5吨动静万能疲劳试验机技术方案

50kN电液伺服动静万能疲劳试验机

技

术

方

案

书

50kN电液伺服动静万能试验机

技术方案

1简介：电液伺服动静万能试验机是我公司最新研制的系列新产品。该系列产品试验使用方便，控制精度高，可靠性好。50kN电液伺服动静万能试验机是系列动静万能试验机产品之一。该系列产品具有使用方便，控制精度高，可靠性好等特点。该系列试验机在研制、开发过程中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，采用“单元化、模块化、标准化”开发理念设计而成。试验机的关键部件均选用国际、国内同类产品的著名品牌产品或采用国际先进技术加工完成，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。

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、低周和高周疲劳试验。通过配置相应的附件和试验软件可用于各种材料的裂纹扩展断裂力学以及其他各种力学试验。配置高低温箱可进行高低温力学试验。

2方案描述：

50kN电液伺服动静万能试验机主要由主机(上置或下置250kN伺服直线作动器)、开式强迫液压夹头及其液压驱动模块、恒压伺服泵（流量110L/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。

试验机工作基本原理如图1，系统控制框图如图2。

图1试验机工作基本原理图

图3 同类产品主机照片（作动器下置）

2.1.1主机为四立柱框架式结构，横梁动作采用液压升降、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。2.1.2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，。

2.1.3横梁运动（升降、夹紧）驱动模块采用德国哈威HAWE公司液压元件制造，具有超

高压（70MPa）、零泄露的特点，换向阀采用HAWE手动换向阀，保证保证试验时的可靠性。

2.1.4作动器内置Schaevitz sensors公司高精度LVDT位移传感器用于测量试验位移。

作动器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、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。

2.1.5伺服阀采用疲劳试验机专用电液伺服阀FF113-95（7MPa流量95L/min）。

2.1.6单元化、标准化、模块化设计的伺服直线作动器具有低阻尼、高响应、高寿命、

大间隙的特点，作动器设计理念与美国MTS公司Series 244 Linear Actuators 完全等同。

2.1.7伺服直线作动器的密封元件全部采用德国伺服作动器专用高速密封元件。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，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，提高作动器的使用寿命。

2.1.8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。

2.1.9伺服直线作动器频率响应不小于50Hz。

2．1．10配置美国世铨天津公司动态专用高精度负荷传感器用于测量试验负荷。负荷传感器与液压强迫夹头接螺杆处设计预应力环，进一步提高动态响应性能。

2．1．11设计试样装夹、横梁运动和急停操作按钮站，便于试验员方便操作。2．1．12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。

2．2液压强迫夹头

2.2.1液压强迫夹头与伺服直线作动器接螺杆处设计预应力环，结构与美国MTS公司601

Sprial Washers完全相同，进一步提高动态响应性能。

图4 预应力环

2．2．2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。活塞采用合金钢，表面高频淬火，高硬度，耐磨性更好。活塞杆与活塞为整体锻造成型。活塞部分采用德国专用承压能力高达70MPa的圈密封，具有更好的保压性能。活塞杆与夹具体之间同时安装有专用防尘圈，能有效的防止试样产生的铁屑进入油缸内，更好保

护活塞杆。夹紧活塞尾部带有防转动装置，保证在试样夹偏的情况下活塞也不会“翻滚”。夹具体采用中碳锻钢整体锻造。锻造后金属组织流线与力学流线几乎吻合，使得夹具体疲劳寿命更长。夹具体采用大开端设计。所有试样都可以平推进去，主油缸活塞只需升降少许距离。钳口上装有试样对中装置，可以非常方便调节，能有效保证试样对中。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。液压夹具采用完全由液压站提供的压力夹紧试样的镶块式结构，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。

