拉力試驗(yàn)機(jī)的過載保護(hù)方案
拉力試驗(yàn)機(jī)是一種常用的力學(xué)檢測設(shè)備，是保證 材料拉伸、壓縮、彎曲、撕裂、剝離等試驗(yàn)順利進(jìn)行 的基礎(chǔ)檢測設(shè)備。電子萬能試驗(yàn)機(jī)主要包括計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、測力機(jī)構(gòu)、傳感器及工作 。高檔的拉力試驗(yàn)機(jī)大多已經(jīng)具備了自動引伸計(jì)、 自動上料、自動卸料等裝置，已經(jīng)采用了伺服壓機(jī)， 實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，實(shí)驗(yàn)過程中，操作人員只需要設(shè)置 好程序和參數(shù)，大部分工作由機(jī)械手完成。 如圖1，
包括底部的工作臺和字形的框架，安裝在框架上的一直為移動端，臺面或頂端時(shí)，可以手固定端，固定端直多數(shù)情況下，操通過力學(xué)傳感度還不如拉力試驗(yàn)機(jī)在實(shí)際操作中，即使在這多重保護(hù)受力超過破壞極限而損壞的情況仍(1)測試模量比較高的材料時(shí)容還是壓縮，力值都會急劇上升，如移動端位移和時(shí)間，給出受力圖1曲線
1、問題的提出
力學(xué)傳感器屬于拉力試驗(yàn)機(jī)上的精密部件，也是 易損部件，當(dāng)力學(xué)傳感器上所受到的力達(dá)到或超過破壞極限，就會造成損壞。為了避免力學(xué)傳感器的破壞，現(xiàn)有的拉力試驗(yàn)機(jī)上也有多種保護(hù)措施。比如降低傳感器的量程：假設(shè)力學(xué)傳感器出廠的量程標(biāo)注為1 000 N,實(shí)際的破壞 極限可能是1 100 N,多余的這100 N作為保險(xiǎn)系數(shù)。 再比如拉力試驗(yàn)機(jī)上設(shè)置報(bào)警或停機(jī)力值，當(dāng)力學(xué)傳感器所受力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)設(shè)備會發(fā)出報(bào)警，并且停 止運(yùn)行，避免過載破壞。最后，作為最基本的保護(hù)手段，拉力試驗(yàn)機(jī)上都設(shè)有急停按鈕，檢測時(shí)操作人員門關(guān)注力值變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)力值馬上就要超過量程移動梁作 動啟動急停按鈕，避免過載破壞。不過，的固定梁作為作人員如果不提前判斷的話，反應(yīng)速接連夾具，移動端自身的停機(jī)保護(hù)更快些。器連接夾具。試樣的兩端固定 措施之下，力學(xué)兩個(gè)夾具上，移動端以一定的速傳感器然時(shí)有發(fā)度運(yùn)動，試樣被拉伸或壓縮，記生。原因是：易超錄力學(xué)傳感器上的力值和對應(yīng)的量程，無論是拉伸之后，力值也會急劇上升，很容易超過破壞極限造成力學(xué)傳感器的損壞。 所以說，上述幾種保護(hù)措施并非萬無一失，拉力試驗(yàn)機(jī)上的力學(xué)傳感器還需要更加有效的保護(hù)方案
2、解決的方案
（1）原理部分
上述幾種保護(hù)措施，特別是閉環(huán)控制方式，從原理上說是有效的，問題在于這幾種措施都有一定的局限。
在量程上設(shè)置裕量的方式，對于偶爾出現(xiàn)的某些稍微超過量程的情況，可以避免傳感器的破壞，但是如果負(fù)荷繼續(xù)增加，傳感器還是會被壓壞。
閉環(huán)控制的方式，可以通過設(shè)置恰當(dāng)?shù)膱?bào)警或停機(jī)條件而發(fā)揮作用。但是，從檢測到報(bào)警信號到停機(jī)還有一定的響應(yīng)時(shí)間，在快速壓縮過程中，這個(gè)響應(yīng)時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)過載足以把傳感器壓壞。
