液压摆锤试验机常见误差产生原因与调整

内蒙古自治区包头市计量所  虎文彬

    液压摆锤试验机广泛应用于科研与生产中。本文着重谈谈液压摆锤试验机常见误差产生原因及排除方法。
    

一、试验机安装不水平造成的误差及调整

    1.主体部分安装不水平对示值的影响。
    试验机主体部分安装不水平使上下钳口或上下承压板不同心，增加工作油缸与活塞间的磨擦力以及增加工作台滚轮与立柱间的磨擦力，它所造成的示值误差为正差，其绝对误差随载荷的增加而增大。
    2.测力部分安装不水平对示值的影响。
    测力部分前后不水平使摆轴轴承磨擦力增大，造成误差为负值。各级度盘的相对误差随载荷增加而减小。
    测力部分左右不水平相当于β角改变造成的影响，当测力部分向拉杆一边倾斜，误差为正值，反之为负值，对同一度盘各测量点的影响都是一致的。
    3.调整方法。
    对于主体部分用0.1/1000的框式水平仪在工作油缸外圆的相互垂直的两个方向找。对于测力部分在摆杆正面调整机器前后水平。将摆杆边缘与内侧刻线对齐固定，用水平仪靠在摆杆侧面调整机体左右水平，如刻线变化或没有水平仪时，可用对窝法调整。此种方法简便易行。方法是对好零点，将摆杆扬起，指针指到1/4度盘处，使拉杆垂直向下不左右晃动时，放下测力活塞。如这时活塞正好对准测力拉杆下边的锥形窝时，说明机体已找正。如不对窝调整机体下面的垫铁，直到对准窝时为止。
    

