試驗機(jī)的發(fā)展歷史

試驗機(jī)是一種基礎(chǔ)工業(yè)的基礎(chǔ)而存在，所以試驗機(jī)的出現(xiàn)也是與工業(yè)革命的發(fā)生同時發(fā)生的。最早的試驗機(jī)是靜態(tài)試驗機(jī)，機(jī)械式加載。如：美國早在1869年由一位叫奧利森（Tinius Olsen）的工程師發(fā)明了一臺杠桿式拉伸試驗機(jī)，該試驗機(jī)并在1880年申請了專利，這項專利名稱叫“一個普遍測試的機(jī)器”，也就是現(xiàn)在所稱的杠桿式拉伸試驗機(jī)（圖一）。

（圖一）

英國早在1880年生產(chǎn)出杠桿重錘式材料試驗機(jī)，其原理也就是采用砝碼加載的形式。1908年又生產(chǎn)出螺母、螺桿加載的萬能試驗機(jī)，這個也就是現(xiàn)在電子萬能試驗機(jī)的雛形。在這些試驗機(jī)上可進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗。

再以后，瑞士Amsler公司生產(chǎn)出油缸上置式的萬能試驗機(jī)，具有操作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力大的特點(diǎn)，可完成拉、壓、彎、剪等靜態(tài)試驗。這種結(jié)構(gòu)的試驗機(jī)目前仍有使用。    

約在90年前，瑞士的Amsler公司開發(fā)了液壓萬能試驗機(jī)，它利用液壓油的壓力對試件加載。這種試驗機(jī)操作方便、作用力大、結(jié)構(gòu)簡單、體積緊湊，至今這種試驗機(jī)仍在生產(chǎn)和使用。它能進(jìn)行各種靜態(tài)試驗，但在加載的過程中不能進(jìn)行控制。在加載情況不同時所測得的數(shù)據(jù)將有差別。

因此，目前國際上和我國的試驗標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了試驗時需在恒速率、恒負(fù)載速率和恒變形速率控制下進(jìn)行試驗，在這種情況下，原有的液壓萬能試驗機(jī)已面臨更新?lián)Q代的命運(yùn)。國外已開發(fā)了在它原有的基礎(chǔ)上增加電液控制部分的電液控制液壓萬能試驗機(jī)。這種試驗機(jī)能滿足試驗標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。國內(nèi)各試驗機(jī)廠也在積極進(jìn)行開發(fā)技術(shù)更為先進(jìn)的伺服技術(shù)水平的試驗機(jī)。

在中國，杠桿式拉伸試驗機(jī)被引進(jìn)大概是在上世紀(jì)初，同濟(jì)大學(xué)建設(shè)初期，引進(jìn)一臺同濟(jì)編號為：440001的杠桿式拉伸試驗機(jī)（圖二），目前，存放于同濟(jì)大學(xué)力學(xué)試驗中心。這臺試驗機(jī)上同時標(biāo)有“RIEHLE  BRCXPHILA16494”（圖三）的小字，通過檢索，發(fā)現(xiàn)這臺試驗機(jī)是由位于美國費(fèi)城的理勒兄弟測試機(jī)械公司（Riehle Brothers Testing machines Company）生產(chǎn)。

圖二

澳大利亞阿德萊德大學(xué)（Uiversity of Adelaide）收藏的理勒兄弟測試機(jī)械公司1873年研制的臥式拉伸試驗機(jī)（圖四）的資料。

（圖四）

同時，也存放有一臺理勒杠桿拉伸試驗機(jī)（圖五）。

（圖五）

在美國Purdue University（普杜大學(xué)）存放的1893年理勒公司生產(chǎn)的杠桿式萬能試驗機(jī)（圖六）。

（圖六）

美國藝術(shù)品拍賣市場宣傳的理勒杠桿萬能試驗機(jī)的資料（圖七）。

（圖七）

我國第一臺萬能材料試驗機(jī)是由鄧曰謨教授研制的。戰(zhàn)爭中誕生的中國近代機(jī)械工業(yè)，從一開始就具有半殖民地半封建的特點(diǎn)，中國民族資本創(chuàng)辦的企業(yè)一直處于帝國主義、封建主義和官僚買辦的重壓之下，境況十分艱難。直到20世紀(jì)上半葉，中國的機(jī)械工業(yè)仍然極為落后，主要的機(jī)器設(shè)備都是依賴進(jìn)口，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計和制造也大都由洋人把持。鄧曰謨就是在這種歷史條件下開始自己在機(jī)械工程領(lǐng)域的探索和奮斗的。    

