材料试验机的升级改造

　　0　引言

　　在建筑、冶金、汽车、机械等领域,在技术监测、科研院校等部门,液压式和机械式的材料试验机是一种很常用的试验设备。这些设备陈旧,测试手段落后,精度低,不能适应当前测试的需要,新购一台计算机控制的试验机需要很高的费用,而且原有的设备也随之作废,造成很大的浪费。要想节省资金,又能使试验机满足新的技术要求,必须对原有的试验机进行技术改造。

　　1　材料试验机升级改造的方法与技术路线

　　通过对传统材料试验机的分析,发现其不足主要表现在以下几个方面:

　　(1)无法保证角度及位移测量的精度。现代位移测量系统普遍采用光栅、磁栅、感应同步器、球栅和容栅等栅式测量系统,利用增量测量方法来确定位置和材料延伸率δ,精度达到±0·1μm,速度可达16m/s[1];传统试验机多通过游标卡尺人工测量,无法满足这一要求。

　　(2)数据人工生成。采用人工读取的形式获得数据,数据无法即时汇总和分析。

　　(3)速度调节为机械的有级调速,速度控制为开环控制,不能构建转速闭环。

　　(4)不能测量材料的屈服强度σs、弹性模量E、硬化指数n和塑性应变比r等参数。

　　事实上,多功能材料试验机、万能材料试验机等,其实验原理与当前主流的计算机控制材料试验机并没有实质性的变化,其被控对象都比较相似,对控制效果的要求也相似。计算机控制材料试验机主要是在控制系统上引入了CAT (ComputerAided Test,计算机辅助测试),具有液压伺服或者交直流电机伺服驱动、高精度的位移传感器、数据采集与控制装置等。系统结构如图1所示。

　　材料试验机升级改造的技术路线如下:硬件部分,利用原有试验机的机台,添加传感器和数据采集装置,通过DI和A/D转换,将数据通过接口传给上位机,利用软件对数据进行自动采集和处理;通过DO和D/A转换,用上位机对试验机进行自动控制。软件部分,用户可根据自身特点,使用各种组态软件或VisualC++、VisualBasic、Delphi、Borland C++、C++ Builder等高级语言进行程序开发,包括:测试模块、数据处理与输出模块、测试全部机械性能模块、测试单向性能模块和试验复现模块、数据库模块等,软件可以实现以下功能:

　　(1)可进行抗拉强度、屈服强度、抗压强度、伸长率、撕裂、胶着力、抗拉应力、持压、剥离、剪力等测试。根据机台的不同,还可以测试降伏点、弹性模量、杨氏模量及各种动静态耐久性试验等功能。

　　(2)用软件方式实现多种力、位移单位动态切换,实时显示力、位移、应力、应变数据。拉伸、压缩等试验中荷重-位移、荷重-时间、位移-时间、应力-应变4种动态图形可随时切换查看,也可比较图形查看。