二、 试验机产生磨擦的原因及调整

    1.试验机主体部分产生的磨擦。
    试验机主体部分产生磨擦造成误差为正值。这种磨擦主要有以下4种原因，前两种原因好发现，后两种原因容易忽视，需在检定中多留心察看。
    (1)主体安装不水平或有些工作人员图省事，把工作台上的抗弯附件推向工作台一侧，使工作台不垂直，导致导轨轮与立柱磨擦，工作活塞与油缸壁磨擦。这种情况在空载时升起活塞，表盘指针有轻微带针现象。排除方法为重新调整主体部分水平。
    (2)工作油缸锈蚀或用油不干净使脏物进入油缸内，使工作油缸产生磨擦。这种磨擦好判断，当试验机空载时，升起活塞，表盘指针会有明显向前移动现象。这时打开试验机工作油缸上的防尘罩，可观察到工作活塞上有锈迹或脏物。排除方法:如有脏物或轻微锈斑，只需把脏油彻底放掉，把10升煤油加入油箱，反复升降活塞彻底清洗油路系统。配合活塞外表面清洗，洗后放净煤油，更换新机油后，故障即可排除。如果活塞锈蚀严重，就只有拆出工作活塞，用金相砂纸把活塞与油缸内表面锈迹划痕彻底打磨干净，必要时用研磨膏把活塞与缸壁重新研磨后，再装好，清洗油路，更换新油后即可。
    (3)使用频繁的液压试验机，由于震动或运输等原因造成试验机小横梁、工作台两侧立柱上的上、下锁紧螺母单侧或双侧松动，有时会退出好几扣，使工作油缸产生磨擦，检定时施加在测力计上的力不垂直，产生侧向分力，导致绝对误差随载荷增大而增大。排除方法:用专用扳手重新拧紧螺母，至工作台与立柱间没有缝隙时为止。
    (4)对于上压板安装球座的压力试验机因检定时无法将此球座取下。检定时虽把测力计安装在轴线上，但因有些机器固定球座的螺丝或弹簧已经疲劳变形，使有球座的上压板与下压板不平行。这时测力计虽已对中，但加压后测力计上球座还是倾斜，使加在测力计上的力产生了侧向分力。这种情况造成绝对误差也是随载荷增大而增大。对小度盘影响小，对大度盘影响大。排除方法:更换变型的螺丝，重新调整弹簧间隙，清洗上球座，使上球座既保持灵活又与下压板平行为好。
    对于后两种情况，检定时是正误差但都使试件试验后造成试验数值偏低，原因是因钳口不同心产生剪力使拉力试件未从中间断裂。对压力试件因上下压板不同心使加在试块上的试验力不均匀，试件一角或一侧先破碎导致试块提前破坏，从而使试验数据偏低。
    2.试验机测力部分产生的磨擦。
    试验机测力部分产生磨擦原因较多，这里也把常见的4种原因分析如下:
    试验机测力部分产生磨擦影响误差为负值。
    (1)测力部分前后安装不水平，使摆轴产生磨擦力。对小度盘特别是起始点影响较大，相对误差随载荷的增加而减小。
    (2)测力活塞磨擦，主要是因为用油长时间不换，油路脏，导致污物积在测力油缸内使活塞与其壁间产生磨擦，使零点变化大，灵敏度差。排除方法:把测力活塞拆下清洗，同时开动机器，打开送油阀冲洗测力油缸。如油较脏，更换新油，重新装上即可。
    (3)摆轴轴承磨擦
    摆轴轴承在试验机上起支点作用，它的灵敏与否直接影响试验机示值误差。新安装和使用中的试验机都有可能发生摆轴轴承锈蚀或脏污，判断方法是在小度盘上观察零点变动性，一般检定时对小度盘起始点误差影响较大，随载荷增加，误差逐渐变小，且变动性增大。在检定中如发现轴承锈蚀或脏了，必须及时清洗。清洗不行，必须更换。洗后加少量粘度小的优质润滑油，如钟油或高速机油，最好不使用一般机油或变压器油，因机油粘度大，时间长了会产生油腻，变压器油易挥发，时间长了不起润滑作用，两种情况都会降低摆轴的灵敏度。
    (4)试验机指示装置产生磨擦常见的有从动针磨擦力较大、指针轴承锈蚀或脏污、齿轮齿杆脏污或齿杆上的限位片压得过紧、齿杆的导向滑轮内的轴承生锈、脏污，导轨轨道脏污。从动针产生磨擦对小度盘起始点误差影响较大。判断方法是通过带从动针检定与不带从动针检定来对比。其它磨擦力使指针指零的灵敏度差，用手向外轻拔齿杆后指针不能回到原位，这种情况一般用汽油清洗齿杆、齿轮、导轨、导轨轮后都能排除，不可以用加重线锤的办法强迫回零。
    测力部分磨擦除以上常见原因外，还有测力活塞上的皮带断了，拉杆上方刀座脱出刀刃，测力活塞脱出拉杆下面的锥窝，拉杆与油管擦靠等显而易见的原因。只要细心观察都易解决。
    

三、试验机参数改变造成的误差及调整

    1.β角改变后造成误差。
    由液压摆锤测力机构原理公式:
    
    式中:X——在力f作用下齿杆的移动距离；l——摆轴中心至力点的距离(短臂长度)；h——摆轴中心与齿杆的垂直距离；f——经前级缩小后传至拉杆的力；G——摆锤的重量；L——摆锤重心至摆轴心的距离；β——摆锤在铅垂位置时，推杆边沿与齿杆垂直线间的夹角；Φ——摆锤在铅垂位置时，短臂力点和摆轴心连线与摆轴心至拉杆垂直线间的夹角；θ——在力f作用下摆锤偏离其初始铅垂位置的角度。
    当角度β变为β′时
    
    由相对误差公式得:
    
