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技術(shù)文章

液壓式材料試驗(yàn)機(jī)升級(jí)改造技術(shù)參數(shù)

閱讀:3480          發(fā)布時(shí)間:2015-8-23
  • 隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷提高,對(duì)材料

  • 機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)的要求越來(lái)越高,特別是在實(shí)驗(yàn)的精度,

  • 實(shí)時(shí)顯示,以及數(shù)據(jù)處理等方面都有了更高的要求,智能

  • 化要求己成為主注趨勢(shì),出現(xiàn)了“機(jī)—電—液"三者相結(jié)

  • 合的新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備。但受到新型材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的價(jià)格

  • 因素的影響,部分企事業(yè)單位和大專(zhuān)院校還不能及時(shí)更

  • 新為較為先進(jìn)的材料拉伸試驗(yàn)機(jī),特別是一些小型企業(yè),

  • 仍然在使用老式的液壓材料試驗(yàn)機(jī)。此類(lèi)試驗(yàn)機(jī)雖

  • 然有些落后,體積也比較龐大,但其操作方便,油壓系統(tǒng)

  • 耐用,使用壽命較長(zhǎng)。這就使許多試驗(yàn)機(jī)使用者希望在原

  • 設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造,可以大大節(jié)約投資成本,在測(cè)

  • 試精度方面也能得到滿(mǎn)足,同時(shí)也讓參與改造者提高自

  • 身的技術(shù)水平。

  • 目前試驗(yàn)機(jī)存在的主要問(wèn)題

  • (1)測(cè)量精度低。該系統(tǒng)通過(guò)油泵輸出油液進(jìn)入工作

  • 油缸對(duì)試樣施加載荷,同時(shí)進(jìn)入測(cè)力油缸,帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)擺

  • 錘,用推桿推動(dòng)測(cè)力讀盤(pán)指針,由讀數(shù)盤(pán)指針讀取數(shù)據(jù)。

  • 由于中間均為機(jī)械傳遞,因此有相當(dāng)?shù)恼`差;另外讀數(shù)盤(pán)

  • zui小精度為格,且由人工讀取數(shù)據(jù),導(dǎo)致測(cè)量精度低。

  • (2)無(wú)法定量控制加載速率。試樣加載速率控制是操

  • 作者按經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)度,從而控制進(jìn)入工作油缸

  • 的進(jìn)油量來(lái)實(shí)現(xiàn),這種控制方式與操作者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān),無(wú)

  • 法實(shí)現(xiàn)定量控制。

  • (3)缺乏實(shí)時(shí)性,曲線繪制單一。目前試驗(yàn)機(jī)只能粗

  • 略繪制“載荷———變形"曲線,不能定量實(shí)時(shí)測(cè)出各時(shí)刻

  • 應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值,也無(wú)法直接得到“應(yīng)力———應(yīng)變曲線"。

  • (4)自動(dòng)化程度差,效率低。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理手段大部

  • 分仍需要靠人工,實(shí)驗(yàn)報(bào)告也需要手工完成,既費(fèi)時(shí)又費(fèi)

  • 力。[1]

  • 隨著科技的進(jìn)步,人們需要現(xiàn)代化的測(cè)試手段,對(duì)設(shè)

  • 備的功能要求越來(lái)越高,希望能減輕勞動(dòng)力,顯然液壓萬(wàn)

  • 能材料試驗(yàn)機(jī)與現(xiàn)代機(jī)電液一體化設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)已不

  • 相適應(yīng),它的測(cè)試手段已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)要求,

  • 測(cè)試結(jié)果的度也得不到保證,必須自動(dòng)化升級(jí)改造。

  • 2 改造方案比較及選用

  • 試驗(yàn)機(jī)的改造方案很多,每種方案有各自的優(yōu)缺點(diǎn),

  • 常用的改造方案如下。

  • (1)應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)改造液壓材料試驗(yàn)機(jī),其主

  • 要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低,便于實(shí)現(xiàn)嵌入系統(tǒng)。

  • 但電路系統(tǒng)復(fù)雜,系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高,數(shù)據(jù)的處理速度

  • 慢,無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。目前試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題是加

  • 載時(shí)必須保持恒定的應(yīng)力速率或恒定的應(yīng)變速率,采用

  • 這種方法顯然是達(dá)不到這種效果。

  • (2)采用由速度控制器控制電機(jī),從而控制壓力施加

  • 負(fù)荷,并具有速度電流反饋,是一種傳統(tǒng)的控制方式。比

  • 如采用位置式控制器計(jì)算步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步數(shù),以獲得良

