电液伺服压剪试验机的技术优势分析与选型指南微机控制电液伺服压剪试验机YJW-20000X(油缸下置式)

本方案以如下标准为依据进行企划：

1.制造标准

n GB/T16826-2008《电液伺服万能试验机》

n GB/T2611—2007《试验机通用技术要求》

n JJG139—1999 《拉力、压力和万能试验机》

n GB/T3722-92 《液压式压力试验机》

n JJG157-2008 《拉力、压力和万能材料试验机检定要求》

2.试验标准

n JT/T4—2004《公路桥梁板式橡胶支座》

n JT391-2009 《公路桥梁盆式支座》

n GB/T17955-2009《桥梁球型支座》

n TB/T1893-2006 《铁路桥梁板式橡胶支座》

n TB/T 2331-2013 《铁路桥梁盆式支座》

n TB/T 3320-2013 《铁路桥梁球型支座》

n GB 20688.1-2007 《橡胶支座第1部分：隔震支座试验方法》

n JT/T822-2011《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》

n JT/T842-2012 《公路桥梁高阻尼隔震橡胶支座》

一、产品使用范围

1.本机用于检测公路桥梁橡胶支座的成品力学性能试验。可分别进行：

u 板式支座

n 抗压弹性模量试验

n 极限抗压强度试验

n 抗剪弹性模量试验

n 抗剪粘接性能试验

n 抗剪老化试验

n 摩擦系数试验

n 容许转角试验

u 盆式支座

n 成品支座竖向承载力试验

n 成品支座摩擦系数试验

n 成品支座转动试验

u 球型钢支座

n 竖向承载力试验

n 支座摩擦因数试验

n 支座转动力矩的测定

n 水平承载力试验

2.本产品还能进行铁路桥梁板式、盆式和球型支座国家标准所规定的所有试验；

3．本产品还能进行铅芯、高阻尼、建筑支座的隔震竖向刚度试验。

二、产品简介

YJW-20000X微机控制电液伺服压剪试验机采用油缸下置式、四立柱结构，机架刚度强度高，变形小，满足公路、铁路桥梁板式、盆式、球型支座的检测要求，试验空间无级可调，方便不同高度的试验需求。采用三越自主研发并专有多通道闭环协调加载电液伺服控制系统，微机控制协调多级液压加载、连续加荷平稳、多级试验力保持、能自动连续平稳加载、自动保载、自动采集并储存数据、储存、绘制曲线，自动打印试验报告，计算机适时控制试验进程、显示试验力及试验曲线、操作简单可靠，便于操作。

