一種十分理想的實(shí)驗(yàn)設(shè)備─高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)
代云富，黃勇，陳正華
（成都市伺服液壓設(shè)備有限公司）
摘要：
《高精度擬靜力伺服液壓加載、控制系統(tǒng)》是一套機(jī)-電-液一體化的高技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備，它是以高精度的液壓千斤頂為執(zhí)行
機(jī)構(gòu),用高響應(yīng)電—液閥作核心元件，傳感器作信號(hào)反饋，在計(jì)算機(jī)指令下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的載荷譜、工況、控制目標(biāo)的
真實(shí)模擬……。
關(guān)鍵詞：擬靜力伺服控制、高精度、超長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)壓、低成本、節(jié)約能源、使用壽命長(zhǎng)。
前言
擬靜力實(shí)驗(yàn)（quasi static test）方法是目前研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件性能中應(yīng)用較廣泛的實(shí)驗(yàn)方法，它是采用一定的載荷控制或變形控
制對(duì)試件進(jìn)行低周反復(fù)加載，使試件從彈性階段直到破壞的一種實(shí)驗(yàn)，它包括單調(diào)加載和循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)；通常循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)也稱
為周期性加載實(shí)驗(yàn)，而單調(diào)加載實(shí)驗(yàn)可以認(rèn)為是循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)的一個(gè)特例，另外它的加載速率很低，但應(yīng)變速率對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影
響可以忽略，應(yīng)用這種方法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)不僅在數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它類型的實(shí)驗(yàn)，更重要的是擬靜力加載實(shí)驗(yàn)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(jù)對(duì)美國(guó)5年中地震工程實(shí)驗(yàn)研究的統(tǒng)計(jì)，
發(fā)表在主要結(jié)構(gòu)工程刊物上的實(shí)驗(yàn)研究85%～90%屬于擬靜力實(shí)驗(yàn)范圍。擬靜力實(shí)驗(yàn)的目的是對(duì)材料或結(jié)構(gòu)在荷載作用下的基本表
現(xiàn)進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而建立****的理論模型，一種理論分析上的力學(xué)或數(shù)學(xué)模型；許多實(shí)際工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的檢驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)也采
用這種實(shí)驗(yàn)方法，即這種試件的設(shè)計(jì)和理論分析結(jié)果已經(jīng)存在，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)現(xiàn)有方法的****程度和存在的不足，為應(yīng)用提供
技術(shù)****，從試件種類來看，鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)以及組合結(jié)構(gòu)是研究較多的；從試件類型來看，梁、板、柱、
節(jié)點(diǎn)、墻、框架和整體結(jié)構(gòu)等都是進(jìn)行擬靜力加載實(shí)驗(yàn)的主要類型[1]。
過去的擬靜力實(shí)驗(yàn)，多數(shù)單位、主要采用手動(dòng)控制設(shè)備加載，但該設(shè)備自動(dòng)化程度低，往往造成加載不易控制，數(shù)據(jù)測(cè)量不穩(wěn)定，
不****，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析困難。后來為了實(shí)驗(yàn)需要，在沒有《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)》的情況下，有不少單位不得不
采用《電液伺服加載控制系統(tǒng)》進(jìn)行結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的擬靜力實(shí)驗(yàn)，但《電液伺服加載控制系統(tǒng)》耗能大、嬌氣、使用維護(hù)成本高，
作為力控系統(tǒng)，負(fù)載剛度對(duì)其影響較大，穩(wěn)定性較差，控制精度不高……等。我公司也生產(chǎn)《電液伺服加載控制系統(tǒng)》多年，震
動(dòng)實(shí)驗(yàn)、疲勞實(shí)驗(yàn)才推薦使用，對(duì)擬靜力實(shí)驗(yàn)，我公司原則不推薦采用《電液伺服加載控制系統(tǒng)》，而推薦《高精度擬靜力伺服
液壓加載控制系統(tǒng)》。我公司自主開發(fā)的《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)》是一套機(jī)-電-液一體化的高技術(shù)系統(tǒng)設(shè)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(yīng)電—液閥作核心元件，以荷載傳
感器和位移傳感器作信號(hào)反饋，在計(jì)算機(jī)指令控制下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件載荷譜、工況、控制目標(biāo)的真實(shí)模擬，具有力和位移的控制
及控制模式的平滑轉(zhuǎn)換，在使用過程中其加載方式：實(shí)驗(yàn)程序可任意設(shè)定、輸出曲線可任意選定、該設(shè)備具有輸出功率大但節(jié)能、
