全自动引伸计机械结构及工作原理的探讨

　　1　引　言

　　在材料力学性能测试中,试样受力发生变形,变形量是测试的重要内容之一。引伸计就是测量试样变形量的装置。现有的引伸计可分为机械式和电子式两种,机械式引伸计,如百分表式、杠杆式、光学式引伸计,是由指针或光标直接指示位移示值;电子式引伸计,如电阻应变式、电感式引伸计,其工作需配备相应的放大器、计算机或指示装置,能自动记录或显示所测位移示值。

　　目前国内大型钢铁企业在相同试样的力学性能测试中,应用较多的是全自动引伸计,其结构形式有两种,一种是反馈式全自动引伸计,一种是杠杆式全自动引伸计。其最大的特点是操作方便,在试样条件一致的情况下工作效率高,而且可以长时间连续稳定工作,实现全力学试验的自动化测试。全自动引伸计的最大优势是:可以根据设定自动调整标距;可以自动夹持于试样之上;具有较大的量程;可以跟随试样拉伸至断裂。因此全自动引伸计为力学试验机实现全自动化测试提供了重要手段[1]。

　　当今引伸计正朝着微机化、自动化、多功能的方向发展,随着用户对测试仪器的要求越来越高,新一代具有网络功能的全自动引伸计的应用前景更广阔。为此,有必要对全自动引伸计机械结构和工作原理进行探讨。

　　2　反馈式全自动引伸计机械结构

　　反馈式全自动引伸计见图1,它由两套测臂、机架、外罩、传动装置、测量装置和电气控制系统组成。两套测臂自动进行试样夹紧、测量和松开,同时传递试样拉伸时的变形。两套测臂的上下移动都通过电机控制丝杠来实现。测臂的夹紧和松开由电机控制,不做试验时测臂处于张开状态。工作时,由计算机通过软件设定标距,经控制器处理后控制电机转动,以调整两套测臂的距离。此系统是闭环控制系统,能准确定位。当试样由试验机夹具固定好后,电机启动,上下两测臂同时夹紧试样,夹紧力的大小可通过测臂上的弹簧来调节。试验过程中,两套测臂在试样变形的带动下各绕其固定轴转动,试样的变形量通过测臂传递到位于测臂另一端的光栅尺上,光栅尺的位移信号直接输入到控制器,由控制器处理后驱动电机转动,从而带动测臂上下移动,以始终保证测臂处于水平状态,这样即可实现引伸计的自动跟踪测量。在试样断裂之前,由软件根据试验数据,自动控制电机反转,刀口即可松开试样。试验完成后,系统会自动控制电机反转,使测臂回到起始标距位置,实现复位。由于自身机械结构的限制,该引伸计只能做拉伸试验。

　　3　杠杆式全自动引伸计机械结构

　　杠杆式全自动引伸计包括两部分:跟踪部分和引伸计主体部分。跟踪部分由支架、导柱、带轮、同步带及传输臂组成;引伸计主体则由传动装置、测臂及光栅尺等组成。利用带轮之间的比例关系保证了引伸计的移动速度是动横梁移动速度的1/2,同时试样中心和引伸计的上下测臂中心始终一致,从而实现了引伸计的跟踪测量。标距的调整是由电机控制丝杠来实现的。测臂的夹紧与松开是由电机、锥齿轮和凸轮实现的,具体结构见图2。试验开始前,由计算机通过软件设定标距,经控制器处理后驱动电机转动,以调整两测臂的距离。此系统也是闭环控制系统,能准确定位。以拉伸试验为例,当试样被试验机夹具固定好后,引伸计测臂夹紧试样,试验过程中,引伸计在动横梁的带动下整体向上移动,移动速度是动横梁移动速度的一半,而上下测臂在试样变形的带动下分别绕其固定轴转动,试样断裂瞬间刀口发生偏转,接着测臂张开,试样的变形量由测臂后端的一个光栅尺利用差动原理测量,数据采集系统对光栅尺的输出信号进行采集并处理,最后传输到上位机进行显示、计算并绘制所需的图线。待断裂试样取走后,动横梁复位,同时引伸计由动横梁带动也复位,然后等待下一次试验。