1.目前，對(duì)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)研宄及教學(xué)試驗(yàn)中，都必須運(yùn)用試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。其中抗壓強(qiáng)度測(cè)量是其中的項(xiàng)重要任務(wù)，特別是在建材行業(yè)如水泥燒磚混凝土和家具行業(yè)的家具面抗壓強(qiáng)度是項(xiàng)極其重要指標(biāo)。國產(chǎn)及進(jìn)口的各類試驗(yàn)機(jī)大多為手工控制操作，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的來源是通過彈性變形機(jī)構(gòu)直接喪現(xiàn)在刻度盤上。般直接從刻度盤1讀出。彈性變形機(jī)構(gòu)隨季節(jié)溫度等外部條件因素變化大，因而現(xiàn)出來的誤差較大，無法定量的滿足0822887標(biāo)準(zhǔn)要求，研制種適用于抗壓性能的材料試驗(yàn)機(jī)加載裝置，為材料檢測(cè)的準(zhǔn)確客觀及公正提供技術(shù)保障，為質(zhì)量監(jiān)督部門和材料用戶的提供種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的手段，筆者所研究的材料抗壓試驗(yàn)機(jī)的加載裝置，主要用于量程在0-400KN范圍，通過與電子儀器組成的載荷系統(tǒng)配合使用起構(gòu)成抗壓材料試驗(yàn)機(jī)，該裝置也適合于傳統(tǒng)的村料試驗(yàn)機(jī)的改造，具有使整臺(tái)儀器具有智能化、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。該裝置的主要特點(diǎn)是具有儲(chǔ)能、蓄能的功能，使能量在材料試驗(yàn)過程中得到緩慢釋放，便于電子儀器捕捉材料的極限應(yīng)力值。
2.傳統(tǒng)壓力機(jī)壓頭結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)壓力試驗(yàn)機(jī)的壓頭結(jié)構(gòu)及布局如圖1，傳統(tǒng)的壓力機(jī)的工作原理為：由于壓力試驗(yàn)機(jī)的主要作用是測(cè)試材料的抗壓強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)主要通過液壓系統(tǒng)從進(jìn)油管11處供高壓油；推動(dòng)沾缸10向上運(yùn)動(dòng)。通過聯(lián)接裝置5及下壓頭4壓向試樣3，試樣同時(shí)把應(yīng)力傳遞給傳感器2，系統(tǒng)將壓應(yīng)力信號(hào)通過系列的信號(hào)調(diào)理放大后傳遞給壓應(yīng)力采集系統(tǒng)，從而完成1次試驗(yàn)過程。從上面的工作過程可以看出液壓系統(tǒng)從進(jìn)油管11處供高壓油的流量速度直接決定活塞桿的運(yùn)動(dòng)快慢，對(duì)于系統(tǒng)來說，若被測(cè)試的是彈性材料，測(cè)試的過程中下壓頭有定的慣性沖擊在試樣上，試樣把所受到的沖擊應(yīng)力傳遞給傳感器，傳感器采集到的壓應(yīng)力這時(shí)也現(xiàn)出定的波動(dòng)，若彈性材料的抗壓極限低于慣性沖擊應(yīng)力，這時(shí)材料試驗(yàn)機(jī)就不能真實(shí)測(cè)出材料的抗壓極限值，所以試驗(yàn)機(jī)在開始試驗(yàn)時(shí)供油流量不能太大；太小活塞桿的上升速度太低，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，電子采集系統(tǒng)采集到大量的無用數(shù)據(jù)，若系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)其本身的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量就十分有限，可，必須縮短測(cè)試時(shí)間，加快供油流量，提高活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，從而必須改進(jìn)加壓裝置。