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摘 要：线材质量检验以及质量数据分析，对于线材企业来说是必不可少的。它是提高线材质量的重要手段。文章结合实际，介绍了电液伺服万能试验机的工作原理，及其在线材力学性能检验中的应用，供参考。
关键词：电液伺服万能试验机；工作原理；拉伸试验；弯曲试验
1.万能试验机的优点
试验空间合理，安装调整方便；采用高精度负荷传感器和高精度光电编码器测活塞位移，准确度高；试验方案简单灵活，易得到理想的试验结果；选用优质液压元件，确保系统长期、稳定运行；具有超载、限位、超温、超电压等多种保护功能，安全可靠；负荷全程不分档，性能更为优越[1]。
2.试验机的工作原理
电液伺服万能试验机是机电一体化产品，主要由机械部分、液压动力单元、测控系统、计算机数据处理系统、试验结果输出等部分组成。
2.1机械部分
机械部分主要由主机、试样夹持装置、防护装置、温度控制装置等部分组成。主机是试验机的基础，包括一些基础结构件、传动部分、液压执行元件。基础结构件包括底座、主油缸、试台、上下横梁、光杠等。传动部分用于调整试验空间，包括丝杠螺母副、链条传动部分、减速机等。液压执行元件包括主油缸和小活塞组件，主油缸是试验力的来源，小活塞组件提供拉伸试验时的初始夹紧功能[2]。
主机的工作原理是：底座的两侧孔内分别装两根丝杠，丝杠可在底座内转动，但不能轴向移动，传动螺母固定在下横梁上，底座上装有减速机，减速机通过链轮驱动丝杠转动，进而使下横梁上下移动，目的是调整试验空间。底座中央的孔内装有主油缸组件，活塞上端固定负荷传感器，负荷传感器上端安装试台，试台的4个角上装有4根光杠，光杠的顶端支撑着横梁。
如下页图1、图2所示，下横梁和底座组成一个框架。试台、光杠、上横梁组成另一个框架。在试台与下横梁之间装压缩夹具。在上下横梁上装拉伸夹具，拉伸夹具的原理是两个对称斜面构成楔形夹紧，小活塞组件提供初始夹紧力。主油缸注入高压油时，通过负荷传感器驱动试台、光杠、上横梁组成的框架向上运动。无论是拉伸试验还是压缩试验，两个框架通过试样传递作用力，此作用力即是试验力，此力也相等地作用在负荷传感器上，负荷传感器变形产生电信号并把电信号输入到测控系统。试台和底座之间还装有位移传感器，测量主油缸的位移量，位移传感器产生的电信号也输入到测控系统。为了提高测量的准确度，增加下横梁传动的平稳性和减小丝杠螺母副的间隙。主油缸活塞与负荷传感器之间还有球头支承结构，减小夹持偏心的影响[3]。
2.2试验工装夹具
试验工装夹具包括压缩夹具、拉伸夹具、弯曲夹具、剪切夹具、螺纹拉伸夹具及特殊试样的试验夹具等。其中压缩夹具和拉伸夹具属标准配置。
2.2.1拉伸夹具
拉伸夹具和压缩夹具出厂时已装配好，拉伸夹具仅需根据试样的尺寸更换拉伸夹块即可。
2.2.2弯曲夹具
弯曲夹具和剪切夹具分别如图3所示。使用时需拆去压缩夹具的部分零件，安装在试台和下横梁之间。
其工作原理：将压辊座固定在下横梁上装上压辊，弯曲试台置于试台上，按图组装好弯曲支座、拉杆等零件后，调整好压辊的轴线与使其试样的轴线垂直，启动油源，控制油缸上升，压辊和试样产生相对运动，试样受力后弯曲变形。
2.3液压动力单元
液压动力单元由泵组、阀组及相关的液压附件组成。它为主机的执行元件（油缸）提供驱动动力（压力油），控制执行元件的动作。
该系列液压动力单元的一些基本参数如下：额定工作压力为25MPa，额定流量3.5L/min，电机功率1.5kW，用于最大试验力为300kN及以下的试验机；额定工作压力为25MPa，额定流量5L/min，电机功率2.2kW，用于最大试验力为>300～1000kN的试验机；额定工作压力为25MPa，额定流量7.5L/min，电机功率4kW，用于最大试验力为>1000～2000kN的试验机；额定工作压力为25MPa，额定流量10L/min，电机功率5.5kW，用于最大试验力为3000kN的试验机。油箱容积为75L（3000kN试验机油箱容积为100L）。净重为400kg（3000kN试验机液压动力源净重500kg）。外廓尺寸为1350mm×600mm×900mm。
