一台材料试验机液压系统的设计

　　1　概述

　　一种自动材料试验机用于对金属材料构件的变形检测。根据试验检测工艺要求,用于检测构件变形的加载力为6000±1% N,即5940~6060 N。通过激光多普勒位移测量系统对金属构件的变形进行测量,以判别构件变形是否符合要求。为此,我们设计了专用的材料试验检测设备,通过液压加载方式和激光位移测量系统来完成检测任务。

　　在检测过程中,首先将被检测金属构件放置在检测位置,然后夹紧缸将其夹紧,输送缸将激光头模组送至检测位置,加载缸对构件施压所需的检测力,位移测量系统进行测量。检测结束后,输送缸将激光头模送至安全位置,以保护测量系统。整个检测工作的难点在于使用液压缸加载来实现所需要的检测力的精度。

　　2　液压系统方案的确定

　　本材料试验检测设备的液压系统,其金属构件夹紧、位移测量系统输送动作的控制比较简单,加载缸输出力的精度要求却比较高。如果采用普通的压力调节系统,很显然不能满足加载检测力的精度要求。如果采用液压伺服控制系统,则系统复杂、成本高、抗污染能力差、系统维护困难,特别是对维护人员技术水平要求较高。经过多方案分析比较,利用蓄能器的补油原理来保证加载缸输出力恒定是一个经济、可行的方案。在液压系统设计中,如果完全由蓄能器补油来推动加载缸运动,必然会造成蓄能器容积过大,不经济。因此,我们在进行液压系统设计时,首先考虑使加载缸快速接近被测量的金属构件,并由接近开关进行位置检测,使液压缸在距离构件5 mm处停止,剩余的行程由蓄能器给其补油来完成。当蓄能器和加载缸压力达到平衡时,即获得最终的加载力,其液压原理图如图1。

　　液压系统的工作过程为:人工放置被测金属构件→夹紧缸夹紧构件(5YV通电)→输送缸将激光头模组送到测量位置(8YV通电)→加载缸快速接近被测构件(3YV通电)并在距离构件5 mm处停止(3YV断电)→蓄能器充液(2YV通电)→蓄能器停止充液(压力传感器控制、2YV断电)→蓄能器给加载缸补油(1YV通电)→位移测量系统延时检测并报告结果→输送缸带激光头模组退回(7YV通电)→加载缸退回、蓄能器放油(4YV通电、1YV由压力传感器控制断电)→夹紧缸松开(6YV通电)→循环结束。

　　3　蓄能器的选择及压力设定

　　气囊式蓄能器惯性小、反应灵敏、结构紧凑、重量轻、易于维护,在设计中我们选择气囊式蓄能器作为补油蓄能器。

　　在本材料试验机中,蓄能器的充油、放油时间都小于1 min,可以认为蓄能器的充油、放油过程为绝热过程,故有: