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液壓試驗機5檔？6檔？
經(jīng)常碰到準備購置試驗機的用戶，首先遇到的問題一定是：我需要的是多大（多小）的試驗機？換句話說，以后我用這臺機子做試驗，試驗結(jié)果可能在多大范圍內(nèi)？例如，該機將主要用來做某種金屬材料試驗，要求試驗結(jié)果有屈服點、極限強度等，試棒規(guī)格在φ12-φ32之間，正常情況下φ32的試棒在300kN左右開始屈服，500kN左右達到極限抗拉，那么該試驗機zui大量程應為600kN比較合適。同時，又要完成φ12試棒的試驗，其屈服點大致在42kN，要求該機在40kN附近能保證1級精度。由于 EQ F（40,600） =6.7%，所以該機至少應在600kN的6%～*范圍內(nèi)保證精度要求，一臺三檔的600kN試驗機就可以滿足要求了。如果考慮到留有余地，也可以選購1000kN級的4檔試驗機，在20kN～1000kN之間都可以提供準確有效的數(shù)據(jù)。具體檔位分配通常如下表所示：
試驗機規(guī)格、檔位、量程對照表
規(guī)格
分檔 100kN 300kN 600kN 1000kN
三檔4-* 4-100kN 12-300 kN 24-600 kN 40-1000 kN
四檔2-* 2-100 kN 6-300 kN 12-600 kN 20-1000 kN
五檔1-* 1-100 kN 3-300 kN 6-600 kN 10-1000 kN
六檔0.4-* 0.4-100 kN 1.2-300 kN 2.4-600 kN 4--1000 kN
由上表可知某種規(guī)格已確定的機型，其分檔越多，量程范圍越大，顯然，僅就這一指標而言，用戶的希望一定是：檔位越多越好！
然而，天上不會掉下餡餅，的更優(yōu)異性能一定需要付出更高代價的。回顧經(jīng)典機型動擺式試驗機，在其度盤中清一色設置的是三檔，何以不設為四擋呢？因為對于這一款純機械式的產(chǎn)品而言，影響其精度的摩擦力除了上篇文章中談到fH和fk外，還有動擺機構(gòu)內(nèi)部數(shù)十個零部件相對運動（既有滑動，也有轉(zhuǎn)動）帶來的綜合摩擦力fD，影響精度的不利因素比電測機型更多，因此，三檔對動擺機來說是性能和成本的*平衡；做成四檔未嘗做不到，但需要反復調(diào)試、修整，量產(chǎn)有困難；五檔幾乎不可能。隨著傳感器和微電子技術(shù)的發(fā)展，應用在試驗機上的電測系統(tǒng)在性能和成本上已超越或接近于動擺測力系統(tǒng)，動擺機在機舞臺上已逐漸從主角的位置上退了下來。使用傳感器電測系統(tǒng)，由于可以排除摩擦力fD的有害影響，可以比較容易地比動擺機擴展一檔，達到量產(chǎn)四檔機的水準；通過選用工藝更精良的機械主體、更精密的傳感器和放大板，也可以不太困難的做到五檔機的水準，但是，六檔機，仍然是一個困難的目標。
難在何處？我們以600kN級試驗機為例，從機械和微電子兩個方面來作一分析。首先，6檔的低端的0.4%FS,，也就是在 600×0.4%=2.4kN這一點上要求測力誤差不大于±1%，即，誤差值小于2.4kN×1%=24N≈2.4公斤。即使其它可能影響示值精度的因素都被忽略（假設這量程60000公斤的傳感器在2.4公斤時仍然線性，假設2.4公斤時傳感器輸出的微弱信號放大電路進行大倍率放大時仍然沒有失真），這區(qū)區(qū)2.4公斤相對于自重近三噸的試驗機主體來說仍然是太小了。前文談過帶來誤差的摩擦力fk，這個fk實際上是兩個接觸面上產(chǎn)生的摩擦力的合力，即上橫梁與襯套間摩擦力fk1和襯套與升降絲桿間的摩擦力fk2。由于在調(diào)整試驗空間時，絲桿是轉(zhuǎn)動的，所以襯套與絲桿間相對位置以及橫梁與襯套間相對位置都在變化，使fk1和fk2都在變化中。