如何設計電子萬能試驗機液壓夾具
一、前言
微機控制電子式萬能試驗機廣泛用于金屬和非金屬的拉、壓、彎、剪等力學性能試驗,適用于質量監督、教學科研等各種試驗領域的力學試驗。隨著經濟的發展,國內對大噸位電子萬能試驗機需求量越來越大。目前國內電子萬能試驗機做到的噸位可達600kN以上,由于其噸位較大,在進行試驗時,為了防止試樣在試驗過程中出現打滑現象,需要對試樣施加較大的夾持力,因此,對夾具本身提出了較高的要求。針對這種情況,設計出了基于液壓原理的液壓拉伸夾具,提高了試驗機整機的可靠性和耐用性。
二、電子萬能試驗機主機結構及工作原理
微機控制電子式萬能試驗機主要由以下三個部分組成:
(1)加力部分:主要由主機與輔具構成試驗機的加力框架,主機部分有導向立柱、上橫梁、中橫梁、工作臺和附具等部分組成。
(2)動力驅動部分:主機工作臺下的交流伺服電機、交流伺服系統、減速系統構成動力驅動系統。
(3)測量、記錄及處理部分:控制器、測控軟件、PC機和打印機構成試驗機的測量控制、數據處理及打印系統。
試驗機主要靠安裝在工作臺下部的交流伺服系統通過精密減速系統帶動滾珠絲杠副旋轉,滾珠絲杠副驅動中橫梁,帶動拉伸附具上下移動,實現試樣的加荷與卸載。該結構保證機架有足夠的剛度,同時實現高效、平穩傳動。
三、液壓夾具的設計
1、液壓原理
液壓夾具的液壓原理,油箱內的液壓油通過電機帶動高壓油泵進入油路,流經單向閥進入到閥塊,油路在閥塊中進行重新分配,利用電磁換向閥控制油液方向,分別實現對上、下拉伸夾具的夾緊和松開。
2、液壓油源結構
液壓夾具的油源主要由油泵電機組、空氣濾清器、油箱、吸油濾油器、單向閥、油管、閥塊等部分組成。油泵電機組采用豎直安裝,油泵浸在油液里,是油源的動力源。油路在閥塊中重新分配,完成對上下夾具的控制。在該液壓系統中,油泵排量為1.5ml/r,電機功率為0.75kW,轉速1400r/min;系統壓力由油路的溢流閥進行調定,最高壓力可到10MPa,實際壓力可以通過壓力表進行實時顯示。
3、拉伸液壓夾具的設計
（1）液壓夾具的基本結構
該液壓夾具采用楔形液壓夾緊結構,安裝在上橫梁和中橫梁之間。它主要由夾具體、鉗口、活塞等部分組成。通過連接軸和法蘭座把夾具分別與上橫梁和中橫梁連接在一起;在夾具體內部安裝有液壓活塞,活塞桿與鉗口連為一體實現聯動,通過控制液壓源油液方向推動活塞上下運動,從而實現試樣的夾持和松開。該結構夾持試樣時,會對試樣產生附加力,為得到準確的試驗結果,夾持好試樣后對中橫梁位置進行調整消除附加力,然后進行試驗。
（2）液壓夾具關鍵零部件的設計：
①夾具體
夾具體是液壓夾具的主要零件,其結構是整個液壓夾具的支承部分。夾具體采用合金結構鋼,通過適當的熱處理工藝增加其力學性能。經過特殊的處理,保證其較高的強度。夾具體的上部主要是放置鉗口、壓塊等零件。鉗口安裝在夾具體的斜槽內,通過連接板把鉗口與活塞連接在一起。夾具體下部相當于一個油缸,活塞安裝在夾具體的內部,通過控制電磁換向閥推動活塞的上下運動,帶動鉗口在斜槽內上下運動,完成對試樣的夾持和松開。在夾具體內部裝有密封圈,防止液壓油出現泄漏。
②鉗口
為了滿足用戶對不同試樣的做試驗需求,該液壓夾具配置6副鉗口,包括3副圓鉗口,夾持范圍分別為:<4mm——<12mm、<12mm——<26mm、<26mm——<40mm;3副平鉗口,夾持范圍分為:0mm——15mm、15mm——30mm、30mm——40mm;可以根據試驗的需要方便地更換不同的鉗口。由于鉗口在試驗中經常使用,直接和試樣進行接觸,鉗口性能的優劣對試驗結果影響較大,因此,一般都選用優質合金結構鋼、合金高碳鋼或者低碳合金鋼,通過適當的熱處理工藝,增加其強度、耐磨性,減少鉗口的磨損程度,延長其使用壽命。
四、結論
通過測試檢驗,該液壓夾具完全符合試驗要求,且性能良好,能夠滿足客戶的試驗需求。由于鉗口的夾持中心要求同試驗機的中心在同一條直線上,即要具有良好的對中性,因此,對夾具體的加工精度提出了較高要求。另外,由于采用了液壓控制,夾具的密封性也是需要解決的一個重要問題,防止在使用過程中出現漏油等現象,影響其正常使用。
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