劉慧軍

（湖南省邵陽市計(jì)量測試檢定所，湖南 邵陽 422000）

1 引言

萬能試驗(yàn)機(jī)是發(fā)展材料科學(xué)，促進(jìn)生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，提升材料品質(zhì)的重要檢測設(shè)備。到現(xiàn)在為止，萬能試驗(yàn)機(jī)的分類方式可以按照如下要求：（1）按照萬能試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行方式分類；（2）按照測定力學(xué)的方式進(jìn)行分類；（3）按照萬能試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分類；（4）按照萬能試驗(yàn)機(jī)測定的材料類型進(jìn)行分類。目前階段，萬能試驗(yàn)機(jī)的品種多達(dá)上百種，單純以某一種分類方式進(jìn)行界定的話，無法做到對(duì)試驗(yàn)機(jī)類型的有效覆蓋，也不能完全地對(duì)萬能試驗(yàn)機(jī)的性能做出有效的分離。萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展出豐富的型號(hào)，強(qiáng)大的功能類型也讓實(shí)驗(yàn)機(jī)的分類也變得困難重重，試驗(yàn)機(jī)的負(fù)荷范圍不斷擴(kuò)大，可以測定的材料也越來越豐富，它們之間界限也越來越模糊，萬能試驗(yàn)機(jī)的分類也就變得復(fù)雜起來。

2 關(guān)于電子式和液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)的分析討論

2.1 從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)方面進(jìn)行分析

電子式的萬能試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：動(dòng)力源是由伺服電機(jī)提供的，執(zhí)行部件主要是杠絲和絲母，通過它們之間的配合，實(shí)現(xiàn)萬能試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)，并且可以通過外部控制，操控橫梁的移動(dòng)速度?，F(xiàn)在這種試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)控制，主要通過同步帶和減速機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在我國國內(nèi)，同步帶這種傳動(dòng)方式主要集中在長春地區(qū)，紅山出產(chǎn)的萬能試驗(yàn)機(jī)，多采用減速機(jī)來傳動(dòng)。這兩種傳動(dòng)方式都可以滿足使用者的要求，具體的優(yōu)缺點(diǎn)還有待探討。同時(shí)這種試驗(yàn)機(jī)的傳感方面，主要是采用負(fù)荷傳感器。

液壓萬能試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：從名字不難看出來，這種實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力是由高壓液壓源提供的?？刂葡到y(tǒng)中，主要采用手動(dòng)閥、伺服閥或者是比例閥這幾種方式來進(jìn)行控制。市場上普通的液壓萬能試驗(yàn)機(jī)只能夠支持手動(dòng)加載，控制系統(tǒng)比較粗放，壓力傳感器也是浦東的液壓壓力傳感器，究其原因還是價(jià)格問題。但是電液伺服類的萬能材料試驗(yàn)機(jī)主要是采用伺服閥或者是比例閥這兩種控制元件，在測力方面，有些技術(shù)含量高的廠家已近使用高精度的負(fù)荷傳感器來實(shí)現(xiàn)力學(xué)測量。

2.2 從適用性能方面進(jìn)行分析

電子式的萬能試驗(yàn)機(jī)性能特點(diǎn)：電子式的萬能試驗(yàn)機(jī)通常是不使用油源的，所以在設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)方面更加方便快捷，同時(shí)也更加清潔無污染。在測定范圍方面，從0.001～1 000 mm/min范圍內(nèi)，可根據(jù)使用者的要求自由調(diào)整，速比達(dá)到100萬倍，實(shí)驗(yàn)的行程同樣可以調(diào)整，方便靈活，實(shí)用性強(qiáng)。在精度方面，測定的力學(xué)的精度可達(dá)0.2%左右，相對(duì)還是很高的。同時(shí)，這套試驗(yàn)機(jī)重量很輕，有足夠的空間來滿足使用者的使用要求，可以方便快捷的加載各類裝置進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)材料的大小種類適用性也很強(qiáng)，是真正的萬能試驗(yàn)機(jī)。從控制方面，所謂的“三荷控制”即載荷控制、應(yīng)變控制、位移控制，在國內(nèi)出產(chǎn)的主流電子式萬能試驗(yàn)機(jī)都可以做到。