2.4测控系统
测控系统是指对力、位移、变形等信号的测量和控制，对油缸、伺服阀等执行元件的控制。主要元件是DSCC-5000多通道电液伺服闭环控制系统、配电柜、手动操作盒、操作按钮板等。负荷传感器、位移传感器、引伸计是测控系统信号输入的源头。
2.5多通道电液伺服闭环控制系统
模拟通道有效测量分辨力高达1/300000标称值，即300000码测量分辨力。多通道电液伺服闭环控制系统的特点：DSC硬件平台及程序；8路24位高精度A/D数据采集系统，3路光电编码数字信号采集系统；RS232通讯，通讯速率为12Mb/s，采用全速模式，批量传输方式；采用自适应PID控制算法，实现负荷、位移、变形平滑切换。
2.6操作盒按钮
操作盒控制按钮盒主要用来控制下横梁的位置，调整试验空间，控制上下横梁上的小油缸，实现试样的夹紧和松开。
下横梁升、降：控制下横梁的上升和下降，调整拉伸或压缩空间。设计为点动控制方式。
夹头夹紧、松开：控制上下横梁上的夹紧油缸，对试样“夹紧”和“松开”控制。
3.万能试验机的使用方法
力学性能试验中主要使用万能试验机的拉伸试验和弯曲试验，下面简要介绍其使用方法和操作步骤。
3.1拉伸试验
拉伸试验是试验机最基本的功能。在拉伸试验前应根据试样的規选择合适的夹块。每一种夹块上都做有夹持范围的标。使用时必须根据试样的厚度（板材）或直径（棒材）选择四块标记相同的夹块[4]。 3.1.1夹块的安装
将夹块推入衬板的燕尾槽内，夹块齿部有倒角的一面顺着试样受力的方向；锁紧衬板两侧的小挡板，防止夹块偏离；平夹块上应装上板试样定位块，并根据试样的宽带调整好板试样定位块的位置。
安装或更换夹块的注意事项：更换夹块的过程中油泵应关闭。选用夹块注意点：当试样尺寸在夹块的临界尺寸时，尽量选用尺寸较小的一种。装夹试样：启动油泵电机；试样夹紧，圆试样夹在V型夹块的中间，扁试样须处于竖直状态，不能倾斜，试样的中心线和加载中心线重合。
3.1.2拉伸试验步骤
（1）按“显示器→计算机→DSCC多通道电液伺服闭环控制系统→启动试验软件→液压动力单元”的顺序开启试验机。DSCC多通道电液伺服闭环控制系统启动3min后，再启动试验软件，重新打开DSCC多通道电液伺服闭环控制系统后，应重新启动试验软件，每班初次启动液压动力单元，应预热约15min，然后检查一下油缸和横梁的动作，冬季气温较低时预热时间应超过15min。
（2）根据试样的长度调整下横梁的位置。
（3）按照要求安装夹块试样。
（4）点击试验界面中“运行”按钮左边的按钮，开始试验。
（5）试验结束，自动保存试验数据。
（6）试样拆卸：握住试样的上半段，按操作盒上“上松/Upperrealease”下的按钮、取下试样。再握住试样的下半段，按操作盒“下松/Lowerrealease”按钮，取下试样。
（7）切换转换开关至“快退”档，活塞复位后，再切换至“加荷”档。
（8）重复2）—7）步骤，可进行下次试验。
3.2弯曲试验
彎曲试验时只需把压缩夹具取下（平压板过渡板不拆），换上弯曲试验装置。
3.2.1弯曲夹具安装和调整
（1）拆下压缩夹具的平面压板，球面压板，球面压座。
（2）将上定位销拧入压辊座，用扳手拧紧。然后将上定位销装入平压板过渡板的孔内，用紧定螺钉顶紧，（300kN及以下产品无过渡板，压辊座直接安装在下横梁底部），根据试验标准或用户要求在压辊座上装好压辊，并用挡板或拉板固定。
（3）将下定位销拧入弯曲试台底部，用扳手拧紧。然后将弯曲试台固定在试台上，定位销与试台中央的孔配合。
（4）把两个弯曲支座下端装入导向平键，然后放在弯曲试台上，导向平键与弯曲试台上的T型槽上端配合（300kN及300kN以下产品无弯曲试台，弯曲支座直接安装在设备试台上）。
（5）分别从弯曲试台（或试台）的两端装入T型槽螺钉。
（6）把两根拉杆分别穿入弯曲支座的两耳环孔内，拉杆两端旋上螺母（暂不旋紧）。
