壓力試驗機廣泛應用于建筑材料、市政工程供排水管道及檢查井、包裝箱等的質量檢測及研究上。近年來，隨著非金屬材料應用技術的創新與發展，各種大型特種材料、管道的應用與研究發展迅速，這就對壓力試驗機提出了新的要求。傳統壓力試驗機存在如下弊端：
（1）試驗空間不夠。傳統的壓力試驗機的試驗空間高度大多小于1.5m，跨度小于0.8m.受這樣空間的限制，試樣不能做得太大。如市政排水用塑料檢查井在檢測軸向壓力時，檢查井高度在0.8m3.5m之間，個別的大于3.5m，直徑達1.5m以上，使用現有的壓力試驗機不能整體完成相關試驗，對大體積試樣要切割成較小的樣塊進行試驗，試驗完成后對結果進行推算，才能得出整體的試驗結果。這樣所得的數據和實際數據誤差很大，不能準確反映檢查井的實際性能和質量。
（2）試驗空間高度調整速度慢，效率低。由于試樣的高度范圍很大，如果不能快速地調整試驗高度，將會影響試驗的效率。現有的壓力試驗機大都采用絲杠傳動調整高度，速度慢，效率低，它對于市政排水用塑料檢查井動輒3m的試驗高度的調整幾乎是不可能實現的。
（3）抗偏置能力較差，大試樣測量誤差偏大。現有的壓力試驗機大多在上壓板和橫梁之間安裝測力傳感器，在試驗中對于試樣的制備和放置要求很高，往往可能由于試樣偏置和不規則造成壓力測量誤差，且誤差偏大，影響試驗結果的準確度基于上述傳統設備的弊端和市場對壓力試驗機的新要求，我們研制了大行程壓力試驗機。它的試驗空間跨度為1.6mX1.6m，試驗高度大于3.5m；試驗空間調整采用鋼絲繩纏繞和電磁鐵銷釘自動定位結構；壓力加載部分采用絲杠傳動，速度控制精度高；壓力測量系統采用三傳感器結構，能有效地避免試樣偏置和不規則造成的測量誤差。
1.大行程壓力試驗機的系統結構與工作原理大行程壓力試驗機由剛性框架結構、試驗空間高度調節系統、加載機構、測量控制系統等組成。（見圖1）
1.1剛性框架結構兩根帶有等間距均勻分布銷釘孔的高強度立柱通過螺栓連接到底座上，和上梁共同組成剛性框架。
這一剛性框架可以保證在整個機身承受10t以上的載荷時產生的變形在測試允許的變形誤差范圍內（小于1%），從而保證整機的測量精度。
圖1：大行程壓力試驗機結構圖
注：1-底座；2-測力傳感器；3-立柱；4-承重板；5-壓板；6-銷孔；7-中橫梁；8-銷釘；9-絲杠；10-加壓電機；11-齒形帶；12-絲杠母；3-鋼絲繩；14-上梁；15-升降電機；6-絞輪；17-控制箱。
1.2試驗空間高度調節和定位系統試驗空間高度調節機構包括上梁上的升降電機、絞輪和鋼絲繩。定位機構由定位開關、插銷機構和銷釘組成。安裝在上梁上的升降電機通過絞輪與兩根升降鋼絲繩連接，兩根升降鋼絲繩的另外端分別連接到中橫梁上。進行試驗空間高度調節和定位時，通過按鈕控制升降電機卷動繞在絞輪上的兩根鋼絲繩來移動橫梁，進而調節試驗空間的高度。當移動橫梁達到設定高度時，定位開關檢測到銷釘孔的位置，控制插銷機構自動插上銷釘，使中橫梁固定到兩根立柱上。這種設計可以使橫梁實現較快移動，大大縮短試驗空間的調整時間。
1.3加載機構加載機構安裝在中橫梁上，由加壓電機、齒形帶、絲杠母、絲杠、壓板等組成。加壓電機通過齒形帶與絲杠母、絲杠、壓板連接。進行試驗時，中橫梁上的加壓電機帶動齒形帶，齒形帶帶動兩個絲杠母同步轉動，使兩根絲杠同時帶動壓板向下運動加載壓力或向上運動卸載壓力，從而實現加載測試。
1.4測量控制系統測量控制系統由測力傳感器、儀表放大器、采樣保持器、多路開關及A/D轉換器構成。
