一種十分理想的實(shí)驗設備─高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統
代云富，黃勇，陳正華
（成都市伺服液壓設備有限公司）
摘要：
《高精度擬靜力伺服液壓加載、控制系統》是一套機-電-液一體化的高技術(shù)系統設備，它是以高精度的液壓千斤頂為執行
機構,用高響應電—液閥作核心元件，傳感器作信號反饋，在計算機指令下實(shí)現結構或構件的載荷譜、工況、控制目標的
真實(shí)模擬……。
關(guān)鍵詞：擬靜力伺服控制、高精度、超長(cháng)時(shí)間穩壓、低成本、節約能源、使用壽命長(cháng)。
前言
擬靜力實(shí)驗（quasi static test）方法是目前研究結構或構件性能中應用較廣泛的實(shí)驗方法，它是采用一定的載荷控制或變形控
制對試件進(jìn)行低周反復加載，使試件從彈性階段直到破壞的一種實(shí)驗，它包括單調加載和循環(huán)加載實(shí)驗；通常循環(huán)加載實(shí)驗也稱(chēng)
為周期性加載實(shí)驗，而單調加載實(shí)驗可以認為是循環(huán)加載實(shí)驗的一個(gè)特例，另外它的加載速率很低，但應變速率對實(shí)驗結果的影
響可以忽略，應用這種方法進(jìn)行的實(shí)驗不僅在數量上遠遠超過(guò)其它類(lèi)型的實(shí)驗，更重要的是擬靜力加載實(shí)驗可以極大限度地利用
試件提供各種基本信息，例如：承載力、剛度、變形能力、耗能能力和損傷特征等。根據對美國5年中地震工程實(shí)驗研究的統計，
發(fā)表在主要結構工程刊物上的實(shí)驗研究85%～90%屬于擬靜力實(shí)驗范圍。擬靜力實(shí)驗的目的是對材料或結構在荷載作用下的基本表
現進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而建立****的理論模型，一種理論分析上的力學(xué)或數學(xué)模型；許多實(shí)際工程結構或構件的檢驗性實(shí)驗也采
用這種實(shí)驗方法，即這種試件的設計和理論分析結果已經(jīng)存在，實(shí)驗目的是檢驗現有方法的****程度和存在的不足，為應用提供
技術(shù)****，從試件種類(lèi)來(lái)看，鋼結構、鋼筋混凝土結構、磚石結構以及組合結構是研究較多的；從試件類(lèi)型來(lái)看，梁、板、柱、
節點(diǎn)、墻、框架和整體結構等都是進(jìn)行擬靜力加載實(shí)驗的主要類(lèi)型[1]。
過(guò)去的擬靜力實(shí)驗，多數單位、主要采用手動(dòng)控制設備加載，但該設備自動(dòng)化程度低，往往造成加載不易控制，數據測量不穩定，
不****，實(shí)驗結果分析困難。后來(lái)為了實(shí)驗需要，在沒(méi)有《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》的情況下，有不少單位不得不
采用《電液伺服加載控制系統》進(jìn)行結構或構件的擬靜力實(shí)驗，但《電液伺服加載控制系統》耗能大、嬌氣、使用維護成本高，
作為力控系統，負載剛度對其影響較大，穩定性較差，控制精度不高……等。我公司也生產(chǎn)《電液伺服加載控制系統》多年，震
動(dòng)實(shí)驗、疲勞實(shí)驗才推薦使用，對擬靜力實(shí)驗，我公司原則不推薦采用《電液伺服加載控制系統》，而推薦《高精度擬靜力伺服
液壓加載控制系統》。我公司自主開(kāi)發(fā)的《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》是一套機-電-液一體化的高技術(shù)系統設備。它
是以高精度的推力千斤頂（作垂壓），高精度拉壓千斤頂（作水平加載）作為加載器，用高響應電—液閥作核心元件，以荷載傳
感器和位移傳感器作信號反饋，在計算機指令控制下實(shí)現結構或構件載荷譜、工況、控制目標的真實(shí)模擬，具有力和位移的控制
及控制模式的平滑轉換，在使用過(guò)程中其加載方式：實(shí)驗程序可任意設定、輸出曲線(xiàn)可任意選定、該設備具有輸出功率大但節能、
使用維護成本低、控制精度高，穩定性高等特點(diǎn)。為了讓大家充分了解設備的各類(lèi)特點(diǎn)，下面我們客觀(guān)的將《電液伺服加載控制
系統》和《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》以表格對比的形式將這兩種設備的各種性能、控制精度、使用維護……等作詳
細的介紹：
《電液伺服加載控制系統》與《高精度擬靜力伺服液壓加載系統》使用性能、維護對照
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《電液伺服加載控制系統》性能指標及維護事項 |
