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技術(shù)文章

【萬能材料試驗(yàn)機(jī)】分析萬能材料試驗(yàn)機(jī)的性能特點(diǎn)及選型
在上世紀(jì)80年代之前，材料試驗(yàn)機(jī)的使用僅局限于金屬等少數(shù)領(lǐng)域，而如今，材料試驗(yàn)機(jī)的使用范圍已不再只限于金屬等領(lǐng)域了，它已經(jīng)擴(kuò)展到了所有的行業(yè)。材料試驗(yàn)機(jī)由過去的手動(dòng)液壓試驗(yàn)機(jī)一統(tǒng)天下，發(fā)展到今天，多種控制模式并存，性能特點(diǎn)各異，百花齊放的時(shí)代。在這琳瑯滿目的試驗(yàn)機(jī)中，如何選擇一款適合自己特點(diǎn)的試驗(yàn)機(jī)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(yàn)都是靜力學(xué)性能試驗(yàn)，為此，下面就針對(duì)目前市場(chǎng)上的常見萬能試驗(yàn)機(jī)的性能特點(diǎn)做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比分析，提出一個(gè)選型原則，供大家參考。

一、萬能材料試驗(yàn)機(jī)的種類
目前市場(chǎng)上常見的萬能材料試驗(yàn)機(jī)主要有兩大系列，四種類型：1、 液壓系列：手動(dòng)液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)電液伺服液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)2、 電子萬能系列： 常規(guī)電子萬能材料試驗(yàn)機(jī) 高性能電子萬能材料試驗(yàn)機(jī) 它們的性能各異，優(yōu)缺點(diǎn)并存，各有各的用戶群體。

二、萬能材料試驗(yàn)機(jī)的性能特點(diǎn)

1、液壓系列

1） 手動(dòng)液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)
手動(dòng)液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)主要采用簡(jiǎn)易高壓油源作為動(dòng)力源，手動(dòng)調(diào)整閥作為控制元件，并進(jìn)行人工手動(dòng)實(shí)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(jī)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(yàn)速度一般也較小。受價(jià)格因素的影響，測(cè)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(jí)或2級(jí)，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，國(guó)內(nèi)*小為5T。但由于它所特有的低價(jià)及大噸位的特點(diǎn)，目前，在成品檢驗(yàn)、單一材料指標(biāo)的測(cè)試中還在大量使用。2）電液伺服類萬能材料試驗(yàn)機(jī)它主要采用了精密高壓油源作為動(dòng)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(dòng)控制，因而控制性能較高，一般可實(shí)現(xiàn)載荷、應(yīng)變、位移三種控制模式。同手動(dòng)液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)一樣，受油源流量的限制，他的試驗(yàn)速度較低。由于采用閉環(huán)自動(dòng)控制，系統(tǒng)剛度成了整個(gè)系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。眾所周知，液體的剛度是比較低的，為了盡可能的減少液體對(duì)整機(jī)剛度的影響，一般電液伺服試驗(yàn)機(jī)的行程都不大，同樣受整機(jī)剛度的影響，電液伺服類試驗(yàn)機(jī)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(diǎn)。

2、 電子萬能系列

1） 常規(guī)電子萬能類材料試驗(yàn)機(jī)
常規(guī)電子萬能主要采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，絲杠、絲母作為執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)橫梁的速度控制，它的試驗(yàn)速度范圍可進(jìn)行調(diào)整，以TF-210為例，它的試驗(yàn)速度可達(dá)0.001mm/min-1000mm/min，速比可達(dá)100萬倍之多，試驗(yàn)行程可按需要而定，*大可達(dá)幾米。這是液壓類試驗(yàn)機(jī)無論如何也實(shí)現(xiàn)不了的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展及伺服電機(jī)性能的提高，電子萬能所采用的電機(jī)從早期的直流伺服電機(jī)到現(xiàn)在的更多的采用交流伺服電機(jī)，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(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制控制，電子萬能的性能有了質(zhì)的飛躍，人們心目中的電子萬能故障率高，性能較差的情況已經(jīng)不復(fù)存在了。由于常規(guī)電子萬能采用速度控制，因而對(duì)系統(tǒng)剛度的要求不高，這樣就為小噸位試驗(yàn)機(jī)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了有利的條件。從目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)的情況看，一噸以下試驗(yàn)機(jī)基本上都為常規(guī)的電子萬能類試驗(yàn)機(jī)。它的用途*廣，性價(jià)比*高。

