浅谈材料试验机误差问题及控制

浅谈材料试验机误差问题及控制

杨林青

杨林青

山西省长治市质量技术监督局检验测试所山西长治046011

摘要：材料试验机在开发新材料和材料质量控制领域的应用越来越广泛，作为大型精密仪器，对它的控制精确性、智能性及人机交互便利性都提出了很高的要求。然而，目前的材料试验机使用中容易出现一些测量误差，必须采取措施确保控制系统的精确性。本文分析了试验机产生误差的规律，并重点探讨了材料试验机误差问题的几个方面及控制措施。

关键词：材料试验机；误差；啮合；摩擦力

一、试验机产生误差的规律

材料试验机是一种施力装置或者力控制系统。主要是用来测试各种材料在不同条件下的物理机械性能、工艺性能、抗震强度及内外结构缺陷的重要科学测试仪器。当今国内外市场上存在的试验机主要可分为三大类：电液伺服控制材料试验机、电液比例控制材料试验机、电子式万能试验机。材料试验机（万能试验机、弹簧试验机、压力试验机等）在操作使用时难免会产生一些误差，了解这些误差的原因，然后学会排除误差情况将会使试验更加精确。下面是一些误差规律的总结。（1）当示值误差超出误差规定范围，进回程差满足要求时，一般是几何参数改变的影响。（2）当示值误差超出规定范围，而进回程差也超出规定范围，且变动度也很大时，主要是由摩擦引起的。一般情况下，示值误差偏正是工作部分的摩擦，而偏负是测力部分的摩擦。（3）当示值误差在整个测力范围内不一致，主要是推杆垂线与压杆间的夹角改变了，即破坏了度盘的等分指示条件。（4）当示值误差超出规定范围，但各点基本一样，这主要是传动的杠杆比发生了变化；对于国产型液压试验机主要是误差值有了改变而引起的。（5）试验机的示值开始点较低，尤其是小度盘的开始测量点更为低，其原因主要是摆轴轴承与指针轴承的锈蚀以及夹角减小和齿杆向值减小的方向倾斜。

二、材料试验机误差问题及控制

引发材料试验机误差问题的原因很多，下面就其中几点进行分析。

（一）安装不水平

如果安装不水平会产生下列问题：

（1）主体部分安装不水平会产生：工作活塞和工作油缸之间会产生摩擦力，试验机工作平台与一侧立柱之间的导轮也会产生摩擦力，从而产生误差；一般表现为正差，且误差一般随负荷的增大而减小。

（2）测力部分安装不水平：若测力部分前后安装不水平，将会使摆轴轴承产生摩擦力，测力活塞产生摩擦力，且影响三铊对零，其误差一般会产生负差。以上两项由于安装不水平产生的问题一般来讲其特点是对小负荷影响大，对大负荷影响小。

为避免上述问题在安装之前，应按试验机使用说明书中规定的要求打好地角镙丝，并注意试验机后面应与墙面之间留有(O.7～0.8)m的距离。试验机测力部分和主体部分底面与地面之间应放有能调整水平的契铁，测力部分与主体部分固定之后再连接油管，在油管两端应放入新圆垫圈。在安装过程中，试验机的水平度应按检定规程要求

进行。

（二）各部件之间的啮合不合适

各部件之间的啮合不合适也会给试验机带来误差，如齿轮齿杆之间的啮合，刀承与刀刃之间的啮合等都会带来试验误差。以LJ-500型拉力试验机为例进行说明。LJ-500型拉力试验机工作原理是齿杆带动齿轮及与齿轮同轴的指针转动，所以若齿轮齿杆错位会使试验机指针变动，使指针零点不再对零，当齿轮齿杆结合太松时，在试验过程中试样拉断时机器的震动使齿轮与齿杆有可能会错位。所以当发现机器零点变动较大时应检查一下是否是齿轮齿杆的位置发生了变动。

由LJ-500型拉力试验机结构原理可知，上夹头通过上接头悬挂在刀刃上，由于是悬挂，所以要把上接头的位置调整合适，防止上接头从刀刃上错位，从而影响示值。有时示值出现严重失准的一个重要原因就是由于上接头的磨损或刀刃的磨损使上接头和刀刃之间的啮合不稳。在试验过程中试样拉断时机器的震动使上接头与刀刃错位，从而引起上夹头的错位，使示值出现严重失准。

