一種十分理想的實驗設(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-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
機構(gòu),用高響應電—液閥作核心元件，傳感器作信號反饋，在計算機指令下實現(xiàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的載荷譜、工況、控制目標的
真實模擬……。
關(guān)鍵詞：擬靜力伺服控制、高精度、超長時間穩(wěn)壓、低成本、節(jié)約能源、使用壽命長。
前言
擬靜力實驗（quasi static test）方法是目前研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件性能中應用較廣泛的實驗方法，它是采用一定的載荷控制或變形控
制對試件進行低周反復加載，使試件從彈性階段直到破壞的一種實驗，它包括單調(diào)加載和循環(huán)加載實驗；通常循環(huán)加載實驗也稱
為周期性加載實驗，而單調(diào)加載實驗可以認為是循環(huán)加載實驗的一個特例，另外它的加載速率很低，但應變速率對實驗結(jié)果的影
響可以忽略，應用這種方法進行的實驗不僅在數(shù)量上遠遠超過其它類型的實驗，更重要的是擬靜力加載實驗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)對美國5年中地震工程實驗研究的統(tǒng)計，
發(fā)表在主要結(jié)構(gòu)工程刊物上的實驗研究85%～90%屬于擬靜力實驗范圍。擬靜力實驗的目的是對材料或結(jié)構(gòu)在荷載作用下的基本表
現(xiàn)進行深入的研究，進而建立****的理論模型，一種理論分析上的力學或數(shù)學模型；許多實際工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的檢驗性實驗也采
用這種實驗方法，即這種試件的設(shè)計和理論分析結(jié)果已經(jīng)存在，實驗目的是檢驗現(xiàn)有方法的****程度和存在的不足，為應用提供
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、墻、框架和整體結(jié)構(gòu)等都是進行擬靜力加載實驗的主要類型[1]。
過去的擬靜力實驗，多數(shù)單位、主要采用手動控制設(shè)備加載，但該設(shè)備自動化程度低，往往造成加載不易控制，數(shù)據(jù)測量不穩(wěn)定，
不****，實驗結(jié)果分析困難。后來為了實驗需要，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)》進行結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的擬靜力實驗，但《電液伺服加載控制系統(tǒng)》耗能大、嬌氣、使用維護成本高，
作為力控系統(tǒng)，負載剛度對其影響較大，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
動實驗、疲勞實驗才推薦使用，對擬靜力實驗，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-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，用高響應電—液閥作核心元件，以荷載傳
感器和位移傳感器作信號反饋，在計算機指令控制下實現(xiàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件載荷譜、工況、控制目標的真實模擬，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：實驗程序可任意設(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、
使用維護成本低、控制精度高，穩(wěn)定性高等特點。為了讓大家充分了解設(shè)備的各類特點，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)》以表格對比的形式將這兩種設(shè)備的各種性能、控制精度、使用維護……等作詳
細的介紹：
《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、維護對照
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《電液伺服加載控制系統(tǒng)》性能指標及維護事項 |
《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)》性能指標及維護事項 |
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一、系統(tǒng)特點：
輸出功率大，響應速度快，但耗能大，維護成本高，作為力控系統(tǒng)，負載剛性對其影響大，穩(wěn)定性差，控制精度不高。 |
一、系統(tǒng)特點：
輸出功率大，響應速度快，但使用電機功率小，使用維護成本低，作為力控系統(tǒng)，負載剛性對其影響�。ㄔ撓到y(tǒng)壓力一旦設(shè)定，負載變化，均能自動跟蹤穩(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)，用于實驗領(lǐng)域的震動實驗、疲勞實驗（用于擬靜力實驗屬于代用設(shè)備）。 |
二、用途：
主要用于飛行器，艦只的實驗、研究、測試的擬靜力實驗，用于建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗震性能研究、檢測的擬靜力實驗。 |
