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tianwen08
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电液伺服技术
                        李跃光
李跃光:长春试验机研究所副总工程师,中国仪器仪表行业协会三届理事会副秘书长、秘书长
电液伺服系统的特点
电液伺服系统有许多优点,其中最突出的就是响应速度快、输出功率大、控制精确性高,因而在航空、航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到了广泛的应用。人类使用水利机械及液压传动虽然已有很长的历史,但液压控制技术的快速发展却还是近几十年的事,随着电液伺服阀的诞生,使液压伺服技术进入了电液伺服时代,其应用领域也得到广泛的扩展。
随着现代科学技术特别是材料科学的发展,人们更加重视动态试验。而电液伺服技术是实现动态高周疲劳、程控疲劳和低周疲劳以及静态的恒变形速率、恒负荷速率和各种模拟仿真试验系统的最佳技术手段。国内电液伺服试验机的起步
国外试验机同行在电液伺服技术的应用和研制起步较早,自二十世纪50年代中期以来就先后生产了各种使用电液伺服系统的试验机,如美国MTS、英国Instron、瑞士Amsler、德国Sehench和日本岛津等公司都先后研制成功各种电液伺服试验机。当时我国在这个应用领域还是空白,使用的电液伺服试验机都是从这些国家进口的。
我国试验机厂家是在上世纪70年代初才开始研制电液伺服试验机,长春试验机研究所、长春试验机厂、红山试验机厂和济南试验机厂等开始进行研制。在国家财力的支持下,先后都成功地开发出电液伺服动静试验机,并开始在国内应用。正是通过当时这段时间的成功实践,培养锻炼出一批技术人员,创建了我国今后电液伺服技术发展的平台,奠定了国内在该技术领域的基础。
国内电液伺服试验机的发展阶段
国内电液伺服试验机的发展按照产品发展时期的特点大致划分成两个阶段:即自主发展阶段和与国外合作发展阶段。
自主发展阶段:
二十世纪70年代末期到二十世纪90年代初期,国内的电液伺服试验机都是以自主开发为主。主要是集中在国内几个有实力的试验机厂家,如长春试验机研究所、长春试验机厂、红山试验机厂和济南试验机厂等。
这个时期的主要代表性的产品有:
1983年长春试验机研究所研制的2000kN电液伺服岩石压力试验机,该设备采用高压容器作为围压,模拟试样的真实受力情况。是三轴动静试验机的代表性产品,并首次把计算机引入电液伺服试验机的控制。
1984年长春试验机研究所研制的3000kN电液伺服双缸卧式拉力试验机。该项目中首次应用静压支撑技术,成功地在两个卧式伺服油缸上实现静压支撑。另外,还首次应用了伺服同步技术,实现双缸系统的同步跟踪和精确定位。双缸的同步精度达到了0.03mm。该产品标志着国内静压支撑技术和双缸系统的同步技术已经成熟。
1987年长春试验机研究所研制的1MN电液伺服大型结构试验机,这是当时研制的国内最大吨位的电液伺服试验机。
1986年长春试验机研究所研制出小型随机电液振动台。
1985年长春试验机厂研制的200kN电液伺服动静试验机,在国内首次采用高压无齿夹头和横梁预应力锁紧技术。是标准动静试验机的典型代表产品。
红山试验机厂同期已经研制出国内第一台拉扭电液伺服动静试验机,首次集拉压与扭转试验于一体。该产品标志着国内拉扭传感器技术、扭转摆动缸技术及拉扭合成试验技术已开始应用。
这个时期研制生产的电液伺服试验机的技术特点是:
在测控系统,随着数字电路技术和计算机技术的发展,开始从模拟控制向模数混合式控制方向发展,并开始将计算机技术应用到控制系统中。
应用了伺服同步技术,实现双缸系统的同步跟踪和精确定位。
研制出低阻尼、高响应、长寿命的静压支撑动态伺服油缸。
利用增压技术,实现高压无齿夹头和横梁预应力锁紧。
以上这些产品的技术特点在当时的电液伺服技术发展中,都是比较先进的。与国外合作发展阶段:
进入二十世纪90年代,随着我国改革开放的步伐加快,国内试验机厂家与国外同行之间的联系更加密切,双方为了各自的利益开始寻求合作的途径。在此期间长春试验机所首先在1989年与美国MTS公司正式签署技术合作协议,1993年开始进入实质性的实施阶段。另外,长春试验机厂开始与英国达泰克公司进行技术合作,济南试验机厂和日本的岛津合作,红山试验机厂也在同期与英国的Instron公司进行联系洽谈。总之,这段时期是我国主要几家试验机厂寻求与国外合作的时期。这个时期的电液伺服试验机的产品品种也是最繁杂;有国内自主产权的产品,有引进技术合作生产的产品,还有国外技术国内生产产品。各试验机厂家产品代表各自的合作厂家的特点,在国内试验机市场展开了一场较量。
国内试验机行业进入与国际合作发展时期后,在面对国外先进技术的同时,并没忘记自身技术的提高。在这方面国内的很多优秀企业始终是坚持两条腿走路。一方面是大胆的引进国外的先进技术,走技术合作的道路。另一方面是借鉴先进的技术,不断的提高和完善自主知识产权的产品,用国外的先进技术带动自身的产品一起提高。
随着电液伺服技术的成熟,国内试验机厂家利用电液伺服技术开始从单纯的材料试验向更广泛的多应用试验领域方向发展。如长春试验机研究所面向新材料研究领域开发的国内首台“电液伺服双轴四缸试验机”和“电液伺服显微观察试验机”解决了国内材料研究领域的特殊需求,填补了国内空白;面向汽车零部件试验领域开发的 “电液伺服减振器性能和疲劳试验台”、“电液伺服方向盘性能及疲劳试验台”、“电液伺服扭转疲劳试验机” 和“X--Y电液伺服双轴向振动台”等 。
在这个时期研制生产的电液伺服试验机的特点:
国内电液伺服试验机的品种繁多,不仅丰富了国内电液伺服试验机的市场,同时也提高了自主产品技术的水平。
电液伺服技术在试验应用领域得到扩展。
在发展较快的国外测控系统方面,以美国MTS公司的控制器为例,模数混合式控制器MTS458和MTS407将逐渐被全数字化控制器TeststarII、SE和多通道GT所取代。
国产测控系统方面,随着单片机技术和计算机技术的发展,开始向总线化、模板化技术发展,并逐步提高计算机在系统中的控制比重。
在伺服协调控制技术方面有所突破,利用该技术成功的开发出国内第一台“电液伺服双轴四缸试验机”,其中心定位精度小于0.03mm。
主机伺服油缸在静压支撑的基础上,又开发出动压支撑油缸。(续下篇)
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RUMUL共振测试机TESTRONIC  010-62213252 李小锋
共振测试机TESTRONIC最大载荷为250 kN,设备选型是从50KN-250KN,冲程到8毫米,操作频率300赫兹, 装备采用独特的MAGNODYN电磁励磁系统采用共鸣而产生振动。

