电子式万能试验机的研制

　　1引言

　　电子万能试验机是利用计算机来控制试验机的测试过程,并用计算机来采集试验时的各种传感器的数据,计算材料力学指标例如弹性模量、强度极限、屈服极限,然后在计算机上实时显示,同时还可以通过计算机来进行各种精确的闭环控制方式,例如位移控、应变控制、应力控制等。

　　本设计中利用计算机经调速控制器控制三相混合式步进电机转动,经减速系统减速后通过滚珠丝杠带动横梁上升、下降,完成拉伸、压缩、弯曲、剪切等力学性能试验。该电子万能试验机具有体积小,示值精确度高、使用操作方便、试验的速度控制准确可靠、自动记录绘图及打印试验数据等优点。

　　2电子式万能试验机构成及工作原理

　　2.1试验机的总体构成及工作原理

　　电子万能试验机的结构如图1所示。试验机可以分为机械部分和电子测控部分,机械部分是试验机工作的载体,电子测控部分以计算机的核心,控制整个试验机的运作。机械部分主要由加载框架、传动系统和限位保护机构等组成,加载框架用于对试样进行施加试验力。试验机传动系统是由电机旋转运动经减速器减速,带动丝杠转动,从而实现加载框架中移动横梁的上下直线运动。

　　测力传感器串联其间,引出拉力、压力信号。通过改变电机转数,即可实现在不同试验速度对试样施加试验力。电子测控系统主要由电机、驱动器、计算机系统、测控软件等部分组成,实施对整个系统的控制,以及对力、位移等信号的采集、处理和显示。其工作原理如下:

　　传感器受荷后有一个正比于载荷的信号输出,该信号不经过任何中间环节直接送入A/D转换。编码器用于位移闭环控制和位移测量。拖动电机转动时,将编码器的角位移转换成直线位移。增量编码器输出脉冲经整形后送入计算机,计算机将接收的信号进行计数、方向识别及处理,将结果送到显示器显示,同时输出信号给电机控制器,由电机控制器直接控制电机,实施对电机的启动、停止、调速等。

　　安全保护装置限位传感器5是超过移动横梁极限位置保护装置,当横梁移动到设定的上、下极限位置时,限位装置立即动作,使其自动停止移动。

　　试验机设有力过载保护,当施加的力超过试验机最大容量的2%时,过载保护保证试验机自动停机。试验过程中当试样断裂后,试验机自动停机或按设定模式返回后停机。

　　2.2主要元件选型

　　(1)试验机工作要求:

　　工作台最大行程: 300mm

　　工作台工作速度:0.05mm/min~5mm/min

　　工作台最大空载速度:100mm/min