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我司成功研發(fā)制造出大噸位液壓式伺服萬能試驗機(jī)
日期：2024-10-23 05:49
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摘要：
我司成功研發(fā)制造出大噸位液壓式伺服萬能試驗機(jī)，以電液伺服系統(tǒng)為所設(shè)計的試驗機(jī)的主要驅(qū)動。液壓伺服萬能試驗機(jī)主要用于金屬、非金屬材料之拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性能試驗，增加剪切附具可做剪切試驗。本機(jī)配有計算機(jī)、打印機(jī)、電子引伸計、光電編碼器及通用試驗軟件，可以準(zhǔn)確測定金屬材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、延伸率、彈性模量等力學(xué)性能。試驗結(jié)果可以查詢和打印（力-位移，力-變形，應(yīng)力-位移，應(yīng)力-變形，力-時間，變形-時間）六種曲線及相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，具有軟件自檢功能，能自診斷故障。
電液伺服系統(tǒng)原理為：
關(guān)閉截止閥22，液壓源1輸出一路的壓力油經(jīng)過精密濾油器進(jìn)入電液伺服閥12，由電液伺服閥12控制垂直向加載液壓缸13完成垂直向加載。另一路壓力油分別經(jīng)過調(diào)速閥18、21進(jìn)入電磁換向閥17、20，換向后再進(jìn)入液壓馬達(dá)16、19，驅(qū)動液壓馬達(dá)實現(xiàn)活動橫梁升降及試樣運送小車移動。
輸出的**路壓力油經(jīng)過精密濾油器后被分為三路：一路進(jìn)入電液伺服閥11，由電液伺服閥11控制轉(zhuǎn)角加載液壓缸10，完成轉(zhuǎn)角試驗；一路進(jìn)入電液伺服閥8，由電液伺服閥8控制水平剪切加載液壓缸9，完成壓剪試驗；另一路進(jìn)入電液伺服閥6后再進(jìn)入同步伺服浮動液壓缸7，控制同步伺服浮動液壓缸7產(chǎn)生與試件軸向變形相同的位移，即位移閉環(huán)控制，以調(diào)整水平剪切作用力使之始終與試件中心截面保持一致。
絲杠傳動裝置傳統(tǒng)的試驗機(jī)試驗空間的調(diào)整都采用蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)帶動絲桿運動的機(jī)械方式，在大型試驗機(jī)上成本高、加工難度大。本文所設(shè)計的絲杠傳動裝置是在試驗機(jī)有液壓驅(qū)動系統(tǒng)的前提下，軸向試驗空間的調(diào)整采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，通過鏈輪、鏈條等傳動裝置使絲杠轉(zhuǎn)動，由絲杠與固定在橫梁上的絲母之間的螺旋傳動實現(xiàn)橫梁的移動。與目前常用的傳動機(jī)構(gòu)相比，該傳動方式簡化了機(jī)構(gòu)，大大節(jié)約了成本，具有操作方便、運行靈活平穩(wěn)、**可靠等諸多優(yōu)點。
測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)分為力值和變形測量，為滿足各力值和變形精度達(dá)**試驗機(jī)要求，所有力值傳感器選用精度為0.1%的載荷傳感器而不是壓力傳感器，直接測量受力值；變形選用數(shù)字千分表直接測量變形值，用磁力表座固定在各檢測位置，可方便準(zhǔn)確的測量試件變形，完全滿足進(jìn)行壓力、壓剪等試驗的需求。采樣放大器選用臺灣凌華16位采樣電路板，力值和變形誤差皆為放大器測量采樣誤差，測量精度可保證示值的1%.
