电液伺服万能试验机原理及故障诊断

刘 博

(邯郸钢铁集团有限责任公司,河北邯郸056015)

电液伺服万能试验机原理及故障诊断

刘 博

(邯郸钢铁集团有限责任公司,河北邯郸056015)

电液伺服万能试验机是测定材料力学性能指标的检测设备,在各类材料生产过程质量控制、产品质量检验和材料科学研究中都需要应用微机控制电液伺服万能试验机来进行力学的性能测试。针对微机控制电液伺服万能试验机工作的原理,并结合具体的实践故障进行维修,重点阐述电液伺服万能试验机的诊断方法和故障分析。

电液伺服万能试验机;故障;原理

1 引言

微机控制电液伺服万能试验机在力学的检测上,由于杰出的试验精度和操控功能,目前,国内试验机控制系统基本上是采用开环控制,主要功能体现在数据采集和数据处理上。硬件平台基本上是51系统及模拟IC,不具备数字闭环控制的物理基础和算法要求。主要用于金属材料中,包括弯曲、压缩、拉伸等实验,其方便友好的软件操作界面,大幅减少人员操作所存在的不稳定性,大大地提高了试验数据的可靠性、重复性与再现性,从而广泛的运用在很多领域中。先进的神经元自适应PID控制算法,可实现系统参数的在线辩识,控制量在线优化,控制环在线切换,实现了真正的三闭环全数字控制。试验机性能的高低主要取决于对试验过程的控制。本产品由于采用神经元自适应PID控制算法,使得整机性能明显优于国内外同类产品,即实现三闭环全数字控制为本产品的创新。本产品的硬件平台为高性能的工控专用CPU——DSP,从物理上保证了先进控制算法的实施基础。

在邯郸钢铁集团技术中心物检化验系统的实验室里,电液伺服万能试验机采用先进的神经元自适应PID控制算法,可实现系统参数的在线辨识,控制量在线优化,控制环在线切换,实现了真正的三闭环全数字控制。从物理上保证了先进控制算法的实施基础。目前,电液伺服万能试验机往往是多台设备进行高负荷运转,常常出现这些或者那些问题。为了更好地降低仪器故障率,快速有效的排除故障,现总结仪器检验及故障处理中常见的一些方法。

2 电液伺服万能试验机的工作原理

微机电液伺服万能试验机采用压力传感器、应变规、位移传感器、电液伺服阀,使控制系统构成了一个闭环的回路,从而实现了自动控制的作用。采用进口全数字伺服电机驱动,优化的减速系统以及高等级的无间隙滚珠丝杠组成的传动系统,有效地减小了设备间隙,使传动更准确、平稳。油箱中的油液经过一个滤油器被吸入到油泵中,再经过油泵的出油管送到油阀里,由于其油压作用将送油阀门内活塞流回到油箱里面,此时送油手轮打开,则油液经送油管至工作油箱内,活塞向上移,对所固定的试件进行加载。与此同时,通过摆杆、推杆、压板及拉杆而使指针沿着刻度盘转动,从而可以指示出试验载荷的数值,如图1所示。

试验机传动系统采用伺服电机→蜗轮蜗杆减速机→同步齿形带→高精度滚珠丝杠→移动横梁的传动方式,此种减速系统特点: (1)第一级减速比大,从而整个系统的运动惯性比较小;(2)整个系统的噪音更低;(3)蜗轮蜗杆传动使传动更加平稳,避免了啮合传动的速度多边形效应,使低速的稳定性更好。

图1 万能试验机液压系统图

2.1 设备主要功能

微机电液伺服万能试验机主要用于金属、非金属、复合材料的拉伸、压缩、弯曲等的力学性能测试分析研究,具有应力、应变、位移三种闭环控制方式,可求出最大力、抗拉强度、弯曲强度、压缩强度、弹性模量、断裂延伸率、屈服强度等参数。根据GB及ISO、JIS、ASTM、DIN等国际标准进行试验和提供检测数据。

