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你了解什么是拉力試驗機嗎?

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一、拉力試驗機是什么?


(一)定義與基本原理


拉力試驗機,又名萬能材料試驗機,是一種用來針對各種材料進行儀器設備靜載、拉伸、壓縮、彎曲、剪切、撕裂、剝離等力學性能試驗用的機械加力的試驗機。它適用于諸如塑料板材、管材、異型材,塑料薄膜及橡膠、電線電纜、鋼材、玻纖維等眾多材料的各種物理機械性能測試,是材料開發、物性試驗、教學研究、質量控制等工作中不可缺少的檢測設備。
拉力試驗機的工作基于胡克定律和應變測量原理。胡克定律指出,在彈性變形范圍內,材料受力與變形呈線性關系,拉力試驗機利用這一定律來測量材料的彈性力學性質,像彈性模量、屈服強度等參數。而應變測量原理則是通過測量試樣的位移,以此來計算材料受力引起的單位長度變化,進而評估材料的延展性、韌性等力學性質。在實際操作中,當對試樣施加拉力時,試驗機通過相應的傳感器等部件來精準捕捉受力大小以及材料產生的變形情況,然后依據這些數據,按照上述原理進行運算和分析,最終得出材料各項力學性能指標,幫助人們全面了解材料在受力狀態下的表現。

(二)主要組成部分


拉力試驗機主要由加載系統、測量系統、控制系統和試樣夾持系統等部分構成。


加載系統:該系統負責施加拉伸力,是讓試樣產生形變的動力來源。常見的加載方式有通過電機或液壓系統帶動夾具對試樣施力,比如在一些大型拉力試驗機中,液壓系統能夠提供較大且穩定的拉力,滿足對高強度金屬材料等的測試需求;而小型的拉力試驗機可能采用電機驅動,更適用于力量需求相對較小的材料測試場景。其作用就是按照試驗要求,準確地給試樣施加不同大小和方向(如拉伸、壓縮等)的力,使試驗能夠順利開展。


測量系統:主要用于記錄材料的伸長量以及所受力量等關鍵數據。它包含了諸如載荷傳感器、應變計、位移傳感器等部件。載荷傳感器能夠精確測量試樣所承受的載荷大小,不同量程的傳感器可滿足不同力量范圍的測試需求,例如有的傳感器可以測量幾克到上百噸的載荷。應變計則專注于對材料微小變形的測量,通過檢測材料受力后的應變情況,輔助分析材料的力學特性。位移傳感器可以精準獲取試樣在受力過程中的位移變化,這些數據綜合起來,為后續的分析材料性能提供了基礎依據。


控制系統:其核心作用是精確控制加載速度和整個加載過程。操作人員可以通過控制系統預設加載的速率、保持時間、卸載等步驟,它能確保拉力按照設定的要求穩定施加在試樣上,避免加載速度過快或過慢等情況影響試驗結果的準確性。比如在測試一些對加載速率敏感的材料時,控制系統可以精準地維持恒定的加載速度,保障試驗數據可靠。同時,一些先進的控制系統還能與計算機相連,實現自動化測試以及數據處理等功能。


試樣夾持系統:主要用于固定和夾持待測試樣,確保試樣在試驗過程中不會出現松動、滑移等情況,因為一旦試樣固定不穩,那么所測得的數據就會出現偏差,無法真實反映材料的性能。不同的材料需要與之適配的夾具,像金屬材料通常需要能牢固夾緊且不易損傷試樣表面的夾具;橡膠等彈性材料延伸率比較大,夾具設計就要考慮適合橡膠的特性、不能打滑,還可根據具體測試需求增配如 O 型圈夾具、輪胎行業專用夾具等;而紡織行業的織物面料測試時,夾具要能保證在剝離、穿刺、撕裂等不同測試項目中都能準確固定試樣。所以試樣夾持系統也是試驗能否順利進行及試驗結果準確度高低的一個重要因素。


二、拉力試驗機的分類


(一)按照自動化程度分類


拉力試驗機按照自動化程度可分為指針式、數顯式和電腦系統這幾種類型。


指針式拉力試驗機:這是一種傳統的拉力測試機,因其測試精度低、性價比也不高,如今基本上已被數顯式拉力試驗機所淘汰。不過,在小力量范圍內,也就是我們常見的拉力計,常被工廠用于小制品的簡單力量測試,由于價格低廉,還是比較受歡迎的。比如一些小型工廠在對諸如小塑料配件、簡易橡膠小件等力量要求不高的產品進行初步的拉力測試時,就會選用指針式拉力試驗機,它能快速給出一個大致的力量參考數值,方便工人進行簡單判斷。


