試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展歷史

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

（圖一）

英國(guó)早在1880年生產(chǎn)出杠桿重錘式材料試驗(yàn)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，這個(gè)也就是現(xiàn)在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的雛形。在這些試驗(yàn)機(jī)上可進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗(yàn)。

再以后，瑞士Amsler公司生產(chǎn)出油缸上置式的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，具有操作簡(jiǎn)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(yàn)。這種結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)機(jī)目前仍有使用。    

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

因此，目前國(guó)際上和我國(guó)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了試驗(yàn)時(shí)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(yàn)，在這種情況下，原有的液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)已面臨更新?lián)Q代的命運(yùn)。國(guó)外已開(kāi)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。這種試驗(yàn)機(jī)能滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。國(guó)內(nèi)各試驗(yàn)機(jī)廠也在積極進(jìn)行開(kāi)發(fā)技術(shù)更為先進(jìn)的伺服技術(shù)水平的試驗(yàn)機(jī)。

在中國(guó)，杠桿式拉伸試驗(yàn)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(tái)同濟(jì)編號(hào)為：440001的杠桿式拉伸試驗(yàn)機(jī)（圖二），目前，存放于同濟(jì)大學(xué)力學(xué)試驗(yàn)中心。這臺(tái)試驗(yàn)機(jī)上同時(shí)標(biāo)有“RIEHLE  BRCXPHILA16494”（圖三）的小字，通過(guò)檢索，發(fā)現(xiàn)這臺(tái)試驗(yàn)機(jī)是由位于美國(guó)費(fèi)城的理勒兄弟測(cè)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(cè)試機(jī)械公司1873年研制的臥式拉伸試驗(yàn)機(jī)（圖四）的資料。

（圖四）

同時(shí)，也存放有一臺(tái)理勒杠桿拉伸試驗(yàn)機(jī)（圖五）。

（圖五）

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

（圖六）

美國(guó)藝術(shù)品拍賣市場(chǎng)宣傳的理勒杠桿萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的資料（圖七）。

（圖七）

我國(guó)第一臺(tái)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)是由鄧曰謨教授研制的。戰(zhàn)爭(zhēng)中誕生的中國(guó)近代機(jī)械工業(yè)，從一開(kāi)始就具有半殖民地半封建的特點(diǎn)，中國(guó)民族資本創(chuàng)辦的企業(yè)一直處于帝國(guó)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(guó)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(jì)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(kāi)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(guó)民政府教育部規(guī)定，凡是工科院校必須建立實(shí)驗(yàn)室。但當(dāng)時(shí)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備幾乎全靠進(jìn)口，且價(jià)格昂貴，如一臺(tái)50000磅材料試驗(yàn)機(jī)需花費(fèi)15000多美元，而政府對(duì)學(xué)校的撥款極為有限。為了克服這個(gè)困難，鄧曰謨下決心自己設(shè)計(jì)、自己制造。1932年至1933年，鄧曰謨依托機(jī)械研究社，經(jīng)過(guò)一系列艱苦試驗(yàn)，成功地設(shè)計(jì)制造出了材料試驗(yàn)室、水力實(shí)驗(yàn)室的一系列儀器設(shè)備，如油壓試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、水泥拉力機(jī)、流速計(jì)、混流水泵、兩級(jí)水泵、水輪機(jī)等，除了裝備北洋大學(xué)的材料試驗(yàn)室和水力實(shí)驗(yàn)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(guó)其他許多高校的有關(guān)實(shí)驗(yàn)室使用。其中50000磅材料試驗(yàn)機(jī)為當(dāng)時(shí)由中國(guó)人自己設(shè)計(jì)和制造的第一臺(tái)萬(wàn)能材料試驗(yàn)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(yàn)。    

解放初期到20世紀(jì)80年代，國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)基本上由國(guó)營(yíng)企業(yè)生產(chǎn)，這個(gè)時(shí)期生產(chǎn)的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)基本上是以度盤式動(dòng)擺試驗(yàn)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(kāi)始有民營(yíng)企業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始有數(shù)碼管顯示加載力值的數(shù)顯萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，隨后，由于電腦的普及，逐漸有屏顯萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，并自動(dòng)畫出加載曲線（力——位移），這個(gè)時(shí)期，開(kāi)始有電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)入到二十一世紀(jì)，隨國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)及企業(yè)的改制，有更多的民營(yíng)企業(yè)開(kāi)始生產(chǎn)各類試驗(yàn)機(jī)，電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、電子萬(wàn)能試驗(yàn)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(yàn)機(jī)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)也進(jìn)入白熱化狀態(tài)。隨試驗(yàn)項(xiàng)目的增多，有更多地企業(yè)開(kāi)始專注專一、非標(biāo)試驗(yàn)機(jī)。    

這個(gè)時(shí)期的萬(wàn)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（圖九）為主。

（圖九）

萬(wàn)能試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)要求更準(zhǔn)確，與拉伸項(xiàng)目相關(guān)的數(shù)據(jù)要求更豐富，比如，金屬拉伸過(guò)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(guò)程中不取引伸計(jì)，等等。像儀器開(kāi)發(fā)的電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（圖十）

（圖十）

還有因?yàn)樵囼?yàn)空間、操作位置、試驗(yàn)室空間、液壓油耗問(wèn)題影響而專門設(shè)計(jì)的橫梁升降類型的單空間萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（圖十）。采用這種萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，可以具有試驗(yàn)空間，但是整機(jī)高度卻可以很低，相比較單空間萬(wàn)能試驗(yàn)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(yàn)空間卻可以和單空間萬(wàn)能試驗(yàn)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。