電液伺服萬能試驗機原理及故障診斷

李彥波

（河鋼邯鋼技術中心，河北 邯鄲 056000）

一、概述

微機控制電液伺服萬能試驗機在力學的檢測上，由于杰出的試驗精度和操控功能，目前，國內試驗機控制系統基本上是采用開環控制，主要功能體現在數據采集和數據處理上。主要用于金屬材料中，包括彎曲、壓縮、拉伸等實驗，其方便友好的軟件操作界面，大幅減少人員操作所存在的不穩定性,大大的提高了試驗數據的可靠性、重復性與再現性，在邯鄲鋼鐵集團技術中心檢化驗系統的實驗室里，從物理上保證了先進控制算法的實施基礎。目前，電液伺服萬能試驗機往往是多臺設備進行高負荷運轉，常常出現這些或者那些的問題，為了更好地降低儀器故障率，快速有效的排除故障，現總結一下儀器檢驗及故障處理中常見的一些方法。

二、電液伺服萬能試驗機的工作原理

微機電液伺服萬能試驗機采用壓力傳感器、應變規、位移傳感器、電液伺服閥，使控制系統構成了一個閉環的回路，從而實現了自動控制的作用。采用進口全數字伺服電機驅動，優化的減速系統以及高等級的無間隙滾珠絲杠組成的傳動系統，有效地減小了設備間隙，使傳動更準確、平穩。油箱中的油液經過一個濾油器被吸入到油泵中，再經過油泵的出油管送到油閥里，由于其油壓作用將送油閥門內活塞流回到油箱里面，此時送油手輪打開，則油液經送油管至工作郵箱內，活塞向上移，對所固定的試件進行加載。與此同時，通過擺桿、推桿、壓板及拉桿而使指針沿著刻度盤轉動，從而可以指示出試驗載荷的數值,(如圖1)所示。

試驗機傳動系統采用伺服電機→蝸輪蝸桿減速機→同步齒形帶→高精度滾珠絲杠→移動橫梁的傳動方式，此種減速系統特點:a）第一級減速比大，從而整個系統的運動慣性比較小；b）整個系統的噪音更低；c）蝸輪蝸桿傳動使傳動更加平穩，避免了嚙合傳動的速度多邊形效應，使低速的穩定性更好。

（一）設備主要功能：

微機電液伺服萬能試驗機主要用于金屬、非金屬、復合材料的拉伸、壓縮、彎曲等的力學性能測試分析研究，具有應力、應變、位移三種閉環控制方式，可求出最大力、抗拉強度、彎曲強度、壓縮強度、彈性模量、斷裂延伸率、屈服強度等參數。根據GB及ISO、JIS、ASTM、DIN等國際標準進行試驗和提供檢測數據。

微機控制電子萬能試驗機為機電一體化產品，主要由主機（包括機架、底座、傳動系統）、夾具、變形測量系統、軟件系統、電氣系統構成。

（二）設備主要構成：

微機控制電子萬能試驗機為機電一體化產品，主要由主機（包括機架、底座、傳動系統）、夾具、變形測量系統、軟件系統、電氣系統構成。

主機采用單空間結構。主要由底座和機架構成。底座采用鑄鐵HT200，機架為門式結構，主要由底板、上中下橫梁和連接光杠等組成。橫梁采用鋼件。采用高強度光杠固定上橫梁和工作臺面，使之構成高剛性的結構框架。采用進口全數字伺服電機驅動，優化的減速系統以及高等級的無間隙滾珠絲杠組成的傳動系統，有效的減小了設備間隙，使傳動更準確、平穩。

軟件系統采用Powertest V3.0試驗軟件，此軟件采用開放式編程，可以根據自己的需要設計試驗標準。大大提高了操作的簡易化及工作效率。

電氣系統采用DCS-300——基于DSP的試驗機數字閉環控制與測量系統。具有全數字閉環控制、多通道采集等功能。該系統功能強大、數據處理準確、操作簡單、使用維護方便。

三、電液伺服萬能試驗機故障分析

（一）指針不能平穩移動

這里所說指針不能平穩轉動，不是指由于試樣變形或達到屈服點所引起的指針有停止或轉動不平穩，一般由下列原因造成：

1.試驗機油缸及油路中有氣體存在

試驗機油缸及油路中有氣體存在現象是液壓系統密封性能下降，有許多液壓油流出液壓系統，但仍為了實現原來的行程任務，必然會使第一個缸的有桿腔甚至下一個缸無桿腔摻入空氣 當油缸及油路中有氣體，會導致工作油缸、測力油缸運動不平穩，影響指針轉動的平穩性。