數顯式拉力試驗機:也被稱為微電腦型拉力試驗機,它的試驗數據信息直接顯示在液晶顯示器上,測試項目相對比較固定,常用于工廠的質量控制環節。例如在塑料制品廠,對于批量生產的塑料管材、板材等產品,通過數顯式拉力試驗機定期抽檢,檢測其拉伸強度是否達標,進而把控產品質量,確保出廠產品符合相應的質量標準要求。


電腦系統拉力試驗機:這是比較通用的拉力機類型,其測試數據通過電腦采集,再經過軟件程序的計算處理得出最終數據,而且可以通過報表的方式打印出來,使用起來十分便捷。常用于科研單位、檢測機構以及新產品開發等場景。像科研單位在研發新型高性能材料時,需要精確地測量材料在不同拉力條件下的各項力學性能指標,電腦系統拉力試驗機就能很好地滿足需求,它可以按照設定好的復雜程序,精確控制拉力加載過程,并準確記錄和分析大量的數據,為科研工作提供有力的數據支撐。


(二)按照控制系統分類


依據控制系統的不同,拉力試驗機可分為變頻系統、伺服系統以及其他驅動方式這幾類。


變頻系統拉力試驗機:采用變頻電動機自動控制系統,拉伸和壓縮速度通過變頻調速器操控。不過,目前這種類型的拉力試驗機已經基本上被伺服系統替代了。以往一些對拉伸、壓縮速度精度要求不是特別高的常規材料測試場景中,會使用變頻系統拉力試驗機,例如普通的民用橡膠制品生產企業,在對產品進行一般性的拉力性能檢測時,它能基本滿足速度調控需求。


伺服系統拉力試驗機:選用伺服馬達自動控制系統,在拉伸、壓縮速度及位移操控方面更加精確。伺服電機系統是伺服控制反饋操作,可用于恒速檢測、周期檢測、程序編寫檢測等。在一些對試驗精度要求極高的場合,比如航空航天領域的金屬材料、高性能復合材料的力學性能測試中,伺服系統拉力試驗機就能發揮重要作用,它能夠嚴格按照預設的高精度速度、位移參數進行試驗,確保獲取的材料性能數據準確可靠,為這些關鍵領域的材料選用和產品設計提供精準依據。


其他驅動方式拉力試驗機:比如通過直流馬達操控的拉力試驗機,這類驅動方式的拉力試驗機由于性價比低,現在已經逐漸被淘汰,在市場上的應用也越來越少了。


(三)按照行業及功能特點分類

拉力試驗機按照行業及功能特點可細分為適用于不同行業材料的多種類型。


金屬拉力試驗機:金屬材料通常拉伸強度大,延伸率小,所以需要配置金屬標點引伸計。在金屬加工制造業,像汽車零部件生產、建筑用鋼材檢測等領域,金屬拉力試驗機必不可少。例如汽車發動機的一些關鍵金屬連接件,需要通過金屬拉力試驗機檢測其抗拉強度等指標,確保在汽車運行過程中,這些連接件能夠承受住巨大的拉力而不會出現斷裂等問題,保障行車安全。


橡膠拉力試驗機:橡膠或彈性體延伸率比較大,需附帶大標點伸長裝置,同時夾具設計要考慮適合橡膠的特性,不能打滑,還可增配 O 型圈夾具、輪胎行業裝用夾具等。在橡膠制品行業,無論是輪胎生產、橡膠密封件制造等,都要依靠橡膠拉力試驗機來檢測產品的拉伸性能、彈性恢復性能等。比如輪胎在研發階段,需要通過該試驗機模擬不同路況下輪胎所受的拉力情況,檢測其是否能保持良好的性能和結構完整性。


塑料拉力試驗機:塑料的拉伸強度比橡膠大,延伸率有大有小,且常常要檢測三點抗彎試驗。在塑料制品行業,如塑料管材、塑料薄膜等生產企業,會用塑料拉力試驗機檢測產品的力學性能,確保產品符合相應的質量和使用要求,像塑料管材在鋪設使用過程中要承受一定的壓力和拉力,提前通過試驗機檢測就能避免后續出現破裂等質量問題。


