在建筑材料、金屬結(jié)構(gòu)件、混凝土構(gòu)件等大型試件的抗壓強(qiáng)度測(cè)試中，傳統(tǒng)電子式壓力試驗(yàn)機(jī)受限于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率和結(jié)構(gòu)剛性，難以滿足大噸位（如2000kN以上）的加載需求。電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，以液壓系統(tǒng)為動(dòng)力源，配合電液伺服閉環(huán)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型試件的高精度、大負(fù)荷壓縮試驗(yàn)。

 

電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)通常由主機(jī)、油源、測(cè)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)四大部分組成，適合大尺寸工件及結(jié)構(gòu)件的試驗(yàn)，試驗(yàn)空間調(diào)整范圍大，使用方便。試驗(yàn)過程中，計(jì)算機(jī)軟件發(fā)送指令給控制單元，再控制伺服閥，使油缸活塞推動(dòng)下壓板按選定的速度上升，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的加載。本文將從工作原理、系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域等方面，對(duì)電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

 

二、工作原理與閉環(huán)控制

 

電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行工作。用戶設(shè)定目標(biāo)值（如試驗(yàn)力、位移）后，控制器將設(shè)定值與壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋的實(shí)際值進(jìn)行比較，計(jì)算誤差信號(hào)。其液壓動(dòng)力系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、比例閥/伺服閥、油箱、油泵等組成，比例閥控制進(jìn)入油缸壓力油的流量，其驅(qū)動(dòng)由微電腦控制。

 

伺服控制系統(tǒng)將計(jì)算出的誤差信號(hào)經(jīng)PID（比例-積分-微分）算法處理后，轉(zhuǎn)化為控制指令驅(qū)動(dòng)伺服閥調(diào)整液壓油流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸活塞運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而完成壓力的動(dòng)態(tài)平衡與復(fù)雜加載路徑（如等速率加荷、保壓、循環(huán)加載）。試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的力、位移等參數(shù)由高精度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)，信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后反饋給微電腦（控制器），構(gòu)成完整的閉環(huán)控制回路。

 

該技術(shù)路線的主要優(yōu)勢(shì)在于輸出力值大（單機(jī)可達(dá)6000kN甚至更高）、加載平穩(wěn)、保壓精度高且可持續(xù)長時(shí)間加載。負(fù)荷傳感器通常安裝在油缸上方下壓板下面，能直接測(cè)量試驗(yàn)力值且無外加負(fù)載干擾，精度較高、性能穩(wěn)定。相比電子伺服驅(qū)動(dòng)，電液伺服能提供更高的功率密度，適合大噸位靜態(tài)壓縮和低頻動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)。

 

三、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與空間調(diào)節(jié)

 

電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了大型試件測(cè)試的實(shí)際需求。主機(jī)通常采用四立柱或雙絲杠框架式結(jié)構(gòu)，油缸可設(shè)計(jì)為上置式或下置式。

 

以YAW-2000D型微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)為例，該設(shè)備為雙絲杠框架結(jié)構(gòu)，移動(dòng)式橫梁、油缸下置式主機(jī)。移動(dòng)式橫梁可在一定范圍內(nèi)任意調(diào)整試驗(yàn)空間，橫梁通過安裝在其上的絲母與絲杠連接，絲杠下端通過卡環(huán)、螺母與底座牢固連接。安裝在橫梁上的電機(jī)通過鏈輪鏈條帶動(dòng)絲母旋轉(zhuǎn)，使橫梁上下移動(dòng)。上壓盤通過螺釘連接在橫梁上；壓塊將油缸固定在底座中央，活塞與工作臺(tái)通過螺釘連接在一起，下壓盤、球面座通過定位銷固定在工作臺(tái)上。當(dāng)控制油液進(jìn)入油缸后，推動(dòng)活塞連同固定工作臺(tái)及下壓盤上升，使試驗(yàn)力逐漸作用在試樣上。

 

