電液伺服萬能試驗機原理及故障診斷

李彥波

（河鋼邯鋼技術中心，河北 邯鄲 056000）

一、概述

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(nèi)試驗機控制系統(tǒng)基本上是采用開環(huán)控制，主要功能體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理上。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(wěn)定性,大大的提高了試驗數(shù)據(jù)的可靠性、重復性與再現(xiàn)性，在邯鄲鋼鐵集團技術中心檢化驗系統(tǒng)的實驗室里，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(zhuǎn)，常常出現(xiàn)這些或者那些的問題，為了更好地降低儀器故障率，快速有效的排除故障，現(xiàn)總結(jié)一下儀器檢驗及故障處理中常見的一些方法。

二、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(guī)、位移傳感器、電液伺服閥，使控制系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)的回路，從而實現(xiàn)了自動控制的作用。采用進口全數(shù)字伺服電機驅(qū)動，優(yōu)化的減速系統(tǒng)以及高等級的無間隙滾珠絲杠組成的傳動系統(tǒng)，有效地減小了設備間隙，使傳動更準確、平穩(wěn)。油箱中的油液經(jīng)過一個濾油器被吸入到油泵中，再經(jīng)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(nèi)活塞流回到油箱里面，此時送油手輪打開，則油液經(jīng)送油管至工作郵箱內(nèi)，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(zhuǎn)動，從而可以指示出試驗載荷的數(shù)值,(如圖1)所示。

試驗機傳動系統(tǒng)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(tǒng)特點:a）第一級減速比大，從而整個系統(tǒng)的運動慣性比較小；b）整個系統(tǒng)的噪音更低；c）蝸輪蝸桿傳動使傳動更加平穩(wěn)，避免了嚙合傳動的速度多邊形效應，使低速的穩(wěn)定性更好。

（一）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(huán)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(shù)。根據(jù)GB及ISO、JIS、ASTM、DIN等國際標準進行試驗和提供檢測數(shù)據(jù)。

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

（二）設備主要構(gòu)成：

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

主機采用單空間結(jié)構(gòu)。主要由底座和機架構(gòu)成。底座采用鑄鐵HT200，機架為門式結(jié)構(gòu)，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(gòu)成高剛性的結(jié)構(gòu)框架。采用進口全數(shù)字伺服電機驅(qū)動，優(yōu)化的減速系統(tǒng)以及高等級的無間隙滾珠絲杠組成的傳動系統(tǒng)，有效的減小了設備間隙，使傳動更準確、平穩(wěn)。

軟件系統(tǒng)采用Powertest V3.0試驗軟件，此軟件采用開放式編程，可以根據(jù)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。

電氣系統(tǒng)采用DCS-300——基于DSP的試驗機數(shù)字閉環(huán)控制與測量系統(tǒng)。具有全數(shù)字閉環(huán)控制、多通道采集等功能。該系統(tǒng)功能強大、數(shù)據(jù)處理準確、操作簡單、使用維護方便。

三、電液伺服萬能試驗機故障分析

（一）指針不能平穩(wěn)移動

這里所說指針不能平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，不是指由于試樣變形或達到屈服點所引起的指針有停止或轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，一般由下列原因造成：

1.試驗機油缸及油路中有氣體存在

試驗機油缸及油路中有氣體存在現(xiàn)象是液壓系統(tǒng)密封性能下降，有許多液壓油流出液壓系統(tǒng)，但仍為了實現(xiàn)原來的行程任務，必然會使第一個缸的有桿腔甚至下一個缸無桿腔摻入空氣 當油缸及油路中有氣體，會導致工作油缸、測力油缸運動不平穩(wěn)，影響指針轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性。

2.使活塞受損

當不干凈的東西如鐵沫、油渣等隨油帶到送油閥（如圖2）的內(nèi)部時，送油閥內(nèi)有雜質(zhì)，同時對指針平穩(wěn)上升亦有影響，

3.油管接頭處有滲油

扣壓不當造成接頭滲漏，從而導致油管接頭處有滲油，會使系統(tǒng)工作壓力不穩(wěn)定，從而影響指針平穩(wěn)上升。

（二）做拉伸試驗時，試樣斷口兩邊斷

做拉伸試驗時，試樣斷口總是在兩邊斷。造成這種現(xiàn)象的原因，首先應考慮試驗機主體部分安裝是不是垂直；鉗口裝夾時沒放正，或鉗口牙齒損壞；升降導輪調(diào)節(jié)不正，使上下鉗口不同心。

