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成都市伺服液壓設備有限公司
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擬靜力伺服加載系統簡介
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一種十分理想的實驗設備─高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統
代云富,黃勇,陳正華
(成都市伺服液壓設備有限公司)
摘要:
     《高精度擬靜力伺服液壓加載、控制系統》是一套機-電-液一體化的高技術系統設備,它是以高精度的液壓千斤頂為執行
      機構,用高響應電—液閥作核心元件,傳感器作信號反饋,在計算機指令下實現結構或構件的載荷譜、工況、控制目標的
      真實模擬……。
關鍵詞:擬靜力伺服控制、高精度、超長時間穩壓、低成本、節約能源、使用壽命長。
前言
擬靜力實驗(quasi static test)方法是目前研究結構或構件性能中應用較廣泛的實驗方法,它是采用一定的載荷控制或變形控
制對試件進行低周反復加載,使試件從彈性階段直到破壞的一種實驗,它包括單調加載和循環加載實驗;通常循環加載實驗也稱
為周期性加載實驗,而單調加載實驗可以認為是循環加載實驗的一個特例,另外它的加載速率很低,但應變速率對實驗結果的影
響可以忽略,應用這種方法進行的實驗不僅在數量上遠遠超過其它類型的實驗,更重要的是擬靜力加載實驗可以極大限度地利用
試件提供各種基本信息,例如:承載力、剛度、變形能力、耗能能力和損傷特征等。根據對美國5年中地震工程實驗研究的統計,
發表在主要結構工程刊物上的實驗研究85%~90%屬于擬靜力實驗范圍。擬靜力實驗的目的是對材料或結構在荷載作用下的基本表
現進行深入的研究,進而建立可靠的理論模型,一種理論分析上的力學或數學模型;許多實際工程結構或構件的檢驗性實驗也采
用這種實驗方法,即這種試件的設計和理論分析結果已經存在,實驗目的是檢驗現有方法的準確程度和存在的不足,為應用提供
技術保證,從試件種類來看,鋼結構、鋼筋混凝土結構、磚石結構以及組合結構是研究較多的;從試件類型來看,梁、板、柱、
節點、墻、框架和整體結構等都是進行擬靜力加載實驗的主要類型[1]。
過去的擬靜力實驗,多數單位、主要采用手動控制設備加載,但該設備自動化程度低,往往造成加載不易控制,數據測量不穩定,
不準確,實驗結果分析困難。后來為了實驗需要,在沒有《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》的情況下,有不少單位不得不
采用《電液伺服加載控制系統》進行結構或構件的擬靜力實驗,但《電液伺服加載控制系統》耗能大、嬌氣、使用維護成本高,
作為力控系統,負載剛度對其影響較大,穩定性較差,控制精度不高……等。我公司也生產《電液伺服加載控制系統》多年,震
動實驗、疲勞實驗才推薦使用,對擬靜力實驗,我公司原則不推薦采用《電液伺服加載控制系統》,而推薦《高精度擬靜力伺服
液壓加載控制系統》。我公司自主開發的《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》是一套機-電-液一體化的高技術系統設備。它
是以高精度的推力千斤頂(作垂壓),高精度拉壓千斤頂(作水平加載)作為加載器,用高響應電—液閥作核心元件,以荷載傳
感器和位移傳感器作信號反饋,在計算機指令控制下實現結構或構件載荷譜、工況、控制目標的真實模擬,具有力和位移的控制
及控制模式的平滑轉換,在使用過程中其加載方式:實驗程序可任意設定、輸出曲線可任意選定、該設備具有輸出功率大但節能、
使用維護成本低、控制精度高,穩定性高等特點。為了讓大家充分了解設備的各類特點,下面我們客觀的將《電液伺服加載控制
系統》和《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》以表格對比的形式將這兩種設備的各種性能、控制精度、使用維護……等作詳
