【試驗(yàn)機(jī)科普】大行程壓力試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理詳解

壓力試驗(yàn)機(jī)廣泛應(yīng)用于建筑材料、市政工程供排水管道及檢查井、包裝箱等的質(zhì)量檢測及研究上。近年來，隨著非金屬材料應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，各種大型特種材料、管道的應(yīng)用與研究發(fā)展迅速，這就對壓力試驗(yàn)機(jī)提出了新的要求。本文【科準(zhǔn)測控】小編來為大家講解一下大行程壓力試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)？以及大行程壓力試驗(yàn)機(jī)的原理是什么?一起往下看吧！

傳統(tǒng)壓力試驗(yàn)機(jī)存在如下弊端：

（1）試驗(yàn)空間不夠。

傳統(tǒng)的壓力試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)空間高度大多小于1.5m，跨度小于0.8m.受這樣空間的限制，試樣不能做得太大。如市政排水用塑料檢查井在檢測軸向壓力時(shí)，檢查井高度在0.8m3.5m之間，個(gè)別的大于3.5m，直徑達(dá) 1.5m以上，使用現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)不能整體完成相關(guān)試驗(yàn)，對大體積試樣要切割成較小的樣塊進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后 對結(jié)果進(jìn)行推算，才能得出整體的試驗(yàn)結(jié)果。這樣所得的數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)誤差很大，不能準(zhǔn)確反映檢查井的實(shí)際性能和質(zhì)量。

（2）試驗(yàn)空間高度調(diào)整速度慢，效率低。

由于試樣的高度范圍很大，如果不能快速地調(diào)整試驗(yàn)高度，將會影響試驗(yàn)的效率。現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)大都采用絲杠傳動調(diào)整高度，速度慢，效率低，它對于市政排水用塑料檢查井動輒3m的試驗(yàn)高度的調(diào)整幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。

（3）抗偏置能力較差，大試樣測量誤差偏大。

現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)大多在上壓板和橫梁之間安裝測力傳感器，在試驗(yàn)中對于試樣的制備和放置要求很高，往往可能由于試樣偏置和不規(guī)則造成壓力測量誤差，且誤差偏大，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度基于上述傳統(tǒng)設(shè)備的弊端和市場對壓力試驗(yàn)機(jī)的新要求，我們研制了大行程壓力試驗(yàn)機(jī)。它的試驗(yàn)空間跨度為 1.6mX1.6m，試驗(yàn)高度大于3.5m；試驗(yàn)空間調(diào)整采用鋼絲繩纏繞和電磁鐵銷釘自動定位結(jié)構(gòu)；壓力加載部分采用絲杠傳動，速度控制精度高；壓力測量系統(tǒng)采用三傳感器結(jié)構(gòu)，能有效地避免試樣偏置和不規(guī)則造成的測量誤差。 

        圖一 大行程壓力試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1. 大行程壓力試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理大行程壓力試驗(yàn)機(jī)由剛性框架結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)空間高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、加載機(jī)構(gòu)、測量控制系統(tǒng)等組成。（見圖1）

1.1剛性框架結(jié)構(gòu)兩根帶有等間距均勻分布銷釘孔的高強(qiáng)度立柱通過螺栓連接到底座上，和上梁共同組成剛性框架。

這一剛性框架可以保證在整個(gè)機(jī)身承受10t以上的載荷時(shí)產(chǎn)生的變形在測試允許的變形誤差范圍內(nèi)（小于1%），從而保證整機(jī)的測量精度。

注：1-底座；2-測力傳感器；3-立柱；4-承重板；5-壓板；6-銷孔；7-中橫梁；8-銷釘；9-絲杠；10-加壓電機(jī)；11- 齒形帶；12-絲杠母；3-鋼絲繩；14-上梁；15-升降電機(jī)；6-絞輪；17-控制箱。

