液压式材料试验机升级改造技术参数

• 随着现在科学技术的发展不断提高，对材料

• 机械性能实验的要求越来越高，特别是在实验的精度，

• 实时显示，以及数据处理等方面都有了更高的要求，智能

• 化要求己成为主注趋势，出现了“机—电—液"三者相结

• 合的新型实验设备。但受到新型材料拉伸试验机的价格

• 因素的影响，部分企事业单位和大专院校还不能及时更

• 新为较为先进的材料拉伸试验机，特别是一些小型企业，

• 仍然在使用老式的液压材料试验机。此类试验机虽

• 然有些落后，体积也比较庞大，但其操作方便，油压系统

• 耐用，使用寿命较长。这就使许多试验机使用者希望在原

• 设备基础上进行升级改造，可以大大节约投资成本，在测

• 试精度方面也能得到满足，同时也让参与改造者提高自

• 身的技术水平。

• 目前试验机存在的主要问题

• （1）测量精度低。该系统通过油泵输出油液进入工作

• 油缸对试样施加载荷，同时进入测力油缸，带动联动摆

• 锤，用推杆推动测力读盘指针，由读数盘指针读取数据。

• 由于中间均为机械传递，因此有相当的误差；另外读数盘

• zui小精度为格，且由人工读取数据，导致测量精度低。

• （2）无法定量控制加载速率。试样加载速率控制是操

• 作者按经验调节节流阀的开度，从而控制进入工作油缸

• 的进油量来实现，这种控制方式与操作者的经验有关，无

• 法实现定量控制。

• （3）缺乏实时性，曲线绘制单一。目前试验机只能粗

• 略绘制“载荷———变形"曲线，不能定量实时测出各时刻

• 应力和应变数值，也无法直接得到“应力———应变曲线"。

• （4）自动化程度差，效率低。试验数据处理手段大部

• 分仍需要靠人工，实验报告也需要手工完成，既费时又费

• 力。[1]

