100kn电液伺服动静万能疲劳试验机
一、简介：
电液伺服动静万能试验机广泛应用于材料和零部件的动、静态力学性能试验，包括材料和零部件的拉伸、压缩、低周和高周疲劳等试验。配置高低温箱可进行高低温力学试验。
电液伺服动静万能系列试验机的研制、开发过程中博采国际著名电液伺服动态试验机公司的开发制造经验，采用“单元化、模块化、标准化”开发理念，吸取国际先进电液伺服动态试验机技术，结合国内用户的实际使用状况设计而成。电液伺服动态试验机的关键配套元件选用国际、国内同类产品的著名品牌产品。大大提高了系统的稳定性和可靠性，系统的关键单元和元件均采用当今国际先进技术制造，整个试验系统的整体性能与国际著名动态试验机公司产品技术水平相当。该系列产品具有使用方便，控制精度高，可靠性好等特点。
100kn电液伺服动静万能试验机是我公司最新研制的系列动静万能试验机产品之一。试验机主机、恒压伺服泵站、液压夹头等关键部件为我公司设计制造，伺服阀、密封件等关键外购件均选用国际、国内同类产品的著名品牌产品，大大提高了系统的稳定性和可靠性，试验机的整体性能与国际先进产品技术水平相当。
二、方案描述：
100kn电液伺服动静万能试验机主要由一台主机(下置100kn伺服直线作动器)、液压夹头及其液压驱动模块、一套恒压伺服泵站（流量37l/min、系统压力21mpa）、全数字单通道伺服控制器以及计算机打印机、相关试验软件、其它必要的附件等组成。
工作原理图和控制框图参看附图1、2。
图1系统工作原理图
图2 系统控制框图
附图3：主机照片（以实物为准）
同类产品用户现场照片
1、主机：主机为双立柱框架式结构，100kn伺服直线作动器下置于主机框架内部。强迫液压夹头分别安装在横梁和作动器活塞杆顶端。主机横梁调整采用液压升降、液压夹紧、弹性松开式结构，保证试验过程中横梁稳固可靠，同时保证在非试验状态时横梁保持锁止不动。立柱外表面采用电镀硬铬处理，可有效增加立柱抗磨损能力，提高防腐蚀能力，同时增加主机外形的美观程度。
试验机主机具有结构紧凑、横梁升降自如、机架刚度高、试件夹持可靠、对中性好、装夹方便等特点，并可配备各种夹具和环境试验装置以扩展试验功能。
1．1、主机为双立柱框架式结构，双立柱外表面采用电镀硬铬处理，进一步提高外形的美观程度，同时提高防腐蚀能力；
1．2、横梁可升降用于调整试验空间，横梁调整采用液压升降、液压夹紧、弹性松开式结构，保证试验的稳固可靠，同时保证在非试验状态时横梁保持锁止不动；
1．3、横梁运动（升降、锁紧）由横梁驱动模块控制两只夹紧油缸和两只升降油缸协调工作完成，驱动模块采用专用手动转阀控制，零泄露，可保证试验的可靠性；
1．4、负荷传感器安装在横梁下端面，用于测量试验负荷。
1．5、主机工作台前方设计试样装夹、横梁运动和急停操作按钮，便于试验员方便操作。
2、作动器：
伺服直线作动器是试验机的核心部件，试验机通过作动器输出试验力。采用自有技术自行设计制造，作动器内置在主机下部，由作动器主体、液压控制模块和传感器组成。
2．1、作动器参照国际著名动态试验机公司的伺服直线作动器结构特点，采用对称四通伺服阀控对称作动器原理设计。作动器采用单元化、模块化、标准化开发理念设计制造，采用多级柔支撑组合导向机构，具有低阻尼、高响应、高寿命、大间隙设计的特点。设计理念与mts公司series 244linear actuators完全等同。启动压力小于0.05mpa。无爬行现象。
2．2、作动器活塞密封采用格莱圈+导向带密封方式，活塞杆密封采用斯特封+导向带+防尘圈密封方式，所有密封元件全部采用进口德国busak+shamban伺服作动器专用高速密封元件。伺服直线作动器活塞杆的支撑打破传统设计，采用非金属支撑、大间隙设计、高抗侧向力，具有高速不烧结自润滑的特点。组合密封，高压密封，低压密封及间隙漏管，作动器总成作到无渗漏油。组合密封结构具有良好的互换性，方便维修。具有高速不烧结、自润滑的特点。以上密封方式可有效降低作动器的内摩擦阻力，提高试验机测试精度和作动器的使用寿命。伺服直线作动器频率响应不小于75hz。
2．3、伺服直线作动器振幅极限位置设计液压缓冲区，避免运行失控产生损伤。
