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我国弹簧试验机技术现状及发展趋势
 
发布时间:2010.12.24 新闻来源:www.discspringsource.cn 浏览次数:
 
我国弹簧试验机的生产,已有五十年历史。本文结合我厂产品对国内弹簧试验机的发展现状进行探讨。早期生产的弹簧试验机绝大多数领先机械传递、模拟测量,精度的提高受到限制。近些年来,随着科技的发展,我们在吸收国内外先进技术,并与多所院校进行合作,已建立起了低、中、高档的梯次,也由原来的单一拉压试验向多种试验特性测试迈进。已开发出静态拉压、静态扭转、高频拉压疲劳、低频拉压疲劳、扭转疲劳、在线检测等六种不同的检测方式:机械式、电子式、电磁式、电液式、电气式、电液伺服式等六种不同的加载方式;量程从1N-500KN不同规格的一百七十多种产品。

     一、弹簧试验机分类

     弹簧试验机按可完成的特性测试分类如下:

     立式装夹:单数显式 双数显式 全自动式 微机控制式

     扭转

     卧式装夹:双数显式 单数显式 全自动式 微机控制式

     拉压 度盘式 单数显式 双数显式 全自动式 微机控制式

     静态

     特性测试 分选 负荷分选 高度分选 复合分选

     高频疲劳

     拉压疲劳

     动态 低频疲劳 机械式 电液伺服式

     扭转疲劳

     二、中小负荷的弹簧拉压试验机使用情况及发展趋势

     2.1 弹簧拉压试验机的现状

     此类型的检测设备几年以前大多为手动加载、模拟式或单数显式,近十年,双数显的测试设备已经成为主流设备,这是因为:

     1),双数显式试验机由于试验力与位移均采用了高精度负荷传感器、位移传感器,高精度放大器等测量元气件,分辨率高,克服了人眼的读数误差,测量精度高。

     2),来用计算机技术能使试验力、位移两参数相关测量,可以预先设置试验参数,提高自动化程度和数据的准确性;还可以保存试验参数,以备下次试验用,不用重复输入;能进行某些数据的计算,试验数据的打印。例如:在测试过程中,TLS-S10001可以分别设置压缩(或拉伸)弹簧的压(拉)至高(长)度或压缩(拉伸)变形量,自动采集对应的试验力,储存于单片机中,在计算完分段刚度、自由高、初拉力、并判断完弹簧是否合格后,将试验数据自动打印出来,还可以查询储存的试验数据。

     2.2 弹簧试验机的发展趋势

     小负荷的弹簧,尤其是大刚度精密弹簧的首要要求是设备的测试精度高,因为位移的微小变化,便会引起试验力的较大变化,而保证试验力的测试精度,是很容易的事情,但是要保证弹簧试验机的另一参数位移的精度,是保证弹簧测试精度的关键,也是判断弹簧试验机精度高低的标准。因此,越来越多的使用者,都把位移测试精度的高低当做衡量试验机水平高低的标准。在弹簧试验机的国家标准中,位移精度的要求是很低的,满足不了大刚度精密弹簧的要求,因此,对试验机制造商来说,必须提高位移测试精度来满足使用者的要求。影响位移测试精度的因素很多,如检测方法、整机结构、整机刚度、压盘的平行度、测量元件、材料、负荷传感器位移下沉等,只要对这些因素加以克服,位移精度的保证是不成问题的。我公司的弹簧试验机检测是严格按照日本标准对位移进行检测的,能够保证弹簧放置在压盘的不同地方试验力基本一致,保证在试验力的满量程范围内,任意负荷都不会引起负荷传感器的位移下沉。

     另外,弹簧试验机的加载方法对试验结果影响敢是不容忽视的。早期的加载方法主要为普通交流电机带动传动系统加载,加载速度不可调整,对于弹簧等弹性元件来说,由于回弹应力的存在,快速压缩时自动采集的数据与慢速压缩或静止压缩采集的数据差别很大,现在多采用变速系统如交流伺服调速系统、通过逼真的模拟弹簧的工作状态,真实测量弹簧在这一状态下的内部应力,为弹簧设计提供依据。