更為糟糕的是，由于目前絕大多數(shù)的機主機在活塞與臺板之間都在采用球面支桿連接（球面支桿連接的好外是：①當裝配過程中上下鉗口中心線與活塞中心線有微量不重合時；②當試樣外形不夠規(guī)則導致夾緊時試樣受到扭力時，球面支桿在受力后能自動調(diào)整受力框架使之微量傾斜，改善試樣受力情況，達到簡化和改善試驗機生產(chǎn)過程中工藝要求的目的。然而這種傾斜使得上橫梁會壓迫到襯套及絲桿），球面支桿起自動調(diào)整作用時，框架傾斜目前無法測量，導致上橫梁對襯套、絲桿的正壓力無法計量，所以fk是不可預計和控制的。當然，對于特定試樣和特定試驗空間，其fk大致不變，可以通過調(diào)整軟件中的設置來消除影響，然而，當換了試樣，改變試驗空間高度后，fk變化了，會使精度發(fā)生變化，所以，這樣做未免是自欺欺人。那么，機械方面的誤差因素沒辦法克服嗎？也不是。北方某試驗機廠曾少量生產(chǎn)一種機主機，該機不采用球座結(jié)構(gòu)，活塞和受力框架間*剛性連接，用加工精度和整體剛度的大冗余量來保證各受力線重合；上橫梁固定在立柱頂端，與絲桿不接觸；絲桿固定于底座上不轉(zhuǎn)動，靠內(nèi)置于移動橫梁中的蝸桿機構(gòu)驅(qū)動橫梁升降。由此可知，只有使用類似結(jié)構(gòu)的機械主體，方有可能zui大程度地消除fk的有害影響，在機械方面達到六檔機的可能。由于這一類型的主機加工要求嚴苛，所以不僅價格倍于鏈傳動球座聯(lián)結(jié)式主體，產(chǎn)量也很少。
除了機械部分，在微電子主面還要求：①由于六檔機的低端已非常接近于傳感器零位，所以傳感器本身的噪音和零位漂移都必須非常小 ②放大電路自身噪音也要很小，信噪比要高，放大倍數(shù)要恒定 ③以可靠的接地來保證系統(tǒng)零電位一致，要專業(yè)電源，過濾電網(wǎng)中固有的脈動和涌動。
所以，一臺真正意義上的具備六檔量程的試驗機，即使外形粗鄙不堪，它仍然是一件藝術(shù)品。它配備*的傳感器和放大器，電路中每個元件都經(jīng)過篩遠；需要精良的加工設備來制作它的每一個零件；更重要的是需要一支嚴謹、負責的技師隊伍來操作生產(chǎn)設備、來組裝、調(diào)試、檢驗并經(jīng)過反復的老化考核。做得到所有這些的企業(yè)是值得尊敬的。然而，它仍然是一件藝術(shù)品，它象征的意義遠遠超過實用的意義，因為上述的必要條件都是昂貴的。在工業(yè)生產(chǎn)中，只有量產(chǎn)的，才是廉價的。奧迪也算好車了吧？價格和傳說中手工制造的勞斯萊斯比起來又怎樣呢？
如果你要面對多種試驗對象，需要大量程范圍的試驗機，原來您準備選擇六檔的600kN試驗機，那么，我建議您買一臺四檔的1000kN液壓和四檔50kN電子。兩臺機子可以毫不勉強地保證您做1kN～1000kN之間的試驗，并且在20kN～50kN區(qū)間的試驗兩臺機子都能完成。其1kN～1000kN的量程范圍，當然遠超六檔600kN的2.4-600kN量程范圍。這兩個機型都是量產(chǎn)的，價格適中，而且其性能指標相對于國內(nèi)生產(chǎn)水平來說*可以達到，只要是正規(guī)廠家生產(chǎn)，相信質(zhì)量都是有保證的，可以放心使用，而且維護的費用低廉?；蛟S您會說原來某廠家的6檔機，只比4檔的稍貴一點，這樣買2臺設備花了我2倍的錢――我猜某廠家的老總一定是您的至交好友，恭喜您買到了便宜，事后別忘了請他吃飯。事實上，且不說日后維護保養(yǎng)的費用，僅就售價而言，一臺真正的六檔機的價格一定會超出2臺四檔機價格之和。
支持我們不選擇分檔過多的試驗機的另一個理由是，生產(chǎn)廠家為了在低端不超差，有可能犧牲中的精度。說白了就是某臺機子如果按四檔出廠，那么整個量程內(nèi)誤差都可控制在同方向的0.5%以內(nèi)，而如果要調(diào)試五檔或六檔，為了使低端不超，通過調(diào)整軟件中的參數(shù)設置，把精度曲線勉強塞進±1%的框框內(nèi)，這時可能低端誤差-0.9%，誤差+0.9%。雖然就指標而言是不超差的，但其實性能是打折了。
