實驗講義萬能試驗機的構(gòu)造與操作

1、實驗一萬能試驗機的構(gòu)造與操作概述測定材料的力學(xué)性能的主要設(shè)備是材料試驗機。常用的材料試驗機有拉力試 驗機、壓力試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、沖擊試驗機、疲勞試驗機等。能兼作拉伸、壓 縮、剪切、彎曲等多種實驗的試驗機稱為萬能材料試驗機。根據(jù)加力的性質(zhì)可分 為靜荷試驗機和動荷試驗機。供靜力實驗用的萬能材料試驗機有液壓式、機械式、 電子式等類型。本實驗著重了解和掌握液壓式和電子式兩種類型的萬能材料試驗 機。通過該實驗，要求學(xué)生：（1）了解萬能試驗機的構(gòu)造和工作原理；（2）學(xué)會試件的安裝、測力度盤指針的調(diào)零和量程的選取;（3）掌握操作規(guī)程，學(xué)會獨立操作萬能試驗機。一、液壓式萬能材料試驗機3Wslltt1畤虹AM

2、整綁物一hj*'圖1液壓式萬能材料試驗機結(jié)構(gòu)簡圖STM柵為介紹液壓式萬能材料試驗機，現(xiàn)以國產(chǎn) WE系列為例。圖1為這一系列中 最常見的WE-100A 300、600試驗機的結(jié)構(gòu)簡圖。現(xiàn)分別介紹其加載系統(tǒng)和測力 系統(tǒng)。（一）加載系統(tǒng)在底座 1 上由兩根固定立柱 5 和固定橫梁 12 組成承載框架。工作油缸 13 固定于框架上。 在工作油缸的工作活塞 14 上，支承著由上橫梁 15、活動立柱 10 和活動平臺 8 組成的活動框架。當(dāng)油泵 35啟動時，油液通過送油閥 16，經(jīng)送油 管 17 進入工作油缸，把工作活塞連同活動平臺一同頂起。這樣，如把試樣安裝 于上夾頭 7和下夾頭 6之間，由于下

3、夾頭固定， 上夾頭隨活動平臺上升， 試樣將 受到拉伸。若把試樣置放于兩個承壓墊板 11 之間，或?qū)⑹軓澰嚇又梅庞趦蓚€彎 曲支座 9 上，則因固定橫梁不動而活動平臺上升，試樣將分別受到壓縮或彎曲。 此外，實驗開始前如欲調(diào)整上、下夾頭之間的距離，則可開動調(diào)位電機3，驅(qū)動螺桿 4，便可使下夾頭上升或下降。但調(diào)位電機不能用來給試樣施加拉力。（二）測力系統(tǒng)加載時，開動油泵電機，打開送油閥 16，油泵把油液送入工作油缸 13 頂起 工作活塞 14 給試樣加載；同時，油液經(jīng)回油管 18 及測力油管 33（這時回油閥 19 是關(guān)閉的，油液不能流回油箱 34），進入測力油缸 32，壓迫測力活塞 31、使 它帶動

4、拉桿 27 向下移動，從而迫使擺桿 28 和擺錘 29 連同推桿 25 繞支點偏轉(zhuǎn)。 推桿偏轉(zhuǎn)時，推動齒桿 24 作水平移動，于是驅(qū)動示力盤的指針齒輪，使示力指 針 23 繞示力度盤 22 的中心旋轉(zhuǎn)。示力指針旋轉(zhuǎn)的角度與測力油缸活塞上的總壓 力（即拉桿 27 所受拉力）成正比。因為測力油缸和工作油缸中油壓壓強相同， 兩個油缸活塞上的總壓力成正比（活塞面積之比）。這樣，示力指針的轉(zhuǎn)角便與 工作油缸活塞上的總壓力， 亦即試樣所受載荷成正比。 經(jīng)過標(biāo)定便可使指針在示 力度盤上直接指示載荷的大小。試驗機一般配有重量不同的擺錘， 可供選擇。 對重量不同的擺錘， 使示力指 針轉(zhuǎn)同樣的轉(zhuǎn)角，所需油壓并不相

