【文章內(nèi)容簡介】 。 11 ． 試樣夾持系統(tǒng) 的設(shè)計 在金屬拉伸試驗過程中，為了避免由于鉗口滑移而影響控制效果，需采用配套單獨油源的試樣夾持系統(tǒng)，如圖 ，通過調(diào)整油源的系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)夾緊 力的大小，保證了試樣拉斷時不至于因為反沖力的存在導(dǎo)致夾頭自動松開 ，破壞夾持在試樣 上的引伸計。 圖 試驗機液壓系統(tǒng)的試樣夾持裝置 材料試驗機的液壓控制系統(tǒng) 試驗機的動力由液壓控制系統(tǒng)提供，如圖 。電液 伺服閥 液壓控制系統(tǒng)主要由 伺服 閥、液壓缸、油泵、電機等液壓元件組成，完成的功能是控制試樣的央緊和根據(jù)控制信 號對試樣進行加載。 液壓系統(tǒng)原理圖 12 M LP LP S T 伺服閥液壓缸M 圖 試驗機的液壓控制系統(tǒng) 試驗機最大試驗力的大小由液壓缸的直徑和液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力決定，也表征了試驗機的工作能力?？紤]到試驗機的工作特點是斷續(xù)工作，試驗力的一般使用范圍是 %80%20 ? ，因此大部分時間工作在卸荷狀態(tài)，并且要求試驗過程平穩(wěn)、可靠，綜合考慮，采用帶有壓差補償?shù)呢撦d適應(yīng)型液壓控制系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)進油調(diào)速控制，在 伺服 閥的兩端設(shè)置了一個壓差閥，如圖 ， 使得進油口兩端壓差始終保持不變，保證了進入油缸的控制油流量與輸入 伺服 閥的電信號成正比，油源的系統(tǒng)壓力隨著負載壓力的上升而升高，實現(xiàn)了負載適應(yīng)型的材料試驗機液壓控制系統(tǒng)。 圖 液壓控制系統(tǒng)的壓差閥 材料試驗機的電氣控制系統(tǒng) 13 . ISA 總線全數(shù)字控制器 試驗機控制器是試驗機和計算機通信的重要部件，目前國內(nèi)許多試驗機生產(chǎn)廠家仍然采用模擬旋轉(zhuǎn)電位計手動進行零點調(diào)節(jié)和增益調(diào)整，并且大部分只做到4 檔量程衰減倍率，由于每個通道的每個量程都要進行零點調(diào)整和增益調(diào)整，這使得控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不便，可靠性及測量精度都很難保證，無法實現(xiàn)各通道量程自動平滑切換，不能支持多傳感器系統(tǒng)。本課題根據(jù)試驗機的特點，采用性能優(yōu)越的試驗機專用 ISA 總線全數(shù)字控制器，控制器框圖如圖 。 伺服閥控制放大器接口數(shù)字脈沖接口負載壓力傳感器引伸計或其他橋式傳感器按鈕，換向閥等光電編碼器201600 0 倍數(shù)字程控儀表放大器光電隔離數(shù)字量接口201600 0 倍數(shù)字程控儀表放大器隔離及判向電路計算器子系統(tǒng)12/16位AD采集子系統(tǒng)DA調(diào)零子系統(tǒng)IS A 總線接口及 I/ O接口 圖 ISA 總線全數(shù)字 控制器框圖 對于工業(yè)控制和采集系統(tǒng)來說， ISA(Industry Standard Architecture)總線是一個比較經(jīng)濟實用的實現(xiàn)方案， ISA 總線的 8MHz 主頻也能滿足大部分機電控制要求，該材料試驗機控制器直接使用工控機的主板系統(tǒng)總線 ISA，共用直流穩(wěn)壓電源，做到單卡控制系統(tǒng) (SOC： System On Card)，控制器的核心由工控機擔任，把材料試驗機控制器所需的外圍硬件系統(tǒng)，如信號放大、數(shù)字調(diào)零、數(shù)字增益調(diào)整、標定、 AD、 DA 及開關(guān)量輸入輸出等設(shè)計成主板的系統(tǒng)總線形式 ，全部集成在一塊 ISA 插卡板上，省去了控制器和計算機之間的連線，提高了可靠性，充分利用工控機的豐富資源及強大的運算能力，組成功能強大、設(shè)計靈活的材料試驗機控制器。 材料試驗機的工作原理 力信號經(jīng)放大器放大后送入伺服閥的線圈中，伺服閥輸出與電信號成比例的壓差 ， 同時作用在液壓缸的活塞上，形成與電信號成比例的作用力。力傳感器檢測實際作用力，發(fā)出電信號經(jīng)反饋放大器放大后與信號源給定的電信號相比較，如果活塞加到試驗件上的作用力等于給定值，則兩個電信號差值為零，否則經(jīng)放14 大器放大后的差值通過伺服閥將去糾正活塞的作用 力，直到活塞作用力， 即試驗件所受力等于給定值為止 。