定義
中文名稱:試驗機
試驗機定義:用來測定不同條件下,各種材料的機械性能,工藝性能,理化性能,抗振性能等,可以定性、定量的檢查材料或零件及其表面內部的缺陷,檢驗各種鏇轉零部件或整體的動態不平衡量。
英文名稱:experimentalaircraft
定義:廣義的說,就是一種產品或材料在投入使用前,對其質量或性能按設計要求進行驗證的儀器。從定義可以看出,凡是對於質量或性能進行驗證的儀器都可以叫做試驗機,但往往有時也叫做檢測儀、測定儀、拉力機、檢測設備、測試儀等諸如此類的名稱。在紡織行業習慣叫強力機,實際上也就是拉力試驗機。
所屬學科:儀器儀表(一級學科);試驗機(二級學科)
用途作用
試驗機主要是用於測量材料或產品的物理性能的,比如:鋼材的屈服強度、抗拉強度,管材的靜液壓時間測定, 門窗的疲勞壽命等。用於測量材料的化學性能的也就是化學成分的,一般叫分析儀,不叫試驗機。試驗機概念和用途試驗機是在各種條件、環境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結構等的機械性能、工藝性能、內部缺陷和校驗鏇轉零部件動態不平衡量的精密測試儀器。在研究探索新材料、新工藝、新技術和新結構的過程中,試驗機是一種不可缺少的重要測試儀器。廣泛套用於機械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運輸、等工業部門以及大專院校、科研院所的相關實驗室。對有效使用材料、改進工藝、提高產品質量、降低成本、保證產品安全可靠等都具有重要作用。產品類型
試驗機主要類型: 1.金屬材料試驗機; 2.非金屬材料試驗機; 3.力與變形測試儀器(力感測器、測力儀、位移感測器、引伸計、加速度計等); 4.包裝件與工藝性能試驗機(包括包裝件跌落試驗機、包裝件衝擊試驗機、摩擦磨損試驗機、彎折試驗機、校直機等); 5.平衡機(包括現場平衡儀);6.振動台(包括衝擊台與碰撞試驗台);7.無損檢測儀器(磁粉探傷機、X射線探傷機、γ射線探傷機、超聲探傷儀、渦流探傷儀、聲發射檢測儀等);8.試驗機功能附屬檔案和與試驗機相關的試驗儀器與設備。種類分類
試驗機的種類:試驗機的種類很多,有多種不同的分類方法。按照傳統分類方法可以分為金屬材料試驗機、 非金屬材料試驗機、動平衡試驗機、振動台和無損探傷機等五大類。材料試驗機的分類:材料試驗機的品種、型號很多,它們的加荷方法、結構特徵、測力原理、使用範圍都各不相同
按用途分類:測定機械性能用試驗機和工藝試驗用試驗機。
按加荷方法分類:靜負荷試驗機(靜態)和動負荷試驗機(動態)。
靜態試驗機主要包括:萬能試驗機、壓力試驗機、拉力試驗機、扭轉試驗機、蠕變試驗機。
動態試驗機主要包括:疲勞試驗機:動靜萬能試驗機、單向脈動疲勞試驗機、衝擊試驗機等。
按測力方式分類:機械測力試驗機和電子測力試驗機。
按控制方式分類:手動控制和微機伺服控制試驗機。
按油缸位置分類:油缸上置式和油缸下置式試驗機。
材料試驗
材料的機械性能:材料在外力的作用下,所表現的抵抗變形或破壞的能力,稱作材料的機械性能。包括強度、塑性、彈性、脆性、斷裂韌性、硬度等。材料試驗:機械性能試驗、物理實驗、化學實驗。
材料的機械性能試驗:拉伸、壓縮、彎曲、剪下、扭轉、衝擊、疲勞、蠕變、持久、鬆弛、磨損、硬度等試驗。在材料試驗中,特別是金屬材料的靜態試驗,最普通中經常用的是在室溫條件下進行的拉伸試驗。因為金屬拉伸試驗比較容易作,得到的數據能夠反映受試材料的機械特點,因此得到普遍的套用。而作為金屬材料拉伸試驗的國家標準GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法,具體體現了對金屬材料拉伸的要求和規定。