TESTRONIC的概念根据最新的机器工程学共振原理,许多年经验在开发和制造共振测试系统上支持我们的顾客得到了他们测试需要和很多好处。

一般性能特征:
• 高可靠性
• 没有维护的液压源及阀门、泵或冷却系统
• 简单容易的操作
• 整个试验过程中处于高频率的操作试验
• 低能源消耗量
• 软件有许多实用价值和界面用户友好的操作系统



010-62213252 李小锋

结构原理图(TEST-TRONC)

1-主要质量m1,可分为8级砝码质量
2-逆向质量m0,被作为工作台,开有T型槽的工作面
3-标本或试样或零部件
4-RUMUL压电池, 疲劳抗性结构
5- MAGNODYN励磁系统(电磁激振器)
6-预压载荷为静态负载加压装置
7-装载框架的专栏(机架立柱框架结构)
8-精确球轴套
9-运行的横梁(上下运动的横梁)
10-球螺丝纺锤(滚珠丝杠)
11-纺锤驱动用辅助电动机
12-阻止支持(底座弹簧)

          静态负载流程
----------动态装载流程








控制概念
1,当嵌入设备运行一个强有力的Linux操作系统时,源远流长的双重计算机方法保证一清楚并容易的了解基于窗口的使用者环境。
2,最新的数字信号处理技术, FPGA综合化(现场可编程序的门数组)逻辑电路系统等, 使设备控制系统达到一个最可靠及最佳的长期稳定性。
3,RUMUL应用程序窗口计算机使用RS232或以太网(TCP/ 沟通的IP)与机器链接网络。其特点可以远程存取试验数据,远程控制、维护等操作。
4,具有自我诊断作用和控制器优化联合功能。

独特的特点
• MAGNODYN动态驱动整体的弹性侧向悬浮, 防止energy-consuming横向振动。
  优点: 更多能量利用在动态装载系统。
• 为了优选摆动的质量,有选择性的零件具体地被合并了。
  优点: 试验频率范围有可观地加宽范围。
• 机器的设计允许缆绳分裂为加载力量和影响测量信号的结果。
  优点: 装载测量增加了准确性(测试是有名无实的装载百分比范围)。
• 装载使用一个联合控制方式是可以实现的。
  优点: 被改进的灵活性调整机器为临界试验设定。

频率响应
1,机器的谐振频率是以标本的刚性和主要大量m1的大小改变来决定的。
2,主要质量可以分为8级砝码。 上图为250 kN机器被表明。
3,通过松开螺丝或副versa增加质量(或减少谐振频率)激活共振而运行。


