電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

1、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)一、材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的材料試驗(yàn)機(jī)根據(jù)加載方式和控制方式的不同， 主要有三代產(chǎn)品：機(jī)械式、液壓式和電子式。機(jī)械式材料試驗(yàn)機(jī)的生 產(chǎn)，目前基本處于停滯狀態(tài)；產(chǎn)生于十九世紀(jì)初的液壓式萬(wàn)能材料試 驗(yàn)機(jī)承受負(fù)載的能力大,而且采用液壓加載時(shí)加載平穩(wěn),無(wú)沖擊現(xiàn)象。 上世紀(jì)七十年代初期，電一液伺服萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)問(wèn)世。電子萬(wàn)能材 料試驗(yàn)機(jī)是近年來(lái)發(fā)展比較快的一種材料試驗(yàn)機(jī)，是廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試設(shè)備，在材料的質(zhì)量檢驗(yàn)和材料科學(xué)研究中，都要用它來(lái)進(jìn)行力 學(xué)性能測(cè)試。主要是采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，主要由傳感器、伺服驅(qū)動(dòng) 器、數(shù)據(jù)采集裝置、計(jì)算機(jī)

2、等構(gòu)成，利用計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試過(guò) 程，并用計(jì)算機(jī)處理由數(shù)據(jù)采集裝置采集到的信號(hào)，從而得到材料的 強(qiáng)度極限和屈服極限等性能參數(shù);同時(shí)可以使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精度的閉 環(huán)控制。相比傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)其自動(dòng)化程度更高，加載的精確程度更高, 應(yīng)用范圍更廣，人機(jī)交互更為方便。1、國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)計(jì)量檢測(cè)事業(yè)的歷史悠久，但中國(guó)試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展起 步比較晚，產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)60多年的努力,我國(guó)材料試驗(yàn) 機(jī)的制造從無(wú)到有，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，已經(jīng)初具規(guī)模，有效的促進(jìn)了國(guó)民 經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展。我國(guó)材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展階段可分為：五十年代主要從國(guó)外引進(jìn)， 六十年代仿制為主，七十年代定型并大量生產(chǎn)，八十年代

3、有了新產(chǎn)品 的研發(fā)，改革開(kāi)放以后吸收國(guó)外一些先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在九十年代 以前，國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)企業(yè)以國(guó)營(yíng)企業(yè)為主，如長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)制造廠、濟(jì)南試 驗(yàn)機(jī)廠等，九十年代以后，由于我國(guó)實(shí)行了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，民營(yíng)企業(yè)逐漸登 上了試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)的舞臺(tái)，如江都區(qū)昌隆試驗(yàn)機(jī)械廠等，民營(yíng)企業(yè) 的發(fā)展對(duì)試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)的繁榮和發(fā)展起到了重要作用。20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的材料試驗(yàn)機(jī)主要是機(jī)械式試驗(yàn)機(jī),例如機(jī) 械式拉力試驗(yàn)機(jī)、機(jī)械萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、塑料拉力機(jī)、橡膠拉力機(jī)、 安全帶萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等。機(jī)械式材料試驗(yàn)機(jī)一般具有足夠的精度和穩(wěn)定 性，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。但加載能力不大,調(diào)整和控制加載速率比較困 難。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了液壓式試驗(yàn)機(jī)

4、，如液壓拉力試驗(yàn)機(jī)和液壓 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。由于采用了液壓系統(tǒng)施加載荷,因此加載能力較高、 加載平穩(wěn)、加載測(cè)量范圍寬、容易實(shí)現(xiàn)雙向和三向加載。同時(shí)還增加 了一些新裝置，如定速加載裝置、應(yīng)力、應(yīng)變自動(dòng)記錄裝置等。因此 液壓式試驗(yàn)機(jī)比機(jī)械式試驗(yàn)機(jī)在性能上有了很大提高。20世紀(jì)70年代，由于橡膠和塑料等高分子材料的不斷發(fā)展,非金 屬材料試驗(yàn)機(jī)逐漸發(fā)展起來(lái)。同時(shí)隨著電子技術(shù)的采用,出現(xiàn)了電子 式材料試驗(yàn)機(jī)。這類(lèi)試驗(yàn)機(jī)是將電子技術(shù)應(yīng)用于加載系統(tǒng)和變形測(cè)量 系統(tǒng),對(duì)加載量和變形量進(jìn)行精確的測(cè)量、控制和記錄,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理和曲線(xiàn)顯示。對(duì)加載和變形的控制，既可以采用電子線(xiàn)路 控制，也可以采用計(jì)算機(jī)控制

5、來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類(lèi)材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量精度高， 加載范圍寬，操作方便,但價(jià)格昂貴。1985年長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所試制的200t電一液伺服試驗(yàn)機(jī)，是中 國(guó)第一臺(tái)機(jī)電一體化、低應(yīng)變率、大噸位電一液伺服試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn) 機(jī)采用電子計(jì)算機(jī)控制的電一液伺服系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷、變形和 位移的控制，同時(shí)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、繪圖等功能。2、國(guó)外材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展國(guó)外第一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)誕生在200多年前的法國(guó)，當(dāng)時(shí)只有采用根據(jù) 杠桿和法碼加載原理制成的拉力試驗(yàn)機(jī)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，特別 是進(jìn)入上世紀(jì)七十年代，隨著電子與信息技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)機(jī)的面貌 發(fā)生了很大的變化，出現(xiàn)了電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外電子 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)