1.2試驗(yàn)空間高度調(diào)節(jié)和定位系統(tǒng)試驗(yàn)空間高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括上梁上的升降電機(jī)、絞輪和鋼絲繩。定位機(jī)構(gòu)由定位開關(guān)、插銷機(jī)構(gòu)和銷釘組成。安裝在上梁上的升降電機(jī)通過絞輪與兩根升降鋼絲繩連接，兩根升降鋼絲繩的另外端分別連接到中橫梁上。進(jìn)行試驗(yàn)空間高度調(diào)節(jié)和定位時(shí)，通過按鈕控制升降電機(jī)卷動繞在絞輪上的兩根鋼絲繩來移動橫梁，進(jìn)而調(diào)節(jié)試驗(yàn)空間的高度。當(dāng)移動橫梁達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，定位開關(guān)檢測到銷釘孔的位置，控制插銷機(jī)構(gòu)自動插上銷釘，使中橫梁固定到兩根立柱上。這種設(shè)計(jì)可以使橫梁實(shí)現(xiàn)較快移動，大大縮短試驗(yàn)空間的調(diào)整時(shí)間。

1.3加載機(jī)構(gòu)加載機(jī)構(gòu)安裝在中橫梁上，由加壓電機(jī)、齒形帶、絲杠母、絲杠、壓板等組成。加壓電機(jī)通過齒形帶與絲 杠母、絲杠、壓板連接。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，中橫梁上的加壓電機(jī)帶動齒形帶，齒形帶帶動兩個(gè)絲杠母同步轉(zhuǎn)動，使兩根絲 杠同時(shí)帶動壓板向下運(yùn)動加載壓力或向上運(yùn)動卸載壓力，從而實(shí)現(xiàn)加載測試。

1.4測量控制系統(tǒng)測量控制系統(tǒng)由測力傳感器、儀表放大器、采樣保持器、多路開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。 

          圖二 壓力測量系統(tǒng)原理圖

測力傳感器采用的是高精度輪輻傳感器組成的三點(diǎn)測力傳感器結(jié)構(gòu)。輪輻式測力傳感器具有抗扭性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以有效抵消試樣受力產(chǎn)生的動態(tài)扭力。因?yàn)?/span>“三點(diǎn)決定一個(gè)平面"，試樣中心只要在三個(gè)傳感器構(gòu)成的圓的范圍內(nèi)，就不會產(chǎn)生單點(diǎn)偏置，這樣就消除了偏置誤差。

底座通過三個(gè)高精度輪輻測力傳感器與承重板連接，放置在承重板上的試樣將其承受的加載壓力通過承重板傳遞給測力傳感器，把壓力轉(zhuǎn)換成電信號傳送給控制系統(tǒng)。測力系統(tǒng)對三個(gè)測力傳感器的輸出信號進(jìn)行放大、保持和A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)CPU傳送至數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)存儲。測力系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

      圖三 壓力測量軟件流程圖

壓力測量系統(tǒng)原理圖在測試開始時(shí)，三個(gè)測力傳感器輸出的電信號經(jīng)過同步采樣控制和A/D變換，其數(shù)字量由CPU作 為零點(diǎn)值處理。變頻控制器調(diào)節(jié)加壓電機(jī)以設(shè)定加載速度向下移動壓板，當(dāng)壓板接觸到被測試樣后，將其受力前的力值清零，同時(shí)開始對三個(gè)測力傳感器測得的力值累加，并將結(jié)果作為實(shí)時(shí)測量力值。壓力測量系統(tǒng)的軟件部分包括 A/D轉(zhuǎn)換服務(wù)程序和測定過程數(shù)據(jù)處理程序。其軟件框圖見圖3。

1. 壓力測量軟件流程大行程壓力試驗(yàn)機(jī)在塑料檢查井性能檢測中的應(yīng)用

依據(jù)對剪切試驗(yàn)的要求及有關(guān)荷載試驗(yàn)的規(guī)定，大行程壓力試驗(yàn)機(jī)主要用于檢測塑料檢查井的側(cè)向壓力性能和進(jìn)行荷 載試驗(yàn)。