（三）載荷保持不住

載荷保持不住產(chǎn)生的原因為：液壓油粘度過低；液壓系統(tǒng)內(nèi)有空氣存在；液壓系統(tǒng)漏油或回油閥關閉不嚴；送油閥內(nèi)的穩(wěn)壓彈簧剛度過小；送油閥內(nèi)有雜質(zhì)異物。

四、故障改進措施

（一）保持指針正常轉(zhuǎn)動

保障指針正常轉(zhuǎn)動采取的措施為：

1.應開動油泵，關閉回油閥，打開送油閥，使工作缸上升一段距離，然后打開回油閥，使油從油泵經(jīng)工作缸通過回油閥回油箱，如此循環(huán)短時間，便能將各處空氣排凈。工作人員必須常常查看油箱液面并及時補油；普通要每運用2000至4000小時換一次油；但是最重要的是油溫不得超越70℃，在油溫超越60℃時必須翻開冷卻體系；

2.要取出這些不清潔的東西，可擰下螺釘2用小絲桿從后面擰在活塞1上把它拉出來，用油清洗閥體內(nèi)孔、活塞，然后重新裝上活塞及螺釘2，裝螺釘2時質(zhì)疑內(nèi)部必須灌油再擰上，使內(nèi)部不存有空氣，否則會影響油閥正常使用。

3.當發(fā)現(xiàn)油管接頭處有滲油現(xiàn)象時，應緊固管接頭。元器件定時巡檢：一切壓力操控閥、流量操控閥、泵調(diào)節(jié)器以及壓力繼電器、行程開關、熱繼電器之類的信號設備，都要進行定時查看。試樣拉斷后的振蕩常常會使一些緊固件退松，一定要定時進行巡檢，以避免由于緊固件松動造成大的丟失；

（二）鉗口調(diào)節(jié)或更換

做拉伸試驗時，試樣斷口總是在兩邊斷。造成這種現(xiàn)象的原因，首先應考慮試驗機主體部分安裝是不是垂直，再從以下方面進行排除。

鉗口裝夾時沒放正，應按要求使鉗口對稱的夾好試樣；鉗口質(zhì)量低劣，牙齒損壞，除了影響鉗口不同心外，還使試驗過程中試樣打滑，使屈服點很難辨認。這時應更換鉗口；升降導輪調(diào)節(jié)不正，使上下鉗口不同心。應加工一個檢驗棒，上下鉗口拉緊后，以兩根力柱為依據(jù)用百分表測量，直到調(diào)節(jié)合格為止。

（三）清洗送油閥

首先排出液壓系統(tǒng)中的空氣，排除漏油因素，如活塞四周有大量液壓油溢出，則應檢查溢流管導通情況，其次檢查液壓油粘度，視情況處理。如經(jīng)處理或換油后不漏油而載荷仍保持不住，則應清洗送油閥并增加閥內(nèi)穩(wěn)壓彈簧剛度。

五、維護注意問題

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

（二）風冷的冷卻器積垢要定時進行整理，選用水冷的冷卻器，要定時調(diào)查冷卻銅管有沒有開裂、漏水等現(xiàn)象。

（三）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(fā)生干磨的現(xiàn)象，從而造成設備的損壞。

（四）泵調(diào)節(jié)器閥、壓力操控閥、流量操控以及熱繼電器、繼電器、壓力行程開關之類的信號設備，都要定時的查看。

（五）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。

六、結(jié)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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及過程控制系統(tǒng)。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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及控制 是集電液伺服自動控制、自動測量、數(shù)據(jù)采集、屏幕顯示、試驗結(jié)果處理為一體，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(yè)知識，本文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(yǎng)成良好的維護保養(yǎng)設備，也是降低故障率，延長設備使用壽命的重要保障手段。