电液伺服动静万能试验机液压系统设计的一些原则

　　电液伺服动静万能试验机主要用于材料和零部件的力学性能试验研究，它不但可以完成静态下的拉伸、压缩、弯曲、剪切试验，而且还可以完成动态下的诸如高周疲劳、低周疲劳、断裂力学、疲劳裂纹的预制、随机波谱试验等工作．静态试验和动态试验对试验机提出了不同的要求：静态试验所追求的主要是试验精度；而动态试验所追求的是在必要的试验精度基础上，还应保证较强的稳定性和较高的频响速度． 以上要求通常用示值误差、幅值精度、波形失真度、幅值稳定度等指标来衡量，而一套优化合理的液压控制系统无疑是保证这些性能指标的关键． 具体来讲，电液伺服动静万能试验机液压系统设计时应考虑的问题主要有：(1)协调动态大流量与静态小流量的矛盾，即负载动力的合理匹配． (2)伺服阀的正确选用． (3)作动器固有频率的提高． (4)夹紧油源和夹紧装置的设计．(5)冷却方式的选择．本文主要讨论解决以上问题的一些方法．

　　1 负载动力的合理匹配

　　在试验机的正常工况，作动器中活塞的运动速度可以从静态试验时的0．01 mm／s到动态试验时的1．5 m／s速度范围内变化，调速比为150 000：1，如此宽的速度变化范围为油源的设计和伺服阀的选择带来了难度，导致出现静态小流量和动态大流量之间的矛盾． 解决此矛盾的关键是对作动器、伺服阀、液压源之问进行合理的负载匹配．所应遵循的设计原则是：作动器、伺服阀、液压源所提供的液压动力应满足试验机的速度、加速度和试验力的要求，同时还应考虑系统的效率．

　　负载与泵、阀的匹配关系如图1所示，即伺服阀的负载流量特性曲线必须包容试验机的负载特性曲线，液压源的曲线应包容伺服阀的负载曲线，Q >1．1～ 1．3Qo；Q >1．O5～1．1Q ． 这即为包容原则．

　　图1 负载与泵、阀的匹配

　　另外，系统的效率也应引起重视．液压泵输出的流量是根据动态试验时所需的最大流量选取的，静态试验时所需的流量很少，此时，必须使液压源输出的流量降下来，为达此目的，有三个方案可供选择．第一个方案是动静态试验由一台变量泵供油，油泵由三相异步电动机驱动．其优点是设计成本较低，流量可调，液压系统效率较高．但在小流量输出时电动机的效率却很低，约为0．3～0．4左右，出现“大马拉小车”的问题，电动机本身的功率损耗包括铜损、铁损、机械损耗等相当大，造成电能的浪费，总效率并没有提高；第二个方案是动静态试验由一台定量泵供油，油泵由变频调速器控制的三相异步电动机驱动．此方案的总效率比前者高，但由于油泵在低转速下流量脉动加剧，造成伺服阀供油压力的较大波动，对静态试验不适用． 第三个方案是动静态试验分别由独立的大小两个油泵供油，小泵采用定量泵，大泵采用变量泵． 此方案在满足动态和静态试验要求的同时，还由于静态试验时大泵是停止工作的，系统总效率大为提高，静态试验时油源噪音也很低．