隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和自動(dòng)化水平的不斷提高，對材
料機械性能實(shí)驗的要求越來(lái)越高，特別是在實(shí)驗的精度，
實(shí)時(shí)顯示，以及數據處理等方面都有了更高的要求，智能
化要求己成為主注趨勢，出現了“機—電—液”三者相結
合的新型實(shí)驗設備。但受到新型材料拉伸試驗機的價(jià)格
因素的影響，部分企事業(yè)單位和大專(zhuān)院校還不能及時(shí)更
新為較為先進(jìn)的材料拉伸試驗機，特別是一些小型企業(yè)，
仍然在使用老式的液壓材料試驗機。此類(lèi)試驗機雖
然有些落后，體積也比較龐大，但其操作方便，油壓系統
耐用，使用壽命較長(cháng)。這就使許多試驗機使用者希望在原
設備基礎上進(jìn)行升級改造，可以大大節約投資成本，在測
試精度方面也能得到滿(mǎn)足，同時(shí)也讓參與改造者提高自
身的技術(shù)水平。 目前試驗機存在的主要問(wèn)題
（1）測量精度低。該系統通過(guò)油泵輸出油液進(jìn)入工作
油缸對試樣施加載荷，同時(shí)進(jìn)入測力油缸，帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)擺
錘，用推桿推動(dòng)測力讀盤(pán)指針，由讀數盤(pán)指針讀取數據。
由于中間均為機械傳遞，因此有相當的誤差；另外讀數盤(pán)
Z小精度為格，且由人工讀取數據，導致測量精度低。
（2）無(wú)法定量控制加載速率。試樣加載速率控制是操
作者按經(jīng)驗調節節流閥的開(kāi)度，從而控制進(jìn)入工作油缸
的進(jìn)油量來(lái)實(shí)現，這種控制方式與操作者的經(jīng)驗有關(guān)，無(wú)
法實(shí)現定量控制。
（3）缺乏實(shí)時(shí)性，曲線(xiàn)繪制單一。目前試驗機只能粗
略繪制“載荷———變形”曲線(xiàn)，不能定量實(shí)時(shí)測出各時(shí)刻
應力和應變數值，也無(wú)法直接得到“應力———應變曲線(xiàn)”。
（4）自動(dòng)化程度差，效率低。試驗數據處理手段大部
分仍需要靠人工，實(shí)驗報告也需要手工完成，既費時(shí)又費
力。[1]
隨著(zhù)科技的進(jìn)步，人們需要現代化的測試手段，對設
備的功能要求越來(lái)越高，希望能減輕勞動(dòng)力，顯然液壓萬(wàn)
能材料試驗機與現代機電液一體化設備的發(fā)展趨勢已不
相適應，它的測試手段已遠遠跟不上現代測試技術(shù)要求，
測試結果的度也得不到保證，必須自動(dòng)化升級改造。
2 改造方案比較及選用
試驗機的改造方案很多，每種方案有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，
常用的改造方案如下。
（1）應用單片機系統改造液壓材料試驗機，其主
要優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、體積小、成本低，便于實(shí)現嵌入系統。
但電路系統復雜，系統的穩定性不高，數據的處理速度
慢，無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)控制。目前試驗機領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題是加
載時(shí)必須保持恒定的應力速率或恒定的應變速率，采用
這種方法顯然是達不到這種效果。
（2）采用由速度控制器控制電機，從而控制壓力施加
負荷，并具有速度電流反饋，是一種傳統的控制方式。比
如采用位置式控制器計算步進(jìn)電機驅動(dòng)步數，以獲得良
好的應力速率、應變速率、位移速率控制以及定荷、定應
變、定位移控制試驗結果。但液壓材料試驗機是一種
典型的非線(xiàn)性時(shí)變系統，難以建立的數學(xué)模型，運用
常規控制器很難達到理想的控制效果。在實(shí)際現場(chǎng)中，由
于受到參數整定方法繁雜的困擾，應用常規控制器往往
整定不良，性能欠佳，對運行工況的適應性差。
（3）采用微機和傳感器技術(shù)對舊式的材料試驗機及監
測等設備進(jìn)行技術(shù)改造，在應力應變速率控制問(wèn)題上采用
電液比例閥或電液伺服閥實(shí)現高精度控制，測量控制系統
采用計算機卡式設計，采用光電隔離集成電路。具有抗干
擾能力強，質(zhì)量可靠，穩定性高等優(yōu)點(diǎn)，而且點(diǎn)擊鼠標即可
完成，使用方便。還可以繪制多種試驗曲線(xiàn)，具有曲線(xiàn)數據
存儲及曲線(xiàn)放大功能，適合試驗機向著(zhù)高自動(dòng)化水平，操
作簡(jiǎn)便，可靠性高，穩定性好方向發(fā)展的要求。
選擇何種改造方案，要結合具體的實(shí)際情況，選擇Z
佳的改造方案，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。綜合考慮，我們選用
第三種方案，即在液壓試驗機上安裝負荷、變形和位
移傳感器，增加電液閥控制加載速度，使設備由原來(lái)傳統
的機械式負荷測量系統升級為較先進(jìn)的電子測力、測變
形系統
摘要：液壓式材料試驗機雖然價(jià)格便宜，經(jīng)久耐用，但存在著(zhù)精度低、加載速度無(wú)法控制、自動(dòng)