若被測(cè)試的是脆性材料，測(cè)試的過程中下壓頭也有定的慣性沖擊在試樣上，若試樣所受到的沖擊力不足以破壞試樣，這時(shí)試樣同樣把壓應(yīng)力傳遞給傳感器，傳感器采集到的壓應(yīng)力同樣也現(xiàn)出定的波動(dòng)，然后液壓系統(tǒng)不斷加壓，直到材料破碎，這時(shí)傳感器采集大量的數(shù)據(jù)，供采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理，但試驗(yàn)時(shí)間也加長(zhǎng)，加重了系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)；若脆性材料的抗壓極限低于慣性沖擊力，這時(shí)材料試驗(yàn)機(jī)就不能測(cè)出材料的抗壓極限值，此時(shí)傳感器采集的數(shù)據(jù)為慣性沖擊力，不能采集到材料的抗壓應(yīng)力極限值。
圖1：傳統(tǒng)壓力機(jī)結(jié)構(gòu)圖
1.上座2.傳感器3.坯料試樣4.下壓頭5.聯(lián)接裝聊6.座1作7.機(jī)身8.回油管沾塞打10.活塞缸11.進(jìn)油管
從上面論述可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)機(jī)在開始試驗(yàn)時(shí)供油流量太小，活塞桿的上升速度太低試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，加大了電子采集系統(tǒng)采集數(shù)椐的負(fù)擔(dān)。同樣山廠中片機(jī)系統(tǒng)其本身的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量就十分有限，可能導(dǎo)致不能用單片機(jī)系統(tǒng)來測(cè)試材料的性能，而不得不采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來采集和處理數(shù)據(jù)，從而增加儀器的成本。
可見，必須縮短測(cè)試時(shí)間，加快供油流量，提高活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，從而必須改進(jìn)加壓裝置。
3.材料抗壓試驗(yàn)機(jī)壓頭結(jié)構(gòu)改造
通過上面的分析。為了提高材料試驗(yàn)的準(zhǔn)確性縮短測(cè)試時(shí)間降低儀器制造成本必須改革傳統(tǒng)的加壓裝置結(jié)構(gòu)，通過大量市場(chǎng)調(diào)研及同北京從容測(cè)控技術(shù)合作試驗(yàn)，開發(fā)出如圖2的新型加壓裝置。加壓裝置中的壓頭裝置如圖3。
圖2：改造后材料抗壓性能試驗(yàn)機(jī)示意圖
1.上座2.傳感器3.坯料4.下壓頭5.彈簧6.聯(lián)接裝置7.下座工作臺(tái)8.機(jī)身9.回油管10.活塞桿11.活塞缸12.進(jìn)油管
圖3：壓頭裝置放大圖
4.下壓頭5.彈簧6.聯(lián)接裝置
改造后材料抗壓性能試驗(yàn)機(jī)的工作過程為由于壓力試驗(yàn)機(jī)的主要作用是測(cè)試材料的抗壓強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)主要通過液壓系統(tǒng)從進(jìn)油管12處供高壓油，推動(dòng)活塞缸11向上運(yùn)動(dòng)，通過聯(lián)接裝置6及彈簧5及下壓頭壓4向試樣3試樣同樣把力傳遞給傳感器2，系統(tǒng)也將壓力信號(hào)通過系列的信號(hào)調(diào)理放大后傳遞給壓力采集系統(tǒng)，從而完成1次試驗(yàn)過程。
從改造后的結(jié)構(gòu)可以分析出液壓系統(tǒng)從進(jìn)油管12處供高壓油的流量速度同樣也直接決定活塞桿的運(yùn)動(dòng)快慢。對(duì)于系統(tǒng)來說，假設(shè)若被測(cè)試的是彈性材料，測(cè)試的過程中下壓頭4有定的慣性沖擊作用在試樣上，試樣把所受到的沖擊力傳遞給傳感器，傳感器采集到的信號(hào)這時(shí)現(xiàn)出較小的波動(dòng)，因?yàn)橄聣侯^裝置系統(tǒng)慣性己經(jīng)被分解直接與試樣作用的壓頭上的慣性己較小。只與壓頭上的質(zhì)量與速度相關(guān)。這時(shí)壓頭速度已減小了很多。壓頭速度幾乎是從零開始逐步增加。般情況下壓頭上慣性力已不可能超過被測(cè)試樣的強(qiáng)度，從而保證每次被測(cè)試樣能夠有效的被測(cè)試。