5、同，即載荷并不相同。所以，示力度盤上由刻 度表示的測力范圍應(yīng)與擺錘的重量相匹配。以 WE300 試驗機為例，它配有 A、 B、C三種擺錘。擺錘 A對應(yīng)的測力范圍為060kN, A+ B對應(yīng)0150kN, A+ B + C對應(yīng)0300kNo開動油泵電機, 送油閥開啟的大小可以調(diào)節(jié)油液進入工作油缸的快慢, 因而 可用以控制增加載荷的速度。開啟回油閥 19,可使工作油缸中的油液經(jīng)回油管 18泄回油箱34,從而卸減試樣所受載荷。實驗開始前， 為消除活動框架等的自重影響， 應(yīng)開動油泵送油， 將活動平臺 升高10mm左右。然后調(diào)節(jié)測力部分的平衡鉈 26,使擺桿28保持垂直位置，并 使示力指針指在零點。試驗

6、機上一般還有自動繪圖裝置。 它的工作原理是， 活動平臺上升時， 由繞 過滑輪的拉繩帶動滾筒 20繞軸線轉(zhuǎn)動，在滾筒圓柱面上構(gòu)成沿周線表示位移的 坐標(biāo)；同時齒桿 24 的移動構(gòu)成沿滾筒軸線表示載荷的坐標(biāo)。這樣，實驗時繪圖 筆 21 在滾筒上就可自動繪出載荷位移曲線。當(dāng)然，這只是一條定性曲線，不 是很準(zhǔn)確的。（三）操作規(guī)程和注意事項1 根據(jù)試樣尺寸和材料，估計最大載荷，并以此力作為示力盤量程的40%- 80%,以選定相應(yīng)的示力度盤和擺錘重量。然后，選用與試樣相適應(yīng)的夾具。2液壓式萬能試驗機總開關(guān)上電。3根據(jù)實驗要求，更換擺桿上懸掛的擺錘并調(diào)整緩沖閥，安裝好事先選好 的夾具。4先關(guān)閉送油閥和回油閥，

7、再開動油泵電機。待油泵工作正常后，開啟送 油閥將活動平臺升高約10mm以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，安裝好試樣。5調(diào)整平衡錘，使擺桿刻線對準(zhǔn)標(biāo)牌線，保證擺桿垂直，并鎖緊平衡錘位 置。6需要作圖時，在記錄筒上卷上記錄紙，在推桿上安裝記錄筆；放下推桿 的記錄筆，將筆尖壓在記錄紙上，并記錄放大比例。7固定記錄筆的位置，調(diào)整推桿上的旋鈕，使指針對正零位。 8按實驗要求調(diào)整加荷速度指針，緩慢開啟送油閥，給試樣平穩(wěn)加載。應(yīng) 避免油閥開啟過大進油太快。實驗進行中，注意不要觸動擺桿或擺錘。9實驗完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性實驗先取下試樣，再緩 緩打開回油閥將油液放回油箱。 非破壞性實驗， 自然應(yīng)先開

8、回油閥卸載， 才能取 下試樣。二、電子萬能材料試驗機 電子萬能材料試驗機是采用各類傳感器進行力和變形檢測， 通過微機控制的 新型機械式試驗機。 由于采用了傳感技術(shù)、 自動化檢測和微機控制等先進的測控 技術(shù)，它不僅可以完成拉伸、壓縮、彎曲、剪切等常規(guī)試驗，還能進行材料的斷 裂性能研究以及完成載荷或變形循環(huán)、恒加載速率、恒變形速率、蠕變、松弛和 應(yīng)變疲勞等一系列靜、動態(tài)力學(xué)性能試驗。此外，它還具有測量精度高、加載控 制簡單、試驗范圍寬等特點， 以及提供較好的人機交互界面， 具備對整個試驗過 程進行預(yù)設(shè)和監(jiān)控， 直接提供試驗分析結(jié)果和試驗報告， 試驗數(shù)據(jù)和試驗過程再 現(xiàn)等優(yōu)點?，F(xiàn)以 Instron5

