黄冈市计量检定测试所 湖北黄冈 438000
摘要：随着国民经济的发展，材料试验机的地位也在逐渐提升，人们越来越关注材料试验机的发展水平。材料试验机主要分为液压式和电子式，液压式材料试验机与电子试验机相比应用更普遍。液压式材料试验机在轻工行业中的轻工机械和日用化学工业等领域具有重要作用。基于此，本文主要对液压式材料试验机应用现状及趋势进行分析探讨。
关键词：液压式材料试验机；应用现状；趋势分析；数据处理
1 前言
材料试验机作为一种单独的产品，诞生于二百多年前的西欧。液压万能材料试验机是测定材料机械性能的常用设备之一，也有近百年的历史了，可对各种金属、非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等试验，测定材料的强度、塑性等指标。液压式万能材料试验机虽然价格便宜，经久耐用，但存在着精度低、加载速度无法精确控制、自动化程度低。因此需要对液压万能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。
2 液压式材料试验机的基本结构和主要功能
2.1液压试验材料的主要功能
液压式材料试验机还称为液压万能试验机，主要原因是液压材料试验机能够对材料进行拉伸、压缩等多种试验，主要应用于各种金属、非金属等材料，可以根据用户提供的多种标准进行试验和处理，满足用户的不同需求，目前已经成为材料试验中的理想设备。
2.2液压式材料试验机的基本结构
液压式材料试验机的结构极其复杂。主机配备了油缸下置式主机机架，采取这种结构的主要目的是保证材料的拉伸空间，大大降低了主机高度，使试验操作方便。液压材料试验机的测控系统主要包括电液伺服控制器、压力传感器、试验机专用PC测控卡、打印机等，其中对于电液伺服控制器服务的要求较高，要选用技术成熟、质量可靠、性能稳定的油泵电机，采用成熟技术按标准模块单元设计生产，以保证液压系统密封可靠，避免漏油故障的发生；全数字PC伺服控制系统的作用是能够实现控制模式的平滑切换，使系统具有更大的灵活性。
3 液压式材料试验机在我国的发展现状
液压式材料试验机在20世纪前期就已研制成功，直到今天仍被广泛使用。现在的液压式材料试验机在早期设备的基础上安装了一些新的装置，提高了液压系统的加荷能力，使液压系统的加荷速度可自由调节，拓宽了液压复核的测量范围。
传统的液压式材料试验机在材料性能研究方面做出了一定的贡献，但随着相关技术的进步，传统的液压式材料试验机中仍有许多需要改进的方面，首先，在测量操作方面，传统的液压式材料试验机操作比较复杂，需要多个部件的配合才能完成测量，而且测量的准确度也不高；其次，液压式机的结构部件复杂，如果在哪个部件中出现问题，就会造成数据的误差，也给维修工作带来了困难；再次，传统液压式材料试验机在操作方面也比较困难。
4 液压式材料试验机的技术改进
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万能材料试验机，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。但液压万能材料试验机是一种典型的非线性时变系统，难以建立精确的数学模型，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，选择最佳的改造方案，以满足用户的需要。综合考虑，我们选用第三种方案，即在液压万能试验机上安装负荷、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。液压万能试验机计算机自动测试原理如图 1 所示。
图 1 材料试验机改造原理图
5 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。
6 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；对检测数据实时进行上传，保证数据的公正可靠及其复现性，以及对试验机的检定周期及项目进行监控，确保检测数据的合法性和有效性。
7 结语
在建筑行业和工业生产中，液压式材料试验机的应用范围越来越广，因此应不断推进液压式材料试验机的技术进步，从而有效提升材料试验机行业的软硬件水平，进而促进相关产品质量的提高。
参考文献
[1]李建永，王彤，赵辉等.液压万能材料试验机的CAT改造[J].液压气动与密封，2009，2：57～59.
[2]张志军，曹露春.液压万能材料试验机的技术改造[J].试验技术与试验机，2007，3：62～63，67.，
[3]杨莉华.WE-60液压万能材料试验机的数字化改造[D].中国知网，2007，10：20.
论文作者:王杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/23
标签：液压论文; 材料试验机论文; 试验机论文; 数据论文; 速率论文; 系统论文; 测量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;