測力傳感器采用的是高精度輪輻傳感器組成的三點測力傳感器結構。輪輻式測力傳感器具有抗扭性強的特點，可以有效抵消試樣受力產生的動態扭力。因為“三點決定一個平面”，試樣中心只要在三個傳感器構成的圓的范圍內，就不會產生單點偏置，這樣就消除了偏置誤差。
底座通過三個高精度輪輻測力傳感器與承重板連接，放置在承重板上的試樣將其承受的加載壓力通過承重板傳遞給測力傳感器，把壓力轉換成電信號傳送給控制系統。測力系統對三個測力傳感器的輸出信號進行放大、保持和A/D轉換，經CPU傳送至數據存儲器內存儲。測力系統原理圖如圖2所示。
圖2：壓力測量系統原理圖
壓力測量系統原理圖在測試開始時，三個測力傳感器輸出的電信號經過同步采樣控制和A/D變換，其數字量由CPU作為零點值處理。變頻控制器調節加壓電機以設定加載速度向下移動壓板，當壓板接觸到被測試樣后，將其受力前的力值清零，同時開始對三個測力傳感器測得的力值累加，并將結果作為實時測量力值。壓力測量系統的軟件部分包括A/D轉換服務程序和測定過程數據處理程序。其軟件框圖見圖3。
圖3：壓力測量軟件流程圖
2.壓力測量軟件流程大行程壓力試驗機在塑料檢查井性能檢測中的應用
依據對剪切試驗的要求及有關荷載試驗的規定，大行程壓力試驗機主要用于檢測塑料檢查井的側向壓力性能和進行荷載試驗。
2.1荷載試驗按照塑料檢查井荷載試驗規定，選取測試井座時，要按“荷載試驗井筒要求”配置井筒，井筒上邊緣應齊平且垂直于筒中心。在調整壓力試驗機的試驗空間使之適合測試樣品高度時：首先，啟動插銷釘機構，自動拔出銷釘；其次，操作升降電機使中橫梁移動，當中橫梁到達需要的高度時，定位開關檢測到銷釘孔位置，控制插銷機構自動插上銷釘，使移動橫梁固定到兩根立柱上；再次，控制加壓電機調節壓板到適當位置，給試樣留出安裝空間，然后將試樣水平放置在承重板上，使試樣的中心和承重板即壓板中心對齊。試樣安裝完畢后，按控制箱操作界面提示輸入試驗參數，啟動試驗，以1±2mm/min的速度對試樣施加規定載荷，到達設定時間或試樣破裂時自動停止加載。測試結束后，升起加載機構，移走試樣，準備再次試驗。
2.2剪切試驗塑料檢查井剪切試驗的原理是，在連接管件上施加規定的壓力，維持規定的時間，撤銷壓力后觀察試樣是否裂縫、破裂及產生永久變形，并根據結果判定其抗剪承載能力。
剪切試驗試樣按照附錄D. 4的要求選取。參照荷載試驗的方法調整好壓力試驗機的試驗空間，將選取的試樣豎直放在壓力試驗機的承重板上，用壓管螺釘將壓管裝在壓板上，把兩個索具旋轉扣用螺栓安裝在承壓板上，將試樣施壓橫梁放在試樣上并與索具旋轉扣相對，調整好拉桿長度，插上銷釘，將圓柱銷插在拉桿的最上端并掛在施壓橫梁上，下端和索具旋轉扣相連，插上插銷，兩邊同時旋轉索具旋轉扣將試樣固定。
試樣安裝完畢，操作加壓電機使壓板和試樣接近，按照試驗機控制箱操作界面提示設置剪切試驗參數，并啟動試驗，使上壓板以低于10±2mm/min的速度緩慢對試樣施加壓力，當到達規定壓力后，壓力持續15mm，自動撤銷壓力，觀察試樣的裂縫、破裂或變形程度。
大行程壓力試驗機除了具備上述塑料檢查井的荷載試驗和剪切試驗的測試功能外，還可以進行針對井筒的環剛度試驗。
總結：大行程壓力試驗機的研制和應用，有效地解決了傳統壓力試驗機試驗空間小，調整慢，試驗效率低，對大試樣壓力測量抗偏置能力差、誤差大的問題，滿足了大型管道類試樣，尤其是塑料檢查井壓力性能的試驗要求。隨著產品的進一步完善，成本將逐漸降低，和一些動輒上百萬的國內外類似設備相比，可以大大減輕用戶的經濟負擔。
來源：天氏庫力 發布日期
2018-12-22 瀏覽：