2）高性能電子萬能類試驗(yàn)機(jī)高性能電子萬能類試驗(yàn)機(jī)與常規(guī)的電子萬能試驗(yàn)機(jī)一樣，它也采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源???絲杠、絲母作為執(zhí)行部件，它與常規(guī)電子萬能試驗(yàn)機(jī)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)電子萬能的速度寬，行程大的特點(diǎn)外，還具有電液伺服類試驗(yàn)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，因而它是目前性能*好的萬能材料試驗(yàn)機(jī)。目前，這類試驗(yàn)機(jī)的佼佼者基本上都采用德國(guó)Doli公司生產(chǎn)的EDC 120系列作為核心控制部件。拓豐儀器公司生產(chǎn)的TF-210系列就采用了EDC 120控制器。當(dāng)然，這類試驗(yàn)機(jī)也有它的缺點(diǎn)。由于具有載荷、應(yīng)變、位移三種控制模式，因而整機(jī)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(yàn)的試樣種類較多時(shí)，整機(jī)剛度的變化就會(huì)很大，這樣就很難保證所有的試驗(yàn)都能夠正常進(jìn)行。為了滿足全部的試驗(yàn)都能夠正常進(jìn)行，就需隨時(shí)調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)（P，I，D參數(shù)），這對(duì)于非自動(dòng)控制專業(yè)的人來說是有一定難度的，這樣也就不能完全發(fā)揮這類試驗(yàn)機(jī)的優(yōu)勢(shì)。這類試驗(yàn)機(jī)的價(jià)格比較高。

三、萬能材料試驗(yàn)機(jī)的選型

1、常規(guī)液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)

由于常規(guī)液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)價(jià)格低、操作簡(jiǎn)單、大噸位的特點(diǎn)，一般在進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件試驗(yàn)或簡(jiǎn)單的材料性能試驗(yàn)時(shí)，可選用此類型的試驗(yàn)機(jī)。如各類建筑結(jié)構(gòu)部件的破壞性試驗(yàn)，或用來測(cè)試某些材料的單一性能指標(biāo)（如鋼筋的拉伸強(qiáng)度等）。

2、電液伺服類萬能材料試驗(yàn)機(jī)由于電液伺服類萬能材料試驗(yàn)機(jī)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(diǎn)，一般不適用于要求高速拉伸的橡膠試驗(yàn)及延伸率較大的塑料、高分子材料試驗(yàn)。另外，當(dāng)材料的品種較多時(shí)，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(duì)操作人員的要求，不宜選用此類試驗(yàn)機(jī)。而在需要恒應(yīng)力或恒應(yīng)變?cè)囼?yàn)時(shí)選用它是*佳的選擇，如水泥、建材類試樣。金屬類試樣也可使用此類試驗(yàn)機(jī)。

3、常規(guī)電子萬能類材料試驗(yàn)機(jī)此類試驗(yàn)機(jī)是目前性價(jià)比*高的一個(gè)品種，它的用途*廣，使用范圍*大。從對(duì)低速要求極高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(yàn)機(jī)，這類試驗(yàn)機(jī)從對(duì)行程要求不大的壓縮類試驗(yàn)到行程要求極高的特種橡膠、高分子材料試驗(yàn)都能夠滿足。另外，由于它特有的速度控制模式對(duì)系統(tǒng)剛度的要求不高，因此它的使用很簡(jiǎn)單，不需要因改變?cè)囼?yàn)材料進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整，因而對(duì)試驗(yàn)員的要求不高。它靈活的夾具配置、傳感器的擴(kuò)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)多材料試驗(yàn)提供了可能，真正實(shí)現(xiàn)了一機(jī)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(yàn)。

4、高性能電子萬能類材料試驗(yàn)機(jī)它是目前性能*好的一類萬能材料試驗(yàn)機(jī)，可滿足各類材料試驗(yàn)的要求，但由于價(jià)格較高，而絕大多數(shù)的材料試驗(yàn)都為常規(guī)指標(biāo)的試驗(yàn)。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(jià)比并不高。另外，由于它的整機(jī)穩(wěn)定性與試樣有關(guān)，因此對(duì)不同試樣需經(jīng)常調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，這就對(duì)試驗(yàn)機(jī)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(yàn)機(jī)市場(chǎng)占有率并不大，一般在一些特殊場(chǎng)合使用。如各大專院校、科研院所在進(jìn)行新材料的研究時(shí)選用。另外，在一些既需要寬的速度范圍，又需要大行程場(chǎng)合，且需進(jìn)行恒應(yīng)力、恒應(yīng)變?cè)囼?yàn)時(shí)才會(huì)使用

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