郗广照， 李朝晖

（山西省运城市平陆县环境保护局， 山西 平陆 044300）

线材产品检验是线材生产中的重要环节，分为表面质量检验和内部质量检验两个方面。表面质量检验包括尺寸检验和表面质量瑕疵检验，内部质量检验包括金相组织检验和力学性能检验。在两种检验中，内部质量检验更为关键，这直接关系到产品的使用性能，其中力学性能尤为重要，一方面可以直接了解产品性能，减少质量争议，另一方面可以用数据指导车间生产，使生产车间及时调整工艺，减少不合格品的产生，因此力学性能检验的准确性和及时性就非常重要。

澳森公司之前的线材力学性能检验存在检验周期长和复检率高的问题，检验周期长则意味着反馈不及时，当检验出力学性能存在问题时，车间里已经生产了大量不合格品，复检率高说明检验准确率低，这更容易造成不合格品流向市场。为了解决这两个问题，澳森公司引进了微机控制的电液伺服万能试验机。

1 万能试验机的优点

试验空间合理，安装调整方便；采用高精度负荷传感器和高精度光电编码器测活塞位移，准确度高；试验方案简单灵活，易得到理想的试验结果；选用优质液压元件，确保系统长期、稳定运行；具有超载、限位、超温、超电压等多种保护功能，安全可靠；负荷全程不分档，性能更为优越。

2 试验机的工作原理

电液伺服万能试验机是机电一体化产品，主要由机械部分、液压动力单元、测控系统、计算机数据处理系统、试验结果输出等部分组成。

2.1 机械部分

机械部分主要由主机、试样夹持装置、防护装置、温度控制装置等部分组成。

主机是试验机的基础，包括一些基础结构件、传动部分、液压执行元件。基础结构件包括底座、主油缸、试台、上下横梁、光杠等。传动部分用于调整试验空间，包括丝杠螺母副、链条传动部分、减速机等。液压执行元件包括主油缸和小活塞组件，主油缸是试验力的来源，小活塞组件提供拉伸试验时的初始夹紧功能。

主机的工作原理是：底座的两侧孔内分别装两根丝杠，丝杠可在底座内转动，但不能轴向移动，传动螺母固定在下横梁上，底座上装有减速机，减速机通过链轮驱动丝杠转动，进而使下横梁上下移动，目的是调整试验空间。底座中央的孔内装有主油缸组件，活塞上端固定负荷传感器，负荷传感器上端安装试台，试台的4个角上装有4根光杠，光杠的顶端支撑着横梁。

如下页图1、图2所示，下横梁和底座组成一个框架。试台、光杠、上横梁组成另一个框架。在试台与下横梁之间装压缩夹具。在上下横梁上装拉伸夹具，拉伸夹具的原理是两个对称斜面构成楔形夹紧，小活塞组件提供初始夹紧力。主油缸注入高压油时，通过负荷传感器驱动试台、光杠、上横梁组成的框架向上运动。无论是拉伸试验还是压缩试验，两个框架通过试样传递作用力，此作用力即是试验力，此力也相等地作用在负荷传感器上，负荷传感器变形产生电信号并把电信号输入到测控系统。试台和底座之间还装有位移传感器，测量主油缸的位移量，位移传感器产生的电信号也输入到测控系统。为了提高测量的准确度，增加下横梁传动的平稳性和减小丝杠螺母副的间隙。主油缸活塞与负荷传感器之间还有球头支承结构，减小夹持偏心的影响。