紡織拉力試驗機:紡織行業需要檢測織物面料剝離、穿刺、撕裂,單紗拉伸等項目,其夾具及軟件比較特殊。服裝廠、面料生產企業等會使用紡織拉力試驗機來檢測面料的強度、紗線的拉伸性能等,例如在戶外功能性服裝面料的研發中,要測試面料在受到外力拉扯、穿刺等情況下的性能表現,就離不開紡織拉力試驗機。


紙張拉力試驗機:紙張需要檢測拉伸強度、環壓強度、豎壓、平壓、邊壓、剝離強度等,相應的夾具較多。在造紙廠、紙箱生產企業等,紙張拉力試驗機可用于檢測紙張成品以及紙箱等產品的強度性能,保障其在運輸、使用過程中能夠承受相應的外力作用,像紙箱在堆滿貨物堆疊存放時,其紙張的抗壓、抗拉伸等性能就需要通過試驗機檢測來保證。


皮革拉力試驗機:皮革需要檢測拉伸強度、撕裂強度等,測試項目相對比較簡單。皮革制品廠在生產皮包、皮鞋等產品時,要通過皮革拉力試驗機檢測皮革原料的質量,確保制成的產品耐用,不易出現破損等情況。


(四)按試驗材料、溫度、用途、自動化程度細分分類


從不同維度細分,拉力試驗機還有以下分類情況。


按試驗材料分:有金屬材料夾具和非金屬材料夾具的拉力試驗機。金屬材料夾具的拉力試驗機主要針對各類金屬材料進行力學性能測試,夾具的設計注重牢固夾緊金屬試樣,并且要避免對試樣表面造成損傷,以保證測試數據準確反映金屬材料本身的性能;而非金屬材料夾具的拉力試驗機適用于如橡膠、塑料、紡織物等非金屬材料,由于非金屬材料特性各異,像橡膠的彈性大、紡織物質地相對柔軟等,夾具的設計也各有不同,要充分考慮適配不同非金屬材料的特性,防止試樣在測試過程中出現滑脫等情況。


按試驗溫度分:包含常溫、高溫、低溫、高低溫夾具的拉力試驗機。常溫夾具的拉力試驗機適用于在常規環境溫度下對材料進行測試,滿足大多數日常材料檢測需求;高溫夾具的拉力試驗機可模擬高溫環境,比如在研究一些用于高溫工業環境下的材料,如發動機內部耐高溫部件所用材料時,就需要用高溫夾具的拉力試驗機來檢測材料在高溫狀態下的力學性能變化;低溫夾具的拉力試驗機則用于模擬低溫環境,像在高寒地區使用的一些建筑材料、戶外裝備材料等,要通過低溫夾具的拉力試驗機測試其低溫下的強度、韌性等性能;高低溫夾具的拉力試驗機可以在一次試驗中模擬不同的溫度變化過程,更全面地考察材料在溫度交變情況下的力學性能穩定性,常用于航天航空等對材料環境適應性要求極高的領域。


按用途分:有拉伸夾具、壓縮夾具、彎曲夾具、剪切夾具、剝離夾具、撕裂夾具、封合夾具、抗彎抗折夾具等不同用途的拉力試驗機。拉伸夾具的拉力試驗機側重于檢測材料在受到拉伸力作用時的性能表現,像金屬線材、塑料薄膜等材料的拉伸強度測試;壓縮夾具的拉力試驗機用于模擬材料受到壓縮力的情況,比如建筑用磚塊、泡沫材料等的抗壓性能檢測;彎曲夾具的拉力試驗機可檢測材料的抗彎性能,在家具制造行業檢測木材、板材的抗彎能力時會用到;剪切夾具的拉力試驗機主要針對材料的抗剪切性能測試,如金屬板材的剪切強度檢測;剝離夾具的拉力試驗機常用于檢測復合材料、多層材料之間的剝離強度,例如電子設備中多層電路板各層之間的剝離性能測試;撕裂夾具的拉力試驗機可模擬材料被撕裂的情況,像紙張、織物等材料的撕裂強度檢測會用到;封合夾具的拉力試驗機對于一些需要檢測密封性能的材料,如包裝袋、密封容器等材料的封口處強度檢測有重要作用;抗彎抗折夾具的拉力試驗機則著重檢測材料在反復彎折情況下的性能,比如金屬薄片、塑料管材等在實際使用中可能會面臨彎折情況,就需要通過這類試驗機來評估其抗彎抗折能力。


