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1、 文 獻(xiàn) 綜 述： [測量儀試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展] 文獻(xiàn)綜述 1 緒論 方形直線導(dǎo)軌質(zhì)量的評定標(biāo)準(zhǔn)：理想狀態(tài)下的方形直線導(dǎo)軌中心高度應(yīng)該保持不變。但由于設(shè)計(jì)和加工的因素，使得方形直線導(dǎo)軌在行程中的高度不可避免地出現(xiàn)變化。而其變化的幅度是衡量一支方形直線導(dǎo)軌質(zhì)量好環(huán)的重要標(biāo)準(zhǔn)，變化的幅度越小，說明方形直線導(dǎo)軌質(zhì)量越好，反之則越差。因此測試方形直線導(dǎo)軌在不同行程中的中心高度的變化是判定方形直線導(dǎo)軌質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。 2 國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)機(jī)研究的回顧、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2.1 國內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)發(fā)展及其趨勢 近些年來，隨著航空，冶金，造船，化工和機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，對金屬材料試驗(yàn)提出的

2、要求也越來越高，許多產(chǎn)品的重要的零部件甚至整機(jī)，常常需要在各種復(fù)雜的情況下進(jìn)行模擬試驗(yàn)。因此，在材料試驗(yàn)機(jī)中不斷地采用了一些新技術(shù)，例如電液伺服系統(tǒng)，電子計(jì)算機(jī)等。所有這些新技術(shù)的應(yīng)用，不僅使材料試驗(yàn)機(jī)的性能在為提高，而且使材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了很大的變化。近來國外生產(chǎn)的一些萬能試驗(yàn)機(jī)，由于應(yīng)用了一些新技術(shù)，試驗(yàn)機(jī)的性能有所提高，應(yīng)用范圍也有所擴(kuò)大。這種試驗(yàn)機(jī)除了能做拉壓，彎，剪切等表態(tài)試驗(yàn)外，還可以做蠕變和松弛試驗(yàn)，有的還能做動態(tài)試驗(yàn)，測定材料的疲勞極限。國外生產(chǎn)的萬能試驗(yàn)機(jī)和拉力試驗(yàn)機(jī)，主要分為機(jī)械式，液壓式和電子式三種。近來電液伺服系統(tǒng)萬能試驗(yàn)機(jī)后來居上。此外，有時又按其他特征分為

3、高溫，低溫，大型，微型和自動試驗(yàn)機(jī)等。 機(jī)械式萬能試驗(yàn)機(jī)的加荷機(jī)械和測力機(jī)械一般采用機(jī)械傳動裝置。這種試驗(yàn)機(jī)具有足夠的精度和穩(wěn)定性。但負(fù)荷能力受到一定限制，最大負(fù)荷多在10噸以下。因測力機(jī)械的慣性較大，加荷速度受到一定限制。所以，國外一些主要生產(chǎn)廠已經(jīng)不再生產(chǎn)，有的僅放在次要的地位。液壓萬能試驗(yàn)機(jī)，應(yīng)用液壓傳動加荷。范圍一般為10-200噸。最大負(fù)荷高達(dá)5500噸。與機(jī)械萬能試驗(yàn)機(jī)相比較，除負(fù)荷較大外，加荷平衡，加荷速度可自由調(diào)節(jié)。近些年來，各國都在大力發(fā)展電子萬能試驗(yàn)機(jī)與電子拉力試驗(yàn)機(jī)。這是一種將電子技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷系統(tǒng)與變形系統(tǒng)中，精確地進(jìn)行測量和記錄的新型材料試驗(yàn)機(jī)。 2.2 國

4、內(nèi)外各種實(shí)驗(yàn)機(jī)的介紹 試驗(yàn)機(jī)是用來進(jìn)行材料力學(xué)性能指標(biāo)測定的設(shè)備，在各類材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、材料科學(xué)研究和教學(xué)試驗(yàn)中都需要應(yīng)用試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行力學(xué)性能測試。而其中在靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)上的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗(yàn)尤為廣泛。我國靜態(tài)萬能試驗(yàn)機(jī)為數(shù)眾多，遍布于全國各地，大部分不具備電測能力，以手動調(diào)整進(jìn)、回油閥的方式運(yùn)行，試驗(yàn)手段落后，有勞動量大和測試結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。若對其指示、記錄系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，則可以充分地發(fā)揮設(shè)備的潛能，大大提高其技術(shù)性能及使用價值，更好地為材料研究、質(zhì)量控制和實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。 本系統(tǒng)將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)、傳感技術(shù)、測試技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合

5、并應(yīng)用于靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)，來實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能參數(shù)的自動檢測，其中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、自動處理分析和試驗(yàn)中的加載速率控制是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。 本系統(tǒng)在充分掌握大量試驗(yàn)機(jī)的動態(tài)信息的基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器技術(shù)，進(jìn)行了靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)數(shù)控化系統(tǒng)的硬件搭建及軟件設(shè)計(jì)。下面對各種試驗(yàn)機(jī)作簡單介紹： 1．液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī) 傳統(tǒng)的材料試驗(yàn)機(jī)是液壓式的, 這種材料試驗(yàn)機(jī)存在一些不足之處。它通過油泵向油缸輸油加壓, 由流量調(diào)節(jié)閥控制流量。油泵和測力油缸的液壓系統(tǒng)容易發(fā)生故障, 不但影響試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行和試驗(yàn)質(zhì)量, 而且增加了維修工作量; 它的液壓夾具的鉗口座比較笨重, 容易損壞; 采用擺錘測力計(jì)測量試驗(yàn)力,擺錘的慣性大

