電液伺服萬能試驗機原理及故障診斷

劉 博

(邯鄲鋼鐵集團有限責任公司,河北邯鄲056015)

電液伺服萬能試驗機原理及故障診斷

劉 博

(邯鄲鋼鐵集團有限責任公司,河北邯鄲056015)

電液伺服萬能試驗機是測定材料力學性能指標的檢測設備,在各類材料生產過程質量控制、產品質量檢驗和材料科學研究中都需要應用微機控制電液伺服萬能試驗機來進行力學的性能測試。針對微機控制電液伺服萬能試驗機工作的原理,并結合具體的實踐故障進行維修,重點闡述電液伺服萬能試驗機的診斷方法和故障分析。

電液伺服萬能試驗機;故障;原理

1 引言

微機控制電液伺服萬能試驗機在力學的檢測上,由于杰出的試驗精度和操控功能,目前,國內試驗機控制系統基本上是采用開環控制,主要功能體現在數據采集和數據處理上。硬件平臺基本上是51系統及模擬IC,不具備數字閉環控制的物理基礎和算法要求。主要用于金屬材料中,包括彎曲、壓縮、拉伸等實驗,其方便友好的軟件操作界面,大幅減少人員操作所存在的不穩定性,大大地提高了試驗數據的可靠性、重復性與再現性,從而廣泛的運用在很多領域中。先進的神經元自適應PID控制算法,可實現系統參數的在線辯識,控制量在線優化,控制環在線切換,實現了真正的三閉環全數字控制。試驗機性能的高低主要取決于對試驗過程的控制。本產品由于采用神經元自適應PID控制算法,使得整機性能明顯優于國內外同類產品,即實現三閉環全數字控制為本產品的創新。本產品的硬件平臺為高性能的工控專用CPU——DSP,從物理上保證了先進控制算法的實施基礎。

在邯鄲鋼鐵集團技術中心物檢化驗系統的實驗室里,電液伺服萬能試驗機采用先進的神經元自適應PID控制算法,可實現系統參數的在線辨識,控制量在線優化,控制環在線切換,實現了真正的三閉環全數字控制。從物理上保證了先進控制算法的實施基礎。目前,電液伺服萬能試驗機往往是多臺設備進行高負荷運轉,常常出現這些或者那些問題。為了更好地降低儀器故障率,快速有效的排除故障,現總結儀器檢驗及故障處理中常見的一些方法。

2 電液伺服萬能試驗機的工作原理

微機電液伺服萬能試驗機采用壓力傳感器、應變規、位移傳感器、電液伺服閥,使控制系統構成了一個閉環的回路,從而實現了自動控制的作用。采用進口全數字伺服電機驅動,優化的減速系統以及高等級的無間隙滾珠絲杠組成的傳動系統,有效地減小了設備間隙,使傳動更準確、平穩。油箱中的油液經過一個濾油器被吸入到油泵中,再經過油泵的出油管送到油閥里,由于其油壓作用將送油閥門內活塞流回到油箱里面,此時送油手輪打開,則油液經送油管至工作油箱內,活塞向上移,對所固定的試件進行加載。與此同時,通過擺桿、推桿、壓板及拉桿而使指針沿著刻度盤轉動,從而可以指示出試驗載荷的數值,如圖1所示。

試驗機傳動系統采用伺服電機→蝸輪蝸桿減速機→同步齒形帶→高精度滾珠絲杠→移動橫梁的傳動方式,此種減速系統特點: (1)第一級減速比大,從而整個系統的運動慣性比較小;(2)整個系統的噪音更低;(3)蝸輪蝸桿傳動使傳動更加平穩,避免了嚙合傳動的速度多邊形效應,使低速的穩定性更好。

圖1 萬能試驗機液壓系統圖

2.1 設備主要功能

微機電液伺服萬能試驗機主要用于金屬、非金屬、復合材料的拉伸、壓縮、彎曲等的力學性能測試分析研究,具有應力、應變、位移三種閉環控制方式,可求出最大力、抗拉強度、彎曲強度、壓縮強度、彈性模量、斷裂延伸率、屈服強度等參數。根據GB及ISO、JIS、ASTM、DIN等國際標準進行試驗和提供檢測數據。

