電液伺服動靜試驗機

電液伺服動靜試驗機WAD-50kN

技 術 方 案

• 簡介：電液伺服動靜試驗機是我公司研制的系列新產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品試驗使用方便，控制精度高，可靠性好。50kN電液伺服動靜試驗機是系列動靜試驗機產(chǎn)品之一。該系列產(chǎn)品具有使用方便，控制精度高，可靠性好等特點。該系列試驗機在研制、開發(fā)過程中吸取電液伺服動態(tài)試驗機技術，結合國內(nèi)用戶的實際使用狀況，采用“單元化、模塊化、標準化"開發(fā)理念設計而成。試驗機的關鍵部件均選用國際、國內(nèi)同類產(chǎn)品的產(chǎn)品或采用技術加工完成，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，試驗機的整體性能與產(chǎn)品技術水平相當。

電液伺服動靜試驗機廣泛應用于材料和零部件的動靜態(tài)力學性能試驗，包括材料和零部件的拉伸、壓縮、低周和高周疲勞試驗。通過配置相應的附件和試驗軟件可用于各種材料的裂紋擴展斷裂力學以及其他各種力學試驗。配置高低溫箱可進行高低溫力學試驗。

• 方案描述：

50 kN電液伺服動靜試驗機主要由主機(伺服直線作動器)、開式強迫液壓夾頭及其液壓驅(qū)動模塊、恒壓伺服泵、全數(shù)字單通道伺服控制器以及計算機打印機、相關試驗軟件、其它必要的附件等組成。

試驗機工作基本原理如圖1，系統(tǒng)控制框圖如圖2。

圖1試驗機工作基本原理圖

圖2 系統(tǒng)控制框圖

2.1主機：主機為二立柱框架式結構， 50kN伺服直線作動器上置于主機橫梁上部。

圖3 同類產(chǎn)品主機照片（作動器下置）

2.1.1主機為四立柱框架式結構，橫梁動作采用液壓升降、液壓夾緊、彈性松開式結構，保證試驗過程中橫梁穩(wěn)固可靠，同時保證在非試驗狀態(tài)時橫梁保持鎖止不動。

2.1.2立柱外表面采用電鍍硬鉻處理，可有效增加立柱抗磨損能力，提高防腐蝕能力，同時增加主機外形的美觀程度，。

2.1.3橫梁運動（升降、夾緊）驅(qū)動模塊采用德國哈威HAWE公司液壓元件制造，具有超高壓、零泄露的特點，換向閥采用HAWE手動換向閥，保證保證試驗時的可靠性。

2.1.4作動器內(nèi)置Schaevitz sensors公司高精度LVDT位移傳感器用于測量試驗位移。作動器安裝有由過濾精度為0.003mm精密濾油器以及具有消脈、蓄能功能的進回油路蓄能器、試驗機專用兩級電液伺服閥組成的液壓模塊。精密濾油器安裝在電液伺服閥前，可有效防止電液伺服閥因液壓油污染造成堵塞。

2.1.5伺服閥采用疲勞試驗機專用電液伺服閥FF113-95（7MPa流量95L/min）。

2.1.6單元化、標準化、模塊化設計的伺服直線作動器具有低阻尼、高響應、高壽命、大間隙的特點，作動器設計理念與美國MTS公司Series 244 Linear Actuators 等同。

2.1.7伺服直線作動器的密封元件全部采用德國伺服作動器專用高速密封元件。作動器活塞桿的支撐打破傳統(tǒng)設計，采用非金屬支撐、大間隙設計，具有高速不燒結、自潤滑的特點。以上密封方式可有效降低作動器的內(nèi)摩擦阻力，提高作動器的使用壽命。

2.1.8伺服直線作動器振幅極限位置設計液壓緩沖區(qū)，避免運行失控產(chǎn)生損傷。

2.1.9伺服直線作動器頻率響應不小于50Hz。

2．1．10配置動態(tài)專用高精度負荷傳感器用于測量試驗負荷。負荷傳感器與液壓強迫夾頭接螺桿處設計預應力環(huán)，進一步提高動態(tài)響應性能。

2．1．11設計試樣裝夾、橫梁運動和急停操作按鈕站，便于試驗員方便操作。

2．1．12主機具有結構緊湊、橫梁升降自如、機架剛度高、試件夾持可靠、對中性好、裝夾方便等特點，并可配備各種夾具和環(huán)境試驗裝置以擴展試驗功能。

2．2液壓強迫夾頭

.2.1液壓強迫夾頭與伺服直線作動器接螺桿處設計預應力環(huán)，結構與美國MTS公司601 Sprial Washers相同，進一步提高動態(tài)響應性能。

