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技術(shù)文章
常見材料試驗機的性能特點分析及選型
點擊次數(shù)：1556 發(fā)布時間：2008-3-20
伴隨著社會的進(jìn)步，國力的增強，各類新材料層出不窮，原有材料的性能也有了進(jìn)一步的提高，使用面也在不斷的擴大，因而對材料的檢驗也提出了更高的要求。*，在上世紀(jì)80年代之前，材料試驗機的使用僅局限于金屬等少數(shù)領(lǐng)域，而如今，材料試驗機的使用范圍已不再只限于金屬等領(lǐng)域了，它已經(jīng)擴展到了所有的行業(yè)。材料試驗機由過去的手動液壓試驗機一統(tǒng)天下，發(fā)展到今天，多種控制模式并存，性能特點各異，百花齊放的時代。在這琳瑯滿目的試驗機中，如何選擇一款適合自己特點的試驗機是大多數(shù)用戶所關(guān)心的事。由于目前絕大多數(shù)的材料試驗都是靜力學(xué)性能試驗，為此，下面就針對目前市場上的常見試驗機的性能特點做一個簡單的對比分析，提出一個選型原則，供大家參考。
一、常見材料試驗機的種類
目前市場上常見的材料試驗機主要有兩大系列，四種類型：
1、 液壓系列： 手動液壓材料試驗機
電液伺服液壓材料試驗機
2、 電子系列： 常規(guī)電子材料試驗機
高性能電子材料試驗機
它們的性能各異，優(yōu)缺點并存，各有各的用戶群體。
二、性能特點
1、液壓系列
1） 手動液壓材料試驗機
手動液壓材料試驗機主要采用簡易高壓油源作為動力源，手動調(diào)整閥作為控制元件，并進(jìn)行人工手動實現(xiàn)加載，因而，它屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。由于受油源流量及主機結(jié)構(gòu)的限制，它的油缸活塞行程較小，常見的一般在300mm左右，它的試驗速度一般也較小。受價格因素的影響，測力傳感器一般采用壓力傳感器（大噸位基本采用壓力傳感器）。因而，精度較低，量程較小，一般精度為1級或2級，量程一般為4%-100%F.S。受油缸摩擦力的影響，噸位一般很難做到很小，小為5T。但由于它所*的低價及大噸位的特點，目前，在成品檢驗、單一材料指標(biāo)的測試中還在大量使用。
2）電液伺服類材料試驗機
它主要采用了精密高壓油源作為動力源，使用伺服閥或比例閥作為控制元件進(jìn)行閉環(huán)自動控制，因而控制性能較高，一般可實現(xiàn)載荷、應(yīng)變、位移三種控制模式。同手動液壓材料試驗機一樣，受油源流量的限制，他的試驗速度較低。由于采用閉環(huán)自動控制，系統(tǒng)剛度成了整個系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。*，液體的剛度是比較低的，為了盡可能的減少液體對整機剛度的影響，一般電液伺服試驗機的行程都不大，同樣受整機剛度的影響，電液伺服類試驗機的噸位都不可能做的很小，基本上都在一噸以上。但由于它有多種控制模式，因而具有使用靈活，性能較高的特點。
2、 電子系列
1） 常規(guī)電子類材料試驗機
常規(guī)電子主要采用伺服電機作為動力源，絲杠、絲母作為執(zhí)行部件，實現(xiàn)試驗機移動橫梁的速度控制，它的試驗速度范圍可進(jìn)行調(diào)整，以RGM-200為例，它的試驗速度可達(dá)0.001mm/min-1000mm/min，速比可達(dá)100萬倍之多，試驗行程可按需要而定，zui大可達(dá)幾米。這是液壓類試驗機無論如何也實現(xiàn)不了的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展及伺服電機性能的提高，電子所采用的電機從早期的直流伺服電機到現(xiàn)在的更多的采用交流伺服電機，從早期的功率元件選用可控硅進(jìn)行移相觸發(fā)控制到今天的采用多種功率模塊實現(xiàn)脈寬調(diào)制控制，電子的性能有了質(zhì)的飛躍，人們心目中的電子故障率高，性能較差的情況已經(jīng)不復(fù)存在了。由于常規(guī)電子采用速度控制，因而對系統(tǒng)剛度的要求不高，這樣就為小噸位試驗機的實現(xiàn)創(chuàng)造了有利的條件。從目前、國內(nèi)的情況看，一噸以下試驗機基本上都為常規(guī)的電子類試驗機。它的用途zui廣，。