（7）根据试验标准或用户要求调整两个弯曲支座在弯曲试台上的位置，使两弯曲支座的压辊相对于弯曲试台中央的孔对称，且跨距与试验标准或要求相符。
（8）锁紧弯曲支座上T型螺钉的螺母，将弯曲支座压紧在弯曲试台上，紧固两拉杆两端的螺母。
（9）转动弯曲支座，方便其做试验。在弯曲支座内放入支辊，两端装上挡板。
（10）松开平压板过渡板上的紧定螺钉，转动压头座的方向，使压辊轴线与弯曲支座上的支辊相互平行，然后用顶丝把压辊座锁紧。
3.2.2弯曲试验步骤
（1）按“显示器→计算机→DSCC多通道电液伺服闭环控制系统→启动试验软件→液压源”的顺序开启试验机。
（2）把试样放在两支辊上，根据试样的厚度调整下横梁的位置，使试样距离压辊（弯芯）15mm左右。
（3）点击试验界面中“运行”按钮左边的按钮，开始试验。
（4）试验结束，自动保存试验数据。
（5）切换转换开关至“快退”档，试台下降后，取下试样，再将转换开关切换至“加荷”档。
注意事项：对相同的试样，重复2）—5）步骤，进行下次试验；试验前须锁紧压紧弯曲支座用T型螺钉上的螺母，锁紧拉杆两端的螺母；压辊不可压在弯曲试台上；下横梁调整弯曲空间时必须高度注意试样和压辊的距离，禁止通过下横梁下降使试样受力。
4.结语
总之，提高产品性能一直是线材工作者所致力追求的目标，为了达到这个目标，有必要对所要生产的产品力学性能进行检验，一来保障产品质量，二来可以用数据指导车间生产，使生产车间及时调整工艺，减少不合格品的产生。综上所述，电液伺服万能试验机作为测定材料力学性能指标的检测设备，能够缩短力学性能试验的试验周期，同时也提高精确度，有效地促进生产，提高质量管理水平，具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1]张保耀.线材质量网络管理系统的设计与实现[D].东北大学， 2005.
[2]刘博.电液伺服万能试验机原理及故障诊断[J].四川冶金， 2015， 37（6）：70-74.
[3]车忠远，王绪山.电液伺服动静万能试验机液压系统原理介绍[J].工程与试验， 2000（3）：49-50.
[4]王勇，于根茂，仝金平.棒线材力学性能数学模型的开发与应用[J].河北冶金， 2011（8）：35-38.
关键词：电液伺服万能试验机；工作原理；拉伸试验；弯曲试验
1.万能试验机的优点
试验空间合理，安装调整方便；采用高精度负荷传感器和高精度光电编码器测活塞位移，准确度高；试验方案简单灵活，易得到理想的试验结果；选用优质液压元件，确保系统长期、稳定运行；具有超载、限位、超温、超电压等多种保护功能，安全可靠；负荷全程不分档，性能更为优越[1]。
2.试验机的工作原理
电液伺服万能试验机是机电一体化产品，主要由机械部分、液压动力单元、测控系统、计算机数据处理系统、试验结果输出等部分组成。
2.1机械部分
机械部分主要由主机、试样夹持装置、防护装置、温度控制装置等部分组成。主机是试验机的基础，包括一些基础结构件、传动部分、液压执行元件。基础结构件包括底座、主油缸、试台、上下横梁、光杠等。传动部分用于调整试验空间，包括丝杠螺母副、链条传动部分、减速机等。液压执行元件包括主油缸和小活塞组件，主油缸是试验力的来源，小活塞组件提供拉伸试验时的初始夹紧功能[2]。
主机的工作原理是：底座的两侧孔内分别装两根丝杠，丝杠可在底座内转动，但不能轴向移动，传动螺母固定在下横梁上，底座上装有减速机，减速机通过链轮驱动丝杠转动，进而使下横梁上下移动，目的是调整试验空间。底座中央的孔内装有主油缸组件，活塞上端固定负荷传感器，负荷传感器上端安装试台，试台的4个角上装有4根光杠，光杠的顶端支撑着横梁。
如下页图1、图2所示，下横梁和底座组成一个框架。试台、光杠、上横梁组成另一个框架。在试台与下横梁之间装压缩夹具。在上下横梁上装拉伸夹具，拉伸夹具的原理是两个对称斜面构成楔形夹紧，小活塞组件提供初始夹紧力。主油缸注入高压油时，通过负荷传感器驱动试台、光杠、上横梁组成的框架向上运动。无论是拉伸试验还是压缩试验，两个框架通过试样传递作用力，此作用力即是试验力，此力也相等地作用在负荷传感器上，负荷传感器变形产生电信号并把电信号输入到测控系统。试台和底座之间还装有位移传感器，测量主油缸的位移量，位移传感器产生的电信号也输入到测控系统。为了提高测量的准确度，增加下横梁传动的平稳性和减小丝杠螺母副的间隙。主油缸活塞与负荷传感器之间还有球头支承结构，减小夹持偏心的影响[3]。