工作原理圖，如下圖 放大器伺服閥位置傳感器框 架試樣上夾板下夾頭指令 圖 電液伺服控制系統(tǒng)工作原理圖 本章小結(jié) 本章給出了工控機為核心控制器的電液 伺服 控制試驗機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用 1SA總線全數(shù)字控制器作為工控機與試驗機之間的接口，控制系統(tǒng)具有功能強、設(shè)計靈活的特點。其中，有效采用、保留了液壓控制系統(tǒng)采用壓差閥，使 伺服 閥的流量輸出基本不受負載變化的影響，提高了控制的精確性。 15 第三章 材料試驗機主要技術(shù)指 標計算 技術(shù)要求如下： 最大靜態(tài)負載： 最大動態(tài)負載： 試驗行程： 10mm 系統(tǒng)頻寬 ： 100HZ 速度精度（ %）： 177。 力控精度（ %）： 177。 總剛度 mMNK S 200? 總阻尼系數(shù) mkNSBL 40? 最大振幅： 177。 4mm 12Hz 177。 總重量： 145kg 力傳感器增益： NVNVKpr 65 105102 1 ????? 材料試驗機靜態(tài)設(shè)計 液壓動力元件參數(shù)的選擇是系統(tǒng) 靜態(tài)設(shè)計的一個主要內(nèi)容。動力元件參數(shù)選擇包括系統(tǒng)的供油壓力 sp ，液壓執(zhí)行元件的主要規(guī)格尺寸，即液壓缸的有效面積 pA ，伺服閥的最大空載流量 omQ 。 液壓缸的選擇 按照常規(guī)選取供油壓力 MPaps 21? 。 液壓缸的工作面積按負載力和負載壓力確定。由于材料試驗機有速度波形和負載力波形的要求，同時考慮延長伺服閥的疲勞壽命，所以負載壓力 Lp 應(yīng)取得低一些，且限定伺服閥的負載壓力 MPappsL 1432 ??。取 MPapL 11? 。 按最大負載力 NMNF L 5m a x ??? 計算，則液壓缸的有效面積為 2265m a x 102 cmmPaNPFALLp ?????? 伺服閥的選擇 供油流量應(yīng)滿足最大振幅的要求，即 ?pmpLm xAQ ? （ 31） 式中 pmx 為頻率 ? 下的最大振幅。 代入具體數(shù)值得 16 smxAQ pmpLm 333 101 9 1 8 ?? ???????? ?? 因此得伺服閥的規(guī)格 m i n1 9 0101 7 33 Lsmpp pLssLmom ????? ? 選 用 額 定 電 流 為 mAIn 40? , MPaps 21? 時 的 空 載 流 量 為)(m in200 33 smL ??的 QDY3G200 型 號 的 電 液 伺 服 閥 ， 閥)(103 310 PasmK c ??? ? 傳感器的選擇 試驗機控制系統(tǒng)反饋三個變量：試驗力、試樣變形和活塞位移 ，分別通過壓力傳感器、引伸計和光電編碼器進行檢測。試驗力的信號檢測分六檔，位移的信號檢測分四檔，每檔的精度都為 1 級。三個傳感器均被集成在 ISA 總線全數(shù)字控制器內(nèi)，因為三個傳感器對系統(tǒng)的可靠性、精確性非常重要，因此必須選擇性能優(yōu)越的傳感器。 材料試驗機動態(tài)設(shè)計 具體計算力控制回路的傳遞函數(shù) 一、液壓缸的傳遞函數(shù) 由參考文獻 [9]可知 ， 液壓缸的傳遞函數(shù)的表達方式為 14412232????????????? ??????????????sKKKVAsKMsKKMVsKBsKMKAQFscestpstscettsLstcpLL?? （ 32） 由于忽略液壓缸泄漏，則 cce KK ? ，取 Pae 5107000??? ， 361010 mVt ??? ，將參數(shù)代入上式得， ???????? ????????? ????????? ?????12 5 3 4 5 3 4 111 8 0 1 7 4 1 7 22227sssssQFLL 二、伺服閥的傳遞函數(shù) 由參考文獻 [9]可知，伺服閥的傳遞函數(shù)的表達式為 ? ?1222 ???ssKsGsvsvsvsvsv??? （ 33） 其中 svK 為電液伺服閥的流量增益 17 ? ? ? ?AsmAsmIQK nomsv ??????? ?? 3233 sv? 為液壓固有頻率 sr a dmV Attpesv 46 252 4 51010 0 1 8 0 0 044 ???? ????? ??? sv? 為液壓阻尼比 145107 0 0 00 1 8 103 5510 ?????? ??tte