  • 好的應(yīng)力速率、應(yīng)變速率、位移速率控制以及定荷、定應(yīng)

  • 變、定位移控制試驗(yàn)結(jié)果。但液壓材料試驗(yàn)機(jī)是一種

  • 典型的非線性時(shí)變系統(tǒng),難以建立的數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用

  • 常規(guī)控制器很難達(dá)到理想的控制效果。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中,由

  • 于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾,應(yīng)用常規(guī)控制器往往

  • 整定不良,性能欠佳,對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性差。

  • (3)采用微機(jī)和傳感器技術(shù)對(duì)舊式的材料試驗(yàn)機(jī)及監(jiān)

  • 測(cè)等設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造,在應(yīng)力應(yīng)變速率控制問(wèn)題上采用

  • 電液比例閥或電液伺服閥實(shí)現(xiàn)高精度控制,測(cè)量控制系統(tǒng)

  • 采用計(jì)算機(jī)卡式設(shè)計(jì),采用光電隔離集成電路。具有抗干

  • 擾能力強(qiáng),質(zhì)量可靠,穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),而且點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可

  • 完成,使用方便。還可以繪制多種試驗(yàn)曲線,具有曲線數(shù)據(jù)

  • 存儲(chǔ)及曲線放大功能,適合試驗(yàn)機(jī)向著高自動(dòng)化水平,操

  • 作簡(jiǎn)便,可靠性高,穩(wěn)定性好方向發(fā)展的要求。

  • 選擇何種改造方案,要結(jié)合具體的實(shí)際情況,選擇zui

  • 佳的改造方案,以滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。綜合考慮,我們選用

  • 第三種方案,即在液壓試驗(yàn)機(jī)上安裝負(fù)荷、變形和位

  • 移傳感器,增加電液閥控制加載速度,使設(shè)備由原來(lái)傳統(tǒng)

  • 的機(jī)械式負(fù)荷測(cè)量系統(tǒng)升級(jí)為較先進(jìn)的電子測(cè)力、測(cè)變

  • 形系統(tǒng)

  • 液壓式材料試驗(yàn)機(jī)雖然價(jià)格便宜,經(jīng)久耐用,但存在著精度低、加載速度無(wú)法控制、自動(dòng)

  • 化程度低。因此需要對(duì)液壓材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造,通過(guò)加裝相關(guān)傳感器、電液比例閥,通過(guò)計(jì)算機(jī)控

  • 制實(shí)現(xiàn)了拉伸試驗(yàn)的自動(dòng)化改造。

  • 3 機(jī)械部分和硬件組成

  • 該系統(tǒng)的改造除保留了原有的手動(dòng)加載部分,另增加

  • 了一條支路,用電液比例閥來(lái)控制試驗(yàn)機(jī)的加載速率。這

  • 樣既可以手動(dòng)操作又可以選擇自動(dòng)化控制。在進(jìn)油管處

  • 增加高精度壓力傳感器,用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的壓力并且用了

  • 位移測(cè)量系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)采集處理等技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自

  • 動(dòng)采集、分析和處理。在數(shù)據(jù)采集上,采集速度快、測(cè)量精

  • 度高;在數(shù)據(jù)分析上,考慮得更加周全;在數(shù)據(jù)處理上,具

  • 有智能交互、圖文并茂的特點(diǎn),能以數(shù)值顯示、圖表、曲線

  • 等多種方式表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并可根據(jù)教學(xué)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)

  • 據(jù)進(jìn)行各種分析與處理。讓試驗(yàn)機(jī)在信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理

  • 方面更接近現(xiàn)代試驗(yàn)機(jī)發(fā)展水平,適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)外的試

  • 驗(yàn)機(jī)發(fā)展面向智能化、準(zhǔn)確化,操作簡(jiǎn)便,穩(wěn)定可靠發(fā)展

  • 的趨勢(shì)[5]。

  • 因此,升級(jí)改造后的液壓式試驗(yàn)機(jī)由以下幾大部

  • 分構(gòu)成。

  • (1)主機(jī)部分。主要由油缸、工作活塞、底座、工作臺(tái)、

  • 立柱、上下移動(dòng)橫梁、試樣夾持以及活動(dòng)橫梁等組成,主

  • 要功能是由試樣夾持機(jī)構(gòu)夾緊和固定試樣,對(duì)試樣進(jìn)行

  • 加載。

  • (2)液壓控制部分。主要由油箱、高壓油泵、送油閥、

  • 回油閥、電液比例閥、截止閥、測(cè)力油缸活塞、主機(jī)的工作

  • 油缸、工作活塞等組成,主要功能是控制試件的夾緊及試

  • 件的加載。

  • (3)檢測(cè)部分。主要由負(fù)荷傳感器(壓力傳感器)、電

  • 子引伸計(jì)、光電編碼器(位移傳感器)等組成,主要功能是

  • 檢測(cè)試驗(yàn)對(duì)象所受的試驗(yàn)力、變形及橫梁運(yùn)動(dòng)的位移。

  • (4)數(shù)據(jù)采集處理和控制部分。主要由數(shù)據(jù)采集、處

  • 理、控制電路、計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)、打印機(jī)、手動(dòng)控制器件