化程度低。因此需要對液壓材料試驗機進(jìn)行自動(dòng)化改造，通過(guò)加裝相關(guān)傳感器、電液比例閥，通過(guò)計算機控
制實(shí)現了拉伸試驗的自動(dòng)化改造。
3 機械部分和硬件組成
該系統的改造除保留了原有的手動(dòng)加載部分，另增加
了一條支路，用電液比例閥來(lái)控制試驗機的加載速率。這
樣既可以手動(dòng)操作又可以選擇自動(dòng)化控制。在進(jìn)油管處
增加高精度壓力傳感器，用來(lái)檢測系統的壓力并且用了
位移測量系統及計算機采集處理等技術(shù)，實(shí)現數據的自
動(dòng)采集、分析和處理。在數據采集上，采集速度快、測量精
度高；在數據分析上，考慮得更加周全；在數據處理上，具
有智能交互、圖文并茂的特點(diǎn)，能以數值顯示、圖表、曲線(xiàn)
等多種方式表現實(shí)驗數據，并可根據教學(xué)要求對實(shí)驗數
據進(jìn)行各種分析與處理。讓試驗機在信號檢測、數據處理
方面更接近現代試驗機發(fā)展水平，適應目前國內外的試
驗機發(fā)展面向智能化、準確化，操作簡(jiǎn)便，穩定可靠發(fā)展
的趨勢[5]。
因此，升級改造后的液壓式試驗機由以下幾大部
分構成。
（1）主機部分。主要由油缸、工作活塞、底座、工作臺、
立柱、上下移動(dòng)橫梁、試樣夾持以及活動(dòng)橫梁等組成，主
要功能是由試樣夾持機構夾緊和固定試樣，對試樣進(jìn)行
加載。
（2）液壓控制部分。主要由油箱、高壓油泵、送油閥、
回油閥、電液比例閥、截止閥、測力油缸活塞、主機的工作
油缸、工作活塞等組成，主要功能是控制試件的夾緊及試
件的加載。
（3）檢測部分。主要由負荷傳感器（壓力傳感器）、電
子引伸計、光電編碼器（位移傳感器）等組成，主要功能是
檢測試驗對象所受的試驗力、變形及橫梁運動(dòng)的位移。
（4）數據采集處理和控制部分。主要由數據采集、處
理、控制電路、計算機軟硬件系統、打印機、手動(dòng)控制器件
等組成，主要功能是完成整個(gè)系統的控制、各種參數的設
置、顯示、試驗過(guò)程及試驗結果的記錄、試驗數據的處理、
存儲、試驗結果的輸出等功能。
（5）電氣部分。其基本組成有各類(lèi)繼電器、交流接觸
器、開(kāi)關(guān)按鈕等，主要功能是油泵電機的開(kāi)關(guān)，控制橫梁
升降機構的動(dòng)作以及各種限位、過(guò)載保護等。
（6）附件。主要由拉伸、壓縮試驗夾具、彎曲試驗附件
及其他特殊試驗附件（各種嵌口、夾頭）等組成。其基本功
能是通過(guò)更換夾具，完成各種特定的試驗。
相關(guān)機械部分及硬件聯(lián)接如圖2 所示。
4 控制軟件的結構設計
軟件性能的好壞直接影響到操作的簡(jiǎn)便性和數據的
可靠性等，甚至影響到能否成功改造。本改造系統的配套
軟件主要結構功能如圖3 所示，該測試軟件主要由數據
采集、圖形輸出、數據輸出、報告打印、比例控制（伺服控
制）等五個(gè)模塊組成。
數據采集模塊的主要功能是設置初始化參數，如采集
時(shí)間間隔、采集總時(shí)間等，還包括傳感器調零、標定等；圖
形輸出模塊是指在采集過(guò)程中，根據采集數據所繪出的
圖形輸出到屏幕上，或者事后把處理的數據圖形從打印
機輸出；數據輸出模塊主要是把材料性能的關(guān)鍵點(diǎn)數據
和所采集的數據中的某一時(shí)間段內的數據從打印機上打
印出來(lái)，或者手工修改、增減某些數據并存盤(pán)；報告打印
模塊是指實(shí)驗做好以后，把材料的關(guān)鍵性能數據、原始圖
形以固定格式的實(shí)驗報告形式打印輸出；比例伺服控制
模塊主要是對比例壓力流量復合閥進(jìn)行控制，包括對D/A
卡的初始化、設置等[6]。
5 改造后的功能及結論
（1）采用先進(jìn)的數字比例壓力流量復合閥作為控制元
件，實(shí)現了加載力值和加載速度的微機自動(dòng)控制。具有加
載力值可控、低速大負荷測試效果好、測試性能穩定可靠
的特點(diǎn)。
（2）計算機屏幕顯示數據，包括變形、加載速率、變形
速率，材料特性點(diǎn)（上下屈服點(diǎn)、Z大點(diǎn)、斷裂點(diǎn)）、彈性模
量、斷面收縮率等，實(shí)驗結果可以整理成報表，方便直觀(guān)，
實(shí)時(shí)性好。
（3）支持打印機及繪圖儀對實(shí)驗結果的打印和實(shí)驗曲
線(xiàn)的繪制，屏幕所見(jiàn)即報表所得；可進(jìn)行成批實(shí)驗報告及
檢驗報告的打印和存儲，*性的保留實(shí)驗報告。[7]
（4）改造中保留原有的手動(dòng)加載部分，這樣既可手動(dòng)
操作又可以自動(dòng)控制，方便靈活，有利于教學(xué)。
試驗機改造的成功與否，關(guān)鍵是看Z終的測試數據精
度是否達到要求，試驗曲線(xiàn)繪制是否準確。改造后經(jīng)過(guò)具
體的數據和曲線(xiàn)圖驗證，說(shuō)明了改造是成功的，無(wú)論是從
測試精度還是測試手段來(lái)看，都比以往更加準確可靠.
上海衡翼精密儀器有限公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)力學(xué)方面檢測的，可登陸：.
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