按自動化程度分:可分為手動、氣動、電動、液壓夾具的拉力試驗機。手動夾具的拉力試驗機操作相對簡單,成本較低,適用于一些對測試精度要求不高、測試頻率較低的小型實驗室或者簡單的材料初步檢測場景;氣動夾具的拉力試驗機利用氣體壓力來控制夾具的開合和夾緊動作,具有夾緊力穩定、操作便捷的特點,常用于一些需要快速更換試樣、頻繁進行測試的生產車間等場合;電動夾具的拉力試驗機通過電機驅動夾具動作,能夠實現較為精確的控制,在一些對夾具控制精度有一定要求的材料測試中應用較多;液壓夾具的拉力試驗機依靠液壓系統提供強大且穩定的夾緊力,適合用于大型、高強度材料的測試,例如對大型金屬構件、超厚板材等進行力學性能測試時,液壓夾具的拉力試驗機就能很好地滿足固定試樣的需求,保障試驗順利開展。


三、拉力試驗機的應用領域


(一)常見行業應用


拉力試驗機在眾多工業部門以及相關實驗室都有著極為廣泛的應用,是保障材料質量、推動產品研發的關鍵設備之一。


在機械行業,拉力試驗機可用于檢測各類機械零部件所使用材料的力學性能。例如在汽車制造領域,發動機的連接件、車身框架的金屬材料等,都需要通過拉力試驗機來測試其抗拉強度、屈服強度等指標,以此判斷材料是否能滿足汽車在不同行駛工況下所承受的拉力要求,保障行車安全。同時,對于一些機械傳動部件所用到的塑料、橡膠等材料,也可以利用拉力試驗機檢測其耐磨性、彈性恢復能力等,確保部件在長期使用過程中性能穩定。


冶金行業中,無論是鋼鐵等金屬材料的生產,還是對新研發的合金材料進行性能評估,拉力試驗機都不可或缺。通過對金屬材料試樣進行拉伸、壓縮等試驗,能準確得出材料的強度、韌性等關鍵參數,幫助冶金企業把控產品質量,也為新材料的開發和改進提供數據支撐,使得冶金產品能更好地應用于建筑、機械加工等下游產業。


石油和化工行業同樣離不開拉力試驗機。像化工生產中所涉及的各種塑料管材、橡膠密封件等產品,在生產過程中需要用拉力試驗機檢測其拉伸強度、耐腐蝕性等性能,確保產品在復雜的化工環境下,如輸送腐蝕性液體、承受一定壓力等情況下,能夠正常使用且具備足夠長的使用壽命。而且對于一些新型的高分子材料研發,拉力試驗機更是能助力科研人員了解材料的力學特性,以便對其進行優化改進。


建材行業里,拉力試驗機的應用也十分廣泛。比如建筑用的鋼材、水泥制品、保溫材料等,都需要檢測其抗壓、抗拉等力學性能。對于建筑鋼材來說,拉力試驗機可以測定其屈服強度、極限抗拉強度等,確保鋼材質量符合建筑結構設計要求,保障建筑物的安全性;而對于像保溫板之類的材料,通過拉力試驗機測試其拉伸強度等性能,可判斷其在安裝和使用過程中是否容易出現破損等情況。


在航空航天領域,對材料的性能要求極高,拉力試驗機發揮著至關重要的作用。從飛機的機翼、機身等結構所使用的高強度金屬合金材料,到航空航天設備中的各類密封橡膠件、耐高溫的復合材料等,都要經過拉力試驗機嚴格的力學性能測試。例如在檢測飛機機翼材料時,需要精確測量其在不同受力狀態下的力學參數,確保機翼在高空飛行時能承受巨大的空氣動力等作用力,保障飛行安全。


大專院校和科研院所的相關實驗室更是拉力試驗機的 “聚集地”。在教學方面,老師可以利用拉力試驗機向學生直觀地展示材料受力變形等力學現象,幫助學生更好地理解材料力學的相關知識;在科研工作中,研究人員借助拉力試驗機對各種新型材料開展性能測試,比如開發新型的高性能陶瓷材料、具有特殊功能的聚合物材料等,通過拉力試驗機獲取的數據來分析材料的優勢與不足,進而指導進一步的研發工作,推動材料科學不斷向前發展。


總之,拉力試驗機貫穿于眾多行業的材料開發、質量控制以及產品性能評估等各個環節,為各行業的發展提供了有力的技術支持。


(二)特殊環境應用(如高低溫拉力試驗機)