3 萬能試驗(yàn)機(jī)相關(guān)的分析與思考

3.1 同軸度檢定方面的分析思考

同軸度是一個(gè)概念名詞，指的是萬能試驗(yàn)機(jī)夾持裝置在實(shí)驗(yàn)過程中，上下夾頭和力軸線的統(tǒng)一程度。在拉伸實(shí)驗(yàn)過程中，材料收到正應(yīng)力，使材料不斷被拉長，但是受到同軸度的影響，材料可能會(huì)受到彎曲應(yīng)力，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生其他影響，造成測定數(shù)值不準(zhǔn)。在假設(shè)中，如果夾持裝置可以自動(dòng)對(duì)中，或者是測定的材料具有良好的柔韌性，那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能影響不大，但是如果測定的材料具有極大的剛性或者抗曲橈性，亦或者是需要極限趨近于材料的柔韌極致的測量項(xiàng)目時(shí)，這種彎曲應(yīng)力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可能是十分巨大的。

在檢測同軸度的時(shí)候，往往采用以下幾種方式：（1）在校驗(yàn)棒上用百分表來進(jìn)行檢測；（2）在矯正校驗(yàn)棒的傾斜角度時(shí)，用象限水平儀進(jìn)行矯正；（3）檢測對(duì)中性：切開校驗(yàn)棒，用上下夾頭夾住進(jìn)行校驗(yàn)；（4）利用鉛錘來進(jìn)行校驗(yàn)；（5）用同軸度自動(dòng)檢測儀。這幾種方法都是驗(yàn)證幾何同軸度的，由于實(shí)驗(yàn)條件的不同，可能矯正的情況也不相同。方法（5）更適用于在檢測時(shí)，夾具已經(jīng)受力條件下進(jìn)行校驗(yàn)，更貼近實(shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí)。同時(shí)這種方法，是明確記載在《電子式萬能試驗(yàn)機(jī)》規(guī)程中的。在實(shí)驗(yàn)時(shí)力小于5 N的條件下，規(guī)程要求按照鉛錘法進(jìn)行校驗(yàn)。

3.2 鑒別力閥檢定的分析和思考

在各類萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程中，可以看到，鑒別力閥的檢定是必須要進(jìn)行的。究其原因，主要是現(xiàn)階段許多萬能試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，設(shè)計(jì)理念也不同。很多試驗(yàn)機(jī)在進(jìn)入測試模式時(shí)，才允許檢定力值。未進(jìn)入檢測模式時(shí)，試驗(yàn)中沒有力學(xué)施加，顯示的數(shù)值不會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象并不能真實(shí)反映試驗(yàn)機(jī)測試系統(tǒng)的精度水平。只有對(duì)相對(duì)力值、零點(diǎn)漂移和鑒別力閥均有正確反應(yīng)的萬能試驗(yàn)機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才是真實(shí)可靠的。

3.3 對(duì)檢定規(guī)程的分析

自從JJG 157-1995《非金屬拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》被2008版代替，再到JJG 139-2014《拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》實(shí)施至今，筆者經(jīng)歷了小負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)檢定方法和技術(shù)要求的三次變化過程，充分認(rèn)識(shí)到了新規(guī)程適應(yīng)時(shí)代的進(jìn)步，檢定方法的操作性更強(qiáng)。在此筆者將JJG157《非金屬拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》1995版和2008版進(jìn)行比較，可以更加具體的了解到非金屬及小負(fù)荷材料試驗(yàn)機(jī)的檢定方法和技術(shù)要求在這段時(shí)期內(nèi)的變化和提高，主要有以下特點(diǎn)：

（1）規(guī)程適用范圍變大，相較于舊的規(guī)程只適用于新制的，使用中和修理后的試驗(yàn)機(jī)檢定，新規(guī)程可用于非金屬材料的拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定。同時(shí)在力的尺度上，可以達(dá)到10 N以上，檢測材料范圍也從非金屬擴(kuò)大到小負(fù)荷和微小負(fù)荷的試驗(yàn)機(jī)，以及一些高分子材料試驗(yàn)機(jī)。

（2）試驗(yàn)機(jī)分級(jí)及術(shù)語變化：首先是在新規(guī)程中試驗(yàn)機(jī)分為三級(jí)，也就是0.5、1、2三級(jí)，修改了舊規(guī)程中0、1、2、3四級(jí)制。術(shù)語方面，新規(guī)程中α指的是相對(duì)分辨力，區(qū)別于就規(guī)程中的相對(duì)分辨率。

（3）試驗(yàn)機(jī)安裝規(guī)范變化：新規(guī)程中要求試驗(yàn)機(jī)安裝過程中在水平度上不超過0.2 mm/m，區(qū)別于舊規(guī)程中只要求安裝在固定的底座上。