2．4、伺服直线作动器位移传感器内置于活塞杆内采用美国schaevitz公司lvdt位移传感器，运动灵活不受外来干扰，活塞杆采用超精加工，表面镀络抛光达rα0.4u。
2．5、作动器外置安装有由过滤精度为0.003mm精密滤油器以及具有消脉、蓄能功能的进回油路蓄能器、动态试验机专用两级电液伺服阀组成的液压模块。精密滤油器安装在电液伺服阀前，可有效防止电液伺服阀因液压油污染造成堵塞。
2．6、负荷传感器与液压夹头接螺杆处、活塞杆与液压夹头处设计有专用消除间隙装置，进一步提高动态响应性能。
3、强迫液压夹头：
强迫液压夹头由夹头和液压驱动模块组成。液压夹头的作用是夹持被测试件，由夹具体、夹紧活塞、钳口和相关附件组成。夹紧油缸嵌入在夹具体中，采用双向夹紧方式，不管试样厚度变化，始终保证试样同轴度。夹紧活塞与夹具体研配，配合间隙更小，使得夹具体使用寿命更长。
3．1、夹头、夹紧活塞等关键零件采用特殊热处理工艺，具有高硬度、耐磨性好等特点夹具体疲劳寿命更长。
3．2、夹头使用密封件采用德国进口专用圈密封，具有更好的保压性能。活塞杆与夹具体之间安装有专用防尘圈，能有效的防止试样试验时产生的铁屑进入油缸内，更好保护活夹头。
3．3、夹具体采用开式设计，装夹试样时平推进去，方便试验操作。装有试样对中装置，非常方便调节，有效保证试样对中。平推式液压夹具适用于夹持各种高强度、高硬度的螺纹钢和普通金属棒材、板材以及新型复合材料等强度高、一般难以夹持的材料。活塞和滑块采用刚性连接，缸体动作，使钳口平行移动夹紧试样，并减小夹紧瞬间的初始力。钳口采用镶块式结构，更换钳口方便、提高效率。
3．4、强迫液压夹头为开式夹头，装夹试样方便可口，特殊结构设计保证在全动态试验力范围内完成试件的拉压试验。
3．5、夹头驱动模块驱动液压夹头，夹紧力可以调节，避免进行小负荷试验时夹紧力过大对试样造成的破坏。
3．6、试样夹持范围：扁试样厚0mm -6mm、6mm -12mm、12mm -18mm、18mm -21mm，圆试样直径5mm-10mm、10mm-15mm、15mm-20mm。
4、恒压伺服泵站：
泵站主要由底板、油箱、油泵电机组、阀块、管路、冷却系统等部分组成。用于提供试验机工作的动力。
4．1、泵站油箱采用全封闭设计，可有效防止外界杂质进入液压系统对液压油的污染。油箱材料采用不锈钢板，可有效防止金属腐蚀对液压油产生的污染。
4．2、油泵、电机组配置采用串联双弹性支撑方式，进一步减少泵站噪音。
4．3、油泵采用低噪音直线共轭内啮合齿轮泵。直线共额内啮合齿轮泵特点：在液压行业被喻为“永不磨损的油泵”，用于高、精、尖液压系统。国际上几大著名公司把它作为品牌产品来开发和推广，以确保在液压行业的领先地位。与叶片泵、柱塞泵相比，直线共额内啮合齿轮泵低噪音、无脉动、长寿命等卓越性能。低噪音：直线共额内啮合齿轮泵其卓越特性为特殊齿轮设计，齿轮齿廊为直线，齿圈齿廓为直线共额线，工作时几乎没有困油区，即使在高速运转，音频仍平稳平和。长寿命：直线共额内啮合齿轮泵其长寿命特性取决于耐磨性，内部机械表面及各功能零件之间有一层油膜保护层，几乎没有磨损，即使使用一般液压油，也不易磨损机件。另外，采用双级加压承担压力差的原理，在增加工作压力的同时，也改善了泵工作条件，延长泵的使用寿命；
4．4、由主溢流阀、蓄能器、副主溢流阀、副溢流阀和换向阀、精密滤油器组成的高低压软切换液压模块用于控制泵站输出压力；
4．5、泵站具有低压启动、高压切换的工作模式，可有效减轻液压系统的冲击；
4．6、泵站配置直列式水冷却器（冷却水用户自备），用于液压系统冷却；
4．7、泵站配置双电接点温控表，液位控制计；具有油温（低于10ºc、高于55ºc）、液位、滤油器堵塞报警和停车保护功能
4．8、泵站配置美国派克park公司液压管件和高压胶管，保证系统无泄漏；
附图：恒压伺服泵站照片
5、全数字单通道伺服控制器：
5．1、控制通道数量：1个，包括试验力和试验位移、试验变形三个闭环控制回路，具有控制模式无扰平滑切换功能。最高闭环控制数据刷新频率为6khz；控制器a/d、d/a分辨率为16位；信号发生频率范围：0.001hz～50hz；信号发生器波形：正弦波、三角波、方波、锯齿波等；两级伺服阀驱动单元用于驱动伺服阀；远程液压泵站控制功能用于远程控制液压泵站；控制器具有极限参数设置功能，具有完备的保护功能。除具有过载（110﹪）保护、二级过流保护外，还具有任意设置的动负荷上下限保护、静负荷上下限保护、频率保护等。