2．2．4夹头钳口采用高强度合金钢制造，表面淬火渗碳处理，在试验过程中可靠的夹持试样，同时保证钳口的使用寿命。

2.3恒压伺服泵站：

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。泵站配置低噪音交流电机，进口低噪音直线共轭内啮合齿轮泵（直线共轭内啮合齿轮泵特点：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，直线共轭内啮合齿轮泵低噪音、无脉动、长寿命等卓越性能。低噪音：直线共轭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，齿圈齿廓为直线共轭线，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：直线共轭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）；由主溢流阀（日本不二越NACHI）、蓄能器、副主溢流阀、副溢流阀和换向阀、不大于3u国产温州黎明精密滤油器组成的高低压软切换液压模块；泵站采用美国派克PARK公司液压管件和高压胶管；安装有双电接点温控表；液位控制计；用于油温（低于10oC、高于55oC）、液位控制，泵站具有滤油器堵塞报警或停车功能。泵站安装有直列式水冷却器（冷却水用户自备），用于液压系统的冷却。

图6 恒压伺服泵站照片

2.4全数字单通道协调加载伺服控制器主要技术指标：

2.4.1控制通道数量：1个，包括试验力和位移两个闭环控制回路，具有控制模式无扰

平滑切换功能。

2.4.2配置站点控制接口数量：2个。

2.4.3最高闭环控制数据刷新频率为6kHz；

2.4.4控制器A/D、D/A分辨率为16位；

2.4.5信号发生频率范围：0.001Hz～5Hz；

2.4.6信号发生器波形：正弦波、三角波、方波、锯齿波等；

2.4.7控制精度：静态控制精度精度典型值一般为0.3％FS，动态控制精度典型值一般

为0.5％FS；

2.4.8两级伺服阀驱动单元；

2.4.9远程液压泵站控制功能；

2.4.10计数器容量：108；

2.4.11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）；

2.4.12极限参数设置功能；

2.4.13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。；

2.5电液伺服动态试验机（系统）控制软件：

2.5.1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。

2.5.2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。

2.5.3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。

2.6其他配置及必要附件：

2．6．1配置用于标定负荷传感器的反力架。

2．6．2配置压缩附具。

2．6．3配置三点弯曲附具。

2.6．4配置用于伺服作动器和恒压伺服泵站的冲洗附件。

2.6．5所有液压管件、高压胶管均采用进口美国派克公司产品，以保证整个系统无渗漏

油现象。

3主要技术性能指标：

3.1最大静态试验力：±50kN，按1、10衰减倍数进行分档标定，示值精度每档20% 起±1%。

3.2最大动态试验力：±50kN，幅值波动度不大于各档±2%FS。

3.3作动器最大振幅：±50mm，示值精度20%起±0.5%FS。

3.4频率范围：0.1—5Hz 。

3.5主要试验波形：由控制器支持。

3.6恒压伺服泵站规格：流量10L/min，21Mpa，电机功率55kW；

3.7工作台尺寸：800*800mm；

3.8立柱间距：335*335mm；

3.9最大试验空间：400mm。

4报价：

5 主要元器件配置清单：

5.1主机框架（含作动器主体）：自制，进口密封件，1套；

5.2伺服阀： FF113-95，21MPa,7MPa压差下5L/min，1套；

5.3传感器：50kN拉压力动态负荷传感器（世铨）,过载能力150%，精度0.05% 1套；

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

5.5油源，1套：额定压力21MPa,额定流量110L/min. （a）电机（ABB）,45kW；

（b）高压泵（不二越）110L/min、32MPa内啮合齿轮泵；

（c）溢流阀（立新）；

（d）快速卸荷阀组（自制）；

（e）冷却器（国产）；

（f）滤油器（粗滤器一只，精滤器一只）（国产，温州黎明）；

（g）蓄能器（国产）；

（h）电接点温度表、空气滤清器、液位继电器、压力表等附件（国产）；

（I）油箱体及其它（自制）。

5.6控制器：（自制），1套(含接插件)；

5.7管路系统（PARKER）；

5.8工业控制计算机：研华；

5.9打印机：HP激光A4(惠普)；

5.10软件（自制）；

5.11控制柜（自制）；

6交货期：

7技术情报和资料的保密：

7.1本技术方案属于我公司技术机密，用户应对我公司提供的技术情报和资料承担保密

义务，不论本方案是否采用，本条款长期有效。

7.2我公司对用户提供的技术情报和资料亦应承担保密义务。

8其它：

8.1 用户自备该设备所需冷却循环水、供电线缆、液压油，签订合同后，我方提供相关

技术指标。

7.2本技术方案未描述之处双方协商确定。