微機(jī)控制液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在拉伸實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

拉伸實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)性能測(cè)試中的重要實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的拉伸實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備一般都是液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。隨著電測(cè)電控技術(shù)在試驗(yàn)機(jī)上的廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)上相繼開(kāi)發(fā)了微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和微機(jī)控制液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。微機(jī)控制液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)仍然采用液壓油作為動(dòng)力源，與老式液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)不同之處是采用液壓加荷與微機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及圖形顯示，從而使試驗(yàn)機(jī)功能更完善，操作更便捷，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。另外，微機(jī)液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)與微機(jī)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)比較，其的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力性強(qiáng)，加荷范圍寬。
1試驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理
WAW系列微機(jī)控制液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)主要結(jié)構(gòu)可分為兩大部分：（液壓）加荷系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)。加荷系統(tǒng)通過(guò)油缸活塞把力傳遞給固定在試驗(yàn)臺(tái)下面的負(fù)荷傳感器，由負(fù)荷傳感器把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，從而得出試驗(yàn)結(jié)果。
加荷系統(tǒng)包括主機(jī)和液壓源。主機(jī)主要由機(jī)座（內(nèi)部為主工作油缸）、試臺(tái)、上橫梁、下橫梁、夾持部分、絲杠、光杠等組成，是試驗(yàn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。上下橫梁之間形成拉伸空間，可以實(shí)現(xiàn)試樣拉伸變形；下橫梁和試臺(tái)形成壓縮空間，可以實(shí)現(xiàn)試樣壓縮、彎曲、剪切等變形。因此，該種萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)又被稱(chēng)為雙空間萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。液壓源主要由電機(jī)、油泵、油箱、控制電器等部分組成，是試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力供給機(jī)構(gòu)。打開(kāi)油泵控制開(kāi)關(guān)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)伺服閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)活塞的上升和下降。
測(cè)量系統(tǒng)由工控機(jī)和計(jì)算機(jī)組成，它主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理。工控機(jī)的工作原理如下圖：
計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口與工控機(jī)相聯(lián)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)工控機(jī)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如傳感器示值顯示、試驗(yàn)曲線顯示、試驗(yàn)結(jié)果處理及試驗(yàn)報(bào)告打印等。
2 試驗(yàn)機(jī)在拉伸實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
微機(jī)液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是一種先進(jìn)的材料試驗(yàn)機(jī)，利用它在拉伸實(shí)驗(yàn)中測(cè)試金屬材料的力學(xué)性能，可以測(cè)試的性能指標(biāo)有：上屈服強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、力、抗拉強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、彈性模量、斷后伸長(zhǎng)率。其中規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、彈性模量需通過(guò)安裝電子引伸計(jì)測(cè)得。下面介紹一下應(yīng)用微機(jī)液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在拉伸實(shí)驗(yàn)中測(cè)試金屬材料性能的主要步驟：
（1）選用及裝卡夾塊；
（2）順序開(kāi)機(jī)：顯示器→打印機(jī)→計(jì)算機(jī)→工控機(jī)→啟動(dòng)試驗(yàn)軟件→液壓源；
（3）進(jìn)入試驗(yàn)窗口，選擇試驗(yàn)方案；測(cè)量試樣尺寸，輸入相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)；
（4）裝卡試樣；
（5）安裝引伸計(jì)，以備測(cè)彈性模量和規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度；