  • 等組成,主要功能是完成整個(gè)系統(tǒng)的控制、各種參數(shù)的設(shè)

  • 置、顯示、試驗(yàn)過(guò)程及試驗(yàn)結(jié)果的記錄、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、

  • 存儲(chǔ)、試驗(yàn)結(jié)果的輸出等功能。

  • (5)電氣部分。其基本組成有各類(lèi)繼電器、交流接觸

  • 器、開(kāi)關(guān)按鈕等,主要功能是油泵電機(jī)的開(kāi)關(guān),控制橫梁

  • 升降機(jī)構(gòu)的動(dòng)作以及各種限位、過(guò)載保護(hù)等。

  • (6)附件。主要由拉伸、壓縮試驗(yàn)夾具、彎曲試驗(yàn)附件

  • 及其他特殊試驗(yàn)附件(各種嵌口、夾頭)等組成。其基本功

  • 能是通過(guò)更換夾具,完成各種特定的試驗(yàn)。

  • 相關(guān)機(jī)械部分及硬件聯(lián)接如圖2 所示。

  • 4 控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  • 軟件性能的好壞直接影響到操作的簡(jiǎn)便性和數(shù)據(jù)的

  • 可靠性等,甚至影響到能否成功改造。該測(cè)試軟件主要由數(shù)據(jù)

  • 采集、圖形輸出、數(shù)據(jù)輸出、報(bào)告打印、比例控制(伺服控

  • 制)等五個(gè)模塊組成。

  • 數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是設(shè)置初始化參數(shù),如采集

  • 時(shí)間間隔、采集總時(shí)間等,還包括傳感器調(diào)零、標(biāo)定等;圖

  • 形輸出模塊是指在采集過(guò)程中,根據(jù)采集數(shù)據(jù)所繪出的

  • 圖形輸出到屏幕上,或者事后把處理的數(shù)據(jù)圖形從打印

  • 機(jī)輸出;數(shù)據(jù)輸出模塊主要是把材料性能的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)

  • 和所采集的數(shù)據(jù)中的某一時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)從打印機(jī)上打

  • 印出來(lái),或者手工修改、增減某些數(shù)據(jù)并存盤(pán);報(bào)告打印

  • 模塊是指實(shí)驗(yàn)做好以后,把材料的關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)、原始圖

  • 形以固定格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式打印輸出;比例伺服控制

  • 模塊主要是對(duì)比例壓力流量復(fù)合閥進(jìn)行控制。5 改造后的功能及結(jié)論

  • (1)采用先進(jìn)的數(shù)字比例壓力流量復(fù)合閥作為控制元

  • 件,實(shí)現(xiàn)了加載力值和加載速度的微機(jī)自動(dòng)控制。具有加

  • 載力值可控、低速大負(fù)荷測(cè)試效果好、測(cè)試性能穩(wěn)定可靠

  • 的特點(diǎn)。

  • (2)計(jì)算機(jī)屏幕顯示數(shù)據(jù),包括變形、加載速率、變形

  • 速率,材料特性點(diǎn)(上屈服點(diǎn)、 下屈服點(diǎn)、zui大力點(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,方便直觀,

  • 實(shí)時(shí)性好。

  • (3)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;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),*性的保留實(shí)驗(yàn)報(bào)告。[7]

  • (4)改造中保留原有的手動(dòng)加載部分,這樣既可手動(dòng)

  • 操作又可以自動(dòng)控制,方便靈活,有利于教學(xué)。

  • 試驗(yàn)機(jī)改造的成功與否,關(guān)鍵是看zui終的測(cè)試數(shù)據(jù)精

  • 度是否達(dá)到要求,試驗(yàn)曲線繪制是否準(zhǔn)確。改造后經(jīng)過(guò)具

  • 體的數(shù)據(jù)和曲線圖驗(yàn)證,說(shuō)明了改造是成功的,無(wú)論是從

  • 測(cè)試精度還是測(cè)試手段來(lái)看,都比以往更加準(zhǔn)確可靠.
     

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