zui后，以本省計量力學業(yè)內(nèi)一位專家的意見來小結(jié)這次討論吧。我曾就一些廠家在資料上提出的六檔量程的提法咨詢過他。他認為這只是一種噱頭罷了：“除非用戶事先提出并支付額外檢定費用，我們都是按照三檔，zui多四檔量程來檢，檢過以后的數(shù)據(jù)才是被承認的。再說了，誰會買個大磅秤去稱個雞蛋呢？”
以上技術(shù)文章是我通過一位專家多年來的終結(jié)，在根據(jù)實際情況編寫的關(guān)于試驗機的原理，希望更多購買設備的用戶更多的了解試驗機，以免碰一些沒有實力的廠家。
試驗機規(guī)格、檔位、量程對照表
規(guī)格
分檔 100kN 300kN 600kN 1000kN
三檔4-* 4-100kN 12-300 kN 24-600 kN 40-1000 kN
四檔2-* 2-100 kN 6-300 kN 12-600 kN 20-1000 kN
五檔1-* 1-100 kN 3-300 kN 6-600 kN 10-1000 kN
六檔0.4-* 0.4-100 kN 1.2-300 kN 2.4-600 kN 4--1000 kN
由上表可知某種規(guī)格已確定的機型，其分檔越多，量程范圍越大，顯然，僅就這一指標而言，用戶的希望一定是：檔位越多越好！
然而，天上不會掉下餡餅，的更優(yōu)異性能一定需要付出更高代價的。回顧經(jīng)典機型動擺式試驗機，在其度盤中清一色設置的是三檔，何以不設為四擋呢？因為對于這一款純機械式的產(chǎn)品而言，影響其精度的摩擦力除了上篇文章中談到fH和fk外，還有動擺機構(gòu)內(nèi)部數(shù)十個零部件相對運動（既有滑動，也有轉(zhuǎn)動）帶來的綜合摩擦力fD，影響精度的不利因素比電測機型更多，因此，三檔對動擺機來說是性能和成本的*平衡；做成四檔未嘗做不到，但需要反復調(diào)試、修整，量產(chǎn)有困難；五檔幾乎不可能。隨著傳感器和微電子技術(shù)的發(fā)展，應用在試驗機上的電測系統(tǒng)在性能和成本上已超越或接近于動擺測力系統(tǒng)，動擺機在機舞臺上已逐漸從主角的位置上退了下來。使用傳感器電測系統(tǒng)，由于可以排除摩擦力fD的有害影響，可以比較容易地比動擺機擴展一檔，達到量產(chǎn)四檔機的水準；通過選用工藝更精良的機械主體、更精密的傳感器和放大板，也可以不太困難的做到五檔機的水準，但是，六檔機，仍然是一個困難的目標。
難在何處？我們以600kN級試驗機為例，從機械和微電子兩個方面來作一分析。首先，6檔的低端的0.4%FS,，也就是在 600×0.4%=2.4kN這一點上要求測力誤差不大于±1%，即，誤差值小于2.4kN×1%=24N≈2.4公斤。即使其它可能影響示值精度的因素都被忽略（假設這量程60000公斤的傳感器在2.4公斤時仍然線性，假設2.4公斤時傳感器輸出的微弱信號放大電路進行大倍率放大時仍然沒有失真），這區(qū)區(qū)2.4公斤相對于自重近三噸的試驗機主體來說仍然是太小了。前文談過帶來誤差的摩擦力fk，這個fk實際上是兩個接觸面上產(chǎn)生的摩擦力的合力，即上橫梁與襯套間摩擦力fk1和襯套與升降絲桿間的摩擦力fk2。由于在調(diào)整試驗空間時，絲桿是轉(zhuǎn)動的，所以襯套與絲桿間相對位置以及橫梁與襯套間相對位置都在變化，使fk1和fk2都在變化中。更為糟糕的是，由于目前絕大多數(shù)的機主機在活塞與臺板之間都在采用球面支桿連接（球面支桿連接的好外是：①當裝配過程中上下鉗口中心線與活塞中心線有微量不重合時；②當試樣外形不夠規(guī)則導致夾緊時試樣受到扭力時，球面支桿在受力后能自動調(diào)整受力框架使之微量傾斜，改善試樣受力情況，達到簡化和改善試驗機生產(chǎn)過程中工藝要求的目的。然而這種傾斜使得上橫梁會壓迫到襯套及絲桿），球面支桿起自動調(diào)整作用時，框架傾斜目前無法測量，導致上橫梁對襯套、絲桿的正壓力無法計量，所以fk是不可預計和控制的。當然，對于特定試樣和特定試驗空間，其fk大致不變，可以通過調(diào)整軟件中的設置來消除影響，然而，當換了試樣，改變試驗空間高度后，fk變化了，會使精度發(fā)生變化，所以，這樣做未免是自欺欺人。那么，機械方面的誤差因素沒辦法克服嗎？