1930年，鄧曰謨被聘為北洋大學(xué)教授。南京國民政府教育部規(guī)定，凡是工科院校必須建立實(shí)驗室。但當(dāng)時的教學(xué)實(shí)驗儀器設(shè)備幾乎全靠進(jìn)口，且價格昂貴，如一臺50000磅材料試驗機(jī)需花費(fèi)15000多美元，而政府對學(xué)校的撥款極為有限。為了克服這個困難，鄧曰謨下決心自己設(shè)計、自己制造。1932年至1933年，鄧曰謨依托機(jī)械研究社，經(jīng)過一系列艱苦試驗，成功地設(shè)計制造出了材料試驗室、水力實(shí)驗室的一系列儀器設(shè)備，如油壓試驗機(jī)、沖擊試驗機(jī)、水泥拉力機(jī)、流速計、混流水泵、兩級水泵、水輪機(jī)等，除了裝備北洋大學(xué)的材料試驗室和水力實(shí)驗室外，還供給山東大學(xué)、中山大學(xué)、河南大學(xué)、重慶大學(xué)、焦作工學(xué)院、河南水利專門學(xué)校及全國其他許多高校的有關(guān)實(shí)驗室使用。其中50000磅材料試驗機(jī)為當(dāng)時由中國人自己設(shè)計和制造的第一臺萬能材料試驗機(jī)，可以進(jìn)行有關(guān)材料機(jī)械性能的一系列靜力試驗。    

解放初期到20世紀(jì)80年代，國產(chǎn)試驗機(jī)基本上由國營企業(yè)生產(chǎn)，這個時期生產(chǎn)的萬能試驗機(jī)基本上是以度盤式動擺試驗機(jī)(圖八）為主，有少量的采用二極管搭建的伺服控制機(jī)型。                   

（圖八）

90年代初，開始有民營企業(yè)生產(chǎn)試驗機(jī)，萬能試驗機(jī)開始有數(shù)碼管顯示加載力值的數(shù)顯萬能試驗機(jī)，隨后，由于電腦的普及，逐漸有屏顯萬能試驗機(jī)，并自動畫出加載曲線（力——位移），這個時期，開始有電液伺服萬能試驗機(jī)，進(jìn)入到二十一世紀(jì)，隨國家基礎(chǔ)建設(shè)及企業(yè)的改制，有更多的民營企業(yè)開始生產(chǎn)各類試驗機(jī)，電液伺服萬能試驗機(jī)、電子萬能試驗機(jī)也更加普及，技術(shù)水平層次差距更大，但也促進(jìn)了試驗機(jī)的發(fā)展，競爭也進(jìn)入白熱化狀態(tài)。隨試驗項目的增多，有更多地企業(yè)開始專注專一、非標(biāo)試驗機(jī)。    

這個時期的萬能試壓機(jī)主要以雙空間油缸下置六立柱結(jié)構(gòu)為主的電液伺服萬能試驗機(jī)（圖九）為主。

（圖九）

萬能試驗機(jī)也更專業(yè)，有很多用戶使用更單一，主要以拉伸功能為主，拉伸試驗數(shù)據(jù)要求更準(zhǔn)確，與拉伸項目相關(guān)的數(shù)據(jù)要求更豐富，比如，金屬拉伸過程中，要求直接求取最大力下的延伸率等指標(biāo)，要求試樣拉伸過程中不取引伸計，等等。像儀器開發(fā)的電液伺服萬能試驗機(jī)，采用單空間結(jié)構(gòu)，雙面平推液壓夾具，這種結(jié)構(gòu)就是以拉伸為主要目的的萬能試驗機(jī)（圖十）

（圖十）

還有因為試驗空間、操作位置、試驗室空間、液壓油耗問題影響而專門設(shè)計的橫梁升降類型的單空間萬能試驗機(jī)（圖十）。采用這種萬能試驗機(jī)，可以具有試驗空間，但是整機(jī)高度卻可以很低，相比較單空間萬能試驗機(jī)（圖十），整機(jī)高度可以縮小一半以上的活塞形行程，但是，試驗空間卻可以和單空間萬能試驗機(jī)的空間一樣，并且，液壓油的消耗量也可以大幅度降低。

僅供參考。