摘 要：根据 WE 型万能材料试验机的基本原理，结合设备结构和工作原理进行了详细的故障分析，为检定人员和使用人员提供了调修经验。
WE 型万能材料试验机（下简称材料试验机）是公路、建材系统最常见的设备。由于工地经常搬迁，加之运输的颠簸和重新安装，设备常常出现各种故障。了解材料试验机的结构及工作原理对故障的分析和解决办法提供有力的帮助。现就此问题进行阐述，供使用者和检定人员参考。
1 材料试验机的工作原理
1.1 杠杆平衡原理杠杆是一种在外力作用下绕固定轴转动的机械装置。它由力、力臂、支点、力点、重点等要素组成。力乘力臂为力矩，顺时针为正，逆时针为负。杠杆的平衡条件为：作用于杠杆上的所有合外力的力矩之和为零，简称为杠杆平衡原理。
1.2 液压传动工作原理
液压传动是基于工程流体力学的“巴斯卡”原理，主要是以液体的压能来传动力。两个大小不同的油缸相互连通，两活塞的位移与两活塞的面积成反比；活塞的移动速度与活塞的面积成反比；其油缸的压力相等,两活塞所受的力与该活塞面积的比值为常数。（忽略摩擦阻力和惯性力）即：
p=F1/A1=F2/A2……………………………………（1）
式中：p 为液体压力或压强；
1、F2分别为两油缸活塞杆的受力；
A1、A2分别为两油缸的活塞面积。1.3 液压摆锤测力原理
工作油缸和测力油缸是相互连通的，若测力活塞所受的力为 F2，则 F2通过拉杆传到小臂 R（力点刀）上。设工作活塞和测力活塞的有效面积为A1和 A2，由液压传动原理可得：F2=F1A2/A1…………………………………………（2）
式中F1是试件的受力，也是工作活塞所受的力。在力 F2的作用下，摆杆 L 扬起 α 角，小臂 F2与水平线夹角为 β，由杠杆平衡原理可得：
WLsinα= F2F2’cosβ（β－α） …………………（3）
式中W为铊重。
由式（2）和式（3）可得：F1=LA1W/F2’A2·sinα/cos（β- α）摆杆扬起的同时，推杆推动齿条移动距离X，由几何关系可推出：
F1=LA1WcosβX/ F2’A2m …………………………（4）
式中m 为摆杆轴心到齿条的距离。由此可见，试件受力F1与齿条移动的距离X 成正比，所以，试验机度盘刻度为等分刻度。
由式（4）可知：L、A1、W、β、X、F2、A2、m 这些参数都是影响测力因素，任何一个发生变化都会引起示值误差。2 材料试验机的结构和故障分析
因 WE 型液压万能材料试验机定型早，规格系列化，生产厂家多，使用极为普遍，具有一定的代表性，故以 WE—600型液压万能材料试验机为例进行介绍。
该机最大试验载荷为 600KN，三个度盘分别为：（0~120）KN，（0~300）KN，（0~600）KN。上下夹头间距为 750 mm。弯曲试验两支点间距为 100mm~1000mm。其外观结构可分为主体和测力两大部分。从工作功能上可分为主体机构、测力机构、油路系统、电路系统四部分组成，现分述如下：
2.1 主体机构
两根立柱、底盘（地脚螺丝松动会引起设备振动，噪声大，指针抖动。）、横梁组成支撑框架，（该部分松动可造成度盘指针滞后或停顿现象）横梁中间固定着工作油缸、工作活塞（油缸、活塞的加工精度较高，单面径向间隙为 0.01 mm~0.03 mm，密封性、润滑性良好。若该部分由于不垂直、有毛刺、锈蚀等原因，摩擦阻力过大会造成测力示值的正偏差。）并通过球座和球端（该结构的作用是使试验力作用于工作活塞的中部，不产生横向分力。）顶在小横梁的中间，而小横梁与拉杆、工作台（三个铊调零点的时候，应将工作台升起，即：减去组成工作台的自重所带来的力值。）组成工作框架。
支撑框架与工作框架的相对运动是靠电机经皮带（皮带怕油会缩短其寿命，或引起打滑带不动油泵，压力上不去。）带动油泵，进油管通入工作活塞的下腔借助液能将工作活塞顶起使工作框架上升，从而实现在工作台与横梁之间进行压缩及弯曲等试验，在工作台与下夹头之间进行拉伸试验。
此外，工作台下面装有四个导向轮，使工作台能沿立柱垂直运动，避免在加荷过程中产生横向分力（否则也会产生正偏差）。工作台右侧装有指针，右立柱装有刻度尺以便观察工作台升降距离，工作台下方装有上夹头。
为了调节上、下夹头（若上、下夹头不同轴或偏心，则会产生横向分力，从而带来示值的正偏差。）的距离，设备设计了下夹头上下运动的传动机构：由升降开关控制电机正反转，通过皮带带动蜗杆，蜗杆旋转带动蜗轮，蜗轮与丝杆为一体，通过丝杆的左、右旋转带动下夹头的升降，从而实现上、下夹头距离的调节。