高低溫拉力試驗機作為一種特殊的拉力測試設備,在不同溫度條件下評估材料拉伸性能方面有著獨特且重要的作用。


按照溫度范圍來分類,低溫拉力試驗機通常可以提供較低的溫度環境,常見的能達到 - 70°C 至 - 196°C 這樣的低溫范圍,主要用于測試材料在低溫條件下的性能。比如在高寒地區使用的建筑材料,像橋梁、輸油管道等基礎設施所用到的鋼材、密封材料等,需要通過低溫拉力試驗機模擬低溫環境,檢測其低溫下的強度、韌性以及抗脆斷能力等指標,確保這些材料在寒冷環境中不會因為溫度過低而出現性能大幅下降甚至失效的情況。還有一些用于航空航天領域的特殊材料,在高空低溫環境下要承受復雜的力學作用,低溫拉力試驗機就能幫助科研人員準確掌握這些材料在低溫狀態下的力學性能變化情況,為航天器、飛機等的設計制造提供可靠依據。


高溫拉力試驗機則能夠提供較高的溫度范圍,有的甚至可以達到 1000°C 以上的高溫,適用于測試材料在高溫條件下的性能表現。例如在發動機內部,其零部件所使用的金屬材料、耐高溫陶瓷材料等,要長時間處于高溫環境中工作,利用高溫拉力試驗機模擬發動機的工作溫度環境,對這些材料進行拉伸測試,就能了解材料在高溫下的強度、蠕變性能等關鍵指標,判斷材料是否滿足發動機高溫運行的要求,避免因材料在高溫下性能不足而導致發動機故障等問題。


從冷卻 / 加熱方式來看,冷卻式高低溫拉力試驗機是通過使用液氮或制冷劑等冷卻介質來降低試樣和環境溫度,實現低溫環境的營造,這種方式制冷效果較好,能夠快速達到所需的低溫狀態,并且溫度控制精度也較高,常用于對低溫性能要求較為嚴格的材料測試場景,比如一些超導材料、低溫電子元件等的性能檢測。加熱式高低溫拉力試驗機依靠電加熱元件或加熱器來提供加熱能力,使試樣和環境達到所需的高溫,它的優點在于加熱速度可調節范圍較廣,溫度穩定性好,適用于不同高溫需求的材料測試,像金屬材料的高溫強度測試、高溫塑料的性能評估等都可以借助這類試驗機來完成。恒溫高低溫拉力試驗機同時具備冷卻和加熱功能,能夠在一臺設備上實現對試樣進行精準的溫度控制,在進行需要溫度交變或者特定溫度曲線變化的試驗時非常方便,例如模擬材料在晝夜溫差大的環境或者熱循環工況下的性能變化,就可以利用恒溫高低溫拉力試驗機來實現。


按照試樣夾持方式分類,單夾持式高低溫拉力試驗機試樣只有一個夾持點,主要用于單軸拉伸測試,這種方式適用于一些形狀規則、受力方向較為單一的試樣,比如金屬線材、塑料棒材等材料的拉伸性能測試,操作相對簡單,能準確測量材料在單軸受力情況下的力學參數。雙夾持式高低溫拉力試驗機試樣有兩個夾持點,可進行雙軸拉伸或剪切測試,對于一些復合材料、薄板材料等,在實際使用中可能會受到多方向的力作用,通過雙夾持式的試驗機就可以模擬其實際受力狀態,更全面地評估材料在復雜受力環境下的力學性能,像飛機機翼蒙皮材料、電子設備的多層電路板等的性能檢測就會用到這種夾持方式的試驗機。

在不同的應用行業中,高低溫拉力試驗機也有著各自的重要作用。在汽車行業,車身零部件、密封件、橡膠制品等需要在極端溫度條件下保持穩定性和強度,高低溫拉力試驗機可以模擬汽車在嚴寒的冬天和炎熱的夏天等不同環境下,這些部件所承受的溫度和拉力情況,檢測其耐寒性和耐熱性能,確保汽車在不同氣候條件下都能安全可靠地行駛。航空航天行業中,飛機結構材料、導彈部件等對材料的環境適應性要求極高,高低溫拉力試驗機被用于評估材料在高空低溫、高速飛行產生的高溫等極端環境下的性能,保障材料在這些惡劣條件下的可靠性和耐用性。電子行業里,電子產品在不同的使用場景下可能會面臨高溫或低溫環境,例如手機、電腦等電子設備在高溫環境下散熱不良可能會影響性能,在低溫環境下電池續航、屏幕顯示等可能會出現問題,高低溫拉力試驗機可用于測試電子元件、電路板等的低溫和高溫性能,幫助優化產品設計,提高產品的環境適應性。