2.2试验工装夹具
试验工装夹具包括压缩夹具、拉伸夹具、弯曲夹具、剪切夹具、螺纹拉伸夹具及特殊试样的试验夹具等。其中压缩夹具和拉伸夹具属标准配置。
2.2.1拉伸夹具
拉伸夹具和压缩夹具出厂时已装配好，拉伸夹具仅需根据试样的尺寸更换拉伸夹块即可。
2.2.2弯曲夹具
弯曲夹具和剪切夹具分别如图3所示。使用时需拆去压缩夹具的部分零件，安装在试台和下横梁之间。
其工作原理：将压辊座固定在下横梁上装上压辊，弯曲试台置于试台上，按图组装好弯曲支座、拉杆等零件后，调整好压辊的轴线与使其试样的轴线垂直，启动油源，控制油缸上升，压辊和试样产生相对运动，试样受力后弯曲变形。
2.3液压动力单元
液压动力单元由泵组、阀组及相关的液压附件组成。它为主机的执行元件（油缸）提供驱动动力（压力油），控制执行元件的动作。
该系列液压动力单元的一些基本参数如下：额定工作压力为25MPa，额定流量3.5L/min，电机功率1.5kW，用于最大试验力为300kN及以下的试验机；额定工作压力为25MPa，额定流量5L/min，电机功率2.2kW，用于最大试验力为>300～1000kN的试验机；额定工作压力为25MPa，额定流量7.5L/min，电机功率4kW，用于最大试验力为>1000～2000kN的试验机；额定工作压力为25MPa，额定流量10L/min，电机功率5.5kW，用于最大试验力为3000kN的试验机。油箱容积为75L（3000kN试验机油箱容积为100L）。净重为400kg（3000kN试验机液压动力源净重500kg）。外廓尺寸为1350mm×600mm×900mm。
2.4测控系统
测控系统是指对力、位移、变形等信号的测量和控制，对油缸、伺服阀等执行元件的控制。主要元件是DSCC-5000多通道电液伺服闭环控制系统、配电柜、手动操作盒、操作按钮板等。负荷传感器、位移传感器、引伸计是测控系统信号输入的源头。
2.5多通道电液伺服闭环控制系统
模拟通道有效测量分辨力高达1/300000标称值，即300000码测量分辨力。多通道电液伺服闭环控制系统的特点：DSC硬件平台及程序；8路24位高精度A/D数据采集系统，3路光电编码数字信号采集系统；RS232通讯，通讯速率为12Mb/s，采用全速模式，批量传输方式；采用自适应PID控制算法，实现负荷、位移、变形平滑切换。
2.6操作盒按钮
操作盒控制按钮盒主要用来控制下横梁的位置，调整试验空间，控制上下横梁上的小油缸，实现试样的夹紧和松开。
下横梁升、降：控制下横梁的上升和下降，调整拉伸或压缩空间。设计为点动控制方式。
夹头夹紧、松开：控制上下横梁上的夹紧油缸，对试样“夹紧”和“松开”控制。
3.万能试验机的使用方法
力学性能试验中主要使用万能试验机的拉伸试验和弯曲试验，下面简要介绍其使用方法和操作步骤。
3.1拉伸试验
拉伸试验是试验机最基本的功能。在拉伸试验前应根据试样的規选择合适的夹块。每一种夹块上都做有夹持范围的标。使用时必须根据试样的厚度（板材）或直径（棒材）选择四块标记相同的夹块[4]。 3.1.1夹块的安装
将夹块推入衬板的燕尾槽内，夹块齿部有倒角的一面顺着试样受力的方向；锁紧衬板两侧的小挡板，防止夹块偏离；平夹块上应装上板试样定位块，并根据试样的宽带调整好板试样定位块的位置。
安装或更换夹块的注意事项：更换夹块的过程中油泵应关闭。选用夹块注意点：当试样尺寸在夹块的临界尺寸时，尽量选用尺寸较小的一种。装夹试样：启动油泵电机；试样夹紧，圆试样夹在V型夹块的中间，扁试样须处于竖直状态，不能倾斜，试样的中心线和加载中心线重合。
3.1.2拉伸试验步骤