9、882 電子萬能材料試驗機（見 圖 2）為例，簡單介紹其構(gòu)造原 理和使用方法（見圖 3）。該機采用全數(shù)字化控制，配備載荷傳感器、電子引伸 計、光電位移編碼器等傳感器， 機械加載部分采用直流伺服控制系統(tǒng)控制預(yù)應(yīng)力 滾珠絲杠帶動橫梁移動。（一）工作原理在測試系統(tǒng)接通電源后， 微機按試驗前設(shè)定的數(shù)值發(fā)出橫梁移動指令， 該指 令通過伺服控制系統(tǒng)控制主機內(nèi)部的伺服電機轉(zhuǎn)動， 經(jīng)過皮帶、 齒輪等減速機構(gòu) 后驅(qū)動左、右絲杠轉(zhuǎn)動， 由活動橫梁內(nèi)與之嚙合的螺母帶動橫梁上升或下降。 裝 上試樣后，試驗機可通過載荷、應(yīng)變、位移傳感器獲得相應(yīng)的信號，該信號放大 后通過 A/D 進行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換， 并將數(shù)據(jù)傳遞給微機

10、。 微機一方面對數(shù)據(jù)進行 處理，以圖形及數(shù)值形式在微機顯示器上反映出來； 另一方面將處理后的信號與 初始設(shè)定值進行比較， 調(diào)節(jié)橫梁移動改變輸出量， 并將調(diào)整后的輸出量傳遞給伺 服控制系統(tǒng)，從而可達到恒速率、恒應(yīng)變、恒應(yīng)力等高要求的控制需要。（二）操作規(guī)程和注意事項由于 Instron5882 電子萬能材料試驗機采用了全數(shù)字化控制技術(shù)， 因此，其 工作過程均通過軟件操作來實現(xiàn)。 下面結(jié)合常用的 Merlin 軟件來介紹操作方法。1依次合上主機、控制器、計算機系統(tǒng)的電源，一般要求預(yù)熱一會兒。 2直接點擊計算機桌面上的 Merlin 圖標(biāo)，打開軟件，進入試驗方法模式， 如以前已編好了試驗方法， 可直

11、接點擊進入； 如果沒有，可點擊最下方的 Merlin ， 查找合適的試驗法。3選定所要的試驗方法后，輸入相關(guān)的試驗參數(shù)，如：加載速率、試樣尺 寸、數(shù)據(jù)采集模式和所需試驗結(jié)果等，最后存儲方法。4安裝試樣，檢查設(shè)備的上下限保護是否設(shè)置正確。5 啟動試驗，并注意觀察，若發(fā)生意外立即終止試驗。6 試驗完成后，存儲試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)需要提供試驗分析結(jié)果或打印試驗報7將主機的橫梁回位，以免接著試驗時，造成軟件與主機連接不上。8. 實驗完畢，關(guān)閉Merlin軟件，關(guān)閉計算機系統(tǒng)，關(guān)閉控制器，關(guān)閉主機 電源，最后切斷總電源。9. 清潔主機，填寫設(shè)備使用記錄FT圖2 Instron5882電子萬能材料試驗機圖3電子

12、式萬能材料試驗機結(jié)構(gòu)簡圖1主機；2滾珠絲杠；3活動橫梁；4 齒輪傳動機構(gòu)；5 伺服電機；6 試件；7 光電位移編碼器；8 力傳感器；9電子 引伸計；10點動控制按鈕三、實驗操作1. 認(rèn)真閱讀實驗講義，并與具體試驗機對照，弄清試驗機的主要部件及作 用，了解它的性能特點。2. 掌握不同試驗機的操作規(guī)程、安全注意事項和操作方法。3. 按照操作規(guī)程認(rèn)真練習(xí)，練習(xí)時著重下列環(huán)節(jié)：(1) 檢查試驗機是否處于正常狀態(tài)。主要包括：試件夾的形式和尺寸是否 與試件要求一致；操作機構(gòu)或油閥是否在開始位置，保險開關(guān)自動繪圖器等能否 正常工作。(2) 根據(jù)最大載荷的40b80%選擇合適的檔位或測力度盤和相應(yīng)的配重。（3）安裝拉伸試件時， 應(yīng)使夾持