图1 主机结构示意图

图2 主机模型示意图

2.2 试验工装夹具

试验工装夹具包括压缩夹具、拉伸夹具、弯曲夹具、剪切夹具、螺纹拉伸夹具及特殊试样的试验夹具等。其中压缩夹具和拉伸夹具属标准配置。

2.2.1 拉伸夹具

拉伸夹具和压缩夹具出厂时已装配好，拉伸夹具仅需根据试样的尺寸更换拉伸夹块即可。

2.2.2 弯曲夹具

弯曲夹具和剪切夹具分别如图3所示。使用时需拆去压缩夹具的部分零件，安装在试台和下横梁之间。

其工作原理：将压辊座固定在下横梁上装上压辊，弯曲试台置于试台上，按图组装好弯曲支座、拉杆等零件后，调整好压辊的轴线与使其试样的轴线垂直，启动油源，控制油缸上升，压辊和试样产生相对运动，试样受力后弯曲变形。

图3 弯曲夹具示意图

2.3 液压动力单元

液压动力单元由泵组、阀组及相关的液压附件组成。它为主机的执行元件（油缸）提供驱动动力（压力油），控制执行元件的动作。

该系列液压动力单元的一些基本参数如下：额定工作压力为25 MPa，额定流量3.5 L/min，电机功率1.5 kW，用于最大试验力为300 kN及以下的试验机；额定工作压力为25 MPa，额定流量5 L/min，电机功率2.2 kW，用于最大试验力为＞300～1 000 kN的试验机；额定工作压力为25 MPa，额定流量7.5 L/min，电机功率4 kW，用于最大试验力为＞1 000～2 000 kN的试验机；额定工作压力为25 MPa，额定流量10 L/min，电机功率5.5 kW，用于最大试验力为3 000 kN的试验机。油箱容积为75 L（3 000 kN试验机油箱容积为100 L）。净重为400 kg（3 000 kN试验机液压动力源净重500 kg）。外廓尺寸为1 350 mm×600 mm×900 mm。

2.4 测控系统

测控系统是指对力、位移、变形等信号的测量和控制，对油缸、伺服阀等执行元件的控制。主要元件是DSCC-5000多通道电液伺服闭环控制系统、配电柜、手动操作盒、操作按钮板等。负荷传感器、位移传感器、引伸计是测控系统信号输入的源头。

2.5 多通道电液伺服闭环控制系统

模拟通道有效测量分辨力高达1/300 000标称值，即300 000码测量分辨力。

多通道电液伺服闭环控制系统的特点：DSC硬件平台及程序；8路24位高精度A/D数据采集系统，3路光电编码数字信号采集系统；RS232通讯，通讯速率为12 Mb/s，采用全速模式，批量传输方式；采用自适应PID控制算法，实现负荷、位移、变形平滑切换。

2.6 操作盒按钮

操作盒控制按钮盒主要用来控制下横梁的位置，调整试验空间，控制上下横梁上的小油缸，实现试样的夹紧和松开。

下横梁升、降：控制下横梁的上升和下降，调整拉伸或压缩空间。设计为点动控制方式。

夹头夹紧、松开：控制上下横梁上的夹紧油缸，对试样“夹紧”和“松开”控制。

3 万能试验机的使用方法

力学性能试验中主要使用万能试验机的拉伸试验和弯曲试验，下面简要介绍其使用方法和操作步骤。

3.1 拉伸试验

拉伸试验是试验机最基本的功能。在拉伸试验前应根据试样的规选择合适的夹块。每一种夹块上都做有夹持范围的标。使用时必须根据试样的厚度（板材）或直径（棒材）选择四块标记相同的夹块。

3.1.1 夹块的安装

将夹块推入衬板的燕尾槽内，夹块齿部有倒角的一面顺着试样受力的方向；锁紧衬板两侧的小挡板，防止夹块偏离；平夹块上应装上板试样定位块，并根据试样的宽带调整好板试样定位块的位置。