各種實驗
拉伸試驗:又稱拉力試驗,是緩慢地在試樣兩端施加負荷,使試樣的工作部分受軸向拉力,引起試樣沿軸向伸長,一般進行到拉斷為止。通過拉伸試驗可測定材料的抗拉強度和塑性特性等。拉伸試樣要符合相關的國家、行業標準對不同材料的拉伸試驗要求。試驗設備:萬能試驗機、拉力試驗機。拉伸試驗曲線應力—應變拉伸曲線。
拉伸曲線的四個階段:
階段1(0ab)—彈性變形階段a點對應PP值叫做比例極限負荷。b點對應Pe值叫做彈性極限負荷(不產生永久變形的最大抗力)0—a段ÄL正比與p直線階段a—b段極微量塑性變形(0.001-0.005%)。
階段2(bcd)—屈服變形階段c點屈服點對應PSc—d波形段“平台”。
階段3(dB)—均勻塑性變形階段B點對應Pb值材料的強度極限負荷(所能承受的最大載荷)。
階段4(BK)—局部集中變形階段(縮頸)K點為斷裂點對應Pk值斷裂負荷。
壓縮試驗:與拉伸試驗相反,用於測定材料在靜壓力作用下的壓力強度、相對縮短率和斷面增大率等。對壓縮式樣的基本要求是兩個支承端面要相互平行。
試驗設備:萬能試驗機、壓力試驗機
彎曲試驗:用於測定材料或構件等地彎曲強度極限,彈性模量及最大撓度。分為簡支梁彎曲試驗和純彎曲試驗。
試驗設備:萬能試驗機、壓力試驗機(配備彎曲附屬檔案)
剪下試驗:用於測定材料的抗剪下能力,一般用來評定鉚釘用線材的質量。剪下試驗分為單項剪下和雙向剪下試驗。
試驗設備:萬能試驗機
衝擊試驗:利用擺錘衝擊試樣前後的能量差來確定該試樣的韌性活脆性。特點是衝擊力大、作用時間短、變化快。
硬度試驗:是一種迅速、經濟的機械試驗方法,是測定材料機械性能套用最廣泛的方法之一,是唯一不損壞試件機械性能的試驗。
其他試驗:扭轉試驗、疲勞試驗、蠕變試驗、鬆弛試驗、持久試驗
性能試驗
金屬材料的室溫拉伸試驗材料包括的種類:金屬材料和非金屬材料,不論是哪種材料在外力的作用下,所表現的抵抗變形或破壞的能力, 稱做材料的機械性能。機械性能包括:強度、塑性、彈性、脆性、韌性、斷裂韌性、硬度等。
強度:材料在外力(靜負荷)的作用下,抵抗其變形或破壞的能力稱做強度。抵抗外力的能力越大,強度越高,強度的單位Pa或Mpa(N/mm2或MN/m2)。按材料受力作用不同,強度分為抗拉強度、抗壓強度和抗彎強度。
塑性:材料在外力作用下,產生永久變形而不被破壞的能力稱做塑性。材料在受外力作用時,產生的塑性變形程度越大,則塑性越好。
彈性:材料在外力作用下,產生變形,當外力取消後,以能恢復原狀稱為彈性。
脆性:材料在外力作用下,沒有明顯的永久變形抗斷裂稱做脆性。
衝擊韌性:材料抵抗衝擊力的作用而不補破壞的一種能力稱做衝擊韌性。
斷裂韌性:材料內部存在著由於各種原因所產生的微小裂紋在外力作用下,材料抵抗該裂紋擴展的能力,稱做斷裂韌性。
硬度:材料抵抗比它更硬的物體在壓入時而不被破壞的能力,或者說材料抵抗塑性變形、彈性變形的能力稱做硬度。
技術特點:
1、選擇附加力感測器可擴大測量範圍;2、力控速率調節範圍也可以按應力速率選擇,應力速率=力控速率/試樣原始橫截面積;
3、變形速率調節範圍也可以按應變速率選擇,應變速率=變形速率/試樣原始標距;
4、力控速率和變形速率都和試樣的材料有關,其範圍都不能超出位移速率調節範圍;
5、為了避免力感測器產生永久變形,在進行長時間保持試驗時,試驗力最好不要超過感測器滿量程的50%;