總之,高低溫拉力試驗機憑借其能模擬不同溫度環境的優勢,在眾多行業的材料研究、產品質量控制以及新品開發等方面都發揮著不可或缺的作用,為各領域的技術進步和產品性能提升提供了有力保障。


四、拉力試驗機的選購要點


(一)力值大小與結構選擇


在選購拉力試驗機時,力值大小是一個關鍵考量因素,因為它直接決定了所使用傳感器的類型以及拉力機的整體結構。一般來說,不同生產廠家所涉及材料的特性差異,對拉力試驗機力值范圍的需求也截然不同。


對于軟包裝生產廠家,比如生產塑料薄膜、紙張包裝袋等產品的企業,通常拉力范圍在 100N 左右就已足夠,這種情況下選擇單臂式拉力試驗機就可以滿足測試需求。而像金屬材料生產廠家,例如鋼鐵、合金、鋼纜行業等,由于金屬材料本身強度較高,需要承受較大拉力,往往要選用能適應較大拉力(可達一噸或以上)的門式結構拉力試驗機。要是船舶、礦業等對力值要求更大的領域,則可能需要選用臥式拉力試驗機了。所以,企業在選購時一定要結合自身生產材料所需的力值范圍,準確選擇與之匹配的拉力試驗機結構,這樣才能確保后續試驗的正常開展以及測試結果的準確性。


(二)試驗行程考慮


試驗行程同樣是選購拉力試驗機時不容忽視的要點,其選擇需依據不同材料的性能和具體要求來確定。


就軟包裝薄膜這類材料而言,根據其通常需要測試的性能和要求,試驗行程在 600 - 800mm 基本就能滿足。不過,對于像硅膠等特殊伸長率比較大的材料(伸長率超過 1000%),為避免在試驗過程中夾具運行超過行程使用極限、造成設備損壞的情況發生,就需要選擇行程在 1000mm 或是 1200mm 的拉力試驗機了。而金屬材料伸長率相對都比較小,所以在試驗行程方面一般不需要太大的規格。總之,要充分考慮材料自身特性來合理選擇試驗行程,以保障拉力試驗順利且有效地進行。


(三)標準配置分析


拉力試驗機的智能化基本配置一般涵蓋主機、微電腦以及打印機這幾個部分。其中,若微電腦功能強大,可直接實現打印功能;另外,也可以選擇配備普通電腦。配備普通電腦有著顯著優勢,它能夠進行復雜的數據分析,例如數據編輯、局部放大、可調整報告形式,還能對成組式樣進行統計分析等操作,極大地方便了試驗數據的處理和結果呈現。


同時,如果選擇配用電腦,廠家還應加入相應的控制系統,確保整個拉力試驗機在電腦的配合下能夠穩定、高效地運行,實現各項預設功能,滿足不同用戶對于試驗過程控制以及數據分析等多方面的需求。


(四)輸出結果對比


拉力試驗機在完成試驗后,能夠輸出多項內容,比如力值、伸長率、抗拉強度、定力伸長、定伸長力值、屈服強度、彈性模量、試驗力等。在這方面,國內外廠家的產品存在一定差異。


國外一些廠家的產品,通常可以輸出上述提到的較為全面的 8 項結果;而國內廠家的情況則有所不同,部分廠家可以輸出 5 - 6 項內容,還有些廠家可能僅能輸出力值的最大值、平均值以及最小值這三項。所以,用戶在選購拉力試驗機時,要根據自身對于試驗結果全面性的需求,仔細對比不同廠家產品在輸出結果方面的特點,以便選擇最符合自身實際使用要求的設備。


(五)試驗項目多樣性


拉力機具備一機多用的顯著特點,在配備不同夾具的基礎上,可以開展多種試驗項目,像拉伸、壓縮、彎曲、撕裂、剪切、180 度剝離、90 度剝離試驗等,能夠滿足對不同材料在不同力學性能測試方面的需求。例如在軟包裝行業,對于塑料薄膜、紙張等材料,可以通過更換相應夾具,利用同一臺拉力機完成多種不同的力學性能檢測,大大提高了設備的使用效率和適用性。


并且,市面上還有一些高檔拉力機,因其傳感器精度較高(有的達到十萬分之三以內,甚至更高精度),除了上述常規試驗項目外,還額外開發出了可以測試摩擦系數等其他特殊項目的功能,進一步拓展了拉力試驗機在材料力學性能檢測方面的應用范圍。