微機控制電子萬能試驗機為機電一體化產品,主要由主機(包括機架、底座、傳動系統)、夾具、變形測量系統、軟件系統、電氣系統構成。

2.2 設備主要構成

微機控制電子萬能試驗機為機電一體化產品,主要由主機(包括機架、底座、傳動系統)、夾具、變形測量系統、軟件系統、電氣系統構成。

主機采用單空間結構。主要由底座和機架構成。底座采用鑄鐵HT200,機架為門式結構,主要由底板、上中下橫梁和連接光杠等組成。橫梁采用鋼件。采用高強度光杠固定上橫梁和工作臺面,使之構成高剛性的結構框架。采用進口全數字伺服電機驅動,優化的減速系統以及高等級的無間隙滾珠絲杠組成的傳動系統,有效的減小了設備間隙,使傳動更準確、平穩。

采用高穩定性、高精度應變式進口力傳感器,能更好的滿足測力系統的精度要求。可根據需要使用多個力傳感器,實現寬范圍的試驗力測量。

軟件系統采用Powertest V3.0試驗軟件,此軟件采用開放式編程,可以根據自己的需要設計試驗標準,大大提高了操作的簡易化及工作效率。也可以根據需要編輯報告格式,生成各種個性化的試驗報告,同時只需一個按鍵即能將報告導出到EXCEL文件當中,方便用戶對報告進行二次編輯。強大的權限管理功能,管理員可根據不同層次的試驗人員分別開放對應的軟件功能,大大降低了由于操作人員人為操作原因造成設備使用不正常。強大的可擴充性,軟件具有數據串口通訊功能,能采集串口數據如千分表、百分表等測量數據,同時預留6路擴展設備通道,并能實現擴展通道的數據實時采集、顯示并處理等。完善的數據查詢功能,用戶可根據試驗結果的任意信息如編號、日期、試驗方案名稱等進行組合查詢,數據查找一鍵完成,減輕了由于試驗數據多而通過手動選取文件名的操作不便。豐富的曲線分析功能,軟件可自動在曲線上標記特征點,并可以對曲線進行任意倍數放大縮小以及曲線遍歷等操作。試驗過程中可實時顯示3種不同類型的曲線圖形,試驗結束后可選擇手動定義上、下屈服點等操作,極大地方便了用戶進行數據分析。自定義參數單位功能,用戶可根據自己的需要設定相應不同的單位,設定時只需給定與基本單位間的轉換系數,軟件可自動對所有采樣數據、結果計算、報告輸出等進行單位之間的自動轉換。

電氣系統采用DCS-300——基于DSP的試驗機數字閉環控制與測量系統。具有全數字閉環控制、多通道采集等功能。該系統功能強大、數據處理準確、操作簡單、使用維護方便。可實現力、變形、位移三閉環全數字控制。最多可擴展至8路高精準數據采集通道,測量分辨力達1/300 000;采用USB通訊,可實現采樣數據高速傳輸;具有過載、過流、過壓、欠壓,過速、限位等多種安全保護方式。

3 電液伺服萬能試驗機故障分析及排除

3.1 指針不能平穩移動

這里不是指由于試樣變形或者達到屈服點而引起的轉動不平穩或指針有停止,一般是由于以下原因造成的:

(1)微機控制電液伺服萬能試驗機油缸及油路中有氣體的存在。如果油缸及油路中有氣體,則會導致測力油缸、工作油缸運動的不平穩。

此時應開動微機控制電液伺服萬能試驗機油泵,再關閉設備的回油閥,并打開送油閥門,使工作油缸上升到一段的距離,然后再打開回油閥門,從而使油從油泵經過到工作油缸,再通過回油閥回到油箱。如此循環,在短時間內,便能將設備內各處空氣排除干凈。