2.1荷載試驗(yàn)按照塑料檢查井荷載試驗(yàn)規(guī)定，選取測試井座時(shí)，要按“荷載試驗(yàn)井筒要求"配置井筒，井筒上邊緣應(yīng)齊平且垂直于筒中心。在調(diào)整壓力試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)空間使之適合測試樣品高度時(shí)：首先，啟動插銷釘機(jī)構(gòu)，自動拔出銷釘；其次，操作升降電機(jī)使中橫梁移動，當(dāng)中橫梁到達(dá)需要的高度時(shí)，定位開關(guān)檢測到銷釘孔位置，控制插銷機(jī)構(gòu)自動插上銷釘，使移動橫梁固定到兩根立柱上；再次，控制加壓電機(jī)調(diào)節(jié)壓板到適當(dāng)位置，給試樣留出安裝空間，然后將試樣水平放置在承重板上，使試樣的中心和承重板即壓板中心對齊。試樣安裝完畢后，按控制箱操作界面提示輸入試驗(yàn)參數(shù)，啟動試驗(yàn)，以1±2mm/min的速度對試樣施加規(guī)定載荷，到達(dá)設(shè)定時(shí)間或試樣破裂時(shí)自動停止加載。測試 結(jié)束后，升起加載機(jī)構(gòu)，移走試樣，準(zhǔn)備再次試驗(yàn)。

2.2剪切試驗(yàn)塑料檢查井剪切試驗(yàn)的原理是，在連接管件上施加規(guī)定的壓力，維持規(guī)定的時(shí)間，撤銷壓力后觀察試樣是否裂縫、破裂及產(chǎn)生永jiu變形，并根據(jù)結(jié)果判定其抗剪承載能力。

剪切試驗(yàn)試樣按照附錄D. 4的要求選取。參照荷載試驗(yàn)的方法調(diào)整好壓力試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)空間，將選取的試樣豎直放在壓力試驗(yàn)機(jī)的承重板上，用壓管螺釘將壓管裝在壓板上，把兩個(gè)索具旋轉(zhuǎn)扣用螺栓安裝在承壓板上，將試樣施壓橫梁放在試樣上并與索具旋轉(zhuǎn)扣相對，調(diào)整好拉桿長度，插上銷釘，將圓柱銷插在拉桿的最上端并掛在施壓橫梁上，下端和索具旋轉(zhuǎn)扣相連，插上插銷，兩邊同時(shí)旋轉(zhuǎn)索具旋轉(zhuǎn)扣將試樣固定。

試樣安裝完畢，操作加壓電機(jī)使壓板和試樣接近，按照試驗(yàn)機(jī)控制箱操作界面提示設(shè)置剪切試驗(yàn)參數(shù)，并啟動試驗(yàn)，使上壓板以低于10±2mm/min的速度緩慢對試樣施加壓力，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定壓力后，壓力持續(xù)15mm，自動撤銷壓力，觀察試樣的裂縫、破裂或變形程度。

大行程壓力試驗(yàn)機(jī)除了具備上述塑料檢查井的荷載試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)的測試功能外，還可以進(jìn)行針對井筒的環(huán)剛度試 驗(yàn)。

總結(jié)：大行程壓力試驗(yàn)機(jī)的研制和應(yīng)用，有效地解決了傳統(tǒng)壓力試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)空間小，調(diào)整慢，試驗(yàn)效率低，對大試樣壓力測量抗偏置能力差、誤差大的問題，滿足了大型管道類試樣，尤其是塑料檢查井壓力性能的試驗(yàn)要求。隨著產(chǎn)品的進(jìn)一步完善，成本將逐漸降低，和一些動輒上百萬的國內(nèi)外類似設(shè)備相比，可以大大減輕用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

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