陳曉洪，陳育志

(金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇南京 211169)

拉力試驗(yàn)機(jī)拉伸空間的延伸改造方法

陳曉洪，陳育志

(金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇南京 211169)

通過(guò)對(duì)MTS公司生產(chǎn)的SHT4605試驗(yàn)機(jī)的反力架進(jìn)行改造，使其有效工作空間得到大幅度增加，可以滿足多種非標(biāo)準(zhǔn)試樣的拉伸試驗(yàn)要求，并可以進(jìn)行筋材混凝土錨固性能試驗(yàn)，擴(kuò)展了試驗(yàn)機(jī)的使用功能。

試驗(yàn)機(jī);拉伸空間;改造;非標(biāo)準(zhǔn)試樣

試驗(yàn)設(shè)備是進(jìn)行各種試驗(yàn)研究的基本保證，各種試驗(yàn)設(shè)備也由于試驗(yàn)研究的需要應(yīng)運(yùn)而生。拉伸性能是工程材料非常重要的性能指標(biāo)。為滿足不同材料的拉伸試驗(yàn)需要，國(guó)內(nèi)外廠家生產(chǎn)了諸多型號(hào)的拉伸試驗(yàn)機(jī)。這些試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造形式基本類似，都是根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范設(shè)計(jì)而成，主要完成標(biāo)準(zhǔn)試樣的拉伸試驗(yàn)。

但是隨著新材料的不斷出現(xiàn)，或者工程應(yīng)用的特殊性和復(fù)雜性，通常需要對(duì)一些非標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行錨固或拉伸試驗(yàn)。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，已有的試驗(yàn)機(jī)設(shè)備往往無(wú)法滿足使用要求。而針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)試樣重新定制試驗(yàn)機(jī)設(shè)備將產(chǎn)生大額費(fèi)用，因此在現(xiàn)有的設(shè)備上進(jìn)行改造并使其滿足試驗(yàn)要求很有必要［1］。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)展的FRP復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)和混凝土錨固試驗(yàn)，已有的MTS公司生產(chǎn)的SHT4605微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)由于拉伸工作空間有限無(wú)法滿足要求，在此背景下對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了改造。

1 試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造和工作原理

SHT4605微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)主要由機(jī)座、4根立柱、2根絲桿、上橫梁和下橫梁等組成。其結(jié)構(gòu)原理如下:

(1)機(jī)座內(nèi)包括電機(jī)、油源、千斤頂部分，為試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力部分;

(2)4根立柱底部與機(jī)座臺(tái)面固定，并通過(guò)卡箍將上橫梁固定于立柱頂部，使上橫梁與立柱形成反力架;

(3)2根絲桿穿過(guò)機(jī)座臺(tái)面，與機(jī)座臺(tái)面相互獨(dú)立，之間沒(méi)有約束。絲桿由專門(mén)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以同步旋轉(zhuǎn)，絲桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)可以帶動(dòng)下橫梁上下移動(dòng)，根據(jù)試樣大小，調(diào)節(jié)下橫梁到合適位置，絲桿停止旋轉(zhuǎn)后下橫梁的位置是固定不變的;

(4)上橫梁和下橫梁上配有夾具，用于加持試樣;

(5)試樣安裝后，開(kāi)啟電源和油源，千斤頂將機(jī)座臺(tái)面上頂，同時(shí)帶動(dòng)4根立柱和上橫梁向上移動(dòng)，因?yàn)橄聶M梁的位置是固定的，因此上橫梁向上移動(dòng)將對(duì)試件產(chǎn)生拉力。

(6)上下橫梁之間的最大拉伸空間為710 mm。

2 改造方案

此次改造僅涉及試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械部分，對(duì)試驗(yàn)機(jī)的原有油路、電路、傳感器等均不造成影響，因此不會(huì)降低試驗(yàn)的數(shù)值精度。改造過(guò)程主要分為兩步:(1)拆卸試驗(yàn)機(jī)原有上橫梁，即反力橫梁;(2)安裝自行設(shè)計(jì)加工的一階反力橫梁，如果安裝一階反力橫梁后，試驗(yàn)空間仍無(wú)法滿足需要，則可以在一階反力橫梁的基礎(chǔ)上安裝二階反力橫梁。

2.1 原有橫梁拆卸

如圖1所示，試驗(yàn)機(jī)4根立柱上，在同一水平高處設(shè)有凹槽，在凹槽處安裝卡箍，從而可以將試驗(yàn)機(jī)原有的上橫梁固定在試驗(yàn)機(jī)頂部。因?yàn)椴徽撌窃诩虞d狀態(tài)還是自由狀態(tài)，上橫梁的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)都只是向下的，因此，上橫梁的上部并沒(méi)有設(shè)置卡箍?？梢韵蛏蠈⑸蠙M梁從立柱上直接拆卸下來(lái)。