也不是。北方某試驗機廠曾少量生產(chǎn)一種機主機，該機不采用球座結(jié)構(gòu)，活塞和受力框架間*剛性連接，用加工精度和整體剛度的大冗余量來保證各受力線重合；上橫梁固定在立柱頂端，與絲桿不接觸；絲桿固定于底座上不轉(zhuǎn)動，靠內(nèi)置于移動橫梁中的蝸桿機構(gòu)驅(qū)動橫梁升降。由此可知，只有使用類似結(jié)構(gòu)的機械主體，方有可能zui大程度地消除fk的有害影響，在機械方面達到六檔機的可能。由于這一類型的主機加工要求嚴苛，所以不僅價格倍于鏈傳動球座聯(lián)結(jié)式主體，產(chǎn)量也很少。
除了機械部分，在微電子主面還要求：①由于六檔機的低端已非常接近于傳感器零位，所以傳感器本身的噪音和零位漂移都必須非常小 ②放大電路自身噪音也要很小，信噪比要高，放大倍數(shù)要恒定 ③以可靠的接地來保證系統(tǒng)零電位一致，要專業(yè)電源，過濾電網(wǎng)中固有的脈動和涌動。
所以，一臺真正意義上的具備六檔量程的試驗機，即使外形粗鄙不堪，它仍然是一件藝術(shù)品。它配備*的傳感器和放大器，電路中每個元件都經(jīng)過篩遠；需要精良的加工設備來制作它的每一個零件；更重要的是需要一支嚴謹、負責的技師隊伍來操作生產(chǎn)設備、來組裝、調(diào)試、檢驗并經(jīng)過反復的老化考核。做得到所有這些的企業(yè)是值得尊敬的。然而，它仍然是一件藝術(shù)品，它象征的意義遠遠超過實用的意義，因為上述的必要條件都是昂貴的。在工業(yè)生產(chǎn)中，只有量產(chǎn)的，才是廉價的。奧迪也算好車了吧？價格和傳說中手工制造的勞斯萊斯比起來又怎樣呢？
如果你要面對多種試驗對象，需要大量程范圍的試驗機，原來您準備選擇六檔的600kN試驗機，那么，我建議您買一臺四檔的1000kN液壓和四檔50kN電子。兩臺機子可以毫不勉強地保證您做1kN～1000kN之間的試驗，并且在20kN～50kN區(qū)間的試驗兩臺機子都能完成。其1kN～1000kN的量程范圍，當然遠超六檔600kN的2.4-600kN量程范圍。這兩個機型都是量產(chǎn)的，價格適中，而且其性能指標相對于國內(nèi)生產(chǎn)水平來說*可以達到，只要是正規(guī)廠家生產(chǎn)，相信質(zhì)量都是有保證的，可以放心使用，而且維護的費用低廉?；蛟S您會說原來某廠家的6檔機，只比4檔的稍貴一點，這樣買2臺設備花了我2倍的錢――我猜某廠家的老總一定是您的至交好友，恭喜您買到了便宜，事后別忘了請他吃飯。事實上，且不說日后維護保養(yǎng)的費用，僅就售價而言，一臺真正的六檔機的價格一定會超出2臺四檔機價格之和。
支持我們不選擇分檔過多的試驗機的另一個理由是，生產(chǎn)廠家為了在低端不超差，有可能犧牲中的精度。說白了就是某臺機子如果按四檔出廠，那么整個量程內(nèi)誤差都可控制在同方向的0.5%以內(nèi)，而如果要調(diào)試五檔或六檔，為了使低端不超，通過調(diào)整軟件中的參數(shù)設置，把精度曲線勉強塞進±1%的框框內(nèi)，這時可能低端誤差-0.9%，誤差+0.9%。雖然就指標而言是不超差的，但其實性能是打折了。
zui后，以本省計量力學業(yè)內(nèi)一位專家的意見來小結(jié)這次討論吧。我曾就一些廠家在資料上提出的六檔量程的提法咨詢過他。他認為這只是一種噱頭罷了：“除非用戶事先提出并支付額外檢定費用，我們都是按照三檔，zui多四檔量程來檢，檢過以后的數(shù)據(jù)才是被承認的。再說了，誰會買個大磅秤去稱個雞蛋呢？”
以上技術(shù)文章是我通過一位專家多年來的終結(jié)，在根據(jù)實際情況編寫的關(guān)于試驗機的原理，希望更多購買設備的用戶更多的了解試驗機，以免碰一些沒有實力的廠家。
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2025第十一屆中國國際機電產(chǎn)品交易會 暨先進制造業(yè)博覽會
展會城市：合肥市展會時間：2025-09-20