《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統》性能指標及維護事項 |
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一、系統特點(diǎn)：
輸出功率大，響應速度快，但耗能大，維護成本高，作為力控系統，負載剛性對其影響大，穩定性差，控制精度不高。 |
一、系統特點(diǎn)：
輸出功率大，響應速度快，但使用電機功率小，使用維護成本低，作為力控系統，負載剛性對其影響�。ㄔ撓到y壓力一旦設定，負載變化，均能自動(dòng)跟蹤穩定其壓力），控制精度高，穩定性高。 |
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二、用途：
主要用于飛行器，艦只的操作系統及平衡系統，用于實(shí)驗領(lǐng)域的震動(dòng)實(shí)驗、疲勞實(shí)驗（用于擬靜力實(shí)驗屬于代用設備）。 |
二、用途：
主要用于飛行器，艦只的實(shí)驗、研究、測試的擬靜力實(shí)驗，用于建筑結構及構件抗震性能研究、檢測的擬靜力實(shí)驗。 |
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三、控制方式：
加載方式：加載程序任意設定。
輸出曲線(xiàn)任意選定。
具有力位移的控制及控制模式的轉換。
計算機全自動(dòng)控制完成整個(gè)試驗過(guò)程。 |
三、控制方式：
加載方式：加載程序任意設定。輸出曲線(xiàn)任意選定。具有力位移的控制及控制模式的轉換。計算機全自動(dòng)控制完成整個(gè)試驗過(guò)程，也可全由手動(dòng)控制整個(gè)試驗過(guò)程。
連續控制穩定壓力時(shí)間：一年。 |
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四、控制精度：
因受輸入、輸出及閥的工作特性，傳感器分辨率影響，
因此一般只能達：±1%（傳感器的分辨率起碼要比系統
所需精度高10倍）。 |
四、控制精度：
采集分辨率1/100000，采樣速度：50次/S；
荷載控制：動(dòng)態(tài)精度不低于：±0.5%F.S，靜態(tài)控制精度不低于±0.3%F.S；
位移控制：動(dòng)態(tài)精度不低于：±0.1%F.S，靜態(tài)精度不低于：±0.05%F.S；
控制加載速率6KN/min；
位移控制速率：0.05mm/min；
應變控制精度不低于：3µε 。 |
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五、系統使用效率：
該系統屬閥控系統，其功率損耗大，不節能，系統使用效率只有66.7%，大量的動(dòng)能轉化為熱能，系統必須配冷卻系統，又得增加能耗。 |
五、系統使用效率：
該系統屬泵控系統，效率高、節能、能作到與負載****
匹配、加之油源間歇工作、不易生熱，可以不考慮冷卻
問(wèn)題，能耗極低。 |
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六、系統清潔度要求：
電液伺服閥是《電液伺服加載控制系統》的關(guān)建元件，它即是系統電器控制部份與液壓執行部分之間的接口，又是小信號控制大功率的放大元件，它的特性直接影響到甚至決定著(zhù)整個(gè)系統的特性，它是系統中各類(lèi)元件中精密、貴重、也是嬌氣的元件，系統故障多數因為該閥故障而引起，該閥各零部件配合間隙極小，因此系統清潔度有****嚴格的控制要求，其油液污染度等級不得超過(guò)：ISO標準14/11～15/12（5～6級）。 |
六、系統清潔度要求：
由于《高響應電—液閥》的工作原理與電液伺服工作原理不一
樣，其結構允許有較大的配合間隙（與一般的液壓閥類(lèi)
同），有較強的抗污染能力，所以其油液污染度等級只
需要達到ISO標準19/16（10級）便能****系統正常工
作。 |
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七、系統核心元件《電液伺服閥》壽命及維護：
“電液伺服閥”的壽命一般為：3～5年。該閥在使用過(guò)程中
必須建立“定期返回制造廠(chǎng)檢修調整”制度，（返廠(chǎng)后在凈
化室內拆裝）。因為力矩馬達式伺服閥內的彈簧管壁厚
度只有百分之幾毫米，有一定疲勞極限，反饋桿的球頭與閥心間隙配合，容易磨損，其它各部結構件也有一定的使用壽命，所以電液伺服閥必須定期檢修或更換。 |
七、系統核心元件《高響應電—液閥》壽命及維護：
《高響應電—液閥》壽命一般為：20～30年（該閥在很多高�，F場(chǎng)已使用20多年，至今還在使用）。該閥在使用過(guò)程中無(wú)需建立“定期返廠(chǎng)檢修”制度，使用中有問(wèn)題，廠(chǎng)家到現場(chǎng)進(jìn)行檢修調整后，便能****其正常使用。 |