使用維護(hù)成本低、控制精度高，穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。為了讓大家充分了解設(shè)備的各類特點(diǎn)，下面我們客觀的將《電液伺服加載控制
系統(tǒng)》和《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)》以表格對(duì)比的形式將這兩種設(shè)備的各種性能、控制精度、使用維護(hù)……等作詳
細(xì)的介紹：
《電液伺服加載控制系統(tǒng)》與《高精度擬靜力伺服液壓加載系統(tǒng)》使用性能、維護(hù)對(duì)照
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《電液伺服加載控制系統(tǒng)》性能指標(biāo)及維護(hù)事項(xiàng) |
《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)》性能指標(biāo)及維護(hù)事項(xiàng) |
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一、系統(tǒng)特點(diǎn)：
輸出功率大，響應(yīng)速度快，但耗能大，維護(hù)成本高，作為力控系統(tǒng)，負(fù)載剛性對(duì)其影響大，穩(wěn)定性差，控制精度不高。 |
一、系統(tǒng)特點(diǎn)：
輸出功率大，響應(yīng)速度快，但使用電機(jī)功率小，使用維護(hù)成本低，作為力控系統(tǒng)，負(fù)載剛性對(duì)其影響�。ㄔ撓到y(tǒng)壓力一旦設(shè)定，負(fù)載變化，均能自動(dòng)跟蹤穩(wěn)定其壓力），控制精度高，穩(wěn)定性高。 |
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二、用途：
主要用于飛行器，艦只的操作系統(tǒng)及平衡系統(tǒng)，用于實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的震動(dòng)實(shí)驗(yàn)、疲勞實(shí)驗(yàn)（用于擬靜力實(shí)驗(yàn)屬于代用設(shè)備）。 |
二、用途：
主要用于飛行器，艦只的實(shí)驗(yàn)、研究、測(cè)試的擬靜力實(shí)驗(yàn)，用于建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗震性能研究、檢測(cè)的擬靜力實(shí)驗(yàn)。 |
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三、控制方式：
加載方式：加載程序任意設(shè)定。
輸出曲線任意選定。
具有力位移的控制及控制模式的轉(zhuǎn)換。
計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制完成整個(gè)試驗(yàn)過程。 |
三、控制方式：
加載方式：加載程序任意設(shè)定。輸出曲線任意選定。具有力位移的控制及控制模式的轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制完成整個(gè)試驗(yàn)過程，也可全由手動(dòng)控制整個(gè)試驗(yàn)過程。
連續(xù)控制穩(wěn)定壓力時(shí)間：一年。 |
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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(dá)：±1%（傳感器的分辨率起碼要比系統(tǒng)
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(dòng)態(tài)精度不低于：±0.5%F.S，靜態(tài)控制精度不低于±0.3%F.S；
位移控制：動(dòng)態(tài)精度不低于：±0.1%F.S，靜態(tài)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(yīng)變控制精度不低于：3µε 。 |
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五、系統(tǒng)使用效率：
該系統(tǒng)屬閥控系統(tǒng)，其功率損耗大，不節(jié)能，系統(tǒng)使用效率只有66.7%，大量的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，系統(tǒng)必須配冷卻系統(tǒng)，又得增加能耗。 |
五、系統(tǒng)使用效率：
該系統(tǒng)屬泵控系統(tǒng)，效率高、節(jié)能、能作到與負(fù)載****
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。 |
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六、系統(tǒng)清潔度要求：
電液伺服閥是《電液伺服加載控制系統(tǒng)》的關(guān)建元件，它即是系統(tǒng)電器控制部份與液壓執(zhí)行部分之間的接口，又是小信號(hào)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(gè)系統(tǒng)的特性，它是系統(tǒng)中各類元件中精密、貴重、也是嬌氣的元件，系統(tǒng)故障多數(shù)因?yàn)樵撻y故障而引起，該閥各零部件配合間隙極小，因此系統(tǒng)清潔度有****嚴(yán)格的控制要求，其油液污染度等級(jí)不得超過：ISO標(biāo)準(zhǔn)14/11～15/12（5～6級(jí)）。 |
六、系統(tǒng)清潔度要求：
由于《高響應(yīng)電—液閥》的工作原理與電液伺服工作原理不一
樣，其結(jié)構(gòu)允許有較大的配合間隙（與一般的液壓閥類
同），有較強(qiáng)的抗污染能力，所以其油液污染度等級(jí)只
需要達(dá)到ISO標(biāo)準(zhǔn)19/16（10級(jí)）便能****系統(tǒng)正常工
作。 |
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七、系統(tǒng)核心元件《電液伺服閥》壽命及維護(hù)：
“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(diào)整”制度，（返廠后在凈