6、有效拉伸空間為安裝好標準拉申夾具後的試驗空間,如夾具不同,其數值將有所區別;
7、有效拉伸空間和有效試驗寬度可以擴展,訂貨時請特別申明;
8、“/”前後的數值為可選數值。
檢測控制:
1、檢測與測力儀,拉力機,硫化儀是兩個不同的概念,但又不可分割,一般來說,對於一個特定的系統,在一個特定的試驗條件下,它只是控制了一特定參數,如電拉,它只控制試台的移動速度,而檢測量一般來說不止一個,如電拉一般有載荷、位移、變形等檢測環節。
2、開環控制與閉環控制:開環控制測力儀,拉力機,硫化儀。
3、檢測分檔與控制分檔:
檢測分檔:可分提高測量的靈敏度,解決大管理站稱小物的問題。
控制分檔:用來解決精確“定位”的問題,同時也解決測量精度的問題。
檔放大與量程分檔的關係:這是兩個不同的概念,但又相互關聯。分檔放大是指測力儀,拉力機,硫化儀
放大器的一個局部參數,而量程分檔是指試驗機的一個對部特性參數。對用戶而言後者有實際的含義,而前者並不需要用戶關注。
4、D/A、測力儀,拉力機,硫化儀
轉換器
D/A----數字量轉換的量
A/D----模擬量黑心數字量
數字量比如:一杯黃豆,你可心用多少粒豆子來數出它的多少,但數量總是1、2、3、4、……n。
模擬量:比如一杯麵數,你則無法數它有多少粒,也就是說你無法把它一粒一粒分開,它的量是連續的。
關於“碼”的概念:原碼、反碼、補碼、ASCⅡ格雷碼。
關於“數制”的概念:10進制、二進制、16進制、BCD碼。
萬能試驗機的檢定
萬能試驗機,集拉伸、彎曲、壓縮、剪下等功能於一體的材料試驗機,主要用於金屬、非金屬材料力學性能試驗,是工礦企業、科研單位、大專院校、工程質量監督站等部門的理想檢測設備。
一般只檢定壓力示值誤差項目,用測力環或測力感測器。
同軸度很多機構都沒有設備,有設備的也很少真會用。
液壓式的操作需要一點技巧控制進油閥,電子的用最慢的速度停在測量點附近計算,比較,計算出示值相對誤差。
隨著科學技術的快速發展,電子萬能試驗機在社會生產中的套用不斷普及,由於其具有準確度高,功能強大,操作方便等優點,在中小力值測量範圍內逐漸代替了傳統的機械式和液壓式試驗機,深受廣大用戶的歡迎。電子萬能試驗機的結構形式與傳統機械式試驗機不同,電子萬能試驗機的主要結構包括:①主機部分(機架、絲桿、夾具等);②運動控制系統(光電編碼器、交流伺服電機、變頻器等);③測量系統(力感測器、測量放大器、引伸計等);④數據處理系統(計算機、軟體、數據採集器等)。通過計算機控制,電子萬能試驗機可實現對各種材料進行拉伸、壓縮、彎曲和剪下等多項性能試驗,並可對試驗數據進行實時顯示記錄、列印。
1.影響電子萬能試驗機準確度的幾個因素
由於電子萬能試驗機的技術含量高,部分檢定人員對其內部結構不了解,同時,新規程對檢定的標準儀器、檢定的方法等要求也有所提高。因此計量部門在電子萬能試驗機的檢定工作中,應注意以下幾個影響試驗機準確度的因素。
1.1 負荷感測器的影響
感測器是電子萬能試驗機的主要測量部件,其技術指標對試驗機的準確度指標影響很大。電子萬能試驗機中使用的多數是應變式負荷感測器,其技術指標的判定依據有JJG391-1985《負荷感測器》和JJG669-2003《稱重感測器》。其中測力用感測器以JJG391-1985《負荷感測器》為技術依據,衡器用感測器以JJG669-2003《稱重感測器》為技術依據。JJG391《負荷感測器》中給出的技術指標如表1所示。
(1)感測器的準確度