频率运算图
 





应用范围
高频测试机主要应用为共振原理测试载荷-周期次数试验(S-N曲线), 机器设计动态装载频率为250赫兹时消耗电能量1千瓦以下。这样的设备与与电液伺服系统疲劳试验机比较:没有维护和没有液压系统及泵、阀门、冷却系统:
• 应用于R&D和质量管理方面疲劳试验
• 疲劳裂纹扩展试验
• ΔK门槛值的试验
• 标本的通用疲劳试验

动态驱动(共振)
动态部分主要包括质量m1 (1), 逆质量m 0 (2),标本弹性(3)和其他弹性质量部分在动态装载之内流动。这些零件与MAGNODYN谐振系统形成受控和激励的共振系统。

静态驱动
静态负载由一个球纺锤应用与一被预先输入传动箱和辅助电动机装置。

MAGNODYN励磁系统
这个系统包括是固定在动态装载流程的电磁体和弹簧(弹性)两个零件工作。磁铁与运作独立静态负载系统之间需要很小但恒定的空气简隙。动态圈准许全面运行测试在静止的独立装载系统。MAGNODYN系统设计准许标本或组件直接地使用活动电源。

装载测量
RUMUL装载系统在许多岁月期间通过对压电池的测量证明了他们的可靠性,他们特点是可进行高刚度试样的拉伸,压缩, 弯曲, 剪和扭力装载。 压电池被固定在上部横梁或在T开槽的工作台上进行实验装载, 更低的位置可以使用一个高温度熔炉。固定加速度传感器为振动的夹具惯性力而提供补偿功能

RUMUL Software/软件介绍
• 不同的规程试验系统并显示、控制和存放相关的试验数据
• 测试结果文献可以保存并顺时查看
• 综合化在局部网络上另外可以以邮件方式进行传递
• 广泛的联机帮助系统
• 设施监测作用
• 用户界面友好,除测试机的操作之外可通过通过和鼠标进行图形绘制
• 机器设定参量的自动调整功能
• 震动的自动补偿功能
• 在设定的方式下进行遥控机器操作
• 实际舒适的操作和测试管理系统功能
• 数十年经验的联合软件过程开发技术
• 不同可能性的数据分析处理系统

疲劳试验
在疲劳试验期间,大范围的数据被记录。 用户能确定数据和间隔时间的种类为读书数据。 这数据比一个标准疲劳试验包括信息与标本或组分有关的损伤过程并且允许更加广泛的分析。用户测试的结果数据可保存为历史记录及图形显示记录,所有测试数据可导入到ASCII文件。

疲劳裂纹扩展试验
试验程根据标准ASTM-E647。 机器由从cracklength连续计算的应力强度是间接控制。
和几个方法racklength测量软件支持破裂技工标本的不同的标准类型。

块波测试
一个疲劳试验在测试之内测试基本上是用不同的载荷(块)所组成。 一个序列由100个块决定可能自动地被重覆。

可编程序的软件系统和与一个机器人的通信系统, 可控制的腐蚀泵站及环境舱控制软件系统,所有的软件系统都具有一个国际标准的通信接口。

夹具
夹住标本功能,并且其他安装夹具与螺纹在压电池边可以完成螺纹连接。
连接的螺纹夹具维度是标准的:
on load cells, sizes of 100 and 250 kN
2 1/2"G M60x2 M16x1
M32x1 M22x1
on load cells, sizes of 10 and 20 kN
M22x1 M16x1 M10x1
M8x1 M6x1
其他维度应要求

设备规格
负载容量: 50 100 150 250 kN * 1
最大/静态负载: 50 100 150 150/250 kN
最大/动态装载: 50 (± 25) 100 (± 50) 150 (± 75) 250 (± 125)
质量8级砝码
最大/stroke* 变形量: 8/ 6/  5 /4毫米
测量的准确性
动态:  < 0,5 % < 0,5 % < 0,5 % < 0,5 %
静止: < 0,5 % < 0,5 % < 0,5 % < 0,5 %
静态驱动的速度: 0 - 150 mm / min
机器重量: 3000 kg
电源功率: 1x 230 V / 16 A

010-62213252 李小锋
 
自动液压夹具            腐蚀空间为-25°-120C    熔炉高温900°C
   
RUMUL软件控制的          4点弯曲(交替) +/- 700NM
腐蚀试验
 
温度房间为-50°-250° C                    连接杆测试

 
HCF测试一燃气轮机刀片试验  对组分的扭力测试
 
涡轮叶轮的疲劳试验      耳轮缘系统(快速行动的系统)
           
弯曲/ 扭力脉动器          裂缝长度测量系统          闸控制制动力测量仪器
 
共振测试机                  升级老共振测试机 
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