【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 11 ． 試樣夾持系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 在金屬拉伸試驗(yàn)過(guò)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(dú)油源的試樣夾持系統(tǒng)，如圖 ，通過(guò)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(shí)不至于因?yàn)榉礇_力的存在導(dǎo)致夾頭自動(dòng)松開(kāi) ，破壞夾持在試樣 上的引伸計(jì)。 圖 試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)的試樣夾持裝置 材料試驗(yàn)機(jī)的液壓控制系統(tǒng) 試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)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(jī)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(hào)對(duì)試樣進(jìn)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(yàn)機(jī)的液壓控制系統(tǒng) 試驗(yàn)機(jī)最大試驗(yàn)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(yàn)機(jī)的工作能力。考慮到試驗(yàn)機(jī)的工作特點(diǎn)是斷續(xù)工作，試驗(yàn)力的一般使用范圍是 %80%20 ? ，因此大部分時(shí)間工作在卸荷狀態(tài)，并且要求試驗(yàn)過(guò)程平穩(wěn)、可靠，綜合考慮，采用帶有壓差補(bǔ)償?shù)呢?fù)載適應(yīng)型液壓控制系統(tǒng)。 為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)油調(diào)速控制，在 伺服 閥的兩端設(shè)置了一個(gè)壓差閥，如圖 ， 使得進(jìn)油口兩端壓差始終保持不變，保證了進(jìn)入油缸的控制油流量與輸入 伺服 閥的電信號(hào)成正比，油源的系統(tǒng)壓力隨著負(fù)載壓力的上升而升高，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載適應(yīng)型的材料試驗(yàn)機(jī)液壓控制系統(tǒng)。 圖 液壓控制系統(tǒng)的壓差閥 材料試驗(yàn)機(jī)的電氣控制系統(tǒng) 13 . ISA 總線(xiàn)全數(shù)字控制器 試驗(yàn)機(jī)控制器是試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)通信的重要部件，目前國(guó)內(nèi)許多試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠家仍然采用模擬旋轉(zhuǎn)電位計(jì)手動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)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(gè)通道的每個(gè)量程都要進(jìn)行零點(diǎn)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(cè)量精度都很難保證，無(wú)法實(shí)現(xiàn)各通道量程自動(dòng)平滑切換，不能支持多傳感器系統(tǒng)。本課題根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)，采用性能優(yōu)越的試驗(yàn)機(jī)專(zhuān)用 ISA 總線(xiàn)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(fù)載壓力傳感器引伸計(jì)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(jì)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(xiàn)接口及 I/ O接口 圖 ISA 總線(xiàn)全數(shù)字 控制器框圖 對(duì)于工業(yè)控制和采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， ISA(Industry Standard Architecture)總線(xiàn)是一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)現(xiàn)方案， ISA 總線(xiàn)的 8MHz 主頻也能滿(mǎn)足大部分機(jī)電控制要求，該材料試驗(yàn)機(jī)控制器直接使用工控機(jī)的主板系統(tǒng)總線(xiàn) 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(jī)擔(dān)任，把材料試驗(yàn)機(jī)控制器所需的外圍硬件系統(tǒng)，如信號(hào)放大、數(shù)字調(diào)零、數(shù)字增益調(diào)整、標(biāo)定、 AD、 DA 及開(kāi)關(guān)量輸入輸出等設(shè)計(jì)成主板的系統(tǒng)總線(xiàn)形式 ，全部集成在一塊 ISA 插卡板上，省去了控制器和計(jì)算機(jī)之間的連線(xiàn)，提高了可靠性，充分利用工控機(jī)的豐富資源及強(qiáng)大的運(yùn)算能力，組成功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)靈活的材料試驗(yàn)機(jī)控制器。 材料試驗(yàn)機(jī)的工作原理 力信號(hào)經(jīng)放大器放大后送入伺服閥的線(xiàn)圈中，伺服閥輸出與電信號(hào)成比例的壓差 ， 同時(shí)作用在液壓缸的活塞上，形成與電信號(hào)成比例的作用力。力傳感器檢測(cè)實(shí)際作用力，發(fā)出電信號(hào)經(jīng)反饋放大器放大后與信號(hào)源給定的電信號(hào)相比較，如果活塞加到試驗(yàn)件上的作用力等于給定值，則兩個(gè)電信號(hào)差值為零，否則經(jīng)放14 大器放大后的差值通過(guò)伺服閥將去糾正活塞的作用 力，直到活塞作用力， 即試驗(yàn)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(jī)為核心控制器的電液 伺服 控制試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用 1SA總線(xiàn)全數(shù)字控制器作為工控機(jī)與試驗(yàn)機(jī)之間的接口，控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活的特點(diǎn)。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(fù)載變化的影響，提高了控制的精確性。 15 第三章 材料試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)指 標(biāo)計(jì)算 技術(shù)要求如下： 最大靜態(tài)負(fù)載： 最大動(dòng)態(tài)負(fù)載： 試驗(yàn)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(yàn)機(jī)靜態(tài)設(shè)計(jì) 液壓動(dòng)力元件參數(shù)的選擇是系統(tǒng) 靜態(tài)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。動(dòng)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(fù)載力和負(fù)載壓力確定。由于材料試驗(yàn)機(jī)有速度波形和負(fù)載力波形的要求，同時(shí)考慮延長(zhǎng)伺服閥的疲勞壽命，所以負(fù)載壓力 Lp 應(yīng)取得低一些，且限定伺服閥的負(fù)載壓力 MPappsL 1432 ??。取 MPapL 11? 。 按最大負(fù)載力 NMNF L 5m a x ??? 計(jì)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(mǎn)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(shí) 的 空 載 流 量 為)(m in200 33 smL ??的 QDY3G200 型 號(hào) 的 電 液 伺 服 閥 ， 閥)(103 310 PasmK c ??? ? 傳感器的選擇 試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)反饋三個(gè)變量：試驗(yàn)力、試樣變形和活塞位移 ，分別通過(guò)壓力傳感器、引伸計(jì)和光電編碼器進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)力的信號(hào)檢測(cè)分六檔，位移的信號(hào)檢測(cè)分四檔，每檔的精度都為 1 級(jí)。三個(gè)傳感器均被集成在 ISA 總線(xiàn)全數(shù)字控制器內(nèi)，因?yàn)槿齻€(gè)傳感器對(duì)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(yàn)機(jī)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 具體計(jì)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(xiàn) [9]可知 ， 液壓缸的傳遞函數(shù)的表達(dá)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(xiàn) [9]可知，伺服閥的傳遞函數(shù)的表達(dá)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