圖1 試驗(yàn)機(jī)原圖

由于試驗(yàn)機(jī)橫梁重力較大，為操作方便，可以圍繞試驗(yàn)機(jī)搭設(shè)腳手架，在試驗(yàn)機(jī)上部安裝吊葫蘆，可以很方便地拆卸和安裝試驗(yàn)機(jī)上部橫梁。

由于試驗(yàn)機(jī)原橫梁是整體拆卸的，拆除過(guò)程中沒(méi)有觸及液壓夾具及油管系統(tǒng)，不會(huì)造成漏油或油污等情況。

2.2 反力橫梁設(shè)計(jì)

一階反力架橫梁 (如圖2所示)由上下兩翼緣板與4塊腹板焊接而成，確保一階反力架橫梁的剛度不低于試驗(yàn)機(jī)原有橫梁的剛度，一階反力架橫梁上下翼緣板各開(kāi)有同心同軸的三類圓孔。第一類圓孔，其位置、孔徑和數(shù)量與試驗(yàn)機(jī)的立柱及絲桿適配，用于穿過(guò)試驗(yàn)機(jī)的立柱和絲桿;第二類圓孔，包括4個(gè)圓孔，圍繞翼緣板形心對(duì)稱布置，與后面的二階反力架立柱相適配，用于在此基礎(chǔ)上安裝二階反力架立柱;第三類圓孔，包括1個(gè)圓孔，位于翼緣板形心位置，孔徑略小，用于穿過(guò)試樣，也稱為試樣孔。

圖2 自行設(shè)計(jì)的反力架橫梁

二階反力架橫梁 (如圖2所示)，同樣由上下兩翼緣板與4塊腹板焊接而成，確保二階反力架橫梁的剛度不低于試驗(yàn)機(jī)原有橫梁的剛度，二階反力架橫梁上下翼緣板各開(kāi)有同心同軸的5個(gè)圓孔，這5個(gè)圓孔可以歸為2類:第一類，包括4個(gè)圓孔，其孔徑大小與一階反力架橫梁上第二類圓孔相同，與二階反力架立柱相適配;第二類，包括1個(gè)圓孔，位于翼緣板形心位置，孔徑略小，用于穿過(guò)試樣，也稱為試樣孔。2.3 反力橫梁安裝

安裝一階反力架橫梁，將試驗(yàn)機(jī)的立柱和絲桿穿過(guò)一階反力架橫梁上的立柱孔 (第一類圓孔)，在立柱上安裝卡箍，將一階反力架橫梁位置固定。由于一階反力橫梁是借助錨具來(lái)夾持試樣的，錨固位置在一階反力橫梁的頂部 (見(jiàn)圖3)，而試驗(yàn)機(jī)原有反力架橫梁的夾持試樣位置在橫梁下部 (見(jiàn)圖1)，此時(shí)試驗(yàn)機(jī)的有效工作空間已經(jīng)增大了一個(gè)長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度為一階反力架橫梁的高度，約300 mm。而且可以拉伸的試樣變得多樣化，圖4是借助一階反力架橫梁進(jìn)行筋材與混凝土錨固性能試驗(yàn)的一個(gè)示例。

圖3 試驗(yàn)方式一

圖4 試驗(yàn)方式二

如果用一階反力架橫梁替換試驗(yàn)機(jī)原有橫梁后，試驗(yàn)機(jī)的有效空間仍然無(wú)法滿足試樣長(zhǎng)度的要求，可以在一階反力架橫梁的基礎(chǔ)上，繼續(xù)安裝立柱，然后在立柱上安裝二階反力架橫梁并用卡箍固定位置，如圖5所示。從圖5可以看出，增加二階反力架后，試驗(yàn)機(jī)的有效空間可以大幅度提高。

圖5 二階反力架

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)使用證明:改造后的拉力試驗(yàn)機(jī)，在安裝一階反力橫梁的情況下，其拉伸空間增大了約300 mm，而且可以拉伸的試樣種類多樣化;在安裝二階反力架橫梁的情況下，試驗(yàn)機(jī)的拉伸空間將增大1 m以上，大幅度地提高了試驗(yàn)機(jī)的拉伸空間，可以完成多種非標(biāo)準(zhǔn)試樣的拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)整個(gè)改造過(guò)程中僅涉及機(jī)械部分，對(duì)油路、電路、傳感器等都沒(méi)有觸及，對(duì)試驗(yàn)機(jī)的精度不會(huì)造成任何影響，整個(gè)過(guò)程安全可靠。

【1】吳何畏.材料試驗(yàn)機(jī)的升級(jí)改造［J］.機(jī)床與液壓，2007，35(2):142－145.

【2】成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

【3】董剛，李建工，潘鳳章.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

TH122

B

1001－3881(2014)8－167－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.055

2013－03－25

陳曉洪 (1968—)，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)樵囼?yàn)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)。E－mail:chenxh99@jit.edu.cn。