(六)配件相關要點


傳動方面:拉力試驗機常用的傳動方式有絲杠傳動和齒條傳動。絲杠傳動相對昂貴,但其優勢在于能夠用于高精度的測試場景,并且測試重復性高;而齒條傳動則較為便宜,不過適用于對精度要求相對較低、測試重復性也較低的情況。


絲杠類型:絲杠對于拉力試驗機的拉力精度測量起著決定性作用。常見的絲杠類型有滾珠絲杠、梯形絲杠以及一般絲杠。其中,滾珠絲杠精度最高,但其性能的充分發揮需要依靠電腦伺服系統進行操作,而且整套配置的價格也比較高;采用一般絲杠和梯形絲杠通常就可以達到像軟包裝材料等非金屬材料所要求的精度,也就是 0.5 - 1% 的精度范圍。


傳感器部分:傳感器是拉力試驗機的重要部件之一,其主要成本體現在使用壽命上,并且光電感應屬于比較先進的技術,質量較好的傳感器一般可以使用十萬次以上,在這方面進口和國內部分合資廠家能夠達到更高的技術水平,為拉力試驗提供更可靠、精準的數據采集保障。所以,在選購拉力試驗機時,要綜合考慮這些配件因素對設備精度和整體性能的影響,做出合適的選擇。


(七)試驗速度選擇


市面設備所提供的試驗速度范圍各有不同,對應的調速系統也存在差異。部分設備的試驗速度范圍在 10 - 500mm/min,這類設備一般使用普通調速系統,其成本相對較低,但缺點是較為粗糙,會對精度產生一定影響;還有些設備的試驗速度范圍在 0.001 - 500mm/min,它們采用的是伺服系統,雖然價格昂貴,不過精度很高。


對于不同需求的企業,比如軟包裝企業來說,選用伺服系統且調速范圍在 1 - 500mm/min 的拉力試驗機就足夠了,這樣既能夠保證試驗精度不受影響,同時設備價格也在合理的范圍之內,能在滿足測試要求的基礎上實現較好的性價比,確保企業在材料力學性能測試過程中高效且準確地獲取相關數據。


(八)測量精度要求


拉力試驗機涉及多個方面的精度問題,包括測力精度、速度精度、變形精度、位移精度等。在理想狀態下,這些精度值最高都可達到正負 0.5,不過對于大多數一般廠家而言,達到 1% 的精度通常就能滿足日常測試需求了。而且,目前市場上拉力試驗機的力值分辨率幾乎都能達到十萬分之一的較高水平。


不同廠家由于生產的產品特性以及測試需求不同,對精度的要求也會有所差別。例如汽車配件生產廠家,在檢測一些高強度或高彈性的汽車配件材料時,可能就需要更高的精度來確保測試結果的準確性;而對于一些普通材料的簡單力學性能檢測,常規精度的拉力試驗機便可勝任。所以,廠家在選購時要結合自身實際的精度需求,參考相應的精度標準建議,選擇合適的拉力試驗機產品。


五、拉力試驗機的操作與維護


(一)操作方法與步驟


在使用拉力試驗機進行試驗前,需做好充分的準備工作。首先要確保試驗機處于水平放置狀態,若試驗機放置不平,可能會影響試驗結果的準確性。然后檢查各部件連接是否牢固,比如加載系統、測量系統、控制系統以及試樣夾持系統之間的連接,任何一處松動都可能導致試驗過程出現故障。同時,還要對試驗儀進行相應的調整,像根據試樣的大致力值范圍,選擇合適量程的傳感器,并校準試驗機的零點,確保初始狀態下各項測量數據為零。


試驗過程中,試樣的夾持是關鍵步驟。不同類型的材料要選用與之適配的夾具,例如測試金屬材料時,需使用能牢固夾緊且避免損傷試樣表面的夾具;對于橡膠等彈性大、延伸率高的材料,則要采用不會打滑且適合其特性的夾具。將試樣一端先準確地夾在接近力傳感器一端的夾頭上,為消除試樣自重對初始力值的影響,需先進行力清零操作,之后再夾持試樣的另一端。在夾持時,要保證試樣在夾具中處于正位,不能出現歪斜等情況,否則在施加拉力時,試樣受力不均,所測得的數據就無法真實反映其力學性能。


