【试验机科普】大行程压力试验机的结构与原理详解

用钢丝绳缠绕和电磁铁销钉自动定位结构；压力加载部分采用丝杠传动，速度控制精度高；压力测量系统采用三传感器结构，能有效地避免试样偏置和不规则造成的测量误差。

 

 

            图一 大行程压力试验机结构图

 

 

1. 大行程压力试验机的系统结构与工作原理大行程压力试验机由刚性框架结构、试验空间高度调节系统、加载机构、测量控制系统等组成。（见图1）

 

1.1刚性框架结构两根带有等间距均匀分布销钉孔的高强度立柱通过螺栓连接到底座上，和上梁共同组成刚性框架。

 

这一刚性框架可以保证在整个机身承受10t以上的载荷时产生的变形在测试允许的变形误差范围内（小于1%），从而保证整机的测量精度。

 

注：1-底座；2-测力传感器；3-立柱；4-承重板；5-压板；6-销孔；7-中横梁；8-销钉；9-丝杠；10-加压电机；11- 齿形带；12-丝杠母；3-钢丝绳；14-上梁；15-升降电机；6-绞轮；17-控制箱。

 

1.2试验空间高度调节和定位系统试验空间高度调节机构包括上梁上的升降电机、绞轮和钢丝绳。定位机构由定位开关、插销机构和销钉组成。安装在上梁上的升降电机通过绞轮与两根升降钢丝绳连接，两根升降钢丝绳的另外端分别连接到中横梁上。进行试验空间高度调节和定位时，通过按钮控制升降电机卷动绕在绞轮上的两根钢丝绳来移动横梁，进而调节试验空间的高度。当移动横梁达到设定高度时，定位开关检测到销钉孔的位置，控制插销机构自动插上销钉，使中横梁固定到两根立柱上。这种设计可以使横梁实现较快移动，大大缩短试验空间的调整时间。

 

1.3加载机构加载机构安装在中横梁上，由加压电机、齿形带、丝杠母、丝杠、压板等组成。加压电机通过齿形带与丝 杠母、丝杠、压板连接。进行试验时，中横梁上的加压电机带动齿形带，齿形带带动两个丝杠母同步转动，使两根丝 杠同时带动压板向下运动加载压力或向上运动卸载压力，从而实现加载测试。

 

1.4测量控制系统测量控制系统由测力传感器、仪表放大器、采样保持器、多路开关及A/D转换器构成。

 

 

图二 压力测量系统原理图

 

测力传感器采用的是高精度轮辐传感器组成的三点测力传感器结构。轮辐式测力传感器具有抗扭性强的特点，可以有效抵消试样受力产生的动态扭力。因为“三点决定一个平面”，试样中心只要在三个传感器构成的圆的范围内，就不会产生单点偏置，这样就消除了偏置误差。

 

底座通过三个高精度轮辐测力传感器与承重板连接，放置在承重板上的试样将其承受的加载压力通过承重板传递给测力传感器，把压力转换成电信号传送给控制系统。测力系统对三个测力传感器的输出信号进行放大、保持和A/D转换，经CPU传送至数据存储器内存储。测力系统原理图如图2所示。

 

 

图三 压力测量软件流程图

 

压力测量系统原理图在测试开始时，三个测力传感器输出的电信号经过同步采样控制和A/D变换，其数字量由CPU作 为零点值处理。变频控制器调节加压电机以设定加载速度向下移动压板，当压板接触到被测试样后，将其受力前的力值清零，同时开始对三个测力传感器测得的力值累加，并将结果作为实时测量力值。压力测量系统的软件部分包括 A/D转换服务程序和测定过程数据处理程序。其软件框图见图3。

 

2. 压力测量软件流程大行程压力试验机在塑料检查井性能检测中的应用

 

依据对剪切试验的要求及有关荷载试验的规定，大行程压力试验机主要用于检测塑料检查井的侧向压力性能和进行荷 载试验。

 

2.1荷载试验按照塑料检查井荷载试验规定，选取测试井座时，要按“荷载试验井筒要求”配置井筒，井筒上边缘应齐平且垂直于筒中心。在调整压力试验机的试验空间使之适合测试样品高度时：首先，启动插销钉机构，自动拔出销钉；其次，操作升降电机使中横梁移动，当中横梁到达需要的高度时，定位开关检测到销钉孔位置，控制插销机构自动插上销钉，使移动横梁固定到两根立柱上；再次，控制加压电机调节压板到适当位置，给试样留出安装空间，然后将试样水平放置在承重板上，使试样的中心和承重板即压板中心对齐。试样安装完毕后，按控制箱操作界面提示输入试验参数，启动试验，以1±2mm/min的速度对试样施加规定载荷，到达设定时间或试样破裂时自动停止加载。测试 结束后，升起加载机构，移走试样，准备再次试验。

 

2.2剪切试验塑料检查井剪切试验的原理是，在连接管件上施加规定的压力，维持规定的时间，撤销压力后观察试样是否裂缝、破裂及产生永久变形，并根据结果判定其抗剪承载能力。

 

剪切试验试样按照附录D. 4的要求选取。参照荷载试验的方法调整好压力试验机的试验空间，将选取的试样竖直放在压力试验机的承重板上，用压管螺钉将压管装在压板上，把两个索具旋转扣用螺栓安装在承压板上，将试样施压横梁放在试样上并与索具旋转扣相对，调整好拉杆长度，插上销钉，将圆柱销插在拉杆的最上端并挂在施压横梁上，下端和索具旋转扣相连，插上插销，两边同时旋转索具旋转扣将试样固定。

 

试样安装完毕，操作加压电机使压板和试样接近，按照试验机控制箱操作界面提示设置剪切试验参数，并启动试验，使上压板以低于10±2mm/min的速度缓慢对试样施加压力，当到达规定压力后，压力持续15mm，自动撤销压力，观察试样的裂缝、破裂或变形程度。

 

大行程压力试验机除了具备上述塑料检查井的荷载试验和剪切试验的测试功能外，还可以进行针对井筒的环刚度试 验。

 

总结：大行程压力试验机的研制和应用，有效地解决了传统压力试验机试验空间小，调整慢，试验效率低，对大试样压力测量抗偏置能力差、误差大的问题，满足了大型管道类试样，尤其是塑料检查井压力性能的试验要求。随着产品的进一步完善，成本将逐渐降低，和一些动辄上百万的国内外类似设备相比，可以大大减轻用户的经济负担。

 

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