Руководство по гидравлическим универсальным испытательным машинам: размеры, производительность и материалы

Что такое универсальная гидравлическая испытательная машина?

A гидравлическая универсальная испытательная машина (HUTM) — это система испытания материалов, в которой используется гидравлическая силовая установка — насос, масляный резервуар и цилиндр с поршневым приводом — для приложения к образцу растягивающих, сжимающих, изгибающих и сдвиговых нагрузок. Его определяющим преимуществом является допустимая сила: гидравлические UTM обычно испытывают нагрузку от 300 до 3000 кН. , что значительно превосходит возможности электрических машин с винтовым приводом, поэтому они являются стандартным выбором для испытаний металлов, арматуры, бетона и других высокопрочных материалов.

Короче говоря: если испытание требует силы более 300 кН или включает в себя конструкционные металлы, арматурный стержень или бетон, то, скорее всего, подходящей категорией оборудования является гидравлическая универсальная испытательная машина.

Как гидравлическая система на самом деле распределяет нагрузку

Гидравлический UTM работает по простой логике: гидравлическая трансмиссия в сочетании с электронным управлением с обратной связью. Четыре подсистемы работают вместе при каждом запуске теста:

1. Выработка электроэнергии: электродвигатель приводит в движение гидравлический насос, преобразуя электрическую энергию в гидравлическое давление, при этом масло фильтруется и подается в главный цилиндр.
2. Приложение нагрузки: гидравлический цилиндр толкает или тянет поршень, приводя в движение траверсу, в то время как захваты зажимают образец для передачи растягивающего или сжимающего усилия.
3. Управление с обратной связью: тензодатчик непрерывно измеряет приложенную силу и передает этот сигнал обратно на контроллер в режиме реального времени.
4. Серворегулирование: контроллер регулирует открытие сервоклапана для регулирования потока масла, удерживая нагрузку, смещение или скорость деформации стабильными в соответствии с целевым профилем испытания.

Эта петля обратной связи отличает современный сервогидравлический UTM от чисто ручного гидравлического пресса. Тензодатчик и сервоклапан срабатывают вместе десятки раз в секунду. , корректируя сжимаемость масла и поведение образца, чтобы машина могла поддерживать действительно постоянную скорость нагрузки вплоть до разрушения образца.

Типичные диапазоны производительности и для чего они используются

Гидравлические UTM строятся и определяются с учетом мощности рамы, поскольку от этого зависит, какие образцы машина может физически сломать или деформировать до необходимой точки. В отрасли обычно мощность группируется по нескольким практическим диапазонам.

Большинство промышленных приложений общего назначения и приложений контроля качества попадают в диапазон от 600 до 2000 кН, поэтому этот диапазон является наиболее часто встречающейся конфигурацией у крупных производителей оборудования.

Какие типы испытаний выполняет гидравлический UTM

«Универсальность» универсальной испытательной машины означает ее способность выполнять несколько типов испытаний на одной раме при условии, что на ней установлены подходящие захваты и приспособления. Гидравлический UTM обычно поддерживает:

• Испытание на растяжение — измерение предела прочности, предела текучести, удлинения и модуля упругости при разрыве образца.
• Испытание на сжатие — оценка прочности и текучести при сжатии, обычно используемое для бетонных цилиндров и конструктивных элементов.
• Испытание на изгиб и изгиб — оценка устойчивости материала к разрушению или растрескиванию при деформации, часто применяется к арматурному стержню и сварной пластине.
• Испытание на сдвиг — определение сопротивления материала или соединения силам, которые скользят один слой по другому, что относится к крепежным деталям, а также сварным или клеевым соединениям.

Многие гидравлические UTM используют двухпространственную конструкцию. , с одной зоной испытаний на растяжение и отдельной зоной сжатия, что позволяет операторам переключаться между типами испытаний, не снимая тяжелых приспособлений, — значительная экономия времени в лабораториях, работающих с большими объемами проб.

Точность и соответствие стандартам

Полезность гидравлического UTM в конечном итоге сводится к тому, являются ли его результаты заслуживающими доверия и юридически защищенными, поэтому характеристики точности и соответствие стандартам имеют такое же значение, как и исходная мощность. Гидравлические UTM промышленного класса обычно изготавливаются с учетом:

Для общих механических испытаний металлов наиболее часто упоминаемым стандартом является ASTM E8 (или его международный эквивалент ISO 6892) , а также стандарты конкретного применения, такие как EN ISO 15630-1 для арматурного стержня и ASTM A370 для стальной продукции. Выбор лаборатории гидравлического UTM должен быть проверен на соответствие тем конкретным стандартам, которым должны соответствовать ее отчеты об испытаниях, поскольку не каждая машина предварительно настроена для каждого стандарта «из коробки».

Гидравлический или электромеханический: выбор правильной системы привода

Гидравлическая система не является автоматически «лучшей» категорией UTM — это лучшая категория для определенного диапазона усилий и требований к материалам. Электромеханические (с винтовым приводом) UTM используют электродвигатель и прецизионную винтовую систему вместо гидравлического давления и напрямую конкурируют с гидравлическими машинами в диапазоне средних усилий.