2．2．2夾緊油缸嵌入在夾具體中，采用雙向夾緊方式，不管試樣厚度變化，始終保證試樣同軸度。夾緊活塞與夾具體研配，配合間隙更小，使得夾具體使用壽命更長。活塞采用合金鋼，表面高頻淬火，高硬度，耐磨性更好?；钊麠U與活塞為整體鍛造成型?；钊糠植捎玫聡鴮Ｓ贸袎耗芰Ω哌_70MPa的圈密封，具有更好的保壓性能?；钊麠U與夾具體之間同時安裝有專用防塵圈，能有效的防止試樣產(chǎn)生的鐵屑進入油缸內(nèi)，更好保護活塞桿。夾緊活塞尾部帶有防轉(zhuǎn)動裝置，保證在試樣夾偏的情況下活塞也不會“翻滾"。夾具體采用中碳鍛鋼整體鍛造。鍛造后金屬組織流線與力學流線幾乎吻合，使得夾具體疲勞壽命更長。夾具體采用大開端設計。所有試樣都可以平推進去，主油缸活塞只需升降少許距離。鉗口上裝有試樣對中裝置，可以非常方便調(diào)節(jié)，能有效保證試樣對中。平推式液壓夾具適用于夾持各種高強度、高硬度的螺紋鋼和普通金屬棒材、板材以及新型復合材料等強度高、一般難以夾持的材料。液壓夾具采用由液壓站提供的壓力夾緊試樣的鑲塊式結構，活塞和滑塊采用剛性連接，缸體動作，使鉗口平行移動夾緊試樣，并減小夾緊瞬間的初始力。

2．2．4夾頭鉗口采用高強度合金鋼制造，表面淬火滲碳處理，在試驗過程中可靠的夾持試樣，同時保證鉗口的使用壽命。

2.3恒壓伺服泵站：

泵站油箱采用全封閉設計，可有效防止外界雜質(zhì)進入液壓系統(tǒng)對液壓油的污染。油泵、電機組配置采用串聯(lián)雙彈性支撐方式，進一步減少泵站噪音。泵站配置低噪音交流電機，進口低噪音直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵（直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵特點：在液壓行業(yè)被喻為“磨損的油泵"，用于高、精、尖液壓系統(tǒng)。國際上幾大公司把它作為品牌產(chǎn)品來開發(fā)和推廣，以確保在液壓行業(yè)的地位。與葉片泵、柱塞泵相比，直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵低噪音、無脈動、長壽命等性能。低噪音：直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵其特性為特殊齒輪設計，齒輪齒廊為直線，齒圈齒廓為直線共軛線，工作時幾乎沒有困油區(qū)，即使在高速運轉(zhuǎn)，音頻仍平穩(wěn)平和。長壽命：直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵其長壽命特性取決于耐磨性，內(nèi)部機械表面及各功能零件之間有一層油膜保護層，幾乎沒有磨損，即使使用一般液壓油，也不易磨損機件。另外，采用雙級加壓承擔壓力差的原理，在增加工作壓力的同時，也改善了泵工作條件，延長泵的使用壽命）；由主溢流閥（日本不二越NACHI）、蓄能器、副主溢流閥、副溢流閥和換向閥、不大于3u國產(chǎn)溫州黎明精密濾油器組成的高低壓軟切換液壓模塊；泵站采用美國派克PARK公司液壓管件和高壓膠管；安裝有雙電接點溫控表；液位控制計；用于油溫（低于10oC、高于55oC）、液位控制，泵站具有濾油器堵塞報警或停車功能。泵站安裝有自動冷卻器，用于液壓系統(tǒng)的冷卻。