2）高性能電子類試驗機
高性能電子類試驗機與常規(guī)的電子試驗機一樣，它也采用伺服電機作為動力源，絲杠、絲母作為執(zhí)行部件，它與常規(guī)電子試驗機所不同的是它的控制方式可為載荷控制，也可為應(yīng)變控制或位移控制。除了具有常規(guī)電子的速度寬，行程大的特點外，還具有電液伺服類試驗機的全部優(yōu)點，因而它是目前性能的材料試驗機。目前，這類試驗機的*基本上都采用德國Doli公司生產(chǎn)的EDC 120系列作為核心控制部件。如瑞格爾公司生產(chǎn)的RG 2000系列就采用了EDC 120控制器。當(dāng)然，這類試驗機也有它的缺點。由于具有載荷、應(yīng)變、位移三種控制模式，因而整機的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的剛度有直接的關(guān)系，而試樣剛度又直接影響系統(tǒng)的剛度。所以當(dāng)所做試驗的試樣種類較多時，整機剛度的變化就會很大，這樣就很難保證所有的試驗都能夠正常進(jìn)行。為了滿足全部的試驗都能夠正常進(jìn)行，就需隨時調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)（P，I，D參數(shù)），這對于非自動控制專業(yè)的人來說是有一定難度的，這樣也就不能*發(fā)揮這類試驗機的優(yōu)勢。這類試驗機的價格比較高。
三、選型
在上文中，主要分析了幾種常見的試驗機的優(yōu)缺點，下文將針對實際工作中的情況介紹一下針對不同類型的試驗如何選擇試驗機的類型。
1、常規(guī)液壓材料試驗機
由于常規(guī)液壓材料試驗機價格低、操作簡單、大噸位的特點，一般在進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件試驗或簡單的材料性能試驗時，可選用此類型的試驗機。如各類建筑結(jié)構(gòu)部件的破壞性試驗，或用來測試某些材料的單一性能指標(biāo)（如鋼筋的拉伸強度等）。
2、電液伺服類材料試驗機
由于電液伺服類材料試驗機具有三種控制模式，因此它的性能較好，但由于它所固有的行程小，速度低的缺點，一般不適用于要求高速拉伸的橡膠試驗及延伸率較大的塑料、高分子材料試驗。另外，當(dāng)材料的品種較多時，因需要經(jīng)常的調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)（P、I、D參數(shù)），為了降低對操作人員的要求，不宜選用此類試驗機。而在需要恒應(yīng)力或恒應(yīng)變試驗時選用它是*的選擇，如水泥、建材類試樣。金屬類試樣也可使用此類試驗機。
3、常規(guī)電子類材料試驗機
此類試驗機是目前的一個品種，它的用途zui廣，使用范圍zui大。從對低速要求*的碳化硅試樣到高速性能要求較高的橡膠類試樣都可選用此試驗機，這類試驗機從對行程要求不大的壓縮類試驗到行程要求*的特種橡膠、高分子材料試驗都能夠滿足。另外，由于它*的速度控制模式對系統(tǒng)剛度的要求不高，因此它的使用很簡單，不需要因改變試驗材料進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整，因而對試驗員的要求不高。它靈活的夾具配置、傳感器的擴展，對實現(xiàn)多材料試驗提供了可能，真正實現(xiàn)了一機多用。但由于它的控制模式較為單一，因此不適用做恒應(yīng)力、恒應(yīng)變類試驗。
4、高性能電子類材料試驗機