(2)在送油閥內有雜質,用油黏度太低(加載時送油閥回油管一直有油流出)。一般采用中等黏度的礦物油,不含水、酸及其他混合物,常溫下不分解,不變稠,必要時可用黏度計測量。如果用油不當,會使閥門和油路堵塞,并可能引起振動或管路泄露,最好應按說明書的要求用油。當送油閥內有不干凈的東西,如油渣、鐵末等雜質隨油帶到送油閥的內部時,如圖2,容易使活塞受到損壞,同時對指針的平穩上升也有影響,想要取出這些雜質,可擰下螺絲釘,并用小絲桿從后面擰在活塞上,把它拉出來后,用干凈的油清洗閥體活塞、內孔等地方,然后重新裝上活塞及螺絲釘,裝螺絲釘時內部必須灌上油再擰,這樣可以使內部不進入空氣,如果進入空氣,還會影響油閥的正常使用。

圖2 送油閥

(3)油管的接頭處有滲油。油管接頭處有滲油,會造成操作系統工作壓力不穩定,從而影響到指針的平穩上升,此時應緊固油管接頭。

3.2 硬件參數設置錯誤

軟件脫機后進入硬件參數設置界面里面的力傳感器界面,確定力的方向,位移的方向,橫梁的方向,以及試驗空間是否選擇正確。

3.3 保險熔斷處理

在更換新的功率放大器時,出現功率放大器中主保險熔斷的情況。選擇橫梁高速移動時,出現功率放大器中主保險熔斷的情況。其原因是在選擇橫梁高速移動時,拉力試驗機會自鎖,橫梁不能移動。但這時并沒有切斷供給拉力試驗機的電源,由于功率放大器沒有正常的輸出,但此時又一直向功率放大器的電源部分供電,使其電源部分中的濾波和穩壓電容一直充電,且無法放電。

3.4 試驗數據異常問題

先確定“試片”夾持是否牢實,再檢查“力量感應器”“譯碼器”設定是否正確,最后檢查在試驗開始前是否按下“力量歸零鍵”“變形量歸零鍵”。

4 維護注意問題

(1)普通的電液萬能試驗機只是裝備了做規范試樣的夾具,若是想要做非規范的試樣,比方彈簧鋼等,必須要用特別的試樣夾片,不然會損壞設備的夾具。

(2)風冷的冷卻器積垢要定時進行整理,選用水冷的冷卻器,要定時檢查冷卻銅管有沒有開裂、漏水等現象。

(3)在電液伺服萬能試驗機傳動的局部及絲杠定時涂上潤滑油,避免發生干磨的現象,從而造成設備的損壞。

(4)泵調節器閥、壓力操控閥、流量操控以及熱繼電器、繼電器、壓力行程開關等信號設備,都要定時查看。

(5)每次實驗完畢,應將試驗臺下降,活塞不要落底,這樣對下次試驗有利、方便。

5 結論

微機控制電液伺服萬能試驗機應用領域較廣,適用于各種高精度數據采集、數據處理及過程控制系統。目前主要應用于各類試驗機,如電子萬能試驗機、液壓萬能試驗機及各種專用試驗機等多種機型,可滿足各種材料的不同的試驗過程數據采集、數據處理及控制,集電液伺服自動控制、自動測量、數據采集、屏幕顯示、試驗結果處理為一體,其設備具有升級簡易、可靠性高、專業性好等優點。所以,微機控制電液伺服萬能試驗機的維修是一項要求技術非常強的工作,維修人員必須具有扎實的電路、電子等方面的專業知識,歸納出設備的電液伺服萬能試驗機的一些常見故障修理方法,以免意外損壞電路元器件,而平時養成良好的維護保養設備,也是降低故障率,延長設備使用壽命的重要保障手段。

[1] 代輝.液壓式材料試驗機的應用維護[J].理化檢驗,2005(4).

[2] 焦輝.關于WE型萬能材料試驗機故障及排除方法[J].計量技術,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.

hydraulic servo universal testing machine;fault;diagnosis

TP271

:B

1001-5108(2015)06-0070-05

劉博,工程師,主要從事檢化驗設備的管理及相關技術工作。