微机控制电子万能试验机为机电一体化产品,主要由主机(包括机架、底座、传动系统)、夹具、变形测量系统、软件系统、电气系统构成。

2.2 设备主要构成

微机控制电子万能试验机为机电一体化产品,主要由主机(包括机架、底座、传动系统)、夹具、变形测量系统、软件系统、电气系统构成。

主机采用单空间结构。主要由底座和机架构成。底座采用铸铁HT200,机架为门式结构,主要由底板、上中下横梁和连接光杠等组成。横梁采用钢件。采用高强度光杠固定上横梁和工作台面,使之构成高刚性的结构框架。采用进口全数字伺服电机驱动,优化的减速系统以及高等级的无间隙滚珠丝杠组成的传动系统,有效的减小了设备间隙,使传动更准确、平稳。

采用高稳定性、高精度应变式进口力传感器,能更好的满足测力系统的精度要求。可根据需要使用多个力传感器,实现宽范围的试验力测量。

软件系统采用Powertest V3.0试验软件,此软件采用开放式编程,可以根据自己的需要设计试验标准,大大提高了操作的简易化及工作效率。也可以根据需要编辑报告格式,生成各种个性化的试验报告,同时只需一个按键即能将报告导出到EXCEL文件当中,方便用户对报告进行二次编辑。强大的权限管理功能,管理员可根据不同层次的试验人员分别开放对应的软件功能,大大降低了由于操作人员人为操作原因造成设备使用不正常。强大的可扩充性,软件具有数据串口通讯功能,能采集串口数据如千分表、百分表等测量数据,同时预留6路扩展设备通道,并能实现扩展通道的数据实时采集、显示并处理等。完善的数据查询功能,用户可根据试验结果的任意信息如编号、日期、试验方案名称等进行组合查询,数据查找一键完成,减轻了由于试验数据多而通过手动选取文件名的操作不便。丰富的曲线分析功能,软件可自动在曲线上标记特征点,并可以对曲线进行任意倍数放大缩小以及曲线遍历等操作。试验过程中可实时显示3种不同类型的曲线图形,试验结束后可选择手动定义上、下屈服点等操作,极大地方便了用户进行数据分析。自定义参数单位功能,用户可根据自己的需要设定相应不同的单位,设定时只需给定与基本单位间的转换系数,软件可自动对所有采样数据、结果计算、报告输出等进行单位之间的自动转换。

电气系统采用DCS-300——基于DSP的试验机数字闭环控制与测量系统。具有全数字闭环控制、多通道采集等功能。该系统功能强大、数据处理准确、操作简单、使用维护方便。可实现力、变形、位移三闭环全数字控制。最多可扩展至8路高精准数据采集通道,测量分辨力达1/300 000;采用USB通讯,可实现采样数据高速传输;具有过载、过流、过压、欠压,过速、限位等多种安全保护方式。

3 电液伺服万能试验机故障分析及排除

3.1 指针不能平稳移动

这里不是指由于试样变形或者达到屈服点而引起的转动不平稳或指针有停止,一般是由于以下原因造成的:

(1)微机控制电液伺服万能试验机油缸及油路中有气体的存在。如果油缸及油路中有气体,则会导致测力油缸、工作油缸运动的不平稳。

此时应开动微机控制电液伺服万能试验机油泵,再关闭设备的回油阀,并打开送油阀门,使工作油缸上升到一段的距离,然后再打开回油阀门,从而使油从油泵经过到工作油缸,再通过回油阀回到油箱。如此循环,在短时间内,便能将设备内各处空气排除干净。

