液压式材料试验机摆砣质量的计算

发布时间：2023年07月06日

1 引言

液压式材料试验机适用于金属材料在力的作用下做拉伸、压缩或弯曲试验，亦可做混凝土、砖、石等建筑材料的试验。本试验机适用于科研机关、建筑材料检验检测单位、冶金和机械制造厂以及大专院校实验室等。摆砣测力试验机一般有3个摆砣，摆砣的重量可以调换，测力度盘上也相应有3种刻度。实验时，要根据试件所需载荷的大小选择合适的测力度盘，并在摆杆上放置相应的摆砣。笔者在工作过程中，发现一些摆砣测力试验机因为长期使用一个度盘力值或者搬迁等因素出现摆砣丢失现象，在使用其他度盘力值时就需要重新配置摆砣，如何计算摆砣的质量，为试验机配置合适的摆砣，笔者就这一问题进行分析、探讨。

2 液压式材料试验机构造原理

液压式材料试验机由两部分组成, 加载部分和测力部分。加载部分主要包括工作油缸、上下夹头、上下垫板等。当开动油泵，将油液从油箱经送油管送入工作油缸，从而推动工作活塞上升。若将试件两端装于上下夹头中，由于下夹头固定不动，当活动台上升时便使试件发生拉伸变形，承受拉力，便可做拉伸实验；若把试件放在活动台上面的下垫板上，当活动台上升时，就使试件与上垫板接触而被压缩，承受压力，便可做压缩实验。此种试验机在输油管路中都装置有进油阀门和回油阀门，进油阀门用来控制进入工作油缸中的油量，以便调节力值加载速度，回油阀门则是用来将工作油缸中的油液泄回油箱，使活动台由于自重而下落，回到原始位置。测力部分主要包括油泵、测力油缸、摆杆和摆砣、测力度盘等。试件受力后，工作油缸中的油具有一定的压强。这压强的大小与试件所受载荷的大小是成比例的。用测力油管将工作油缸与测力油缸相联通，则测力油缸就受到与工作油缸相等的油压。此油压就推动测力活塞向下顶推拉杆，使摆杆和摆砣绕支点转动。试件所受的力愈大，摆砣转角也愈大。摆杆转动时，它上面的推杆便推动水平齿杆，从而使齿轮带动测力指针旋转，这样便可以从测力度盘上读出试件所受力的大小。

3 摆砣质量的计算

我们知道，度盘指针的移动和工作压力是成正比变化的，所以度盘刻度是等分的。对于同一试验机的3级度盘，从零点到满量程，摆砣和测力活塞移动的距离都是相同的。现在，我们就测力活塞、摆砣在满量程平衡点进行杠杆原理分析。

设定试验机A、B、C3个摆砣的质量分别为Ma、Mb、Mc，它们所对应的度盘满量程值分别为Fa、Fb、Fc。我们还需要知道在A、B、C3个摆砣都取下时，摆杆（G）扬起到满量程时所对应的力值F0。我们可以把标准测力计放在工作压板上，缓慢平稳加载，当试验机指针转到满量程时读出测力计读数，再根据测力计的正比变化规律计算出力值F0。因为工作油缸和测力油缸中的压强相等，所以测力活塞上的压力测力活塞上的压力F同工作工作活塞上的压力是正比关系。

当未挂A、B、C3个摆砣，摆杆扬起到满量程时，根据杠杆平衡原理我们可以的出：

l——满量程时测力活塞上压力的力臂。

G——摆杆所受重力。

L——满量程时摆杆重力的力臂。（为计算方便，我们可以把它看作与加摆砣时力臂相同）

当加挂摆砣A，摆杆扬起到满量程时，根据杠杆平衡原理我们可以得出：

同理，我们可以得出：

由以上 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 式我们可以得出：

式中：Fa、Fb、Fc是已知的，F0可以通过试验得出，所以A、B、C3砣的质量比例关系就可以确定。试验机如果丢失A、B、C3砣中的任意一个或两个，我们都可以通过称量已知砣的重量求得。如果A、B、C三砣都丢失怎么办呢，我们可以在试验机上挂已知重量的摆砣D，测出它所对应的满量程力值Fd, 根据杠杆平衡原理我们可以得出：

由 (1) 、 (2) 、 (6) 式可以得出：

式中Fa、Fd、F0、Md都为已知值，由此我们可以算出摆砣A的质量。

为了验证以上公式，在检定试验机时，我做了以下试验。

试验机为威海产的WE-300B型万能试验机，A、B、C三砣重量通过称量得出分别为2.862kg、8.311kg、13.921kg，三砣对应的最大量程分别为60kN、150kN、300kN，检定结果为一级，三砣对应的最大量程示值误差分别为0、0、-500N，用100 kN标准测力计测得F0为28.98kN。假如我们已知A砣质量，要计算B、C砣质量，把已知数据带入式（5）得：

计算得出B砣质量为8.304 kg, C砣质量为13.839 kg, B砣理论质量与实际质量误差为7 g, C砣理论质量与实际质量误差为82 g。笔者认为这是因为系统中的摩擦阻力引起的，在实际操作中，仪器、人员都会给结果带来误差，有些是难以避免的，所以我们在加工摆砣时要在理论质量的基础上适当增加质量，然后通过试验，得出误差值，再适当减小摆砣质量重新试验直到满意为止。如果有条件最好在每个摆砣上增加调整腔以便对其质量调整，这样摆砣的质量会更适合。