5．2、电液伺服动态试验机（系统）控制软件：
系统管理软件：该软件是整个全数字伺服控制器工作的基础，其主要功能是管理控制系统的硬件资源、定义传感器、数字控制参数调整、设置保护，显示当前控制模式、液压和函数发生器状态以及传感器标定，并且提供双踪数字示波器、数字伺服阀电流表和6块数字电压表用于试验数据实时显示。函数发生器软件：该软件主要用于恒幅动态试验，例如恒幅疲劳试验等。函数发生器软件会自动对控制量(例如载荷)的峰谷值进行跟踪修正，以保正在整个试验过程中，每个峰值的动态误差典型值为±0.5%fs，试验时操作人员可以动态地改变峰值、谷值和频率，也能进行人工或自动信号保持，如果自动信号保持循环数间隔被设置，则试验循环数每增加一个循环数间隔，软件就会自动把信号保持在设定的水平上，以方便于某些试验数据的测量(如目测裂纹长度)。软件可选的波形有正弦波、三角波、方波、斜波、锯齿波、组合波、组合斜波试验。试验结束，软件会将一些重要的数据存盘，例如试验载荷、频率、循环数和试验时间等。该软件也可进行简单的静态试验。多功能试验软件：该软件是一个柔性强，功能全的试验软件，用户可以用其设计特殊的试验方法，却不需要编程。此软件将伺服控制器具备的各种控制功能、数据采集功能和其他的一些辅助功能都以图标的方式做在了一个面板上，用户可以将这些功能图标用鼠标拖放到试验定义面板中，并将其按照用户需求随意组合起来，就可以按照用户自定义的试验方法进行试验。该软件可用于随机谱试验。
附图：控制器照片
附图：单通道伺服控制器系统管理软件主界面图
附图：示波器界面图
附图：数字电压表界面图
函数发生器软件：该软件主要用于恒幅动态试验，例如恒幅疲劳试验，恒幅疲劳裂纹扩展试验等。函数发生器软件会自动对控制量(例如载荷)的峰谷值进行跟踪修正，以保正在整个试验过程中，每个峰值的动态误差典型值为±0.5%fs，试验时操作人员可以动态地改变峰值、谷值和频率，也能进行人工或自动信号保持，如果自动信号保持循环数间隔被设置，则试验循环数每增加一个循环数间隔，软件就会自动把信号保持在设定的水平上，以方便于某些试验数据的测量(如目测裂纹长度)。软件可选的波形有正弦波、三角波和方波。试验结束后，软件会将一些重要的数据存盘，例如试验载荷、频率、循环数和试验时间等。该软件也可进行简单的静态试验。
函数发生器软件主界面图
多功能试验软件：该软件是一个柔性强，功能全的试验软件，用户可以用其设计特殊的试验方法，却不需要编程。此软件将伺服控制器具备的各种控制功能、数据采集功能和其他的一些辅助功能都以图标的方式做在了一个面板上，用户可以将这些功能图标用鼠标拖放到试验定义面板中，并将其按照用户需求随意组合起来，就可以按照用户自定义的试验方法进行试验。
5．3、控制器技术参数：
5.3.1全数字通用信号调理单元：试验力、位移、变形三个闭环控制回路。具有控制模式无扰平滑切换功能。
5.3.2最高闭环控制数据刷新频率为6khz。
5.3.3控制器a/d、d/a分辨率为16位。
5.3.4信号发生频率范围：0.01hz～100hz。
5.3.5信号发生器波形：正弦波、三角波、方波、程序波。
5.3.6控制精度：静态控制精度为0.3％fs，动态控制精度典型值为0.5％fs。
5.3.7两级伺服阀驱动单元。
5.3.8远程液压泵站控制功能。
5.3.9计数器容量：108。
5.3.10其它必要的i/o输入输出单元：四个模拟输入、四个模拟输出接口；四个数字输入、四个数字输出接口（选配）。
5.3.11极限参数设置功能。
6、其他配置及必要附件：
★  配置用于标定负荷传感器的反力架；
★  配置压缩附具；
★  配置用于伺服作动器和恒压伺服泵站的冲洗附件；
★  所有液压管件、高压胶管均采用进口产品，以保证整个系统无渗漏油现象

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济南中特试验机有限公司
马经理
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