用於感測器出廠檢驗的力標準機主要分為靜重式、槓桿式和疊加式等幾種。其中靜重式力標準機準確度最高,一般可以達到0005%~001%的準確度,可檢定002級~003級的感測器,但由於採用砝碼直接加荷,因此製造價格高,除個別大型感測器廠的靜重式力標準機可達到100kN~200kN外,一般感測器生產廠家的靜重式力標準機多為10kN。多數廠家檢定10kN以上感測器時,採用價格較低的槓桿式或疊加式力標準機,其準確度為003%,因此只能檢定01級的感測器。由於測量手段的限制,10kN以上的國產感測器準確度實際上多數為01級或以下。
試驗機製造廠家選用的感測器級別一般為003級至01級。但部分感測器廠家檢驗能力不夠,卻仍然將01級的感測器標稱為003、或005級,此類感測器用在電子試驗機上,就會對試驗機準確度產生較大影響。其次,由於市場競爭激烈,近幾年試驗機價格大幅下降,製造廠家出於對成本的考慮,會選用級別較低、價格較便宜的01級感測器,並認為使用01級的感測器製造1級的試驗機綽綽有餘,這也對試驗機準確度產生影響。同時,由於檢定規程中採用的是滿量程相對誤差,因此轉換為相對誤差時感測器的準確度更低。
(2)感測器的穩定性
影響負荷感測器性能的指標包括:重複性(%FS)、直線度(%FS)、滯後(%FS)、長期穩定性(%FS/月)、蠕變/蠕變恢復(%FS)、輸出溫度影響(%FS/10K)等。其中“重複性、直線度、滯後”合稱綜合誤差,為主要技術指標。由於電子試驗機在計算機數據處理軟體方面,具有內部校準和非線性修正程式,可以對感測器的非線性誤差進行修正,使試驗機在標定後的示值誤差數據非常好,可以在±02%~±03%以內,但試驗機製造廠家往往只關注綜合誤差指標,而容易忽視其他幾個技術指標,造成試驗機的長期穩定性不理想。
其中,輸出溫度影響是感測器的一個重要指標,以003級感測器為例,其輸出溫度影響允差為±003%FS/10K,即溫度每變化10℃,感測器信號輸出會產生±003%FS的變化,即在10%量程時有可能產生±03%的變化。同樣,003級感測器的長期穩定性為±006%FS/月,即在10%量程時有可能產生±06%的變化。這些誤差是無法通過軟體程式進行修正的。在實際檢定工作中,檢定人員會發現,一些電子試驗機在標定後數據值非常好,但過一段時間就會出現較大的誤差,這往往就是由於感測器不穩定造成的。
(3)感測器使用下限的問題
由於現在的A/D轉換技術發展迅速,20位、甚至24位的轉換模組都已開始普及套用,對感測器輸出電信號的測量已經比較準確,因此試驗機生產廠家也不斷擴展試驗機的測量下限,從原來的10%擴展到現在的1%,甚至05%都有,但這只是考慮了A/D轉換的因素,並沒有考慮感測器的因素。從負荷感測器的檢定規程可以看出,負荷感測器的檢定點是從10%~20%開始,其技術指標也是以此為依據確定的,在感測器1%的量程下使用,各種因素對感測器的影響是不確定的,感測器的零點漂移和零點溫度影響等指標會對測量誤差產生較大的影響。例如,003級感測器的零點漂移為0015%FS,在1%量程下,其漂移量就為15%,遠超出試驗機的允差,並且無法用軟體程式修正。
同時,由於許多電子試驗機具有零位自動跟蹤功能,零點輸出值在一定範圍內變化時,程式會將其自動置零,我們平時看到試驗機的零點值十分穩定就是這個原因,但這就令我們沒法知道真正的零點漂移誤差。
1.2 標準測力儀偏載的影響
許多電子試驗機的下壓板有自動調心機構,而由於標準測力儀上壓頭一般也都有自動調心機構,在檢定壓向力時,如果下壓板沒有放置水平,就有可能使標準測力儀產生平行傾斜,試驗機的壓力不能垂直地加到標準測力儀上,假如標準測力儀產生3°的傾斜,則所受的實際力值為F.cos3°≈09986F,即會產生014%的誤差,如果被檢試驗機等級是05級的話,就會對結果有較大的影響。因此,在檢定05級試驗機時,是不應該同時使用兩個自動調心機構的。