• 随着科技的进步，人们需要现代化的测试手段，对设

• 备的功能要求越来越高，希望能减轻劳动力，显然液压万

• 能材料试验机与现代机电液一体化设备的发展趋势已不

• 相适应，它的测试手段已远远跟不上现代测试技术要求，

• 测试结果的度也得不到保证，必须自动化升级改造。

• 2 改造方案比较及选用

• 试验机的改造方案很多，每种方案有各自的优缺点，

• 常用的改造方案如下。

• （1）应用单片机系统改造液压材料试验机，其主

• 要优点是结构简单、体积小、成本低，便于实现嵌入系统。

• 但电路系统复杂，系统的稳定性不高，数据的处理速度

• 慢，无法实现实时控制。目前试验机领域的关键问题是加

• 载时必须保持恒定的应力速率或恒定的应变速率，采用

• 这种方法显然是达不到这种效果。

• （2）采用由速度控制器控制电机，从而控制压力施加

• 负荷，并具有速度电流反馈，是一种传统的控制方式。比

• 如采用位置式控制器计算步进电机驱动步数，以获得良

• 好的应力速率、应变速率、位移速率控制以及定荷、定应

• 变、定位移控制试验结果。但液压材料试验机是一种

• 典型的非线性时变系统，难以建立的数学模型，运用

• 常规控制器很难达到理想的控制效果。在实际现场中，由

• 于受到参数整定方法繁杂的困扰，应用常规控制器往往

• 整定不良，性能欠佳，对运行工况的适应性差。

• （3）采用微机和传感器技术对旧式的材料试验机及监

• 测等设备进行技术改造，在应力应变速率控制问题上采用

• 电液比例阀或电液伺服阀实现高精度控制，测量控制系统

• 采用计算机卡式设计，采用光电隔离集成电路。具有抗干

• 扰能力强，质量可靠，稳定性高等优点，而且点击鼠标即可

• 完成，使用方便。还可以绘制多种试验曲线，具有曲线数据

• 存储及曲线放大功能，适合试验机向着高自动化水平，操

• 作简便，可靠性高，稳定性好方向发展的要求。

• 选择何种改造方案，要结合具体的实际情况，选择zui

• 佳的改造方案，以满足用户的需要。综合考虑，我们选用

• 第三种方案，即在液压试验机上安装负荷、变形和位

• 移传感器，增加电液阀控制加载速度，使设备由原来传统

• 的机械式负荷测量系统升级为较先进的电子测力、测变

• 形系统

• 液压式材料试验机虽然价格便宜，经久耐用，但存在着精度低、加载速度无法控制、自动

• 化程度低。因此需要对液压材料试验机进行自动化改造，通过加装相关传感器、电液比例阀，通过计算机控

• 制实现了拉伸试验的自动化改造。

• 3 机械部分和硬件组成

• 该系统的改造除保留了原有的手动加载部分，另增加

• 了一条支路，用电液比例阀来控制试验机的加载速率。这

• 样既可以手动操作又可以选择自动化控制。在进油管处

• 增加高精度压力传感器，用来检测系统的压力并且用了

• 位移测量系统及计算机采集处理等技术，实现数据的自

• 动采集、分析和处理。在数据采集上，采集速度快、测量精

• 度高；在数据分析上，考虑得更加周全；在数据处理上，具

• 有智能交互、图文并茂的特点，能以数值显示、图表、曲线

• 等多种方式表现实验数据，并可根据教学要求对实验数

• 据进行各种分析与处理。让试验机在信号检测、数据处理

• 方面更接近现代试验机发展水平，适应目前国内外的试

• 验机发展面向智能化、准确化，操作简便，稳定可靠发展

• 的趋势[5]。

• 因此，升级改造后的液压式试验机由以下几大部

• 分构成。

• （1）主机部分。主要由油缸、工作活塞、底座、工作台、

• 立柱、上下移动横梁、试样夹持以及活动横梁等组成，主

• 要功能是由试样夹持机构夹紧和固定试样，对试样进行

• 加载。

• （2）液压控制部分。主要由油箱、高压油泵、送油阀、

• 回油阀、电液比例阀、截止阀、测力油缸活塞、主机的工作

• 油缸、工作活塞等组成，主要功能是控制试件的夹紧及试

• 件的加载。

• （3）检测部分。主要由负荷传感器（压力传感器）、电

• 子引伸计、光电编码器（位移传感器）等组成，主要功能是

• 检测试验对象所受的试验力、变形及横梁运动的位移。

• （4）数据采集处理和控制部分。主要由数据采集、处

• 理、控制电路、计算机软硬件系统、打印机、手动控制器件

• 等组成，主要功能是完成整个系统的控制、各种参数的设

• 置、显示、试验过程及试验结果的记录、试验数据的处理、

• 存储、试验结果的输出等功能。

• （5）电气部分。其基本组成有各类继电器、交流接触

• 器、开关按钮等，主要功能是油泵电机的开关，控制横梁

• 升降机构的动作以及各种限位、过载保护等。

• （6）附件。主要由拉伸、压缩试验夹具、弯曲试验附件

• 及其他特殊试验附件（各种嵌口、夹头）等组成。其基本功

• 能是通过更换夹具，完成各种特定的试验。

• 相关机械部分及硬件联接如图2 所示。

• 4 控制软件的结构设计

• 软件性能的好坏直接影响到操作的简便性和数据的

• 可靠性等，甚至影响到能否成功改造。该测试软件主要由数据

• 采集、图形输出、数据输出、报告打印、比例控制（伺服控

• 制）等五个模块组成。

• 数据采集模块的主要功能是设置初始化参数，如采集

• 时间间隔、采集总时间等，还包括传感器调零、标定等；图

• 形输出模块是指在采集过程中，根据采集数据所绘出的

• 图形输出到屏幕上，或者事后把处理的数据图形从打印

• 机输出；数据输出模块主要是把材料性能的关键点数据

• 和所采集的数据中的某一时间段内的数据从打印机上打

• 印出来，或者手工修改、增减某些数据并存盘；报告打印

• 模块是指实验做好以后，把材料的关键性能数据、原始图

• 形以固定格式的实验报告形式打印输出；比例伺服控制

• 模块主要是对比例压力流量复合阀进行控制。5 改造后的功能及结论

• （1）采用先进的数字比例压力流量复合阀作为控制元

• 件，实现了加载力值和加载速度的微机自动控制。具有加

• 载力值可控、低速大负荷测试效果好、测试性能稳定可靠

• 的特点。

• （2）计算机屏幕显示数据，包括变形、加载速率、变形

• 速率，材料特性点（上屈服点、 下屈服点、zui大力点、断裂点）、弹性模

• 量、断面收缩率等，实验结果可以整理成报表，方便直观，

• 实时性好。

• （3）支持打印机及绘图仪对实验结果的打印和实验曲

• 线的绘制，屏幕所见即报表所得；可进行成批实验报告及

• 检验报告的打印和存储，*性的保留实验报告。[7]

• （4）改造中保留原有的手动加载部分，这样既可手动

• 操作又可以自动控制，方便灵活，有利于教学。

• 试验机改造的成功与否，关键是看zui终的测试数据精

• 度是否达到要求，试验曲线绘制是否准确。改造后经过具

• 体的数据和曲线图验证，说明了改造是成功的，无论是从

• 测试精度还是测试手段来看，都比以往更加准确可靠.