（三）摩擦力影响示值误差

对试验机示值误差有影响的有害摩擦力共分为两部分：第一是主体部分摩擦力，其中包括工作缸塞之间、试台升降导向轮和立柱之间的摩擦力，这些阻力使度盘指示出试样的受力减少。

（1）主体部分摩擦分析：①工作活塞表面锈蚀，积污过多，表面有机械损伤等，由于油缸及活塞的接触表面经过精密加工，并保持一定的间隙，两者之间不加任何填料及垫片，此间的配合保持适当的油膜使活塞能自由地移动，而将摩擦减少到最低限度。因此用油要特别注意清洁，不许含有杂质、铁屑、酸、水等，否则会使油缸和活塞

问的磨擦加大，造成误差。②由于主体安装不水平，或者导向轮调节不当，都会使活塞和油缸摩擦、导向轮和立柱的摩擦加大。

（2）测力部分摩擦分析：①如果锈蚀、划痕、用油太脏等原因都会和测力油缸发生摩擦。活塞如果没有正确地落在托架的顶窝内，不但会使摩擦加大，而且当载荷加到高吨位时，有使活塞杆顶弯断裂的危险．带动测力活塞转动的小皮带如果脱落，也会使测力缸塞增加静摩擦。②读数机构的齿轮、齿杆咬合太紧，齿杆弯曲，推杆导向轮太脏，锈蚀，不灵活，指针轴承生锈或者太脏，从动针阻力太大，绘图机构对坐标纸压力过大等。③摆轴承太脏、锈蚀、安装不当等都会使摆轴摩擦加大。④摆杆扬起过程中有障碍物和其它摩擦。

总之，不管是主体部分的摩擦还是测力部分的摩擦而引起的示值超差，对于一台试验机来说，对小负荷影响大而对大负荷影响小，所以当对试验机进行示值检定时，如果示误差小吨位超差而大吨位合格，一般情况下应从摩擦方面找原因。

为避免上述问题首先要检查试验机安装是否水平，对主机应用框式水平仪在工作油缸外圈相互垂直的两个方向找平。对测力部分应调整测力部分前后左右两个方向水平，测力活塞尖对窝，使更换三铊零位不变。对油缸内脏物可放出原油清洗，再放粘度适宜的机油反复升降油缸进行清洗，对其他有油污的部分用汽油进行清洗，并调至合适的部位。测力活塞皮带该更换的更换，使试验机达到合格使用状态。

三、万能材料试验机显示值误差的调整

液压式万能材料试验机是力学计量检定中经常遇到的仪器，JJG139－1999检定规程中要求其示值允许误差通常不超过±1％，计量部门对其进行计量检定时,其示值误差主要通过以下几种方式体现：（1）示值误差在度盘上呈现“前正后负”或“前负后正”且个别点超差；（2）示值负偏差超差；（3）示值正偏差超差；

针对以上情况,笔者认为该作如下调整：

第1种情况：此时应改变推板与齿杆头接触面的角度,该接触面通常是用一块平整的钢片通过上下两个螺钉固定在推板表面,调整方法是将两个螺钉松开,用铜皮或者其他轻薄的金属片垫在钢片与推板之间的上侧或下侧（只能垫在一侧）,借以改变角度,反复检定调整后直至合格。

第2种情况：应首先检查测力活塞是否安装正确,摩擦力是否过大,排除此原因后,将推板向外侧调整,将小度盘调整合格,如大、中度盘仍超差,应适当减轻B铊及C铊的重量,直至检定合格。

第3种情况：在确认仪器安装水平度符合规程要求后,首先要检查工作部分的摩擦力是否过大,如果是,应调整导轮间隙,消除摩擦力,必要时清洗工作油缸,如排除摩擦力影响后仍然存在正差,则应将测力部分（读数机构）中的摆杆与推板连结轴套的紧固螺钉松开,将推板向内侧调整,固紧紧固螺钉后,由小度盘逐级检定,反复数次,直至检定合格,如果小度盘合格,而大、中度盘仍超差时,应适当增加B铊及C铊的重量,直至检定合格。

参考文献

[1]王新阳.液压摆锤式材料试验机误差分析及调整[J].商品与质量?学术观察,2014年4期.

[2]梅余泉.万能材料试验机定期检定中量程误差超标的成因分析[J].科学之友,2012年3期.