6、的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：電子管與品體管階段、集成 電路模擬階段、數(shù)字階段和計(jì)算機(jī)階段。國(guó)外試驗(yàn)機(jī)研究一般是以企 業(yè)為中心展開(kāi)的，如英斯特朗公司、日本島津制造、德國(guó)中克公司、 美國(guó)的MTS等公司，這些公司通過(guò)自己多年的研究，開(kāi)發(fā)出具有自身 特色的試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品。目前美國(guó)英斯特朗公司和日本島津公司生產(chǎn)的電 子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)代表了電子力能材料試驗(yàn)機(jī)的先進(jìn)水平。隨著電一液伺服技術(shù)、電一液比例技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技 術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等的飛速發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了具有恒負(fù)載速率、恒位 移速率、恒變形速率控制等功能的新型材料試驗(yàn)機(jī)這些高性能的材料 試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料科學(xué)的研究有重要的意義。二、材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)材料試驗(yàn)

7、機(jī)技術(shù)的發(fā)展是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而 發(fā)展的，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展必然帶來(lái)試驗(yàn)機(jī)技術(shù)的更新。 目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)一般采用的是控制伺服電機(jī) 的運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)減速器減速后驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),然后帶動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng),從而對(duì)裝 在橫梁與底座之間的試樣施加作用力，可以控制橫梁移動(dòng)的速度、加 載速率和應(yīng)變率。其中后兩項(xiàng)指標(biāo)則是現(xiàn)代材料測(cè)試所要的，也是機(jī) 械式、液壓式和舊式的電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)所不具備的兩種非常重要 的測(cè)試功能。電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)調(diào)速范圍廣，精度高，但由于伺服電 機(jī)容量的限制，一般的電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)多在較小的負(fù)載下工作。 先進(jìn)的設(shè)備無(wú)疑是取得各項(xiàng)科研成果的有力保障，所以先進(jìn)的

8、試驗(yàn)設(shè) 備對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。目前，試 驗(yàn)機(jī)用戶(hù)需求正向產(chǎn)品技術(shù)含量高、適用范圍廣的方向發(fā)展、大型化、 動(dòng)態(tài)化、個(gè)性化已稱(chēng)為試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品搶占市場(chǎng)的有力賣(mài)點(diǎn)。特別是電子 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展方向主要有以下幾方面：1、可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的恒加載速率和穩(wěn)定的恒變形速率。因?yàn)榧虞d 速率的變化對(duì)材料力學(xué)性能有重大影響，為了測(cè)試在靜載荷條件下的 力學(xué)性能就必須要求加載速率滿(mǎn)足特定要求而且恒定。穩(wěn)定的恒變形 速率，這一點(diǎn)傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，而微機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)可 以通過(guò)反饋?zhàn)钥叵到y(tǒng)使得加載速率穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。2、高精度的橫梁速度控制、加載速率、應(yīng)變率、精確的控制狀

9、態(tài)轉(zhuǎn)換，以及實(shí)時(shí)地進(jìn)行測(cè)量、記錄，便捷的試驗(yàn)結(jié)果顯示和打印輸出。3、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上帶有各種自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量裝置，大部分采用 微型組件形式，可以隨意增加以擴(kuò)大試驗(yàn)機(jī)的使用范圍和功用。4、鑒于應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量對(duì)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的性能指標(biāo)有很大的影響, 因此國(guó)外在不斷改進(jìn)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)和加載系統(tǒng)的同時(shí)，都致力于研 制性能穩(wěn)定、反應(yīng)靈敏和精度高的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量裝置。目前正在大力 發(fā)展的是應(yīng)變片式負(fù)荷傳感器,差動(dòng)變壓式引伸計(jì)。5、PC機(jī)和微處理器己開(kāi)始應(yīng)用到萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)也由基于PC機(jī)或者工控機(jī)系統(tǒng) 向獨(dú)立式測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，采用的總線(xiàn)方式由以前的ISA總線(xiàn)、PCI總 線(xiàn)向USB總線(xiàn)發(fā)展。控制測(cè)量系統(tǒng)趨于與主機(jī)分離設(shè)置，為使試驗(yàn)準(zhǔn) 確可靠并便于操作,廣泛使用氣壓傳動(dòng)和液壓夾緊裝置。6、試樣的加工、處理、搬運(yùn)、安裝等過(guò)程的自動(dòng)化試驗(yàn)結(jié)果記 錄過(guò)程自動(dòng)化;試驗(yàn)結(jié)束時(shí)保護(hù)應(yīng)變計(jì)等裝置免受沖擊和試驗(yàn)機(jī)自動(dòng) 停機(jī)等試驗(yàn)安全保護(hù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程的自動(dòng)化，以便從測(cè)出的試 驗(yàn)數(shù)據(jù)中迅速得到有用的推導(dǎo)值，從而迅速進(jìn)