2.使活塞受損

當不干凈的東西如鐵沫、油渣等隨油帶到送油閥（如圖2）的內部時，送油閥內有雜質，同時對指針平穩上升亦有影響，

3.油管接頭處有滲油

扣壓不當造成接頭滲漏，從而導致油管接頭處有滲油，會使系統工作壓力不穩定，從而影響指針平穩上升。

（二）做拉伸試驗時，試樣斷口兩邊斷

做拉伸試驗時，試樣斷口總是在兩邊斷。造成這種現象的原因，首先應考慮試驗機主體部分安裝是不是垂直；鉗口裝夾時沒放正，或鉗口牙齒損壞；升降導輪調節不正，使上下鉗口不同心。

（三）載荷保持不住

載荷保持不住產生的原因為：液壓油粘度過低；液壓系統內有空氣存在；液壓系統漏油或回油閥關閉不嚴；送油閥內的穩壓彈簧剛度過小；送油閥內有雜質異物。

四、故障改進措施

（一）保持指針正常轉動

保障指針正常轉動采取的措施為：

1.應開動油泵，關閉回油閥，打開送油閥，使工作缸上升一段距離，然后打開回油閥，使油從油泵經工作缸通過回油閥回油箱，如此循環短時間，便能將各處空氣排凈。工作人員必須常常查看油箱液面并及時補油；普通要每運用2000至4000小時換一次油；但是最重要的是油溫不得超越70℃，在油溫超越60℃時必須翻開冷卻體系；

2.要取出這些不清潔的東西，可擰下螺釘2用小絲桿從后面擰在活塞1上把它拉出來，用油清洗閥體內孔、活塞，然后重新裝上活塞及螺釘2，裝螺釘2時質疑內部必須灌油再擰上，使內部不存有空氣，否則會影響油閥正常使用。

3.當發現油管接頭處有滲油現象時，應緊固管接頭。元器件定時巡檢：一切壓力操控閥、流量操控閥、泵調節器以及壓力繼電器、行程開關、熱繼電器之類的信號設備，都要進行定時查看。試樣拉斷后的振蕩常常會使一些緊固件退松，一定要定時進行巡檢，以避免由于緊固件松動造成大的丟失；

（二）鉗口調節或更換

做拉伸試驗時，試樣斷口總是在兩邊斷。造成這種現象的原因，首先應考慮試驗機主體部分安裝是不是垂直，再從以下方面進行排除。

鉗口裝夾時沒放正，應按要求使鉗口對稱的夾好試樣；鉗口質量低劣，牙齒損壞，除了影響鉗口不同心外，還使試驗過程中試樣打滑，使屈服點很難辨認。這時應更換鉗口；升降導輪調節不正，使上下鉗口不同心。應加工一個檢驗棒，上下鉗口拉緊后，以兩根力柱為依據用百分表測量，直到調節合格為止。

（三）清洗送油閥

首先排出液壓系統中的空氣，排除漏油因素，如活塞四周有大量液壓油溢出，則應檢查溢流管導通情況，其次檢查液壓油粘度，視情況處理。如經處理或換油后不漏油而載荷仍保持不住，則應清洗送油閥并增加閥內穩壓彈簧剛度。

五、維護注意問題

（一）普通的電液萬能試驗機只是裝備了做規范試樣的夾具，若是想要做非規范的試樣，比方彈簧鋼等，必須要用特別的資料夾片，不然會損壞設備的夾具。

（二）風冷的冷卻器積垢要定時進行整理，選用水冷的冷卻器，要定時調查冷卻銅管有沒有開裂、漏水等現象。

（三）電液伺服萬能試驗機傳動的局部及絲杠定時涂上潤滑油，避免發生干磨的現象，從而造成設備的損壞。

（四）泵調節器閥、壓力操控閥、流量操控以及熱繼電器、繼電器、壓力行程開關之類的信號設備，都要定時的查看。

（五）每次實驗完畢，應將試驗臺下降，活塞不要落底，這樣對下次試驗有利、方便。

六、結論

微機控制電液伺服萬能試驗機應用領域較廣，適用于各種高精度數據采集、數據處理及過程控制系統。目前主要應用于各類試驗機，如電子萬能試驗機、液壓萬能試驗機及各種專用試驗機等多種機型，可滿足各種材料的不同的試驗過程數據采集、數據處理及控制 是集電液伺服自動控制、自動測量、數據采集、屏幕顯示、試驗結果處理為一體，所以，微機控制電液伺服萬能試驗機的維修是一項要求技術非常強的工作，維修人員必須具有扎實的電路、電子等方面的專業知識，本文歸納出設備的電液伺服萬能試驗機的一些常見故障修理方法，以免意外損壞電路元器件。而平時養成良好的維護保養設備，也是降低故障率，延長設備使用壽命的重要保障手段。