試驗(yàn)空間可調(diào)是電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)的重要特點(diǎn)。采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)橫梁自走式設(shè)計(jì)，可方便地調(diào)整壓縮空間以適應(yīng)不同高度的試件。例如YAW-2000D型的壓縮空間可達(dá)500mm，壓盤尺寸為250×250mm，能夠容納較大尺寸的混凝土試件和金屬構(gòu)件。YAS系列四柱式電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)的下壓板還制成了小車式結(jié)構(gòu)，可沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步方便大型試件的裝卸。

 

四、軟件系統(tǒng)與控制模式

 

電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)的軟件系統(tǒng)提供豐富的試驗(yàn)曲線顯示功能，如試驗(yàn)力-位移曲線、試驗(yàn)力-時(shí)間曲線、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、位移-時(shí)間曲線。軟件提供開環(huán)控制、速度閉環(huán)控制、單步閉環(huán)控制和編程閉環(huán)控制四種控制模式。靈活的試驗(yàn)過程“編程”功能可根據(jù)需要完成任意復(fù)雜、任意控制模式的試驗(yàn)過程編輯，試驗(yàn)程控方案可存儲(chǔ)、導(dǎo)入、再編輯。

 

軟件系統(tǒng)支持按照GB、ISO、ASTM、DIN、JIS等國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。尤其適合于需要長時(shí)間連續(xù)工作的試驗(yàn)場(chǎng)所，可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間保持載荷、保載精度高，可設(shè)定復(fù)雜的壓縮試驗(yàn)，可配置相應(yīng)夾具滿足其他標(biāo)準(zhǔn)的抗壓試驗(yàn)要求。試驗(yàn)結(jié)束后可根據(jù)試驗(yàn)要求繪制各種曲線并自動(dòng)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是交通、建材、冶金、航空、航天、大專院校、科研單位的重要試驗(yàn)設(shè)備。

 

五、技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域

 

電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)的力值覆蓋范圍較廣，從2000kN到12000kN不等，部分型號(hào)還可定制更高規(guī)格。以YAW-2000D為例，最大試驗(yàn)力為2000kN，試驗(yàn)力測(cè)量范圍為最大試驗(yàn)力的2%至100%，試驗(yàn)力示值相對(duì)誤差不超過±1%。活塞行程為200mm，活塞空載最大移動(dòng)速度為35mm/min。

 

電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)適用于多種材料的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，主要包括：混凝土試件及混凝土結(jié)構(gòu)件、水泥膠砂試塊和建筑用磚等各種建筑材料的抗壓性能測(cè)試；各類建筑用磚、混凝土構(gòu)件及金屬構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度測(cè)試；各類金屬材料的抗壓強(qiáng)度測(cè)試以及金屬結(jié)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。同時(shí)，在大型工程構(gòu)件、橋梁支座、巖石試樣、路面材料的力學(xué)性能研究中也發(fā)揮著重要作用。

 

六、選型與維護(hù)建議

 

選擇電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求確定最大試驗(yàn)力規(guī)格。試件的強(qiáng)度等級(jí)和尺寸越大，所需噸位越高。常規(guī)混凝土試件（150mm立方體，C30至C50級(jí)）選用2000kN即可滿足要求；高強(qiáng)混凝土或大型結(jié)構(gòu)件需考慮3000kN及以上規(guī)格。試驗(yàn)空間尺寸應(yīng)確保試件能夠方便地放入并可調(diào)節(jié)。防爆等級(jí)方面，如用于潛在易燃易爆環(huán)境，應(yīng)選擇具有適當(dāng)防爆等級(jí)的產(chǎn)品。

 

日常維護(hù)應(yīng)注意定期檢查液壓油位，防止油泵吸空；定期更換液壓油和濾芯，確保系統(tǒng)清潔無污染；定期對(duì)力傳感器和位移傳感器進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)；檢查油路是否滲漏，特別是高壓管路接口和密封件。此外，控制器和計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)及時(shí)更新以保持與最新標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。