細的介紹:
《電液伺服加載控制系統》與《高精度擬靜力伺服液壓加載系統》使用性能、維護對照

《電液伺服加載控制系統》性能指標及維護事項
《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》性能指標及維護事項
一、系統特點:
輸出功率大,響應速度快,但耗能大,維護成本高,作為力控系統,負載剛性對其影響大,穩定性差,控制精度不高。
一、系統特點:
輸出功率大,響應速度快,但使用電機功率小,使用維護成本低,作為力控系統,負載剛性對其影響小(該系統壓力一旦設定,負載變化,均能自動跟蹤穩定其壓力),控制精度高,穩定性高。
二、用途:
主要用于飛行器,艦只的操作系統及平衡系統,用于實驗領域的震動實驗、疲勞實驗(用于擬靜力實驗屬于代用設備)。
二、用途:
主要用于飛行器,艦只的實驗、研究、測試的擬靜力實驗,用于建筑結構及構件抗震性能研究、檢測的擬靜力實驗。
三、控制方式:
加載方式:加載程序任意設定。
輸出曲線任意選定。
具有力位移的控制及控制模式的轉換。
計算機全自動控制完成整個試驗過程。
三、控制方式:
加載方式:加載程序任意設定。輸出曲線任意選定。具有力位移的控制及控制模式的轉換。計算機全自動控制完成整個試驗過程,也可全由手動控制整個試驗過程。
連續控制穩定壓力時間:一年。
四、控制精度:
因受輸入、輸出及閥的工作特性,傳感器分辨率影響,
因此一般只能達:±1%(傳感器的分辨率起碼要比系統
所需精度高10倍)。
四、控制精度:
采集分辨率1/100000,采樣速度:50次/S;
荷載控制:動態精度不低于:±0.5%F.S,靜態控制精度不低于±0.3%F.S;
位移控制:動態精度不低于:±0.1%F.S,靜態精度不低于:±0.05%F.S;
控制加載速率6KN/min;
位移控制速率:0.05mm/min;
應變控制精度不低于:3µε 。
五、系統使用效率:
該系統屬閥控系統,其功率損耗大,不節能,系統使用效率只有66.7%,大量的動能轉化為熱能,系統必須配冷卻系統,又得增加能耗。
五、系統使用效率:
該系統屬泵控系統,效率高、節能、能作到與負載完全
匹配、加之油源間歇工作、不易生熱,可以不考慮冷卻
問題,能耗極低。
六、系統清潔度要求:
電液伺服閥是《電液伺服加載控制系統》的關建元件,它即是系統電器控制部份與液壓執行部分之間的接口,又是小信號控制大功率的放大元件,它的特性直接影響到甚至決定著整個系統的特性,它是系統中各類元件中精密、貴重、也是嬌氣的元件,系統故障多數因為該閥故障而引起,該閥各零部件配合間隙極小,因此系統清潔度有極其嚴格的控制要求,其油液污染度等級不得超過:ISO標準14/11~15/12(5~6級)。
六、系統清潔度要求:
由于《高響應電—液閥》的工作原理與電液伺服工作原理不一
樣,其結構允許有較大的配合間隙(與一般的液壓閥類
同),有較強的抗污染能力,所以其油液污染度等級只
需要達到ISO標準19/16(10級)便能保證系統正常工
作。
七、系統核心元件《電液伺服閥》壽命及維護:
“電液伺服閥”的壽命一般為:3~5年。該閥在使用過程中
必須建立“定期返回制造廠檢修調整”制度,(返廠后在凈
化室內拆裝)。因為力矩馬達式伺服閥內的彈簧管壁厚
度只有百分之幾毫米,有一定疲勞極限,反饋桿的球頭與閥心間隙配合,容易磨損,其它各部結構件也有一定的使用壽命,所以電液伺服閥必須定期檢修或更換。
七、系統核心元件《高響應電—液閥》壽命及維護:
《高響應電—液閥》壽命一般為:20~30年(該閥在很多高校現場已使用20多年,至今還在使用)。該閥在使用過程中無需建立“定期返廠檢修”制度,使用中有問題,廠家到現場進行檢修調整后,便能保證其正常使用。
八、系統維護:
油泵工作3~6個月應更換一次工作液,清潔一次油
箱,電液伺服系統更換工作液須知及步驟如下:
1、建立新工作液是“臟油”的概念。
2、注入新工作液前應徹底清洗油箱。