整机外观图如下：

三、主要技术参数

1．垂向加载部分

u 最大试验力：20000kN；

u 试验力测量范围：2%-100%F.S（400~20000kN）；

u 试验力分辨率:0.1kN

u 试验力测量精度：试验力示值的±1%；

u 油缸空载最大位移速度：0-40mm/min；

u 油缸最大行程：300mm；

u 位移测量精度：±1.0%Fs；

u 变形测量分度值（mm）：0.001(垂向变形)， 0.001(径向变形)；

u 变形测量：四只光栅式数字位移传感器测量试样垂向变形；

四只光栅式数字位移传感器测量试样径向变形；

变形测量范围：0～50mm（垂向变形）、

0～20mm（径向变形）；

u 试验调整空间：0～1500mm；

u 试验最大空间：1500mm；

u 上压板尺寸：1500mm×1500×200mm；

u 小车压板尺寸：1500mm×1500×200mm；

u 横梁升降速度：200mm/min；

u 等速试验力控制范围：0.5kN/s～25kN/s（控制精度1%）；

u 等速位移控制范围：0.5 mm /min～40 mm /min；

u 控制方式和数据处理：计算机伺服控制系统及数据（试验力、位移）图形采集处理等；

u 测力方式：采用高精度离子束溅射薄膜压力传感器测力；

u 采用低阻尼组合式密封元件，试验力保持稳定可靠；

u 控制方式：液压加载，电液伺服闭环控制，高精度油压传感器测量，屏幕显示。

2.横向剪切部分

u 最大试验力：4000kN；

u 试验力测量范围：2%-100%F.S.（80 kN～4000 kN）；

u 试验力准确度：≤±1%；

u 采用单出杆双作用活塞缸，活塞行程300mm；

u 工作活塞推进速度：0～60mm/min；

u 变形测量范围：0～200mm；

u 位移测量范围：0～300mm；

u 变形测量精度：±0.5%FS；

u 位移测量精度：±1.0%Fs；

u 变形测量分度值：0.001mm；

u 位移及变形测量：两只光栅式数字位移传感器测量试样的剪切变形；

u 测力方式：高精度负荷传感器测力；

u 水平剪切装置进退：电机驱动；

u 水平剪切装置升降：浮动液压缸调整；

u 液压加载，微机伺服自动控制，高精度负荷传感器测量，屏幕显示；

u 负荷保持功能：高精度进口伺服阀负荷保持，进行横向剪切力的多级控制；

u 采用进口的组合式密封元件，试验力保持稳定可靠。

u 控制方式：液压加载，电液伺服闭环控制，高精度负荷传感器测量，屏幕显示。

3.转角部分

u 最大转角顶出力：1500kN；

u 试验力测量范围：2%～100%F.S （30kN～1500kN）；

u 试验力准确度：≤±1%；

u 测力方式：高精度负荷传感器测力；

u 变形测量：四只光栅式数字位移传感器测量试样的翻转变形；

u 变形测量范围：0～50mm；

u 变形测量分度值：0.001mm；、

u 变形测量精度：±0.5%FS；

u 工作活塞最大行程：300mm；

u 工作活塞移动速度：0～60mm；

u 位移测量范围：0～300mm；

u 位移测量精度：优于±1.0%Fs；

u 液压加载，微机伺服自动控制，高精度负荷传感器测量，屏幕显示；

u 负荷保持功能：高精度进口伺服阀负荷保持，进行转角力的多级控制；

u 采用进口的组合式密封元件，试验力保持稳定可靠。

u 控制方式：液压加载，电液伺服闭环控制，高精度负荷传感器测量，屏幕显示。

四、整机关键技术及优势

u 底座、横梁采用整体铸造结构。我公司具有大型铸造车间，从木型、铸造到时效处理及后期的机加工，再对铸件的探伤，都有专人跟踪检查，严格保证铸件的材料性能，确保选材不留隐患；

u 2000吨主油缸为柱塞缸，采用35#锻件，整体性能稳定，并且由我公司自主加工，经过严格的探伤检查，排除隐患；

u 四根丝杠经过调质、定型等热处理，在高精密长轴机床上加工完成，确保丝杠整长度上的跳动及直线度；

u 上、下压板均附有高硬度衬板，以免在压小面积大负荷试样时对压板压出痕迹；

u 横梁升降采用摆线针轮减速机带动链轮、链条、丝母的方式传动，丝杠固定不动，丝母转动并带动横梁做直线移动。这种传动方式效率高（远高于蜗轮蜗杆传动方式，我公司早期产品使用蜗轮蜗杆方式，现已淘汰），并且大大减少了横梁出现卡滞现象的几率；

u 送料小车（即下压板）采用电动方式，电动驶入工作空间，大大减小了装试样时的人力劳动；

u 导轨选用扁钢材料，并且与车轮的接触面经机床加工，确保导轨面的平整性；

u 剪切机构带有闭环随动系统，增加剪切试验的准确性；

u 剪切机构垂直移动采用浮动油缸调整，并通过伺服阀控制；

u 剪切油缸与浮动托板之间装有四根导向杆，使剪切油缸升起来后不发生倾斜，并且从使用情况看效果不错。有的厂家可能采用两个油缸支撑剪切油缸，但由于两油缸的不同步致使其仍会处于倾斜状态，影响试验结果的准确性；

u 剪切机构水平移动采用减速机带链轮、链条、电磁离合器等的方式，传动平稳。剪切机构移动时，电磁离合器得电吸合，当移动到需要的位置（一般是指剪切顶块与垂向顶块还有几毫米的距离）时，电磁离合器失电松开，减速机输出轴与剪切车轮传动轴脱离，即剪切机构此时处于自由空挡状态，这样在剪切试验消除几个毫米的距离时，减速机不至于产生阻碍，也保护了减速机；