2.4全數(shù)字單通道協(xié)調(diào)加載伺服控制器主要技術指標：

2.4.1控制通道數(shù)量：1個，包括試驗力和位移兩個閉環(huán)控制回路，具有控制模式無擾平滑切換功能。

2.4.2配置站點控制接口數(shù)量：2個。

2.4.3閉環(huán)控制數(shù)據(jù)刷新頻率為6kHz；

2.4.4控制器A/D、D/A分辨率為16位；

2.4.5信號發(fā)生頻率范圍：0.1Hz～100Hz；

2.4.6信號發(fā)生器波形：正弦波、三角波、方波、鋸齒波等，支持波形輸入；

2.4.7控制精度：靜態(tài)控制精度精度典型值一般為0.3％FS，動態(tài)控制精度典型值一般為0.5％FS；

2.4.8兩級伺服閥驅(qū)動單元；

2.4.9遠程液壓泵站控制功能；

2.4.10計數(shù)器容量：10⁸；

2.4.11其它必要的I/O輸入輸出單元：四個模擬輸入、四個模擬輸出接口；四個數(shù)字輸入、四個數(shù)字輸出接口（選配）；

2.4.12極限參數(shù)設置功能；

2.4.13具有完備的保護功能。除具有過載（110﹪）保護、二級過流保護外，還具有任意設置的動負荷上下限保護、靜負荷上下限保護、頻率保護等。；

2.5電液伺服動態(tài)試驗機（系統(tǒng)）控制軟件：

2.5.1系統(tǒng)管理軟件：該軟件是整個全數(shù)字伺服控制器工作的基礎，其主要功能是管理控制系統(tǒng)的硬件資源、定義傳感器、數(shù)字控制參數(shù)調(diào)整、設置保護，顯示當前控制模式、液壓和函數(shù)發(fā)生器狀態(tài)以及傳感器標定，并且提供雙蹤數(shù)字示波器、數(shù)字伺服閥電流表和6塊數(shù)字電壓表用于試驗數(shù)據(jù)實時顯示。

2.5.2函數(shù)發(fā)生器軟件：該軟件主要用于恒幅動態(tài)試驗，例如恒幅疲勞試驗，恒幅疲勞裂紋擴展試驗等。函數(shù)發(fā)生器軟件會自動對控制量(例如載荷)的峰谷值進行跟蹤修正，以保正在整個試驗過程中，每個峰值的動態(tài)誤差典型值為±0.5%FS，試驗時操作人員可以動態(tài)地改變峰值、谷值和頻率，也能進行人工或自動信號保持，如果自動信號保持循環(huán)數(shù)間隔被設置，則試驗循環(huán)數(shù)每增加一個循環(huán)數(shù)間隔，軟件就會自動把信號保持在設定的水平上，以方便于某些試驗數(shù)據(jù)的測量(如目測裂紋長度)。軟件可選的波形有正弦波、三角波和方波。試驗結束后，軟件會將一些重要的數(shù)據(jù)存盤，例如試驗載荷、頻率、循環(huán)數(shù)和試驗時間等。該軟件也可進行簡單的靜態(tài)試驗。

2.5.3多功能試驗軟件：該軟件是一個柔性強，功能全的試驗軟件，用戶可以用其設計特殊的試驗方法，卻不需要編程。此軟件將伺服控制器具備的各種控制功能、數(shù)據(jù)采集功能和其他的一些輔助功能都以圖標的方式做在了一個面板上，用戶可以將這些功能圖標用鼠標拖放到試驗定義面板中，并將其按照用戶需求隨意組合起來，就可以按照用戶自定義的試驗方法進行試驗。該軟件可用于隨機譜試驗。

2.6其他配置及必要附件：

2．6．1配置用于負荷傳感器。

2．6．2配置拉伸輔具，壓縮附具。

2．6．3配置三點彎曲附具。

2.6．4配置用于伺服作動器和恒壓伺服泵站的沖洗附件。

2.6．5所有液壓管件、高壓膠管均采用進口產(chǎn)品，以保證整個系統(tǒng)無滲漏油現(xiàn)象。

• 主要技術性能指標：
  • 靜態(tài)試驗力：±50kN，按1、10衰減倍數(shù)進行分檔標定，示值精度每檔20% 起 ±1%。
  • 動態(tài)試驗力：±50kN，幅值波動度不大于各檔±2%FS。
  • 作動器振幅：±75mm，示值精度20%起±0.5%FS。

3.4頻率范圍：0.1—10Hz 。

3.5主要試驗波形：由控制器支持。

3.6恒壓伺服泵站規(guī)格：流量30L/min，21Mpa，電機功率11kW；

3.7立柱間距：550mm；

3.8試驗空間：大于400mm。

• 報價：

5 主要元器件配置清單：

5.1主機框架（含作動器主體）：自制，進口密封件，1套；

5.2伺服閥： FF113-95，21MPa,7MPa壓差下95L/min，1套；

5.3傳感器：50kN拉壓力動態(tài)負荷傳感器,過載能力150%，精度0.05% 1套；

5.4LVDT位移傳感器： Schaevitz sensors），±75mm,精度0.05%,1套；

5.5油源，1套：額定壓力21MPa,額定流量30L/min.

（a） 電機（ABB）,11kW；

（b） 高壓泵（馬祖奇）30L/min、21MPa齒輪泵；

（c） 溢流閥（立新）；

（d） 快速卸荷閥組（自制）；

（e） 冷卻器（國產(chǎn)）；

（f） 濾油器（粗濾器一只，精濾器一只）（國產(chǎn)，溫州黎明）；

（g） 蓄能器（國產(chǎn)）；

（h） 電接點溫度表、空氣濾清器、液位繼電器、壓力表等附件（國產(chǎn)）；

（I）油箱體及其它（自制）。

5.6控制器：（自制），1套(含接插件)；

5.7管路系統(tǒng)（PARKER）；

5.8工業(yè)控制計算機：聯(lián)想；

5.9打印機：HPA4(激光）；

5.10軟件（自制）；

5.11控制柜（自制）