3、通過名義過濾精度為5~10µm過濾裝置(濾油機)向油箱油。
4、卸下“電液伺服閥”,在安裝伺服閥的位置裝上特制的沖板。
5、啟動油源,工作24小時。
6、更換或清洗濾油器(更換時千萬不能造成污染)。
7、卸下沖洗板,換上“電液伺服閥”(裝閥時千萬不能造成污染)。
8、清洗濾油器時,按以下步驟進行:
     A、用溶劑或清洗液浸泡1~2小時。
     B、在超聲波清洗槽內注入清潔熱水和洗滌液后,將濾油慮 
        殼體及濾芯浸泡在清洗液中進行超聲波浴洗。
     C、排盡槽內污液,注入清洗熱水,再進行超聲波浴洗。
     D、取出濾油器殼體及濾芯,用清潔水沖洗后,將濾油器殼
        體及濾芯倒置,空盡余水。
     E、用經過2µm濾膜過濾的異丙醇或工業酒精沖洗。
     F、用經過2µm濾膜過濾過的石油醚沖洗后方可使用。
     G、為了保證系統能正常工作還應建立“定期檢測工作液污
        染度”的制度(購置該類設備的單位,同時應購置一臺
        高精度的濾油機和一臺便攜式的污染度測試儀,否則送
        專門機構檢測,費用太高)。
9、工作液的取樣的注意事項及步驟如下:
   A、取樣容器的清潔度比樣液的清潔度至少高兩個數量級(如
     100ml樣液中大于5µm的顆粒要求不超過80000個,則取樣器
      每100ml容器中大于5µm的顆粒 要求不超過800個)。
    B、清洗容器的步驟按上述清洗過濾器的六個步驟進
      行,只是(E、F)2項的過濾膜精度為0.45µm,然 后將瓶 
      口擰緊封嚴。(取樣過程中千萬不能造成污染,否則難以
      判定)電液伺服加載系統的故障多數為系統污染而引起,
      因此電液伺服加載系統按以上程序正常維護是保證該系統
      正常工作的關鍵環節,千萬不能掉以輕心,否則后患無
      窮,到目前為止,國內很多單位購置了該類設備(包括美
      國MTS的該類設備)后,由于維護不到位,造成設備使用有
      問題,有不少設備甚至根本無法使用,想檢修,但費用太
      高,沒有這筆開支,現在就只有廢鐵一堆放在那兒。這些
      深刻的教訓不得不引起人們注意!!
八、系統維護:
油泵工作3~6個月應更換一次新工作液,清洗一次
油箱。具體維護步驟如下:
1、將油箱清洗干凈。
2、更換所有濾芯。
3、油箱上安裝了一個10µm的過濾注油口,換工作
   液時只需將新工作液從該注油口注入油箱便可。
   完成以上三項工作后,便能保證系統正常工作。
九、使用維護成本:
電液伺服加載系統由于其油源使用效率低(流量壓力損耗大),為了滿足使用要求只得將系統流量加大,壓力提高,從而導致選用電機功率大,濾油器的規格大,加之濾油器的精度又很高,其結果是:使用時耗電大,更換濾油器芯成本高,加之平時的油源抽樣檢測,電液伺服閥的反廠檢修調整,更換油液、沖洗等高費用,該系統維護一次沒有幾萬元開銷是辦不成事的,要更換“電液伺服閥”特別是國外的閥那花費就高了。
九、使用維護成本:
該系統由于油源使用效率高,過濾器規格相對較小,精度低,工作液無需定期檢測,靜載伺服閥壽命又長,檢修費用低……等,所以其使用維護費用極低,它僅為電液伺服加載系統維護費用的10%左右。

結論
   從以上對照表可以看出,《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統,用于擬靜力實驗領域,無倫在節約能源、控制精度、系統穩
定性方面、還是在使用壽命、維護成本、安全可靠等方面都遠遠優于《電液伺服加載控制系統》,因此它是擬靜力實驗的理想選
擇。科學技術的進步是無止境的,我公司將根據科學試驗研究的需要,不斷地改進、提高該設備的實用性、可靠性,不斷地充實
完善控制軟件功能;不斷提高該設備的控制精度,滿足科學試驗研究與日俱增的新要求和新需要。

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