（4）萬能試驗(yàn)機(jī)安全裝置要求：新規(guī)程要求試驗(yàn)力達(dá)到測定上線103%～105%范圍時(shí)或者是活動(dòng)部件到達(dá)極限時(shí)，保護(hù)裝置立即開啟；在舊規(guī)程中是試驗(yàn)力達(dá)到測定上線102%～110%范圍時(shí)開啟。新規(guī)程中試驗(yàn)機(jī)靈敏度將更加精確，對(duì)機(jī)器操作人員和試驗(yàn)機(jī)的壽命都有了有效保護(hù)，安全程度也大大提高。

（5）萬能試驗(yàn)機(jī)加力系統(tǒng)要求：在舊規(guī)程中，試驗(yàn)機(jī)保持顯示數(shù)值的變動(dòng)范圍根據(jù)實(shí)驗(yàn)機(jī)類型不同而不同。液壓壓力試驗(yàn)機(jī)保持加力的變化范圍為顯示數(shù)值上限的0.5%，而液壓式為顯示上限的0.2%。在新規(guī)程中統(tǒng)一為顯示數(shù)值的0.5%。新規(guī)程相對(duì)于舊規(guī)程，要求更加精準(zhǔn)。

（6）萬能試驗(yàn)機(jī)噪聲要求：在試驗(yàn)力不大于5N范圍內(nèi)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)機(jī)的噪聲要求，舊規(guī)程要求限定在60分貝以內(nèi)，大于5 N小于1 MN時(shí)，要求限制在75分貝以內(nèi)，大于1 MN時(shí)，限制在80分貝以內(nèi)。而新規(guī)程則是統(tǒng)一要求，只要試驗(yàn)力大于5 N，最大噪聲不得超過75分貝。新規(guī)程相對(duì)于舊規(guī)程，要求更加嚴(yán)格。

（7）萬能試驗(yàn)機(jī)零點(diǎn)漂移要求：新規(guī)程對(duì)于萬能試驗(yàn)機(jī)測量裝置在15分鐘內(nèi)的零點(diǎn)漂移數(shù)值做出規(guī)范，0.5級(jí)時(shí)，下限為±0.5%，1級(jí)和2級(jí)測量下限都是±1%。區(qū)別于舊規(guī)程中：0級(jí)上限±0.1%，1級(jí)測量上限是±0.2%，2級(jí)測量上限是±0.5%。新規(guī)程相對(duì)于舊規(guī)程更加精細(xì)嚴(yán)格。

（8）萬能試驗(yàn)機(jī)測量裝置功能變化：相對(duì)于舊規(guī)程，新規(guī)程增加要求萬能試驗(yàn)機(jī)必須顯示力學(xué)方向的顯示，在顯示時(shí)，必須通過正負(fù)號(hào)顯示試驗(yàn)力的方向。同時(shí)增加了顯示范圍，必須要顯示從零到最大值的103%以上范圍和試驗(yàn)力峰值保持的功能。

（9）萬能試驗(yàn)機(jī)形變測量變化：新規(guī)程對(duì)試驗(yàn)機(jī)變形測量裝置的功能做了增加，要求最大形變量的示數(shù)要能夠保存和顯示形變方向；接觸式的大變形量的引伸計(jì)附加力不超過0.2 N，實(shí)驗(yàn)時(shí)測量的示值下限允許誤差的一半。

（10）萬能試驗(yàn)機(jī)檢定條件要求：新規(guī)程要求增加檢定條件，電子式的試驗(yàn)機(jī)在檢定前要求預(yù)熱，按照使用說明書上的操作規(guī)范，預(yù)先預(yù)熱到規(guī)定的時(shí)間范圍，要是沒有規(guī)定的要求最多預(yù)熱30分鐘。在檢定時(shí)，要排除周圍可能存在的震動(dòng)、電磁干擾等影響因素，以防影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（11）萬能試驗(yàn)機(jī)的同軸度檢定要求：新規(guī)程在同軸度檢定方面，在舊規(guī)程基礎(chǔ)上增加了一種檢驗(yàn)方法，新規(guī)程規(guī)定，在不具備檢測儀檢驗(yàn)同軸度的情況下，允許通過檢驗(yàn)幾何同軸度來代替。

（12）新規(guī)程在噪聲檢查方面增加了2個(gè)檢測點(diǎn)（舊規(guī)程為4個(gè)，新規(guī)程為6個(gè)）。

（13）萬能試驗(yàn)機(jī)零點(diǎn)漂移檢驗(yàn)的要求：新規(guī)程在檢測零點(diǎn)漂移過程中，增加了大變形引伸計(jì)附著力的測定檢驗(yàn)，規(guī)定了檢驗(yàn)方法：當(dāng)拉力試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)夾具移動(dòng)到到固定夾頭上方時(shí)，要求使用播針式的測力儀測定試驗(yàn)力；當(dāng)移動(dòng)到固定夾具下方時(shí)，使用專用砝碼來測定試驗(yàn)力。