剪切面中心位置偏移針對試件在預(yù)壓正壓力和水平剪切力共同作用下會發(fā)生軸向變形，水平剪切面中心位置發(fā)生偏移，使位移采集數(shù)據(jù)失真，作者提出一種水平剪切面中心位置保持的方法，該方法由一套固定在多功能壓剪試驗機(jī)的機(jī)架基座上與水平剪切加載液壓缸通過球鉸連接的同步浮動伺服液壓缸及一套從試件變形及位移采集到液壓同步浮動伺服液壓缸組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)。
同步浮動伺服液壓缸垂直安裝在水平剪切加載系統(tǒng)就位裝置上，活塞端部安裝球鉸，與剪切液壓缸連接。試樣變形產(chǎn)生的軸向位移使水平剪切力離開試樣中心，同步浮動伺服液壓缸將檢測到的該變形反饋給同步浮動系統(tǒng)，控制浮動伺服液壓缸使之產(chǎn)生相同位移，托起水平剪切液壓缸至準(zhǔn)確位置，從而保證水平剪切作用力始終與試件水平向中心截面在同一平面內(nèi)。
轉(zhuǎn)角試驗抗扭裝置在做轉(zhuǎn)角試驗時，轉(zhuǎn)角試驗力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過承載壓板及相關(guān)連接件傳遞到載荷傳感器和垂直向加載液壓缸活塞上，使載荷傳感器及垂直向加載液壓缸活塞受到外加的扭矩及水平徑向力作用，引起載荷傳感器測量不準(zhǔn)、垂直向加載液壓缸活塞磨損。為了有效防止轉(zhuǎn)角試驗時載荷傳感器及垂直向加載液壓缸活塞受到外加的扭矩及水平徑向力的作用。本文提出了一種抗扭裝置，如所示，該裝置由導(dǎo)向套筒、圓錐滾子軸承、定位卡箍、滾輪及滾輪架等組成。
導(dǎo)向套筒套裝在傳動絲杠上并與傳動絲杠同軸，導(dǎo)向套筒的兩端各安裝一副圓錐滾子軸承，軸承的內(nèi)圈與傳動絲杠過盈配合，并由上下兩個定位卡箍定位在傳動絲杠上。在承載壓板的側(cè)面安裝了傳扭彎板用于傳遞扭矩，傳扭彎板上安裝了滾輪架及滾輪，在導(dǎo)向套筒的外圓沿其軸向方向開有導(dǎo)向槽，使?jié)L輪在X、Y方向均與導(dǎo)向套筒上導(dǎo)向槽的底面接觸，在導(dǎo)向套筒的導(dǎo)向槽內(nèi)沿軸向滾動。
在做轉(zhuǎn)角試驗時，轉(zhuǎn)角試驗力對承載壓板施加一抗扭裝置結(jié)構(gòu)個轉(zhuǎn)矩，承載壓板發(fā)生偏轉(zhuǎn)使載荷傳感器及垂直向加載液壓缸受到額外的彎矩及徑向力，該抗扭裝置將轉(zhuǎn)角試驗力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過承載壓板上的傳扭彎板等組件，傳遞到四根傳動絲杠上，而傳動絲杠的剛度相對于轉(zhuǎn)角試驗力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是無限大的。因此該裝置能夠有效地防止轉(zhuǎn)角試驗力作用下承載壓板發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而保證了轉(zhuǎn)角試驗時載荷傳感器和垂直向加載液壓缸不受彎矩和徑向力作用。
總結(jié)研制出了電液伺服大型萬能試驗機(jī)，提出了伺服液壓缸同步浮動系統(tǒng)和新型抗扭裝置，成功解決了壓剪力作用下剪切面中心位置偏移和轉(zhuǎn)角試驗時載荷傳感器測量不準(zhǔn)和垂直向加載液壓缸活塞磨損等技術(shù)難題。
電液伺服系統(tǒng)原理為：
關(guān)閉截止閥22，液壓源1輸出一路的壓力油經(jīng)過精密濾油器進(jìn)入電液伺服閥12，由電液伺服閥12控制垂直向加載液壓缸13完成垂直向加載。另一路壓力油分別經(jīng)過調(diào)速閥18、21進(jìn)入電磁換向閥17、20，換向后再進(jìn)入液壓馬達(dá)16、19，驅(qū)動液壓馬達(dá)實現(xiàn)活動橫梁升降及試樣運送小車移動。
輸出的**路壓力油經(jīng)過精密濾油器后被分為三路：一路進(jìn)入電液伺服閥11，由電液伺服閥11控制轉(zhuǎn)角加載液壓缸10，完成轉(zhuǎn)角試驗；一路進(jìn)入電液伺服閥8，由電液伺服閥8控制水平剪切加載液壓缸9，完成壓剪試驗；另一路進(jìn)入電液伺服閥6后再進(jìn)入同步伺服浮動液壓缸7，控制同步伺服浮動液壓缸7產(chǎn)生與試件軸向變形相同的位移，即位移閉環(huán)控制，以調(diào)整水平剪切作用力使之始終與試件中心截面保持一致。
絲杠傳動裝置傳統(tǒng)的試驗機(jī)試驗空間的調(diào)整都采用蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)帶動絲桿運動的機(jī)械方式，在大型試驗機(jī)上成本高、加工難度大。本文所設(shè)計的絲杠傳動裝置是在試驗機(jī)有液壓驅(qū)動系統(tǒng)的前提下，軸向試驗空間的調(diào)整采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，通過鏈輪、鏈條等傳動裝置使絲杠轉(zhuǎn)動，由絲杠與固定在橫梁上的絲母之間的螺旋傳動實現(xiàn)橫梁的移動。與目前常用的傳動機(jī)構(gòu)相比，該傳動方式簡化了機(jī)構(gòu)，大大節(jié)約了成本，具有操作方便、運行靈活平穩(wěn)、**可靠等諸多優(yōu)點。
測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)分為力值和變形測量，為滿足各力值和變形精度達(dá)**試驗機(jī)要求，所有力值傳感器選用精度為0.1%的載荷傳感器而不是壓力傳感器，直接測量受力值；變形選用數(shù)字千分表直接測量變形值，用磁力表座固定在各檢測位置，可方便準(zhǔn)確的測量試件變形，完全滿足進(jìn)行壓力、壓剪等試驗的需求。采樣放大器選用臺灣凌華16位采樣電路板，力值和變形誤差皆為放大器測量采樣誤差，測量精度可保證示值的1%.