     随着计算机技术的发展,单片机的功能较简单的缺点又被微机所改善,智能化功能设置专家系统、参数选择、数据库、清晰的视窗中文界面、简单的鼠标操作,使弹簧测试过程中的最理想化状态成为可能,智能化水平得到了极大的提高,操作者只要轻轻点击鼠标,就可以按照预先设置的任意模式进行测量、控制,通过设定不同的试验速度、试验过程中的参数,使试验模式、整个试验过程可以按照人们的意志进行控制,试验曲线和试验数据实时显示,试验数据亦可按行业标准或企业标准进行计算、整理、输出,还可对以往的试验过程、试验结果进行查询,强大的计算和数理统计功能代替了过去繁杂的工作,大大减轻了人的劳动量。另外,计算机网络技术的应用,又会使检测控制机(简称下位机)与计算中心的主控机(简称上位机)结合起来,实现试验数据的传输、处理、综合管理,在中心实验室,由上位机对下位机群实现综合管理。

     随着人们对弹簧测试方法的不断研究,认识会不断深化,弹簧试验机会向着高智能人方向发展,模拟弹簧的工作参数、状态、环境的试验机会不断出现,如盐雾试验机、高低温试验机等。

     三、大负荷的弹簧压力试验机现状及发展趋势

     3.1 大负荷弹簧压力试验机的现状

     此类型的试验机一般用于重型机械和铁路行业弹簧的检测。该厂生产大型弹簧压力试验机已有三十多年的历史,在三十多年的发展过程中,试验机也经历了由简单的手动控制、摆捶式测力,单片机控制、电子测量,到微机控制全自动测量的过程。

     加载方式以液压式居多。200KN以下一般采用电机调速系统驱动机械传动系统加载。该厂最初生产的TYE-100、TYE-300、TYE-500即是液压式加载、摆锤测力、半开放式结构,主要用于汽车圆簧和板弹簧及铁路弹簧的测量。近几年,铁路系统客车提速、弹簧标准修改,原来试验机的测量精度、测量方式及缺少的数据处理功能已不适应新标准的要求。该厂推出的电子式及微机控制式两种不同档次的产品,满足了这一要求,已经得到了大范围的推广,经用户使用验证后,效果理想,反映不错。

     3.2 大负荷弹簧压力试验机的发展趋势

     同小型弹簧试验机一样,随着测试技术的提高和计算机技术的应用,测试技术及控制技术都要求有一个大的提高。从测试技术看,负荷与位移的高分辨率与稳定性是发展趋势,宽的负荷测试范围也是发展趋势。从控制技术看,电子式、微机控制式、电液伺服微机控制式将会并驾齐驱,以适应不同的消费者。但不管怎样,试验机的测试精度会越来越高,产品的个性化会越来越明显。

     四、弹簧扭转试验机的现状及发展趋势

     扭转试验机有卧式扭转、立式扭转及疲劳扭转三类产品。卧式扭转试验机为弹簧卧式装夹;立式扭转为弹簧立式装夹。一般来说,对于1000Nmm以下的精密弹簧,宜采用立式装夹,可以消除摩擦力对测试数据的影响,提高精度。对于5000Nmm以上的弹簧,可以不考虑自重产生的摩擦力的影响,采用卧式装夹。

     扭矩及扭角的显示有单数显式和双数显式。近来,双数显式已完全代替了单数显式。单片机技术的应用,使扭矩与扭角的测量自动地紧密相关起来,可以实现两参数的自动化采集与测量控制:一方面可以设置用控制扭矩的方式测量扭角,自动测试采集对应某一扭矩的扭角数据;另一方面,又可以设置控制扭角的方式测量扭矩,自动测试采集对应某一扭角的扭矩数据,提高了控制试验过程的自动化水平。还可以进行测试数据的计算。