1.3 檢定方向的影響
電子萬能試驗機的力值檢定分拉向和壓向兩部分,部分檢定人員認為試驗機的拉、壓向示值誤差數據是相同的,而且由於檢定拉向示值需要連線反向器,或者使用拉向感測器,特別在檢定力值較大的試驗機時,連線裝置比較複雜,從而會忽略拉向力值的檢定。實際上,感測器的在不同方向受力時的信號輸出值是不一樣的,因此,對於電子萬能試驗機必須分別檢定拉向和壓向的力值誤差。
1.4 引伸計的檢定
引伸計是電子萬能試驗機的一個位移測量裝置,引伸計結合試驗機的力值檢測用於測量材料的變形、應變、彈性摸量等參數。但由於引伸計是屬於幾何量的測量儀器,從事力學工作檢定人員對引伸計的結構原理和檢定方法不夠熟悉,也會忽視了引伸計的檢定。而部分用戶不了解引伸計是否需要單獨檢定,也會造成漏檢,最終影響試驗機的測量結果。因此,最新修訂的JJG475-2008《電子萬能試驗機》和JJG157-2008《非金屬拉力、壓力和萬能試驗機》檢定規程中,都將引伸計示值誤差規定為首次檢定和後續檢定的必檢項目。
2 總結
總之,電子萬能試驗機是結合機械、電子和感測器技術於一體的精密測量儀器,因此計量檢定人員應該對其原理和結構有一定的了解,知道影響試驗機準確度的主要因素,並在檢定工作中儘量避免這些因素對檢定結果的影響。
操作規程
⒈使總開關接通電源。
⒉根據試樣,選用測量範圍,在擺桿上掛上或取下擺鉈並調整緩衝閥手柄,對準標線。
⒊根據試樣形狀及尺寸把相應的夾頭裝入上下鉗口座內。
⒋在描繪器的轉筒上,卷壓好記錄紙(方格紙),此項只是需要時才進行。
⒌開動油泵電動機,擰開送油閥使試台上升紙10毫米,然後關閉油閥,如果試台已在升起位置時則不必先開油泵送油,僅將送油閥關好即可。
⒍將試樣一端夾於上鉗口中。
⒎開動油泵調整指針對準度盤零點。
⒏開動下鉗口電動機,將下鉗口升降到適當高度,將試樣另一端夾在下鉗口中,須注意使試樣垂直。
⒐將推桿上的描繪筆放下進入描繪準備狀態(需描繪時才進行)。
⒑按試驗要求的加荷速度,緩慢地擰開送油閥進行加荷試驗。
⒒試樣斷裂後關閉油閥,並停止油泵電動機。
⒓記錄需要數值並將描繪。
⒔打開回油閥,卸荷後被動針撥回零點。
⒕取下斷裂後的試樣。
⒖壓縮及彎曲等試驗可參照上述各項進行操作。
設備保養
⒈安裝
試驗機安裝在清潔乾燥而且溫度均勻的房屋內同時應考慮到在機器上作較長的長梁彎曲試驗的可能性以及使用鏡式延伸計進行試驗的可能性,所以在試驗機的周圍應留出足夠的空餘面積。
試驗機主體及測力計安裝時不需要特殊地基,只按地基圖作好一般地基並留出地腳螺絲孔澆固即可。
找試驗機主體水平,可將水平儀放在油缸的外圓上按機座縱橫兩個位置及水平方向找好水平,用精度在0.10/1000毫米的水平儀找到±1格,不平時在底座下面加墊鐵來調整。
測力計頂上有兩個孔以備再安裝時穿鋼絲繩用。
測力計的水平很重要,找水平時使擺桿左側面與標準線板的刻線對齊,使其不動,然後用彎尺靠在擺桿上部的大面上以0.1/1000毫米的水平儀放在彎尺上找到±2格。不對時在底座下面加墊鐵,並須是擺鉈與不掛擺鉈是指針均須對正零點不動。
將測力計後上方鐵門打開檢查小線錘的線是否繞在指針同軸小齒輪的溝槽中,系線繩的長度應適當,不能太長或太短,其限度為最長不能碰到撤離記得橫隔板上,最短為小齒輪鏇轉一周時效錘不會碰到小齒輪。
⒉接管