(2)在送油阀内有杂质,用油黏度太低(加载时送油阀回油管一直有油流出)。一般采用中等黏度的矿物油,不含水、酸及其他混合物,常温下不分解,不变稠,必要时可用黏度计测量。如果用油不当,会使阀门和油路堵塞,并可能引起振动或管路泄露,最好应按说明书的要求用油。当送油阀内有不干净的东西,如油渣、铁末等杂质随油带到送油阀的内部时,如图2,容易使活塞受到损坏,同时对指针的平稳上升也有影响,想要取出这些杂质,可拧下螺丝钉,并用小丝杆从后面拧在活塞上,把它拉出来后,用干净的油清洗阀体活塞、内孔等地方,然后重新装上活塞及螺丝钉,装螺丝钉时内部必须灌上油再拧,这样可以使内部不进入空气,如果进入空气,还会影响油阀的正常使用。

图2 送油阀

(3)油管的接头处有渗油。油管接头处有渗油,会造成操作系统工作压力不稳定,从而影响到指针的平稳上升,此时应紧固油管接头。

3.2 硬件参数设置错误

软件脱机后进入硬件参数设置界面里面的力传感器界面,确定力的方向,位移的方向,横梁的方向,以及试验空间是否选择正确。

3.3 保险熔断处理

在更换新的功率放大器时,出现功率放大器中主保险熔断的情况。选择横梁高速移动时,出现功率放大器中主保险熔断的情况。其原因是在选择横梁高速移动时,拉力试验机会自锁,横梁不能移动。但这时并没有切断供给拉力试验机的电源,由于功率放大器没有正常的输出,但此时又一直向功率放大器的电源部分供电,使其电源部分中的滤波和稳压电容一直充电,且无法放电。

3.4 试验数据异常问题

先确定“试片”夹持是否牢实,再检查“力量感应器”“译码器”设定是否正确,最后检查在试验开始前是否按下“力量归零键”“变形量归零键”。

4 维护注意问题

(1)普通的电液万能试验机只是装备了做规范试样的夹具,若是想要做非规范的试样,比方弹簧钢等,必须要用特别的试样夹片,不然会损坏设备的夹具。

(2)风冷的冷却器积垢要定时进行整理,选用水冷的冷却器,要定时检查冷却铜管有没有开裂、漏水等现象。

(3)在电液伺服万能试验机传动的局部及丝杠定时涂上润滑油,避免发生干磨的现象,从而造成设备的损坏。

(4)泵调节器阀、压力操控阀、流量操控以及热继电器、继电器、压力行程开关等信号设备,都要定时查看。

(5)每次实验完毕,应将试验台下降,活塞不要落底,这样对下次试验有利、方便。

5 结论

微机控制电液伺服万能试验机应用领域较广,适用于各种高精度数据采集、数据处理及过程控制系统。目前主要应用于各类试验机,如电子万能试验机、液压万能试验机及各种专用试验机等多种机型,可满足各种材料的不同的试验过程数据采集、数据处理及控制,集电液伺服自动控制、自动测量、数据采集、屏幕显示、试验结果处理为一体,其设备具有升级简易、可靠性高、专业性好等优点。所以,微机控制电液伺服万能试验机的维修是一项要求技术非常强的工作,维修人员必须具有扎实的电路、电子等方面的专业知识,归纳出设备的电液伺服万能试验机的一些常见故障修理方法,以免意外损坏电路元器件,而平时养成良好的维护保养设备,也是降低故障率,延长设备使用寿命的重要保障手段。

[1] 代辉.液压式材料试验机的应用维护[J].理化检验,2005(4).

[2] 焦辉.关于WE型万能材料试验机故障及排除方法[J].计量技术,2002(3).

Electro-hydraulic Servo Universal Testing Machine Fault Diagnosis

LIU Bo
(HEBEI IRON&STEEL,Handan 056015,Hebei,China)

Electro-hydraulic servo universal testing machine is used for material mechanics performance index measurement equipment,In product quality inspection of all kinds of materials, production process quality control and material scientific research all need testing machine is used for mechanical property test,This article focuses on the working principle of the electro-hydraulic servo universal testing machine,Combined with the specific breakdown maintenance practice,expounds the fault analysis and diagnosis of electro-hydraulic servo universal testing machine.

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TP271

:B

1001-5108(2015)06-0070-05

刘博,工程师,主要从事检化验设备的管理及相关技术工作。