采用急停的方式，更是依賴于操作者的反應(yīng)靈敏程度，不能作為常規(guī)的保護(hù)措施。
文中所采用的方案是在移動梁和固定梁之間增加預(yù)壓緊或預(yù)拉伸的彈性裝置，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到預(yù)壓緊力或預(yù)拉伸力時(shí)，彈性裝置繼續(xù)發(fā)生變形，從而在試樣的壓縮或拉伸之外串聯(lián)一個(gè)彈性裝置的壓縮或拉伸變化，受力相同時(shí)變形量增加，或者變形相同時(shí)受力更小。此時(shí)再結(jié)合在量程上設(shè)置裕量的保護(hù)方式以及閉環(huán)控制的方式，可以保證在壓力傳感器達(dá)到破壞極限之前采取報(bào)警或停機(jī)措施。
（2）方案部分
防止壓縮過載的保護(hù)裝置如圖2所示，彈性保護(hù)裝置包括內(nèi)部的彈性元件和外殼，外殼有一個(gè)端蓋可以向內(nèi)運(yùn)動，彈簧以一定的壓縮量裝配到外殼中。
確定壓縮量的標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)傳感器受到的壓縮力大于傳感器的量程時(shí)，端蓋壓縮彈簧繼續(xù)向內(nèi)運(yùn)動，為閉環(huán)控制系統(tǒng)留出反應(yīng)時(shí)間，避免傳感器被壓壞。當(dāng)傳感器受到的壓縮力小于傳感器的量程時(shí)，端蓋受到彈簧的擠壓和外殼的限制而不能運(yùn)動，從而不影響測量結(jié)果。 同理，可以設(shè)計(jì)出如圖3所示的防止拉伸過載的保護(hù)裝置，以及把壓縮過載保護(hù)裝置和拉伸過載保護(hù) 裝置結(jié)合起來形成的如圖4所示的保護(hù)裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓縮和拉伸的過載保護(hù)。
3、應(yīng)用實(shí)例
汽車內(nèi)飾頂棚是一種復(fù)合材料，包括三明治骨架和復(fù)合在三明治骨架上的面料，采用模壓工藝生產(chǎn)。厚度是頂棚的一個(gè)重要指標(biāo)，在與護(hù)板、扶手等部件配合的部位都需要滿足厚度的要求，所以一般采用在模具上增加限位的方式來保證厚度。 為了在實(shí)驗(yàn)室模擬頂棚的壓制過程，作者制作了一對小模具，采用拉力試驗(yàn)機(jī)來提供壓力，這時(shí)候就遇到了前面所說的壓力過載保護(hù)的問題一當(dāng)小模具到達(dá)限位之后，不能像實(shí)際生產(chǎn)的壓機(jī)一樣達(dá)到壓力及時(shí)停止，而是按照設(shè)定的速度繼續(xù)下行，直至接收到停機(jī)信號。 采用圖2所示的設(shè)計(jì)方案，按照傳感器的量程 2 0 N采用彈性系數(shù)200 N/mm的彈簧制作了壓縮保護(hù)裝置，當(dāng)壓力達(dá)到2 0 N之后，移動梁繼續(xù)以 1 m s的速度下行，1 s之后才能達(dá)到2 200 N,如果傳感器的破壞極限是2 2 N ,則為系統(tǒng)提供了1 s 的緩沖時(shí)間，確保閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠發(fā)揮保護(hù)作用。如果沒有彈性保護(hù)裝置，壓力會在瞬間突破2 5 N, 把傳感器壓壞。
4結(jié)論
采用力學(xué)傳感器上串聯(lián)預(yù)壓縮和/或預(yù)拉伸的彈性保護(hù)裝置的方法，結(jié)合傳感器預(yù)留的量程裕量和控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制報(bào)警措施，可以避免拉力試驗(yàn)機(jī)在某些情況下響應(yīng)時(shí)間過長而導(dǎo)致的過載保護(hù)措施失效的問題，避免傳感器被壓壞。