    这个误差与GL无关，对于每个度盘误差均相同，在摆杆扬起角θ小时误差大，随摆角θ增大误差减小。也就是说，对每个度盘前边影响比后边大，到极限载荷时误差影响趋于零。
    β角增大时误差为正，β角减小时误差为负。
    对于新安装或使用中的试验机，由于运输或使用中产生冲击，都可导致β角产生变化。
    产生原因可能是推板弯曲，或相对短臂位移。对于推杆与短臂用固定销销死的试验机不可能产生位移，检修时取下推板在平台上很容易看出是否弯曲，如弯曲用榔头校直重新安上即可。对于推杆与短臂用螺母与顶丝固定的试验机因冲击等原因，可能产生位移，使β角变化，调整时不必卸下推板，可以把指针调到零点，松开推板顶丝，用小榔头或细铜棒根据产生误差的正负，把推板向β角减小或增大的方向轻敲，然后观察度盘指针左右变化情况，一般变化5个分度可以影响0.4%左右。检准后把顶丝重新顶死。使用这种方法前必须仔细排除磨擦影响。
    2.摆轴心与齿杆的垂直距离h改变时造成的误差。
    由原理公式X=lhf/GLcosβ
    当h变为h₁
    X′=lh₁f/GLcosβ
    由相对误差公式得:
W_h=(X′-X)/X×100%=(h₁-h)/h×100%
    当齿杆朝着h值增大方向偏移时误差为正值，否则为负值。
    产生这种原因的可能性是齿杆弯曲或在某一方向磨损，导轨架松动不平。调整方法是，调直齿杆(无法调直则更换)，用水平仪重新调整导轨架的水平。取下描图筒，把水平仪的上平面靠在导轨的下平面上，调整导轨架水平，调好后重新固紧导轨架与机体的连接螺丝即可。
    3.摆轴中心至力点的距离l改变时造成的误差。
    由原理公式和相对误差公式可导出:
    W₁=(h-l)/l×100%
    当短臂l值增大时误差为正值，否则为负值。
    产生原因主要是固紧刀子的楔铁松动或刀子磨损，拉杆刀座松动向一边倾斜。调整方法:固紧楔铁上的螺丝，刀子磨损严重时，必须更换，重新拧紧刀座两边螺母。
    4.平衡铊轴线偏离短臂力点与摆轴心连线的延长线时造成的误差。
    由于平衡铊设计时必须位于短臂力点与摆轴心的连线上，也就是与摆杆成π/2-β。当平衡铊向上或向下弯曲时都会破坏π/2-β的必要条件，产生误差。向上弯曲使误差为正，反之为负。这就要求我们在使用和检定过程中注意平衡铊杆是否弯曲，固定平衡铊杆的螺母是否松动。不要随意调整平衡铊的位置，否则对小度盘示值影响较大。
    5.当摆铊重量变化时造成的误差。
    由原理公式与相对误差公式可导出:
    W_G=(G-G′)/G′×100%
    当摆铊重量增大时，误差为负值，反之，误差为正值。
    一般摆铊在出厂时已调好，轻易不会改变重量。但现在大多数试验机是重新改制后的机器，摆铊都配过重，当时检定合格了，过一段时间后会因各种因素影响，破坏了原来的平衡，就需要重新调整铊重，有个别新装的机器也有这种现象。
    如某台试验机经检定为负误差，排除磨擦和其它因素后仍然超差，且前小后大。如对各度盘影响一致，可考虑适当减轻A铊重量。反之，增加A铊重量。但要注意，改变A铊重量，将影响B、C盘。改变B铊重量，将影响C盘，调整铊重，要三个度盘全面考虑后进行。
    对试验机的检定人员来说，发现试验机超差后，最好按以下顺序找出误差原因，进行排除。首先检查机器是否安装水平。其次，仔细观察机器是否因安装不当或因环境等外界因素，导致磨擦。在以上两个方面因素排除后，机器仍然超差，就要分析机器是否因为运输或使用不当等原因造成个别参数改变而超差。通过分析确定是哪个参数改变了，再进行调整。一般经过以上步骤调整后，都能使机器达到合格。