（1）按“显示器→计算机→DSCC多通道电液伺服闭环控制系统→启动试验软件→液压动力单元”的顺序开启试验机。DSCC多通道电液伺服闭环控制系统启动3min后，再启动试验软件，重新打开DSCC多通道电液伺服闭环控制系统后，应重新启动试验软件，每班初次启动液压动力单元，应预热约15min，然后检查一下油缸和横梁的动作，冬季气温较低时预热时间应超过15min。
（2）根据试样的长度调整下横梁的位置。
（3）按照要求安装夹块试样。
（4）点击试验界面中“运行”按钮左边的按钮，开始试验。
（5）试验结束，自动保存试验数据。
（6）试样拆卸：握住试样的上半段，按操作盒上“上松/Upperrealease”下的按钮、取下试样。再握住试样的下半段，按操作盒“下松/Lowerrealease”按钮，取下试样。
（7）切换转换开关至“快退”档，活塞复位后，再切换至“加荷”档。
（8）重复2）—7）步骤，可进行下次试验。
3.2弯曲试验
彎曲试验时只需把压缩夹具取下（平压板过渡板不拆），换上弯曲试验装置。
3.2.1弯曲夹具安装和调整
（1）拆下压缩夹具的平面压板，球面压板，球面压座。
（2）将上定位销拧入压辊座，用扳手拧紧。然后将上定位销装入平压板过渡板的孔内，用紧定螺钉顶紧，（300kN及以下产品无过渡板，压辊座直接安装在下横梁底部），根据试验标准或用户要求在压辊座上装好压辊，并用挡板或拉板固定。
（3）将下定位销拧入弯曲试台底部，用扳手拧紧。然后将弯曲试台固定在试台上，定位销与试台中央的孔配合。
（4）把两个弯曲支座下端装入导向平键，然后放在弯曲试台上，导向平键与弯曲试台上的T型槽上端配合（300kN及300kN以下产品无弯曲试台，弯曲支座直接安装在设备试台上）。
（5）分别从弯曲试台（或试台）的两端装入T型槽螺钉。
（6）把两根拉杆分别穿入弯曲支座的两耳环孔内，拉杆两端旋上螺母（暂不旋紧）。
（7）根据试验标准或用户要求调整两个弯曲支座在弯曲试台上的位置，使两弯曲支座的压辊相对于弯曲试台中央的孔对称，且跨距与试验标准或要求相符。
（8）锁紧弯曲支座上T型螺钉的螺母，将弯曲支座压紧在弯曲试台上，紧固两拉杆两端的螺母。
（9）转动弯曲支座，方便其做试验。在弯曲支座内放入支辊，两端装上挡板。
（10）松开平压板过渡板上的紧定螺钉，转动压头座的方向，使压辊轴线与弯曲支座上的支辊相互平行，然后用顶丝把压辊座锁紧。
3.2.2弯曲试验步骤
（1）按“显示器→计算机→DSCC多通道电液伺服闭环控制系统→启动试验软件→液压源”的顺序开启试验机。
（2）把试样放在两支辊上，根据试样的厚度调整下横梁的位置，使试样距离压辊（弯芯）15mm左右。
（3）点击试验界面中“运行”按钮左边的按钮，开始试验。
（4）试验结束，自动保存试验数据。
（5）切换转换开关至“快退”档，试台下降后，取下试样，再将转换开关切换至“加荷”档。
注意事项：对相同的试样，重复2）—5）步骤，进行下次试验；试验前须锁紧压紧弯曲支座用T型螺钉上的螺母，锁紧拉杆两端的螺母；压辊不可压在弯曲试台上；下横梁调整弯曲空间时必须高度注意试样和压辊的距离，禁止通过下横梁下降使试样受力。
4.结语
总之，提高产品性能一直是线材工作者所致力追求的目标，为了达到这个目标，有必要对所要生产的产品力学性能进行检验，一来保障产品质量，二来可以用数据指导车间生产，使生产车间及时调整工艺，减少不合格品的产生。综上所述，电液伺服万能试验机作为测定材料力学性能指标的检测设备，能够缩短力学性能试验的试验周期，同时也提高精确度，有效地促进生产，提高质量管理水平，具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1]张保耀.线材质量网络管理系统的设计与实现[D].东北大学， 2005.
[2]刘博.电液伺服万能试验机原理及故障诊断[J].四川冶金， 2015， 37（6）：70-74.
[3]车忠远，王绪山.电液伺服动静万能试验机液压系统原理介绍[J].工程与试验， 2000（3）：49-50.
[4]王勇，于根茂，仝金平.棒线材力学性能数学模型的开发与应用[J].河北冶金， 2011（8）：35-38.