在工业生产的发展过程中,新材料、新工艺、新产品不断出现,如何测定新材料的力学性能、新产品的结构性能,需要相应的材料试验设备以及材料试验方法,于是材料试验机应运而生。第一台拉力试验机诞生于二百多年前的西欧,它采用机械杠杆、砝码加荷的原理制成,用以测定钢铁和其他金属材料的抗拉强度,即抵御外部负荷而不被破坏的最大抗力。随着材料学和材料力学的发展,拉力试验机便逐渐成为一种专门用于研究各类材料机械性能、工艺性能、结构强度的手段和工具。二战以后,科技事业的迅猛发展促使各国试验机产业界屡次进行产品结构、技术结构与企业结构的自觉性改革,使材料试验机成为工业质量保证体系中不可缺少的重要组成部分。22736
拉力试验机主要由机械部分、数据采集部分、伺服驱动部分、数据处理部分等组成,随着科学技术的发展,拉力试验机经历了机械式拉力试验机、电液伺服式拉力试验机、电子微控式拉力试验机三个主要阶段。论文网
国外拉力试验机经过一百多年的发展,在拉力试验机的控制、测量和记录系统中,广泛采用了电子技术、计算机技术,使拉力试验机的整体性能得到很大的提高。比较有代表性的是德国申克(Schenck)公司、MPL公司、沃尔伯特(Wolpert)公司和美国的MTS公司、奥尔森(Olsen)公司、英斯特朗(Instron)公司、茨文克(Zwick)公司和日本的岛津公司、东京横机公司、东阳精机公司以及松泽公司等等。拉力试验机在我国已有五十多年的发展史,我国有代表性的公司的产品是长春试验机研究所开发的CSS-2200系列电控试验机,该产品技术指标已达到上世纪八十年代末国际先进水平,居国内领先地位。
拉力试验机不断发展的同时,拉力试验机的附件和辅助装置也在不断更新发展,如高温加热装置、低温制冷装置、高低温夹具、高低温引伸计、大变形跟踪测量装置以及气动与液压动力系统等。拉力试验机试验的内容从载荷-变形测试发展到测试含有微裂纹试样的力学性能,通过拉力试验机的拉伸过程揭示试样内部微裂纹发展、扩大,直至试样断裂的过程,通过工业CT技术、光电技术、计算机技术等高科技的综合运用,使拉力试验机的应用研究从宏观向微观深入。
目前,新型拉力试验机中采用了DSP构成的多功能数据采集控制器,此类控制器具有同时采集多个传感器输出量和控制多个执行机构进行动作的能力;此外DSP具有强大的数据运算能力,可以最大限度地对采集的数据进行处理与分析,通过采用现代的控制算法进行运算后可以对拉力试验机执行机构进行最优化的控制。所以用DSP数据采集控制器进行拉力试验机的采集与控制,成为了目前主流高档拉力试验机的发展趋势。但是由于单片机的数据采集与控制系统相对成本较低,大量的中、低档拉力试验机仍然采用单片机进行数据的采集测量与拉伸控制;同时随着单片机技术的发展进步,各类采用新技术、新结构的多功能单片机不断涌现,一些新兴单片机由于在片内继承了多通道高精度A/D与D/A等原来的单片机外围元件,其测量控制能力越来越强大,某些新型单片机的功能已接近DSP,所以单片机作为拉力试验机的主控部件将在今后相当长的一段时间里将继续得以存在。拉力试验机的控制系统通常采用C语言编程进行控制,控制直流电机的正转、反转、行程限位保护等。
拉力试验机的发展需要解决的问题还很多,整体而言表现在以下几个方面,也在一定程度上代表了拉力试验技术发展的趋势和方向:
(1) 高精度地控制加力变化、试样应变,力求能严格按给定条件在试验过程中精确的控制状态转换,精确地显示试样从形变到断裂的细微过程。
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