣板與4塊腹板焊接而成，確保二階反力架橫梁的剛度不低于試驗機原有橫梁的剛度，二階反力架橫梁上下翼緣板各開有同心同軸的5個圓孔，這5個圓孔可以歸為2類:第一類，包括4個圓孔，其孔徑大小與一階反力架橫梁上第二類圓孔相同，與二階反力架立柱相適配;第二類，包括1個圓孔，位于翼緣板形心位置，孔徑略小，用于穿過試樣，也稱為試樣孔。2.3 反力橫梁安裝

安裝一階反力架橫梁，將試驗機的立柱和絲桿穿過一階反力架橫梁上的立柱孔 (第一類圓孔)，在立柱上安裝卡箍，將一階反力架橫梁位置固定。由于一階反力橫梁是借助錨具來夾持試樣的，錨固位置在一階反力橫梁的頂部 (見圖3)，而試驗機原有反力架橫梁的夾持試樣位置在橫梁下部 (見圖1)，此時試驗機的有效工作空間已經增大了一個長度，該長度為一階反力架橫梁的高度，約300 mm。而且可以拉伸的試樣變得多樣化，圖4是借助一階反力架橫梁進行筋材與混凝土錨固性能試驗的一個示例。

圖3 試驗方式一

圖4 試驗方式二

如果用一階反力架橫梁替換試驗機原有橫梁后，試驗機的有效空間仍然無法滿足試樣長度的要求，可以在一階反力架橫梁的基礎上，繼續安裝立柱，然后在立柱上安裝二階反力架橫梁并用卡箍固定位置，如圖5所示。從圖5可以看出，增加二階反力架后，試驗機的有效空間可以大幅度提高。

圖5 二階反力架

3 結束語

經使用證明:改造后的拉力試驗機，在安裝一階反力橫梁的情況下，其拉伸空間增大了約300 mm，而且可以拉伸的試樣種類多樣化;在安裝二階反力架橫梁的情況下，試驗機的拉伸空間將增大1 m以上，大幅度地提高了試驗機的拉伸空間，可以完成多種非標準試樣的拉伸試驗。試驗機整個改造過程中僅涉及機械部分，對油路、電路、傳感器等都沒有觸及，對試驗機的精度不會造成任何影響，整個過程安全可靠。

【1】吳何畏.材料試驗機的升級改造［J］.機床與液壓，2007，35(2):142－145.

【2】成大先.機械設計手冊［M］.4版.北京:化學工業出版社，2002.

【3】董剛，李建工，潘鳳章.機械設計［M］.北京:機械工業出版社，1995.

TH122

B

1001－3881(2014)8－167－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.055

2013－03－25

陳曉洪 (1968—)，實驗師，主要研究方向為試驗技術、自動化技術。E－mail:chenxh99@jit.edu.cn。