化室內(nèi)拆裝）。因?yàn)榱伛R達(dá)式伺服閥內(nèi)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(jié)構(gòu)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(tǒng)核心元件《高響應(yīng)電—液閥》壽命及維護(hù)：
《高響應(yīng)電—液閥》壽命一般為：20～30年（該閥在很多高�，F(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢修調(diào)整后，便能****其正常使用。 |
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八、系統(tǒng)維護(hù)：
油泵工作3～6個(gè)月應(yīng)更換一次工作液，清潔一次油
箱，電液伺服系統(tǒng)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(yīng)****清洗油箱。
3、通過名義過濾精度為5～10µm過濾裝置（濾油機(jī)）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(dòng)油源，工作24小時(shí)。
6、更換或清洗濾油器（更換時(shí)千萬不能造成污染）。
7、卸下沖洗板，換上“電液伺服閥”（裝閥時(shí)千萬不能造成污染）。
8、清洗濾油器時(shí)，按以下步驟進(jìn)行:
A、用溶劑或清洗液浸泡1～2小時(shí)。
B、在超聲波清洗槽內(nèi)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(jìn)行超聲波浴洗。
C、排盡槽內(nèi)污液，注入清洗熱水，再進(jìn)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(jīng)過2µm濾膜過濾的異丙醇或工業(yè)酒精沖洗。
F、用經(jīng)過2µm濾膜過濾過的石油醚沖洗后方可使用。
G、為了****系統(tǒng)能正常工作還應(yīng)建立“定期檢測(cè)工作液污
染度”的制度（購置該類設(shè)備的單位，同時(shí)應(yīng)購置一臺(tái)
高精度的濾油機(jī)和一臺(tái)便攜式的污染度測(cè)試儀，否則送
專門機(jī)構(gòu)檢測(cè)，費(fèi)用太高）。
9、工作液的取樣的注意事項(xiàng)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(gè)數(shù)量級(jí)（如
100ml樣液中大于5µm的顆粒要求不超過80000個(gè)，則取樣器
每100ml容器中大于5µm的顆粒 要求不超過800個(gè)）。
B、清洗容器的步驟按上述清洗過濾器的六個(gè)步驟進(jìn)
行，只是（E、F）2項(xiàng)的過濾膜精度為0.45µm，然 后將瓶
口擰緊封嚴(yán)。（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(tǒng)的故障多數(shù)為系統(tǒng)污染而引起，
因此電液伺服加載系統(tǒng)按以上程序正常維護(hù)是****該系統(tǒng)
正常工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，千萬不能掉以輕心，否則后患無
窮，到目前為止，國(guó)內(nèi)很多單位購置了該類設(shè)備（包括美
國(guó)MTS的該類設(shè)備）后，由于維護(hù)不到位，造成設(shè)備使用有
問題，有不少設(shè)備甚至根本無法使用，想檢修，但費(fèi)用太
高，沒有這筆開支，現(xiàn)在**只有廢鐵一堆放在那兒。這些
深刻的教訓(xùn)不得不引起人們注意��！ |
八、系統(tǒng)維護(hù)：
油泵工作3～6個(gè)月應(yīng)更換一次新工作液，清洗一次
油箱。具體維護(hù)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(gè)10µm的過濾注油口，換工作
液時(shí)只需將新工作液從該注油口注入油箱便可。
完成以上三項(xiàng)工作后，便能****系統(tǒng)正常工作。 |
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九、使用維護(hù)成本：
電液伺服加載系統(tǒng)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(tǒng)流量加大，壓力提高，從而導(dǎo)致選用電機(jī)功率大，濾油器的規(guī)格大，加之濾油器的精度又很高，其結(jié)果是：使用時(shí)耗電大，更換濾油器芯成本高，加之平時(shí)的油源抽樣檢測(cè)，電液伺服閥的反廠檢修調(diào)整，更換油液、沖洗等高費(fèi)用，該系統(tǒng)維護(hù)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(guó)外的閥那花費(fèi)就高了。 |
九、使用維護(hù)成本：
該系統(tǒng)由于油源使用效率高，過濾器規(guī)格相對(duì)較小，精度低，工作液無需定期檢測(cè)，靜載伺服閥壽命又長(zhǎng)，檢修費(fèi)用低……等，所以其使用維護(hù)費(fèi)用極低，它僅為電液伺服加載系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的10%左右。 |
結(jié)論
從以上對(duì)照表可以看出，《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)，用于擬靜力實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，無倫在節(jié)約能源、控制精度、系統(tǒng)穩(wěn)
定性方面、還是在使用壽命、維護(hù)成本、安全****等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于《電液伺服加載控制系統(tǒng)》，因此它是擬靜力實(shí)驗(yàn)的理想選
擇�？茖W(xué)技術(shù)的****是無止境的，我公司將根據(jù)科學(xué)試驗(yàn)研究的需要，不斷地改進(jìn)、提高該設(shè)備的實(shí)用性、****性，不斷地充實(shí)
完善控制軟件功能；不斷提高該設(shè)備的控制精度，滿足科學(xué)試驗(yàn)研究與日俱增的新要求和新需要。 |
