試驗機的發(fā)展歷史

試驗機是一種基礎工業(yè)的基礎而存在，所以試驗機的出現(xiàn)也是與工業(yè)革命的發(fā)生同時發(fā)生的。最早的試驗機是靜態(tài)試驗機，機械式加載。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，該試驗機并在1880年申請了專利，這項專利名稱叫“一個普遍測試的機器”，也就是現(xiàn)在所稱的杠桿式拉伸試驗機（圖一）。

（圖一）

英國早在1880年生產(chǎn)出杠桿重錘式材料試驗機，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，這個也就是現(xiàn)在電子萬能試驗機的雛形。在這些試驗機上可進行拉伸、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，具有操作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力大的特點，可完成拉、壓、彎、剪等靜態(tài)試驗。這種結(jié)構(gòu)的試驗機目前仍有使用。    

約在90年前，瑞士的Amsler公司開發(fā)了液壓萬能試驗機，它利用液壓油的壓力對試件加載。這種試驗機操作方便、作用力大、結(jié)構(gòu)簡單、體積緊湊，至今這種試驗機仍在生產(chǎn)和使用。它能進行各種靜態(tài)試驗，但在加載的過程中不能進行控制。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準都規(guī)定了試驗時需在恒速率、恒負載速率和恒變形速率控制下進行試驗，在這種情況下，原有的液壓萬能試驗機已面臨更新?lián)Q代的命運。國外已開發(fā)了在它原有的基礎上增加電液控制部分的電液控制液壓萬能試驗機。這種試驗機能滿足試驗標準所規(guī)定的要求。國內(nèi)各試驗機廠也在積極進行開發(fā)技術(shù)更為先進的伺服技術(shù)水平的試驗機。

在中國，杠桿式拉伸試驗機被引進大概是在上世紀初，同濟大學建設初期，引進一臺同濟編號為：440001的杠桿式拉伸試驗機（圖二），目前，存放于同濟大學力學試驗中心。這臺試驗機上同時標有“RIEHLE  BRCXPHILA16494”（圖三）的小字，通過檢索，發(fā)現(xiàn)這臺試驗機是由位于美國費城的理勒兄弟測試機械公司（Riehle Brothers Testing machines Company）生產(chǎn)。

圖二

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

（圖四）

同時，也存放有一臺理勒杠桿拉伸試驗機（圖五）。

（圖五）

在美國Purdue University（普杜大學）存放的1893年理勒公司生產(chǎn)的杠桿式萬能試驗機（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的資料（圖七）。

（圖七）

我國第一臺萬能材料試驗機是由鄧曰謨教授研制的。戰(zhàn)爭中誕生的中國近代機械工業(yè)，從一開始就具有半殖民地半封建的特點，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世紀上半葉，中國的機械工業(yè)仍然極為落后，主要的機器設備都是依賴進口，機械產(chǎn)品的設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械工程領域的探索和奮斗的。    

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

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

（圖八）

90年代初，開始有民營企業(yè)生產(chǎn)試驗機，萬能試驗機開始有數(shù)碼管顯示加載力值的數(shù)顯萬能試驗機，隨后，由于電腦的普及，逐漸有屏顯萬能試驗機，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，進入到二十一世紀，隨國家基礎建設及企業(yè)的改制，有更多的民營企業(yè)開始生產(chǎn)各類試驗機，電液伺服萬能試驗機、電子萬能試驗機也更加普及，技術(shù)水平層次差距更大，但也促進了試驗機的發(fā)展，競爭也進入白熱化狀態(tài)。隨試驗項目的增多，有更多地企業(yè)開始專注專一、非標試驗機。    

這個時期的萬能試壓機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（圖九）為主。

（圖九）

萬能試驗機也更專業(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，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，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（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計的橫梁升降類型的單空間萬能試驗機（圖十）。采用這種萬能試驗機，可以具有試驗空間，但是整機高度卻可以很低，相比較單空間萬能試驗機（圖十），整機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。