它是目前性能的一類材料試驗機，可滿足各類材料試驗的要求，但由于價格較高，而絕大多數(shù)的材料試驗都為常規(guī)指標(biāo)的試驗。因而在大多數(shù)情況下，它的性能并不能得到充分的發(fā)揮，因此性價比并不高。另外，由于它的整機穩(wěn)定性與試樣有關(guān)，因此對不同試樣需經(jīng)常調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，這就對試驗機的操作人員提出了較高的要求。由于這些原因，該類型的試驗機*并不大，一般在一些特殊場合使用。如各大專院校、科研院所在進(jìn)行新材料的研究時選用。另外，在一些既需要寬的速度范圍，又需要大行程場合，且需進(jìn)行恒應(yīng)力、恒應(yīng)變試驗時才會使用。
三、瑞格爾公司試驗機特點
以上4種類型的試驗機在瑞格爾公司都有生產(chǎn)，正如上面分析的一樣，常規(guī)電子試驗機是性能價格比zui高的，因而下面就這一類型試驗機的主要性能特點做一個簡單的介紹。
一）、主機方面：
1、 具有多種外型結(jié)構(gòu)：
1） 單柱機：體積小巧，價格低廉，適用于單一的低噸位試樣，一般在500kg以下。
2） 臺式機：體積較小，價格較低，可擴展性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，一般在3T以下。
3） 豪華落地式：外型美觀大方，可于國外機型相媲美，可擴展性好，安裝方便，價格適中，目前該機型有兩種外型結(jié)構(gòu)，1T以下和3T以下兩種。
4） 大噸位門式機：這類機型剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適應(yīng)面寬，價格比電液伺服類略低，擴展性很好，是金屬類試驗的機型，目前zui大可達(dá)60T。
2、 減速系統(tǒng)：
采用同步圓弧齒形帶多級減速，它具有安裝維護(hù)簡便，壽命長，效率高（可達(dá)85%），噪音低的特點。
3、 電機采用日本松下交流伺服電機，具有好的配套性（電機與電機伺服器配套生產(chǎn)）， 無碳刷、壽命長、易維護(hù)、防爆的特點。
二）、控制器方面
1、 具有獨立*的操作控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)自主控制，也可與計算機配套操作。自主操作時界面為漢字界面，簡單易懂，并可顯示各類參數(shù)及結(jié)果曲線，并能夠打印出漢字報告及曲線。
2、 極寬的速度控制范圍，zui寬可達(dá)到0.001mm/min-2000mm/min（高速與主機結(jié)構(gòu)噸位有關(guān)），這是因為采用了*位置脈沖控制技術(shù)。
3、 目前，寬的單一配置的測量范圍可達(dá)0.2%-100%，zui小分辨率35萬分之一，真正實現(xiàn)一級多用。
4、 模擬放大器采用多種通道方案，為擴展配置提供了先決條件。
5、 方便、實用且功能*的可移動操作盒，不但能夠?qū)崿F(xiàn)多種速度的橫梁移動控制，還可隨時切換控制方式，常動方式與點動方式相互切換，當(dāng)與計算機聯(lián)機使用時，可直接起計動計算機進(jìn)行試驗。
三）、軟件
1、 良好的用戶界面，菜單式的功能選擇；
2、 數(shù)據(jù)庫程序結(jié)構(gòu)；
3、 標(biāo)準(zhǔn)庫算法選擇；
4、 用戶自定義功能，可滿足不同情況下的各類試驗要求，如定義彈性參數(shù)，定義壓縮比，定義修約規(guī)則，定義非比例應(yīng)力，選擇曲線圖的x-y坐標(biāo)函數(shù)等；
5、 開放的程序結(jié)構(gòu)，具有用戶二次開發(fā)功能，實現(xiàn)用戶自行軟件升級；
6、 *的報告輸出能力。使用水晶報表產(chǎn)生結(jié)果報告；
7、 常見結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，可用直方圖直觀顯示；
8、 一鍵式遠(yuǎn)程控制試驗功能；
9、 具有結(jié)果在曲線圖上直觀顯示的功能；
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