液压式静强度试验机的新构思及实现

　　现代强度检测要求在施加载荷时,必须考虑加载的应力速率或应变速率。近代工程材料的研究进一步表明,一切固体都会或多或少地流变,金属材料进入屈服阶段后,便呈现出典型的粘弹性行为。而材料的粘弹性行为依赖于时间,并取决于应变率。

　　电液比例技术的不断成熟,传感器及计算机技术的迅速发展,为液压式静强度试验机的新构思创造了条件。本文提出以一只比例节流阀为控制器,应用传感器,构成微机控制旁路节流式电液系统[1,2],该系统具有调压、调速双重功能,并在NYL -300型压力试验机及WE-600型液压式材料试验机的主机机架上获得了良好的试验结果[3,4]。特别在低碳钢型金属材料拉伸试验时,实时同步输出了σ—ε,σ—t及ε—t3条曲线,完全满足了标准GB228—87要求。

　　1　基本原理

　　装置见图1a,采用单作用油缸,仅用一只比例节流阀构成旁路比例节流调压、调速系统。由连续性方程,有

　　Q1+Q2=Q0　　(1)

　　式中,Q0为定量泵流量;Q1为进入油缸流量;Q2为通过节流阀口的流量。

　　流体流经薄刃小孔(见图1b)的伯努利方程化简后得

　　式中,Cd为节流口流量系数;A(x)为节流阀开口面积函数;x为节流阀阀芯位移量;Δp为节流阀口前后压差;ρ为油液密度。

　　1.1　系统调压

　　因节流阀回油直接回油池,故式(2)中Δp可视为系统压力p,则

　　由式(3)可见,系统压力p主要是阀开口面积的函数。调整阀开口面积的起始值A(x0),可使系统起始压力p0足够低,约达到0.05 MPa～0.07MPa,比之于应用比例压力阀调压时降低了一个　　数量级。

　　由式(3)可见,即使Q2有变化,只要调整A(x)值,就可以获得要求的系统压力p值。

　　1.2　系统调速

　　系统调速即对流量Q1的调节。从式(1)可见,由于Q0为定值,调节了Q2,也即调节了Q1。由于静强度检测装置是一个负载适应系统,负载变化便引起系统压力p的变化。因此,流量Q1的控制要求是,系统压力值p因外载变化而变化时,仍必须保持Q1恒定。

　　假设装置上升速度要求为Q1a,则流过节流阀口的流量应为

　　Q2a=Q0-Q1a　　(4)

　　如先取节流阀口压差为Δpa,相应的节流阀开口面积A(xa)由下式决定

　　由于实际压差Δp是由该时刻的实际负载决定的,一般Δp≠Δpa,因此实际通过节流阀口的流量

　　为保证通过节流口的流量仍然是Q2a,则节流口的面积应在原面积A(xa)值上减少ΔA(x)值,ΔA(x)值由下式决定