（6）傳感器示值清零，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到加荷檔，點(diǎn)擊試驗(yàn)窗口的“運(yùn)行”按鈕，進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)；
（7）直到試樣拉斷，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
（8）取下試樣，再把開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到快退檔，使活塞退回到底；
（9）如果需要的話，可以輸出打印試驗(yàn)報(bào)告單；
（10）關(guān)機(jī)：液壓源→退出試驗(yàn)軟件→工控機(jī)→計(jì)算機(jī)→顯示器→打印機(jī)。
從以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以看出，利用微機(jī)液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的力學(xué)性能操作簡(jiǎn)捷方便，自動(dòng)化程度高。由于該試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)本身能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，因此省去了數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計(jì)算的過(guò)程，也避免了很多人為誤差，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。例如，測(cè)定低碳鋼的彈性模量，只要安裝了引伸計(jì)，按規(guī)定步驟運(yùn)行試驗(yàn)，就可以在試驗(yàn)結(jié)果中直接讀值。而傳統(tǒng)的液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定彈性模量要采用等量逐級(jí)加載方法邊加載邊記錄，還要計(jì)算，既麻煩又存在人為誤差。同樣，利用微機(jī)液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定金屬拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，也具有老式液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，即可以直接讀取指標(biāo)數(shù)據(jù)，不必讀表、記錄、計(jì)算。

3操作要點(diǎn)說(shuō)明
（1）關(guān)于夾塊的選用及裝卡：圓試樣選擇V型夾塊，扁試樣選擇平夾塊。當(dāng)試樣尺寸在夾塊的臨界尺寸時(shí)，盡量選用尺寸較小的一種。如WAW的V型夾塊有Φ13-Φ26，Φ26-Φ40，如果試樣尺寸為Φ26，則應(yīng)盡量選擇Φ13-Φ26的夾塊。
裝夾塊時(shí)，油泵電機(jī)切勿啟動(dòng)，并讓機(jī)器處于斷電狀態(tài)。將夾塊推入襯板的燕尾槽內(nèi)，夾塊有倒角的一面順著試樣受力的方向。鎖緊襯板兩側(cè)的小擋板，防止夾塊偏離。
（2）關(guān)于開(kāi)機(jī)順序：當(dāng)試驗(yàn)軟件完全啟動(dòng)，進(jìn)入聯(lián)機(jī)狀態(tài)后，機(jī)器才能運(yùn)行（油泵才能啟動(dòng)）。所以在進(jìn)行試機(jī)前，測(cè)量系統(tǒng)必須先啟動(dòng)，開(kāi)機(jī)順序?yàn)椋猴@示器→打印機(jī)→計(jì)算機(jī)→工控機(jī)→啟動(dòng)試驗(yàn)軟件→液壓源。
（3）關(guān)于試樣的裝卡：試樣夾緊，圓試樣夾在V型夾塊的中間，扁試樣須垂直于夾塊，不能傾斜。夾持部分要足夠長(zhǎng)，少要為夾塊長(zhǎng)度的3/4。上下夾頭夾緊時(shí)，嚴(yán)禁升降橫梁。
（4）關(guān)于力值清零：在軟件主界面上有傳感器欄，用來(lái)顯示采樣的數(shù)據(jù)，能顯示4種傳感器的值，即試驗(yàn)力、位移、引伸計(jì)、峰值力。一般在夾緊試件、裝夾引伸計(jì)之后，要將各傳感器清零才能開(kāi)始運(yùn)行試驗(yàn)。但是力傳感器的清零比較特殊，先是將拉伸夾具上夾頭夾緊，然后調(diào)整下橫梁到適當(dāng)?shù)奈恢?，把力值清零，再夾緊下夾頭。
（5）關(guān)于開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換：液壓源面板上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用來(lái)控制油路的轉(zhuǎn)換。試驗(yàn)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)將開(kāi)關(guān)打到“加荷”檔；試驗(yàn)結(jié)束后，必須先取下試樣，再把開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到“快退”檔，使活塞退回到底。如果先把活塞下降會(huì)使斷裂的試樣互相抵住，破壞鉗口。
（6）關(guān)于引伸計(jì)：微機(jī)控制液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)還有一個(gè)重要的附件，即電子引伸計(jì)。電子引伸計(jì)是感受試件變形的傳感器，主要用于試樣變形較小的試驗(yàn)，如測(cè)定材料彈性模量和規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度。如果不需要測(cè)定這兩個(gè)性能指標(biāo)，則不必安裝引伸計(jì)。
在裝夾電子引伸計(jì)時(shí)，將電子引伸計(jì)輕輕拿起，把標(biāo)距桿墊片卡在力臂與標(biāo)距桿之間，壓緊兩力臂，使兩刀刃垂直接觸試樣，用彈簧或橡皮筋將引伸計(jì)綁在試樣上，裝好后取出標(biāo)距桿墊片，使力臂與標(biāo)距桿之間保持0.5mm的間隙。另外，要保護(hù)好電子引伸計(jì)，不要摔碰，刃口保持鋒利，標(biāo)距桿兩端的螺釘不要取下，以防兩臂開(kāi)度無(wú)限制張開(kāi)，造成應(yīng)變片及彈簧片變形，造成電子引伸計(jì)損壞。
試驗(yàn)中途，當(dāng)變形達(dá)到試驗(yàn)方案設(shè)置的引伸計(jì)切換點(diǎn)時(shí)，即當(dāng)材料達(dá)到屈服極限時(shí)，應(yīng)迅速取下引伸計(jì)（此時(shí)程序有提示窗口）。
微機(jī)控制液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)不僅可以做拉伸實(shí)驗(yàn)，還可以實(shí)現(xiàn)壓縮、彎曲、剪切等實(shí)驗(yàn)。拉伸實(shí)驗(yàn)是基本實(shí)驗(yàn)，因此，這里我們以拉伸實(shí)驗(yàn)為主，介紹了微機(jī)控制液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用。