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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。
計算機全自動控制完成整個試驗過程。 |
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。計算機全自動控制完成整個試驗過程，也可全由手動控制整個試驗過程。
連續(xù)控制穩(wěn)定壓力時間：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：±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)因為該閥故障而引起，該閥各零部件配合間隙極小，因此系統(tǒng)清潔度有****嚴格的控制要求，其油液污染度等級不得超過：ISO標準14/11～15/12（5～6級）。 |
六、系統(tǒng)清潔度要求：
由于《高響應電—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），有較強的抗污染能力，所以其油液污染度等級只
需要達到ISO標準19/16（10級）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：
“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）。因為力矩馬達式伺服閥內(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《高響應電—液閥》壽命及維護：
《高響應電—液閥》壽命一般為：20～30年（該閥在很多高�，F(xiàn)場已使用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)場進行檢修調(diào)整后，便能****其正常使用。 |
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八、系統(tǒng)維護：
油泵工作3～6個月應更換一次工作液，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****清洗油箱。
3、通過名義過濾精度為5～10µm過濾裝置（濾油機）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、啟動油源，工作24小時。
6、更換或清洗濾油器（更換時千萬不能造成污染）。
7、卸下沖洗板，換上“電液伺服閥”（裝閥時千萬不能造成污染）。
8、清洗濾油器時，按以下步驟進行:
A、用溶劑或清洗液浸泡1～2小時。
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行超聲波浴洗。
C、排盡槽內(nèi)污液，注入清洗熱水，再進行超聲波浴洗。
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)能正常工作還應建立“定期檢測工作液污
染度”的制度（購置該類設(shè)備的單位，同時應購置一臺
高精度的濾油機和一臺便攜式的污染度測試儀，否則送
專門機構(gòu)檢測，費用太高）。
9、工作液的取樣的注意事項及步驟如下：
A、取樣容器的清潔度比樣液的清潔度至少高兩個數(shù)量級（如
100ml樣液中大于5µm的顆粒要求不超過80000個，則取樣器
每100ml容器中大于5µm的顆粒 要求不超過800個）。
B、清洗容器的步驟按上述清洗過濾器的六個步驟進
行，只是（E、F）2項的過濾膜精度為0.45µm，然 后將瓶
口擰緊封嚴。（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，國內(nèi)很多單位購置了該類設(shè)備（包括美
國MTS的該類設(shè)備）后，由于維護不到位，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
深刻的教訓不得不引起人們注意�。� |
八、系統(tǒng)維護：
油泵工作3～6個月應更換一次新工作液，清洗一次
油箱。具體維護步驟如下：
1、將油箱清洗干凈。
2、更換所有濾芯。
3、油箱上安裝了一個10µm的過濾注油口，換工作
液時只需將新工作液從該注油口注入油箱便可。
完成以上三項工作后，便能****系統(tǒng)正常工作。 |
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九、使用維護成本：
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，從而導致選用電機功率大，濾油器的規(guī)格大，加之濾油器的精度又很高，其結(jié)果是：使用時耗電大，更換濾油器芯成本高，加之平時的油源抽樣檢測，電液伺服閥的反廠檢修調(diào)整，更換油液、沖洗等高費用，該系統(tǒng)維護一次沒有幾萬元開銷是辦不成事的，要更換“電液伺服閥”特別是國外的閥那花費就高了。 |
九、使用維護成本：
該系統(tǒng)由于油源使用效率高，過濾器規(guī)格相對較小，精度低，工作液無需定期檢測，靜載伺服閥壽命又長，檢修費用低……等，所以其使用維護費用極低，它僅為電液伺服加載系統(tǒng)維護費用的10%左右。 |
結(jié)論
從以上對照表可以看出，《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統(tǒng)，用于擬靜力實驗領(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、維護成本、安全****等方面都遠遠優(yōu)于《電液伺服加載控制系統(tǒng)》，因此它是擬靜力實驗的理想選
擇�？茖W技術(shù)的****是無止境的，我公司將根據(jù)科學試驗研究的需要，不斷地改進、提高該設(shè)備的實用性、****性，不斷地充實
完善控制軟件功能；不斷提高該設(shè)備的控制精度，滿足科學試驗研究與日俱增的新要求和新需要。 |