     弹簧扭转疲劳试验机主要应用于扭转弹簧的扭转疲劳试验。目前尚未广泛推广,只有少数的弹簧厂在使用。但是随着主机厂对扭转弹簧的进一步要求,扭转弹簧疲劳试验会逐步加强。该厂研制的TNP-50属国内首创。试验过程中,扭转振幅、试验频率可以调整,可以模拟工况进行试验,随时显示试验频率和试验次数,可以根据设定的试验次数控制停机,还可以实现弹簧断裂停机,有效的解决了扭转弹簧的疲劳试验问题。

     4.2弹簧扭转试验机的发展趋势

     扭转弹簧的测量不同于拉压弹簧,需要对芯轴进行设计,芯轴的粗细、扭矩盘的同心度、都会对测量结果造成较大的误差,尽管弹簧扭转试验机的精度近年来已经有了较大程度的提高,但是,还需要不断完善。另外,弹簧扭转试验机操作过程的智能化也会是未来较长一段时期的发展主流,测试过程的智能化功能设置、参数设置、数据处理、结果观察、曲线显示、数据库等功能会必不可少。操作者按照预先设置的任意模式进行测量、控制,通过设定不同的试验速度、试验过程中的参数,使试验模式、整个试验过程可以按照人们的意志进行控制,试验曲线和试验数据实时显示,试验数据亦可按行业标准或企业标准进行计算、理事、输出,还可对以往的试验过程、试验结果进行查询,对试验结果进行数理统计。

     五、弹簧疲劳试验机

     弹簧作为弹性元件,在主机中所起的作用是非常重要的。其疲劳寿命决定了主机的寿命。凡承受变载荷的弹簧在企业内部质量控制、用户交验、新产品定型鉴定、认证、行业抽检和工艺调整环节中,必须进行疲劳性能检测。但是,弹簧在工作状态下所承受的力非常复杂,要模拟其工况进行疲劳试验非常困难,在目前的弹簧疲劳试验机中,将弹簧所受的力简化,分成了拉压疲劳和扭转疲劳两大种模式。扭转疲劳试验机已经在前面介绍过,下面介绍一下弹簧的拉压疲劳试验机。弹簧疲劳试验机必须具备以下功能:试验时间或次数预置功能,自动计时或记数功能,试验振幅显示或控制功能,自动停机功能。

     弹簧拉压疲劳试验机(以下简称疲劳试验机)分三种形式:电磁谐振式、机械式、电液伺服式。

     电磁谐振式的特点:试验机采用电磁激励、试件共振原理,起动一触即发。频率高、振幅小、频率不可调整,适合重要的小型弹簧的疲劳试验。通常,频率为20-300HZ,振幅0-30mm。

     机械式疲劳试验机的特点:试验机采用曲柄连杆机构,实现往复疲劳试验。频率较低,振幅较大,且振幅与频率可以调整,可以模拟工况进行试验。一般频率为15HZ以内,振幅可达到100mm。适合于振幅比较大的各型弹簧。例如:汽车、摩托车悬架簧的疲劳试验可以采用此种设备。

     电液伺服式疲劳试验机的特点:采用电液伺服控制,电子测力,由计算机进行数据处理、控制波形,测试精度高,响应快,振幅大。可绘制力-位移曲线、力-时间曲线、振幅-时间曲线。一般,频率为1-20HZ,振幅为100mm以内。

     在未来很长一段时期内,这三种不同种类的疲劳试验机会在各自适用的领域内,有一定的市场。最终市场会呼唤模拟弹簧的工作状态、工作参数、工作环境的疲劳试验机来真实的再现弹簧在主机上的工作寿命。

     六、在线检测设备

     在线检测设备,不同于实验室检测设备,由于使用环境、检测效率的要求不同,区别很大。不仅检测精度满足要求,还要有高的检测效率和高的使用可靠性保证。目前国内使用的负荷分选机寥寥无几,基本上是进口设备。目前我厂正在研制中,该机集负荷分选与位移分选于一体,可以完成预压、压并高度检测、第一道力(F1)检测、第二道力(F2)检测等功能,并有相应的出口。

 
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