由于改進(jìn)的機(jī)構(gòu)中的彈簧具有蓄能作用，把液壓能儲(chǔ)存在彈簧內(nèi)。然后在定測(cè)試的時(shí)間內(nèi)逐步釋放。從而使得被測(cè)試樣受到的壓應(yīng)力逐步加大，直至達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，同時(shí)。系統(tǒng)還考慮了被測(cè)試樣的強(qiáng)度較大的情況，當(dāng)強(qiáng)度很大時(shí)，連接彈簧的兩部件運(yùn)動(dòng)到起彈簧被壓縮在中間的型腔中。彈簧不再起作用，由活塞桿和下壓頭直接作用于被測(cè)試樣，可對(duì)于彈性材料無論其抗壓極限的高低。這時(shí)材料試驗(yàn)機(jī)都能真實(shí)測(cè)出材料的抗壓極限值。所以改造后的試驗(yàn)機(jī)在開始試驗(yàn)時(shí)供油流量也可較大。
這樣活塞桿的上升速度較快試驗(yàn)時(shí)間電子采集系統(tǒng)可采集到大量的有用數(shù)據(jù)。故系統(tǒng)是完全可以采用單片機(jī)系統(tǒng)來處理數(shù)據(jù)，從而降低儀器的本身制造成本。為企業(yè)節(jié)省經(jīng)濟(jì)開交。同時(shí)系統(tǒng)測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)。這些特征在以極限強(qiáng)度測(cè)不準(zhǔn)或測(cè)不出來的情況。
上述分析了彈性材料在試驗(yàn)時(shí)極限強(qiáng)度出現(xiàn)時(shí)的情況。對(duì)于脆性材料的試驗(yàn)同樣有效。下面進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。
若被測(cè)試的是脆性材料，測(cè)試的過程中下壓頭也有定不足以破壞試樣這時(shí)試樣把力傳遞給傳感器。傳感器采集到可在采樣電路中加濾波電路除去波動(dòng)。微小的波動(dòng)值距離材料抗壓強(qiáng)度極限值較遠(yuǎn)，然后彈簧將儲(chǔ)存的能量逐步釋放同時(shí)液壓系統(tǒng)也不斷加壓。直到材料破碎。達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，這時(shí)傳感器采集到與大量距離材料的強(qiáng)度極限很近的數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到大量的有效數(shù)據(jù)客觀地展現(xiàn)了試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料性能的準(zhǔn)確性。其后系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)也減輕了，而且對(duì)于被測(cè)的建材家具等脆性材料的抗壓極限值也都可以在文液晶顯器上動(dòng)態(tài)地顯出來，這時(shí)材料試驗(yàn)機(jī)就可較為直觀反映大多數(shù)試驗(yàn)材料進(jìn)行抗壓性能測(cè)試時(shí)的動(dòng)態(tài)情形最后通過軟件提取材料的極限應(yīng)力值。達(dá)到試驗(yàn)材料性能目的。
4.結(jié)束語
通過與試驗(yàn)機(jī)廠家的的合作試制表明，采用改進(jìn)后的加壓結(jié)構(gòu)的材料試驗(yàn)機(jī)的性能有較大的提高。具體表現(xiàn)在：
1.測(cè)試時(shí)間縮短；
2.測(cè)試準(zhǔn)確率提高。表現(xiàn)在同種材料的試樣測(cè)試數(shù)據(jù)重現(xiàn)率較高；
3.可以將原來由計(jì)算機(jī)控制的測(cè)試系統(tǒng)完全由單片機(jī)替代；
4.完全可以將某些液壓系統(tǒng)控制的壓力機(jī)通過簡(jiǎn)單的改造而成為材料試驗(yàn)機(jī)；
5.該原理提供方法可通過不同結(jié)構(gòu)形式和安裝方式也適用于進(jìn)行材料抗拉強(qiáng)度的測(cè)量試驗(yàn)機(jī)
6.該結(jié)構(gòu)特別適合機(jī)械傳動(dòng)的材料試驗(yàn)機(jī)。
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2018-12-24 瀏覽：