直驱电液伺服系统在材料试验机中的应用

　　1　前　言

　　材料是人类用来制造机器、构件、器件及其它产品的物质,是人类赖以生存和发展的物质基础,而材料科学的发展则很大程度上依赖于检测技术的提高,检测技术又是控制材料工艺流程和产品质量的主要手段。试验机则是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中,试验机是一种不可缺少的重要测试仪器,广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室,对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用[1]。

　　在发达国家,试验机等测试仪器占企业总资产的10%~30%,在我国,随着与国际的逐步接轨,这一比例也在迅速增大,是试验机市场增长最快的国家之一[2]。

　　2　材料试验机的分类及工作原理

　　从国内外试验机的发展状况来看,由于引入了微机自动测控系统,试验机的技术水平大为提高,已经比较成熟。试验机按照传统方式来划分,可分为金属材料试验机、非金属材料试验机、动平衡试验机、振动台和无损探伤机等五大类;按照动力驱动形式的不同,分为电子式试验机、液压式试验机;根据加荷方式不同,分为静负荷试验机(静态)和动负荷试验机(动态);静负荷试验机包括电子式万能试验机、液压式万能试验机、拉力试验机、压力试验机、扭矩试验机、蠕变试验机等;动负荷试验机包括疲劳试验机、动静万能试验机、单向脉动疲劳试验机、冲击试验机等。

　　本文所探讨的试验机为金属/非金属材料试验机,属于静负荷试验机。万能试验机是用来对金属材料和非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离等力学性能试验用的机械加力的试验机,对于一般性的测试现场,万能试验机是使用最多的试验机品种。下面从动力驱动形式入手,对两种代表性的试验机(电子式、液压式万能试验机)的工作原理及优缺点进行分析[3]。

　　2.1　电子式万能试验机

　　图1所示为某型号电子式万能材料试验机

　　如图1所示,电子式万能试验机主机上横梁与下工作台通过四立柱连接成刚性门式框架结构,交流伺服电机及交流伺服调速系统内置于工作台下部,交流伺服电机通过减速机、同步齿型带等减速机构驱动双滚珠丝杠旋转,从而带动中横梁做上下移动以实现对试样加载(中横梁与工作台之间安装有压缩、弯曲等附具,可对金属或非金属材料试样进行压缩及弯曲试验;中横梁与上横梁之间安装有拉伸附具,可对金属或非金属材料试样进行拉伸试验)。压力传感器安装在中横梁的下部,用于试验力的测量;交流伺服电机内置编码器,用于测量试样的位移量,也可近似代替试样的形变量;对部分金属材料,试验机配置试样形变的专用测量装置———引伸计,引伸计的双夹头夹住试样标距两点,实时测量试样标距两点的分离距离,即试样的形变量,微机控制整个试验过程,并实现数据的处理、存储及输出。电子式万能试验机的主要优点是整体结构简洁,传动效率高[4]。