拉力试验机拉伸空间的延伸改造方法

陈晓洪，陈育志

(金陵科技学院建筑工程学院，江苏南京 211169)

拉力试验机拉伸空间的延伸改造方法

陈晓洪，陈育志

(金陵科技学院建筑工程学院，江苏南京 211169)

通过对MTS公司生产的SHT4605试验机的反力架进行改造，使其有效工作空间得到大幅度增加，可以满足多种非标准试样的拉伸试验要求，并可以进行筋材混凝土锚固性能试验，扩展了试验机的使用功能。

试验机;拉伸空间;改造;非标准试样

试验设备是进行各种试验研究的基本保证，各种试验设备也由于试验研究的需要应运而生。拉伸性能是工程材料非常重要的性能指标。为满足不同材料的拉伸试验需要，国内外厂家生产了诸多型号的拉伸试验机。这些试验机构造形式基本类似，都是根据试验规范设计而成，主要完成标准试样的拉伸试验。

但是随着新材料的不断出现，或者工程应用的特殊性和复杂性，通常需要对一些非标准试样进行锚固或拉伸试验。对于非标准试验，已有的试验机设备往往无法满足使用要求。而针对非标准试样重新定制试验机设备将产生大额费用，因此在现有的设备上进行改造并使其满足试验要求很有必要［1］。

依据实验室内开展的FRP复合材料拉伸试验和混凝土锚固试验，已有的MTS公司生产的SHT4605微机控制电液伺服万能试验机由于拉伸工作空间有限无法满足要求，在此背景下对试验机进行了改造。

1 试验机构造和工作原理

SHT4605微机控制电液伺服万能试验机主要由机座、4根立柱、2根丝杆、上横梁和下横梁等组成。其结构原理如下:

(1)机座内包括电机、油源、千斤顶部分，为试验机的动力部分;

(2)4根立柱底部与机座台面固定，并通过卡箍将上横梁固定于立柱顶部，使上横梁与立柱形成反力架;

(3)2根丝杆穿过机座台面，与机座台面相互独立，之间没有约束。丝杆由专门的电机驱动，可以同步旋转，丝杆旋转的同时可以带动下横梁上下移动，根据试样大小，调节下横梁到合适位置，丝杆停止旋转后下横梁的位置是固定不变的;

(4)上横梁和下横梁上配有夹具，用于加持试样;

(5)试样安装后，开启电源和油源，千斤顶将机座台面上顶，同时带动4根立柱和上横梁向上移动，因为下横梁的位置是固定的，因此上横梁向上移动将对试件产生拉力。

(6)上下横梁之间的最大拉伸空间为710 mm。

2 改造方案

此次改造仅涉及试验机的机械部分，对试验机的原有油路、电路、传感器等均不造成影响，因此不会降低试验的数值精度。改造过程主要分为两步:(1)拆卸试验机原有上横梁，即反力横梁;(2)安装自行设计加工的一阶反力横梁，如果安装一阶反力横梁后，试验空间仍无法满足需要，则可以在一阶反力横梁的基础上安装二阶反力横梁。

2.1 原有横梁拆卸

如图1所示，试验机4根立柱上，在同一水平高处设有凹槽，在凹槽处安装卡箍，从而可以将试验机原有的上横梁固定在试验机顶部。因为不论是在加载状态还是自由状态，上横梁的运动趋势都只是向下的，因此，上横梁的上部并没有设置卡箍。可以向上将上横梁从立柱上直接拆卸下来。

图1 试验机原图

由于试验机横梁重力较大，为操作方便，可以围绕试验机搭设脚手架，在试验机上部安装吊葫芦，可以很方便地拆卸和安装试验机上部横梁。

由于试验机原横梁是整体拆卸的，拆除过程中没有触及液压夹具及油管系统，不会造成漏油或油污等情况。

2.2 反力横梁设计

一阶反力架横梁 (如图2所示)由上下两翼缘板与4块腹板焊接而成，确保一阶反力架横梁的刚度不低于试验机原有横梁的刚度，一阶反力架横梁上下翼缘板各开有同心同轴的三类圆孔。第一类圆孔，其位置、孔径和数量与试验机的立柱及丝杆适配，用于穿过试验机的立柱和丝杆;第二类圆孔，包括4个圆孔，围绕翼缘板形心对称布置，与后面的二阶反力架立柱相适配，用于在此基础上安装二阶反力架立柱;第三类圆孔，包括1个圆孔，位于翼缘板形心位置，孔径略小，用于穿过试样，也称为试样孔。

图2 自行设计的反力架横梁

二阶反力架横梁 (如图2所示)，同样由上下两翼缘板与4块腹板焊接而成，确保二阶反力架横梁的刚度不低于试验机原有横梁的刚度，二阶反力架横梁上下翼缘板各开有同心同轴的5个圆孔，这5个圆孔可以归为2类:第一类，包括4个圆孔，其孔径大小与一阶反力架横梁上第二类圆孔相同，与二阶反力架立柱相适配;第二类，包括1个圆孔，位于翼缘板形心位置，孔径略小，用于穿过试样，也称为试样孔。2.3 反力横梁安装

安装一阶反力架横梁，将试验机的立柱和丝杆穿过一阶反力架横梁上的立柱孔 (第一类圆孔)，在立柱上安装卡箍，将一阶反力架横梁位置固定。由于一阶反力横梁是借助锚具来夹持试样的，锚固位置在一阶反力横梁的顶部 (见图3)，而试验机原有反力架横梁的夹持试样位置在横梁下部 (见图1)，此时试验机的有效工作空间已经增大了一个长度，该长度为一阶反力架横梁的高度，约300 mm。而且可以拉伸的试样变得多样化，图4是借助一阶反力架横梁进行筋材与混凝土锚固性能试验的一个示例。

图3 试验方式一

图4 试验方式二

如果用一阶反力架横梁替换试验机原有横梁后，试验机的有效空间仍然无法满足试样长度的要求，可以在一阶反力架横梁的基础上，继续安装立柱，然后在立柱上安装二阶反力架横梁并用卡箍固定位置，如图5所示。从图5可以看出，增加二阶反力架后，试验机的有效空间可以大幅度提高。

图5 二阶反力架

3 结束语

经使用证明:改造后的拉力试验机，在安装一阶反力横梁的情况下，其拉伸空间增大了约300 mm，而且可以拉伸的试样种类多样化;在安装二阶反力架横梁的情况下，试验机的拉伸空间将增大1 m以上，大幅度地提高了试验机的拉伸空间，可以完成多种非标准试样的拉伸试验。试验机整个改造过程中仅涉及机械部分，对油路、电路、传感器等都没有触及，对试验机的精度不会造成任何影响，整个过程安全可靠。

【1】吴何畏.材料试验机的升级改造［J］.机床与液压，2007，35(2):142－145.

【2】成大先.机械设计手册［M］.4版.北京:化学工业出版社，2002.

【3】董刚，李建工，潘凤章.机械设计［M］.北京:机械工业出版社，1995.

TH122

B

1001－3881(2014)8－167－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.055

2013－03－25

陈晓洪 (1968—)，实验师，主要研究方向为试验技术、自动化技术。E－mail:chenxh99@jit.edu.cn。