Практическое правило, используемое во всей отрасли: при нагрузке примерно 300 кН гидравлический UTM почти всегда является более долговечным и экономичным выбором. , хотя машины с рейтингом ниже этого порога обычно отдают предпочтение электромеханическим конструкциям из-за их более точного управления и более низких эксплуатационных затрат.

Отрасли и приложения, в которых используются гидравлические UTM

Поскольку гидравлические UTM справляются с уровнями силы, необходимыми для конструкционных и строительных материалов, они последовательно проявляются в определенном наборе отраслей и сценариев использования:

• Производство и обработка стали — проверка предела прочности и текучести прутков, листов, труб и проволоки на соответствие требованиям сертификации завода.
• Строительство и гражданское строительство — тестирование арматуры, соединителей конструкций и бетонных компонентов перед их утверждением для использования в проекте.
• Проверка импортно-экспортных материалов — подтверждение того, что импортируемая сталь соответствует спецификациям ASTM/ISO, а экспортируемый материал соответствует стандартам рынка назначения.
• Арбитраж по качеству третьей стороны — независимое повторное тестирование, когда спор о качестве материала (например, некачественная прочность арматуры) требует юридически действительного отчета.
• Университетские и исследовательские испытания — курсовые работы по машиностроению и исследовательские испытания новых материалов, включая композиты и материалы, испытанные в экстремальных условиях.

В проектах по водному хозяйству, гидроэнергетике и строительству мостов также часто используются гидравлические UTM высокой производительности, поскольку задействованные структурные компоненты обычно превосходят то, что могут оценить меньшие испытательные комплексы.

Ключевые компоненты, которые необходимо оценить перед покупкой

Определение гидравлического UTM предполагает нечто большее, чем просто выбор значения мощности. Несколько деталей конструкции определяют, насколько хорошо машина будет работать в повседневном использовании.

Диапазон захватов и креплений

Гидравлические клиновые захваты обычно подходят для круглых образцов в определенном диапазоне диаметров — обычно от 8 до 32 мм — с отдельными поверхностями губок, необходимыми для плоских образцов. Подтверждение соответствия диапазона захвата геометрии вашего образца позволяет избежать дорогостоящих задержек при замене.

Жесткость и выравнивание рамы

При высоких нагрузках жесткость рамы имеет такое же значение, как и грузоподъемность. Высокожесткая многоколонная конструкция сводит к минимуму прогиб рамы под нагрузкой, что напрямую повышает точность измерений текучести и удлинения, что особенно важно для материалов с тонкими показателями текучести, таких как конструкционная сталь.

Программное обеспечение управления и отчетность

Современные гидравлические UTM объединяют механическую раму с программным обеспечением, которое управляет параметрами испытаний, режимом управления с обратной связью (постоянная нагрузка, постоянное смещение или постоянная скорость деформации) и автоматическим созданием отчетов. Убедитесь, что программное обеспечение поддерживает конкретные стандарты испытаний, по которым сообщает ваша лаборатория, и что данные можно экспортировать в форматы, необходимые вашей системе качества.

Совместимость экстензометров

Точность измерения деформации сильно зависит от используемого экстензометра. Машины, совместимые с экстензометрами ASTM E83 класса B или ISO 9513 класса 0,5, соответствуют порогу точности, ожидаемому для большинства сертифицированных программ механических испытаний.

Требования к техническому обслуживанию и калибровке

Поскольку выходная сила гидравлического UTM зависит от давления жидкости, а не от механически фиксированного шага винта, он требует такой дисциплины обслуживания, которая не свойственна электромеханическим машинам в такой же степени.

• Гидравлическую жидкость следует регулярно проверять и фильтровать, чтобы предотвратить влияние загрязнения на реакцию сервоклапана и точность нагрузки.
• Уплотнения и гидравлические линии требуют периодической проверки на предмет износа, поскольку утечки напрямую снижают достижимое усилие и точность управления.
• Предохранительные обратные клапаны и концевые выключатели на поршне и рукоятках следует проверять в рамках плановых проверок безопасности, а не оставлять до тех пор, пока не возникнет неисправность.
• Калибровка весоизмерительных датчиков должна выполняться по определенному графику: обычно ежегодно — для поддержания соответствия требованиям проверки ISO 7500-1 или ASTM E4.

Лабораториям, работающим в рамках программы аккредитации (например, ISO/IEC 17025), обычно необходимо документировать историю калибровок как часть своей системы качества, поэтому при выборе оборудования следует учитывать, насколько легко данный производитель поддерживает отслеживаемые сертификаты калибровки.

Ключевые выводы

Гидравлическая универсальная испытательная машина заслужила свое место в лаборатории, решая конкретную задачу, с которой электромеханические машины не могут справиться столь же экономично: создание и точное управление очень большими силами, обычно выше 300 кН, для испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг металлов, арматуры и бетона. Сочетание гидравлического силового агрегата и сервоуправления с замкнутым контуром позволяет этим машинам сочетать эту чистую силу с точностью — обычно ±0,5% от показаний — необходимой для сертифицированных, соответствующих стандартам отчетов об испытаниях.

Для лабораторий, выбирающих новую машину, решение обычно сводится к согласованию грузоподъемности рамы и диапазона захвата с фактическими требованиями к образцу, а затем к подтверждению соответствия управляющего программного обеспечения и поддержки калибровки тем стандартам ASTM, ISO или EN, которым должны соответствовать отчеты об испытаниях лаборатории.