此外，为了安全还在立柱上设置了下夹头运动的最高和最低限位开关，以及工作台的最高限位开关。通过前面的介绍可知主体机构的不水平、机械摩擦阻力过大，都会造成示值呈正偏差，而该误差对小试验载荷影响大，对大试验载荷影响小。
2.2 测力机构
采用的是液压摆锤测力原理。工作油缸的油经过回油阀进入测力油缸的上腔，借助液能推动测力活塞杆向下运动，此时测力活塞（测力油缸、活塞不垂直，摩擦阻力过大会造成示值的负偏差。）所受的力等于试样所受的力与测力活塞和工作活塞有效面积的比值的乘积。（见式 2）测力活塞杆顶至拉杆框架（该框架的松动和摩擦也会产生负偏差）的下横梁，使拉杆框架上端的刀垫压在摆锤短臂的刀子上（若刀不入槽会出现严重超差现象，即臂比不对了。）从而使摆锤绕摆轴（轴心螺丝的松动会出现示值前正后负的现象，而摆轴轴承过脏摩擦阻力大会出现每一次自由停摆不在同一位置，即指针零点示值始终在变。）转动一个角度，同时与杠杆结构为一体的推杆（推杆的角度可以调整齿杆的行进距离 X，即：在相同力的作用下，推杆与杠杆臂的夹角越大，齿杆的行程越长，齿轮转动的齿数也越多。适用于调整负偏差，反之调整正偏差。）推动齿杆（齿杆的弯曲会出现非线性误差，齿杆的不水容易粘土，加大摩擦阻力，产生负偏差。齿轮上附有回针线锤，其线过长则影响回针，过短则会出现百分表走，主动针停走的现象。）并带动主动针和从动针（应在任意位置停住，但不易过紧而加大摩擦阻力。）转动一相应的角度，即可在度盘上指示出试样的承受力值。
在摆锤长臂的螺杆上装有一平衡铊，用于平衡拉杆框架、测力活塞、工作活塞、工作框架及工作台的附加重量，使摆锤在试样受力前处于铅垂位置。此外，拉杆框架设有最低限位开关，以防超载。
为使测力机构获取不同的测力范围，摆铊有三个，分别标有A、B、C字样，摆杆上原有A铊其测量范围为0KN~120KN，加挂 B 铊，其测量范围为 0KN ~300KN，再加挂 C铊，其测量范围为0KN~600KN。而缓冲阀应配合三个不同的铊使用。即用节流针控制回油量的大小。
此外测力机构还装有绘图装置，它由记录笔、绘图筒、导向架及传动线组成，用以绘制试验力变形曲线图。
通过前面的介绍可知测力机构的不水平、机械摩擦阻力过大，都会造成示值呈负偏差，而该误差对小试验载荷影响大，对大试验载荷影响小。
2.3油路系统
由油箱（滤网均密无破损，确保液压油重复使用无杂质，以免引起拉油缸，堵油嘴的现象。）、油泵（若出问题会出现噪声大，供油不足，压力上不去。）、送油阀（送油阀过脏或稳压弹簧过硬、过软会引起指针抖动）、回油阀（若有杂物会出现压力上不去的现象。）、缓冲阀（会出现每一次自由停摆不在同一位置，即指针零点示值始终在变。调节不当会使回针过快。）、连接油管及抗磨液压油（冬季用粘度较低的 30 号机械油，运动粘度在27 厘斯 ~33 厘斯。夏季用粘度较高的 40 号机械油，运动粘度在 37 厘斯 ~43 厘斯。现在用的最多的是 46号抗磨液压油。首次加油或换油时，应先用煤油或柴油清洗油路系统。液压油粘度过大或太脏会引起摩阻过大，压力上不去；粘度过小则液能低会产生气泡，引起指针抖动压力上不去。）组成。油路系统各接口漏油（应换铝垫圈，有时也有用粗保险丝应急。）或油封损坏则导致压力稳不住，严重会引起压力上不去。总之，油路系统由于缺油、油的粘度过低等原因会有空气而引起噪声大，指针抖动。把压力升至最大试验载荷，迅速打开回油阀，反复几次可排空气。此外，油泵，阀体都有排气螺丝。
当回油阀为关闭状态，工作油缸下腔与测力油缸上腔为连通密封状态，根据液压传动的工作原理：两腔的压强相等，所以测力机构可以通过活塞有效面积比，杠杆比来测出试样的承受力值。当回油阀开启时液压油返回油箱。当油泵供给工作油缸、测力油缸及油阀的油量大于所需油量，则通过溢油管自动返回油箱。
2.4 电路系统
由两个电机（若电机不起动，多为电压过低、缺相、保险丝断、导线虚焊断路。）电器开关（若开关不灵，则多为继电器失灵、保险丝断、导线虚焊断路。）导线等组成。分别控制油泵的工作和下夹头的升降，以及工作台、下夹头、摆杆的限位。
通过了解结构和工作原理，针对故障现象就不难找到问题所在，总结经验，熟能生巧。
参考文献
[1] 盛佃清. 基层计量技术岗位培训教材[M].
本文作者：劳志的