接著便是按照試驗要求施加拉力,操作人員可通過控制系統預設加載的速率、保持時間、卸載等步驟。在整個拉力施加過程中,要密切觀察試樣的形變情況,例如通過試驗機配備的位移傳感器所反饋的數據,了解試樣的伸長量變化;同時關注測量系統記錄的所受力量等關鍵數據,看其是否在合理的變化范圍內,若出現異常波動,可能意味著試樣有滑脫、夾具松動或者試驗機出現故障等問題。


試驗結束后,要及時存儲數據,現在多數拉力試驗機都能通過配套軟件將試驗過程中采集到的力值、伸長率、抗拉強度等各項數據自動保存下來。隨后可利用軟件對數據進行分析,比如分析應力 - 應變曲線,確定材料的屈服強度、彈性模量等重要力學性能指標,還可以將數據以報表的形式打印出來,方便后續查看與存檔。


(二)日常維護保養


拉力試驗機的日常維護保養至關重要,關乎其使用壽命以及測量結果的準確性。


在防潮方面,要保持試驗機所處環境的干燥,避免其長時間處于潮濕環境中,因為潮濕可能會使試驗機的金屬部件生銹、電子元件受潮損壞等。如果試驗機放置在濕度較大的地方,可考慮配備除濕設備,或者使用防潮罩等對試驗機進行防護。對于防塵,每次試驗完成后,應及時清理拉力試驗機表面及夾具上的殘留物,使用軟布輕輕擦拭,像那些難以觸及的角落,也要仔細清理,防止灰塵堆積影響試驗機的正常運行。特別是對于傳動部件,如絲杠、導軌等,灰塵進入可能會加劇磨損,所以要定期進行深度清潔。


在防銹方面,試驗機的金屬部件容易生銹,尤其是長期不使用或者處于濕度較高環境下時。像試樣夾持系統中的夾具,在使用后若有殘留試樣的水分等,要及時擦干,并定期涂抹防銹油。對于油路系統,要定期檢查液壓油的油位和質量,及時更換污染或老化的液壓油,確保油路通暢,壓力穩定。氣路部分同樣需要定期檢查,查看氣管是否有漏氣現象,氣壓是否正常,保證氣路能為相關氣動部件提供穩定的動力支持。

此外,拉力試驗機中的傳感器等測量設備需要定期校準,因為隨著使用時間的增加以及使用次數的增多,傳感器的精度可能會出現偏差。一般建議按照設備說明書規定的周期,使用標準砝碼或其他標準計量器具對載荷傳感器等進行校準,確保測量結果的準確性,使試驗機始終能精準地測量材料的各項力學性能指標,保障試驗順利且可靠地開展。


(三)常見故障及解決方法


拉力試驗機在使用過程中,可能會出現一些常見故障。


壓力傳感器故障是較為常見的一種情況,比如傳感器可能出現數據不準確、波動大或者無反應等問題。若數據不準確且波動大,首先要檢查試片夾持狀態是否正確,確保在試驗前負荷已清零,然后對傳感器進行校正。若校準后仍無法解決問題,很可能是傳感器內部元件損壞,這時就需要更換新的傳感器。要是傳感器無反應,要檢查是否選錯傳感器、傳感器校準值是否被改動,以及傳感器是否連接良好,可嘗試重新插拔數據線,并觀察傳感器相關部件(如彈弓曲線)是否老化或損壞,必要時進行更換。


傳動裝置失靈也是可能遇到的故障之一。例如機械部件的運動出現卡頓、不順暢,或者有松動、損壞的情況,這會導致設備無法正常工作或者測試結果不準確。此時需要檢查傳動部件,如絲杠、導軌等,查看是否缺油潤滑,若潤滑不足,及時添加適量的潤滑油或潤滑脂;同時檢查部件之間的連接是否松動,如有松動的螺絲等緊固件,要及時擰緊;若發現部件有損壞,則需更換相應的受損部件,保障傳動裝置能正常運轉,使試驗機可以順利施加拉力并完成試驗過程。


電機電路損壞同樣不容忽視,像設備無法開機或開機后無顯示,可能是電源插頭和電源線連接不良,這時要檢查電源線路是否連接正常,確保供電穩定;也有可能是急停開關處于按下狀態,需將急停開關擰起;還可能是接入試驗機的電源電壓不正常或者機器插座上的保險燒斷,針對電壓問題要進行相應的調整,若是保險燒斷,則取出備用保險絲安裝即可。另外,如果出現電機運轉異常,如轉速不穩定等情況,要檢查電機的控制系統以及相關電路是否出現故障,可咨詢售后技術人員,讓廠家專業


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