6、, 對載荷的測量精度低, 且量程范圍小。 　　2．電子萬能試驗(yàn)機(jī) 電子材料試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、位移的閉環(huán)控制; 試驗(yàn)中無須選擇量程, 可實(shí)行全過程自動控制; 裝卸夾具和附件方便; 軟件包功能強(qiáng)大, 用戶通過PC 可直接存儲數(shù)據(jù)、計(jì)算并輸入測試結(jié)果和打印試驗(yàn)報告。計(jì)算機(jī)控制整個試驗(yàn)過程, 保證了試驗(yàn)的質(zhì)量。 電子萬能試驗(yàn)機(jī)是先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代的電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機(jī)、電技術(shù)各自特長而設(shè)計(jì)成的大型精密測試儀器，它具有高科技特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)方法是模塊化的。采用集散技術(shù)，有效地利用了微機(jī)功能對各種附件和功能單元進(jìn)行組合管理、控制、實(shí)現(xiàn)多種功能試驗(yàn)。 材料試驗(yàn)機(jī)測試裝置

7、包括機(jī)身、橫梁及其支撐部件、鉗口和引伸計(jì)等。其中機(jī)身、橫梁及支撐裝置只需滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求即可, 而引伸計(jì)和試驗(yàn)鉗口則是試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵測量裝置和部件。 電子材料試驗(yàn)機(jī)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。首先, 通過計(jì)算機(jī)可完成試驗(yàn)階段的設(shè)置。對于金屬材料的常規(guī)拉伸試驗(yàn), 通常劃分為三個階段, 即彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段。在三個試驗(yàn)階段設(shè)置中, 均要選擇速率控制類型和最大存儲頻率等主要參數(shù)值。同時, 計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的存儲, 并由計(jì)算軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 給出檢測結(jié)果,最后, 完成試驗(yàn)報告的打印。 3．?dāng)U大試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)噸位的機(jī)械增力裝置 該裝置屬于材料試驗(yàn)設(shè)備，能在一定的試驗(yàn)條件

8、下解決小噸位高頻拉壓試驗(yàn)機(jī)不能進(jìn)行大噸位試驗(yàn)的問題。它利用彈性內(nèi)封閉力系的原理，通過改變裝置系統(tǒng)內(nèi)部的約束尺寸來實(shí)現(xiàn)增力，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)通過電阻、電橋、應(yīng)變儀、指示器、光標(biāo)及“動態(tài)靜標(biāo)法”來實(shí)現(xiàn)檢測。該裝置能確保原試驗(yàn)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)及使用壽命，能達(dá)到“以小改大、一機(jī)多用”的目的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡單、測試精確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 　　4．機(jī)械式帶傳動萬能材料試驗(yàn)機(jī) 　　基于主機(jī)架采用門式結(jié)構(gòu)，使得造型勻稱美觀大方結(jié)構(gòu)簡單、成本低。尤其配以滾珠絲杠與同步齒型膠帶的傳動系統(tǒng)，使得整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，響應(yīng)快、噪聲低、效率高。對測量系統(tǒng)，微機(jī)可以對其進(jìn)行自動調(diào)零，自動標(biāo)定、自動換檔，從而保證了

9、測量系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，并大大地提高了工作效率。 通過對傳統(tǒng)材料試驗(yàn)機(jī)的分析, 發(fā)現(xiàn)其不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面: (1) 無法保證角度及位移測量的精度?，F(xiàn)代位移測量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測量系統(tǒng), 利用增量測量方法來確定位 置和材料延伸率δ, 精度達(dá)到±011μm, 速度可達(dá)16m / s ; 傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)多通過游標(biāo)卡尺人工測量, 無法滿足這一要求。 (2) 數(shù)據(jù)人工生成。采用人工讀取的形式獲得數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)無法即時匯總和分析。 (3) 速度調(diào)節(jié)為機(jī)械的有級調(diào)速, 速度控制為開環(huán)控制, 不能構(gòu)建轉(zhuǎn)速閉環(huán)。 (4) 不能測量材料的屈服強(qiáng)度σs、彈性模量E、硬

10、化指數(shù)n和塑性應(yīng)變比r等參數(shù)。事實(shí)上, 多功能材料試驗(yàn)機(jī)、萬能材料試驗(yàn)機(jī)等, 其實(shí)驗(yàn)原理與當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)并沒有實(shí)質(zhì)性的變化, 其被控對象都比較相似, 對控制效果的要求也相似。計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)主要是在控制系統(tǒng)上引入了CAT (Computer Aided Test, 計(jì)算機(jī)輔助測試) , 具有液壓伺服或者交直流電機(jī)伺服驅(qū)動、高精度的位移傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制裝置等。 參考文獻(xiàn) [1]中國機(jī)電產(chǎn)品目錄，國家機(jī)械工業(yè)局 編，機(jī)械工業(yè)出版社。 [2]材料力學(xué)，吉林科學(xué)出版社。 [3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，機(jī)械工業(yè)出版式社。 [4]機(jī)械設(shè)計(jì)/譚慶昌，趙洪

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