（14）萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)力示數(shù)上的要求：新規(guī)程要求在選擇標(biāo)準(zhǔn)器的時(shí)候，不大于100 N的試驗(yàn)力推薦使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼，100 N到5 kN的試驗(yàn)力推薦使用標(biāo)準(zhǔn)側(cè)力儀。新規(guī)程還規(guī)定了無分檔試驗(yàn)機(jī)測定點(diǎn)，要求按照最大實(shí)驗(yàn)的100%、80%、60%、40%、20%、10%、5%、2%、1%、0.5%、0.2%、0.1%……一直測量到實(shí)驗(yàn)示數(shù)的下限為止。相對(duì)于舊規(guī)程，測量點(diǎn)更加密集，數(shù)值更加具體，可靠性強(qiáng)。

（15）萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)夾具誤差的要求：在舊的規(guī)程中，夾具間距50 mm以內(nèi)時(shí)可直接使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行檢定；間距大于等于50 mm時(shí)，增加鋼尺測量。而在新規(guī)程中，在100 mm以下使用游標(biāo)卡尺，不小于100 mm時(shí)，增加鋼尺測量檢定

3.4 關(guān)于在試驗(yàn)機(jī)檢定中遇到的問題討論

在試驗(yàn)機(jī)的檢定問題上，通過查詢各種資料發(fā)現(xiàn)，很多試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程中，并未提到試驗(yàn)機(jī)的使用年限要求，在一些記載中認(rèn)為，試驗(yàn)機(jī)只要檢定結(jié)果合格，就可以使用。但是同時(shí)也有記載表明，使用年限達(dá)到一定時(shí)間之后，其原件有磨損或者疲勞而出現(xiàn)問題，比如油管爆裂、關(guān)鍵部位斷裂等問題，由此發(fā)生的安全隱患值得重視。除此之外，筆者發(fā)現(xiàn)很多試驗(yàn)機(jī)的電源開關(guān)都是通過閘刀開關(guān)或者是自動(dòng)空氣開關(guān)直接與電網(wǎng)連接，一旦發(fā)生漏電或者是短路現(xiàn)象，極易造成安全隱患，因此筆者建議試驗(yàn)機(jī)應(yīng)該先通過漏電保護(hù)器，再與電網(wǎng)連接，減少安全隱患。

4 結(jié)語

結(jié)合上文分析，可以看到萬能試驗(yàn)機(jī)開始的檢定依據(jù)主要還是JJG157《非金屬拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》、JJG139《拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》、JJG1063《電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》以及JJG475《電子式萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》。在應(yīng)用范圍上，《非金屬拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》主要適用于小負(fù)荷材料試驗(yàn)機(jī)，常見皮革、紙張、橡膠、塑料、纖維等非金屬材料試驗(yàn)機(jī)；JJG139《拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》主要用于最大試驗(yàn)力為2.5 kN～10 MN的機(jī)械、液壓擺錘式萬能試驗(yàn)機(jī)；JJG1063《電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》主要用于液壓方式加載具有閉環(huán)控制功能并采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)測量力學(xué)性能參數(shù)的試驗(yàn)機(jī)；JJG475《電子式萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》主要用于具備閉環(huán)控制功能的電子拉力（壓力）試驗(yàn)機(jī)的檢定。除了兩個(gè)主要檢定項(xiàng)目示值誤差和示值重復(fù)性相同，四本檢定規(guī)程在其他檢定項(xiàng)目中還是有所差異。

隨著時(shí)代發(fā)展，萬能試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)性能得到了很大的提高，機(jī)械正弦擺試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)逐漸淘汰，舊式帶描繪筒記錄裝置已經(jīng)跟不上時(shí)代，有的試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)橫梁的位移用于表示試樣的變型等等一系列變化下，JJG139-2014《拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》將JJG139-1999和JJG157-2008兩個(gè)規(guī)程進(jìn)行了合并及修訂，新的規(guī)程檢定方法操作性更強(qiáng)，適用面更廣，綜上所述，筆者認(rèn)為《電子式萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》和《拉力、壓力和萬能材料試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》是試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域內(nèi)使用最廣泛的規(guī)程，以上討論只是個(gè)人的一些粗淺理解，如有錯(cuò)誤，歡迎批評(píng)指正，互相交流，共同提高。