剪切面中心位置偏移針對試件在預(yù)壓正壓力和水平剪切力共同作用下會發(fā)生軸向變形，水平剪切面中心位置發(fā)生偏移，使位移采集數(shù)據(jù)失真，作者提出一種水平剪切面中心位置保持的方法，該方法由一套固定在多功能壓剪試驗機(jī)的機(jī)架基座上與水平剪切加載液壓缸通過球鉸連接的同步浮動伺服液壓缸及一套從試件變形及位移采集到液壓同步浮動伺服液壓缸組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)。
同步浮動伺服液壓缸垂直安裝在水平剪切加載系統(tǒng)就位裝置上，活塞端部安裝球鉸，與剪切液壓缸連接。試樣變形產(chǎn)生的軸向位移使水平剪切力離開試樣中心，同步浮動伺服液壓缸將檢測到的該變形反饋給同步浮動系統(tǒng)，控制浮動伺服液壓缸使之產(chǎn)生相同位移，托起水平剪切液壓缸至準(zhǔn)確位置，從而保證水平剪切作用力始終與試件水平向中心截面在同一平面內(nèi)。
轉(zhuǎn)角試驗抗扭裝置在做轉(zhuǎn)角試驗時，轉(zhuǎn)角試驗力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過承載壓板及相關(guān)連接件傳遞到載荷傳感器和垂直向加載液壓缸活塞上，使載荷傳感器及垂直向加載液壓缸活塞受到外加的扭矩及水平徑向力作用，引起載荷傳感器測量不準(zhǔn)、垂直向加載液壓缸活塞磨損。為了有效防止轉(zhuǎn)角試驗時載荷傳感器及垂直向加載液壓缸活塞受到外加的扭矩及水平徑向力的作用。本文提出了一種抗扭裝置，如所示，該裝置由導(dǎo)向套筒、圓錐滾子軸承、定位卡箍、滾輪及滾輪架等組成。
導(dǎo)向套筒套裝在傳動絲杠上并與傳動絲杠同軸，導(dǎo)向套筒的兩端各安裝一副圓錐滾子軸承，軸承的內(nèi)圈與傳動絲杠過盈配合，并由上下兩個定位卡箍定位在傳動絲杠上。在承載壓板的側(cè)面安裝了傳扭彎板用于傳遞扭矩，傳扭彎板上安裝了滾輪架及滾輪，在導(dǎo)向套筒的外圓沿其軸向方向開有導(dǎo)向槽，使?jié)L輪在X、Y方向均與導(dǎo)向套筒上導(dǎo)向槽的底面接觸，在導(dǎo)向套筒的導(dǎo)向槽內(nèi)沿軸向滾動。
在做轉(zhuǎn)角試驗時，轉(zhuǎn)角試驗力對承載壓板施加一抗扭裝置結(jié)構(gòu)個轉(zhuǎn)矩，承載壓板發(fā)生偏轉(zhuǎn)使載荷傳感器及垂直向加載液壓缸受到額外的彎矩及徑向力，該抗扭裝置將轉(zhuǎn)角試驗力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過承載壓板上的傳扭彎板等組件，傳遞到四根傳動絲杠上，而傳動絲杠的剛度相對于轉(zhuǎn)角試驗力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是無限大的。因此該裝置能夠有效地防止轉(zhuǎn)角試驗力作用下承載壓板發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而保證了轉(zhuǎn)角試驗時載荷傳感器和垂直向加載液壓缸不受彎矩和徑向力作用。
總結(jié)研制出了電液伺服大型萬能試驗機(jī)，提出了伺服液壓缸同步浮動系統(tǒng)和新型抗扭裝置，成功解決了壓剪力作用下剪切面中心位置偏移和轉(zhuǎn)角試驗時載荷傳感器測量不準(zhǔn)和垂直向加載液壓缸活塞磨損等技術(shù)難題。