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八、系統維護：
油泵工作3～6個(gè)月應更換一次工作液，清潔一次油
箱，電液伺服系統更換工作液須知及步驟如下：
1、建立新工作液是“臟油”的概念。
2、注入新工作液前應****清洗油箱。
3、通過(guò)名義過(guò)濾精度為5～10µm過(guò)濾裝置（濾油機）向油箱油。
4、卸下“電液伺服閥”，在安裝伺服閥的位置裝上特制的沖板。
5、啟動(dòng)油源，工作24小時(shí)。
6、更換或清洗濾油器（更換時(shí)千萬(wàn)不能造成污染）。
7、卸下沖洗板，換上“電液伺服閥”（裝閥時(shí)千萬(wàn)不能造成污染）。
8、清洗濾油器時(shí)，按以下步驟進(jìn)行:
A、用溶劑或清洗液浸泡1～2小時(shí)。
B、在超聲波清洗槽內注入清潔熱水和洗滌液后，將濾油慮
殼體及濾芯浸泡在清洗液中進(jìn)行超聲波浴洗。
C、排盡槽內污液，注入清洗熱水，再進(jìn)行超聲波浴洗。
D、取出濾油器殼體及濾芯，用清潔水沖洗后，將濾油器殼
體及濾芯倒置，空盡余水。
E、用經(jīng)過(guò)2µm濾膜過(guò)濾的異丙醇或工業(yè)酒精沖洗。
F、用經(jīng)過(guò)2µm濾膜過(guò)濾過(guò)的石油醚沖洗后方可使用。
G、為了****系統能正常工作還應建立“定期檢測工作液污
染度”的制度（購置該類(lèi)設備的單位，同時(shí)應購置一臺
高精度的濾油機和一臺便攜式的污染度測試儀，否則送
專(zhuān)門(mén)機構檢測，費用太高）。
9、工作液的取樣的注意事項及步驟如下：
A、取樣容器的清潔度比樣液的清潔度至少高兩個(gè)數量級（如
100ml樣液中大于5µm的顆粒要求不超過(guò)80000個(gè)，則取樣器
每100ml容器中大于5µm的顆粒 要求不超過(guò)800個(gè)）。
B、清洗容器的步驟按上述清洗過(guò)濾器的六個(gè)步驟進(jìn)
行，只是（E、F）2項的過(guò)濾膜精度為0.45µm，然 后將瓶
口擰緊封嚴。（取樣過(guò)程中千萬(wàn)不能造成污染，否則難以
判定）電液伺服加載系統的故障多數為系統污染而引起，
因此電液伺服加載系統按以上程序正常維護是****該系統
正常工作的關(guān)鍵環(huán)節，千萬(wàn)不能掉以輕心，否則后患無(wú)
窮，到目前為止，國內很多單位購置了該類(lèi)設備（包括美
國MTS的該類(lèi)設備）后，由于維護不到位，造成設備使用有
問(wèn)題，有不少設備甚至根本無(wú)法使用，想檢修，但費用太
高，沒(méi)有這筆開(kāi)支，現在**只有廢鐵一堆放在那兒。這些
深刻的教訓不得不引起人們注意��！ |
八、系統維護：
油泵工作3～6個(gè)月應更換一次新工作液，清洗一次
油箱。具體維護步驟如下：
1、將油箱清洗干凈。
2、更換所有濾芯。
3、油箱上安裝了一個(gè)10µm的過(guò)濾注油口，換工作
液時(shí)只需將新工作液從該注油口注入油箱便可。
完成以上三項工作后，便能****系統正常工作。 |
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九、使用維護成本：
電液伺服加載系統由于其油源使用效率低（流量壓力損耗大），為了滿(mǎn)足使用要求只得將系統流量加大，壓力提高，從而導致選用電機功率大，濾油器的規格大，加之濾油器的精度又很高，其結果是：使用時(shí)耗電大，更換濾油器芯成本高，加之平時(shí)的油源抽樣檢測，電液伺服閥的反廠(chǎng)檢修調整，更換油液、沖洗等高費用，該系統維護一次沒(méi)有幾萬(wàn)元開(kāi)銷(xiāo)是辦不成事的，要更換“電液伺服閥”特別是國外的閥那花費就高了。 |
九、使用維護成本：
該系統由于油源使用效率高，過(guò)濾器規格相對較小，精度低，工作液無(wú)需定期檢測，靜載伺服閥壽命又長(cháng)，檢修費用低……等，所以其使用維護費用極低，它僅為電液伺服加載系統維護費用的10%左右。 |
結論
從以上對照表可以看出，《高精度擬靜力伺服液壓加載控制系統，用于擬靜力實(shí)驗領(lǐng)域，無(wú)倫在節約能源、控制精度、系統穩
定性方面、還是在使用壽命、維護成本、安全****等方面都遠遠優(yōu)于《電液伺服加載控制系統》，因此它是擬靜力實(shí)驗的理想選
擇�？茖W(xué)技術(shù)的****是無(wú)止境的，我公司將根據科學(xué)試驗研究的需要，不斷地改進(jìn)、提高該設備的實(shí)用性、****性，不斷地充實(shí)
完善控制軟件功能；不斷提高該設備的控制精度，滿(mǎn)足科學(xué)試驗研究與日俱增的新要求和新需要。 |