安装或更换夹块的注意事项：更换夹块的过程中油泵应关闭。选用夹块注意点：当试样尺寸在夹块的临界尺寸时，尽量选用尺寸较小的一种。

装夹试样：启动油泵电机；试样夹紧，圆试样夹在V型夹块的中间，扁试样须处于竖直状态，不能倾斜，试样的中心线和加载中心线重合。

3.1.2 拉伸试验步骤

1）按“显示器→计算机→DSCC多通道电液伺服闭环控制系统→启动试验软件→液压动力单元”的顺序开启试验机。DSCC多通道电液伺服闭环控制系统启动3 min后，再启动试验软件，重新打开DSCC多通道电液伺服闭环控制系统后，应重新启动试验软件，每班初次启动液压动力单元，应预热约15 min，然后检查一下油缸和横梁的动作，冬季气温较低时预热时间应超过15 min。

2）根据试样的长度调整下横梁的位置。

3）按照要求安装夹块试样。

4）点击试验界面中“运行”按钮左边的按钮，开始试验。

5）试验结束，自动保存试验数据。

6）试样拆卸：握住试样的上半段，按操作盒上“上松/Upper realease”下的按钮、取下试样。再握住试样的下半段，按操作盒“下松/Lower realease”按钮，取下试样。

7）切换转换开关至“快退”档，活塞复位后，再切换至“加荷”档。

8）重复 2）—7）步骤，可进行下次试验。

3.2 弯曲试验

弯曲试验时只需把压缩夹具取下（平压板过渡板不拆），换上弯曲试验装置。

3.2.1 弯曲夹具安装和调整

1）拆下压缩夹具的平面压板，球面压板，球面压座。

2）将上定位销拧入压辊座，用扳手拧紧。然后将上定位销装入平压板过渡板的孔内，用紧定螺钉顶紧，（300 kN及以下产品无过渡板，压辊座直接安装在下横梁底部），根据试验标准或用户要求在压辊座上装好压辊，并用挡板或拉板固定。

3）将下定位销拧入弯曲试台底部，用扳手拧紧。然后将弯曲试台固定在试台上，定位销与试台中央的孔配合。

4）把两个弯曲支座下端装入导向平键，然后放在弯曲试台上，导向平键与弯曲试台上的T型槽上端配合（300 kN及300 kN以下产品无弯曲试台，弯曲支座直接安装在设备试台上）。

5）分别从弯曲试台（或试台）的两端装入T型槽螺钉。

6）把两根拉杆分别穿入弯曲支座的两耳环孔内，拉杆两端旋上螺母（暂不旋紧）。

7）根据试验标准或用户要求调整两个弯曲支座在弯曲试台上的位置，使两弯曲支座的压辊相对于弯曲试台中央的孔对称，且跨距与试验标准或要求相符。

8）锁紧弯曲支座上T型螺钉的螺母，将弯曲支座压紧在弯曲试台上，紧固两拉杆两端的螺母。

9）转动弯曲支座，方便其做试验。在弯曲支座内放入支辊，两端装上挡板。

10）松开平压板过渡板上的紧定螺钉，转动压头座的方向，使压辊轴线与弯曲支座上的支辊相互平行，然后用顶丝把压辊座锁紧。

3.2.2 弯曲试验步骤

1）按“显示器→计算机→DSCC多通道电液伺服闭环控制系统→启动试验软件→液压源”的顺序开启试验机。

2）把试样放在两支辊上，根据试样的厚度调整下横梁的位置，使试样距离压辊（弯芯）15 mm左右。

3）点击试验界面中“运行”按钮左边的按钮，开始试验。

4）试验结束，自动保存试验数据。

5）切换转换开关至“快退”档，试台下降后，取下试样，再将转换开关切换至“加荷”档。

注意事项：对相同的试样，重复2）—5）步骤，进行下次试验；试验前须锁紧压紧弯曲支座用T型螺钉上的螺母，锁紧拉杆两端的螺母；压辊不可压在弯曲试台上；下横梁调整弯曲空间时必须高度注意试样和压辊的距离，禁止通过下横梁下降使试样受力。

4 结语

通过采用万能试验机，缩短了力学性能试验的试验周期，同时也提高了精确度，有效地促进了生产，提高了质量管理水平。