在安裝主體與測力計相通的油管時,應首先將油管用柴油洗淨,不使任何雜質留在管內,以保證油路中的清潔。
應注意接頭墊圈是否完整,如不完整時應取用本機器附帶的新墊圈裝好以防高壓時滲油。
⒊油的規格選用介紹
在液壓傳動中應採用優質的中等粘度礦物油。油內要不含水、酸及其他混合物,在普通溫度下應不分解、不變稠,並在灌入機器以前,油液必須經過過濾。由於用油不當,會使閥門和油路發生堵塞以及機器有可能產生振動,這些都會影響試驗機的正常運轉。油的參考規格:
比重:0.86—0.97
凝固點:-15℃到-20℃
根據實際情況也可採用國產30—50號機油
⒊灌油及放油
揭開測力計左側鐵門,可以看到鋼絲網濾油器,灌油時就通過此濾油器注入油箱內,一次灌入的油量約28公升,以油箱外面上邊裝設之油位指示器為準,所用之油類規格可參看油的規格選用介紹。
開始使用試驗機之前,必須將從油箱到油泵管路中間裝設的活栓打開,活栓的刻線與管子成一直線時,表示油箱與油泵之間的油路暢通,如刻線與管子成正交時,則表示關閉。
放油時打開測力計左側底部之油嘴即可,關於油的使用期限根據各地氣候而決定,如發現油開始混穢不能用時應換新油,欲擦試油箱底部或東西掉入取出時先放淨油,卸下測力計左下方的圓蓋即可,完後須上好。
4.接電
本試驗機的電氣裝置配備在測力計內,設有磁力啟動器可用按鈕操縱,並有小型變壓器,輸入電源為380伏,輸出電壓為6伏,並在測力計正面右上方設有6.3伏小型指示燈一個。
本試驗機出廠接線電源為380伏,磁力啟動器線圈為380伏,從電源引來的電線,經過測力計前罩接到接線板上.全部接線可參看本說明書中附帶之電氣線路,接好電源並打開油箱與油泵的通路獲栓,其他各部檢查完畢後,可開動測力計檯面上的按鈕,試行運轉油泵電動機,觀察飛輪鏇轉方向是否與飛輪箭頭方向一致,如不符合時應調換電源接頭使其一致,再開動下鉗口座升降用電動機,檢查下鉗口座的升降動作是否與按鈕上所示的文字相符,再檢查個超程及超荷電鈕是否合用.
5.潤滑
主體底座上面的壓蓋上設有注油孔,通過該孔注油來潤滑螺母,下鉗口座升降用絲槓的螺紋,根據使用情況應該經常潤滑,以免磨損妨礙轉動.
主體安裝完畢後通過底座上面探油針的座孔,用漏斗向油池內注入機油,注入的油深為30毫米,以探油針測出。
測力計內主軸兩端之滾珠軸承,平時不準設法注油潤滑,以免日久產生油泥妨礙精確機構的靈敏度,如果是使用年限較長必須拆卸內部時可用火油沖洗後放入極少量優質潤滑油,但要足以能防止其鏽蝕,裝好後一標準測力計重新校驗之。
油泵上沒有一個螺絲堵,安裝好後,初用時將它擰開,向油泵內部注入大量機油,以後如內部機油因使用日久不良時,可將油泵下面螺絲堵擰開放出之,重新灌入,如果機器經常使用時大約每月應換一次。
6.油泵的初次運轉及試車
按動測力計檯面上的電鈕即可開動及停止油泵的轉動,當安裝後初次運轉或變動電線接頭,在開動前必須檢查油箱通向油泵通路之活栓是否打開及開動後油泵皮帶輪的鏇轉方向是否按箭頭指示的方向鏇轉。
安裝油泵後的初次運轉,先把油泵頂上的螺絲取下以與油箱內相同的油用油壺對準絲孔灌入,灌滿後再擰緊螺絲,以後如發現內部機油使用日久不良時可將油泵下面螺絲堵擰開放出,再重新灌入清潔的油,如果每天正常使用的話,大約每月抽一次較適當。
當油泵初次運轉時,油泵內部常存在一少部分空氣不能排出或者在某種情況下有空氣被吸入到油泵內,那么油液的輸出便形成斷斷續續,因此荷載的增加也就不規則,指針會產生間歇現象,為了判斷這現象,可以將測力計側面蓋板卸下觀察,由送油閥流回油箱的油如果沒有什麼悸動現象,可以構想油泵是在正常的工作。