u 液压系统选用负载适应型压力跟随系统，降低了功率浪费及发热量；

u 油泵选用日本NACHI不二越低噪音内啮合齿轮泵，脉动小，性能稳定；

u 伺服阀选用美国MOOG品牌，频响高，其性能和价格远远高于ATOS；

u 冷却方式采用风冷和水冷并用模式；

u 控制系统性能稳定，采用频率高，能达到100Hz；

u 软件成套性、实用性高，经过多年的不断优化改进，橡胶支座标准规定的试验均能全部程控完成，界面友好，操作简单，极易上手。

五、产品技术性能特点

1．垂向系统

n 采用下置式柱塞油缸、四丝杠框架式主机，试验空间无级可调，方便不同高度的试验需求。整机刚度高，变形量小，测量数据准确无误。

n 底座、横梁采用整体铸造结构，其结构布筋分布合理，工件刚度大，外型美观大方，保证整个零件安全可靠性；

n 横梁为可移动式，能实现试验空间的无级调整，调整空间为0～1500mm。除了满足橡胶支座的试验外，还能做一些较大试样的压缩试验，较之油缸上置式固定横梁的机型优势较大。

n 丝杠采用45#优质结构钢，丝母为高标号的球墨铸铁，既满足了强度又提高了丝杠丝母的使用可靠性，丝杠丝母均采用高精度机床加工，经过时效、调质、定形等热处理，确保工件的精度；

n 油缸为柱塞式结构，上升时用油压推动，下降靠自重落下，采用铸造，且铸后经过高温回火消除内应力处理，并由高精度机床加工确保精度，油缸内孔最终工序为珩磨机精密加工而成，从而降低了油缸活塞的摩擦，提高试验机测量精度及使用寿命；

n 油缸采用的复合密封技术，密封件选用德国油控集团进口，并有间隙油膜和斯特封两级密封，两级密封之后设置间隙回油接管，返回油箱。此种密封方式，保证了油缸密封的可靠性，提高了测力精度和稳定性，增加了油缸、活塞的使用寿命；另外柱塞式油缸，可以在不拆卸油缸的情况下更换密封件，方便以后的维修保养。

n 活塞直径960mm，由球铁材料铸造而成。活塞为整体实体，且直径大，保证了其高压杆稳定性和较好的刚度。

n 底座、横梁等关键件都经过有限元分析，分析结果如下：

n 横梁采用丝杠丝母组成螺旋副的方式升降。

n 横梁升降传动系统采用如下机构：摆线针轮减速机带动双轴输出正反向带动链轮、链条，链条带动丝杠副传动，实现试验空间的无级调整。四丝杠两根左旋，两根右旋，特点为消除横梁升降对丝杠起动扭矩的影响。

n 整机高度5500mm，底座油缸沉于基础坑内1500mm，地面以上只有4000mm，对实验室高度要求降低。送料小车及剪切装置小车共用一导轨，且与地面平齐，装卸试样方便快捷。

n 在送料下车（即下压板）与主油缸活塞之间装有200mm厚的工作台，增加了下压板的受力强度。在工作台上装有导向柱，避免活塞在试验过程中的转动，使试验力值更加准确。

n 垂向力值采用0.1级离子束溅射薄膜压力传感器进行测量。该传感器应用的离子束溅射和离子束刻蚀工艺，将应变电桥直接制作在金属溅压膜片上，显著改善了普通负荷传感器粘贴工艺带来的长期不稳定性和蠕变特性。被测介质的压力直接作用于传感器的金属膜片，使之产生与介质压力成正比的变形，应变电桥把这一变形量转换成对应于这一压力的电信号，从而测出力值大小。该传感器体积小、精度高，并能耐高温、高压，且具有很高的抗过载能力。

2．横向剪切系统

剪切系统由剪切油缸、前后横梁、两侧拉杠、剪切中间抽板、上下摩擦板、顶块、连接销、剪切小车等组成。采用双作用伺服缸施加试验力，由剪切小车支撑，浮动油缸调整横向剪切的水平位置，小车电动行走装置配带电磁离合器，调整剪切装置的前后位置。剪切小车升降调整加载装置水平位置，保证剪切力值的准确性，提高检测精度。

n 双作用伺服油缸、连接拉杠、摩擦板、剪切小车、浮动油缸和导轨等构成横向主系统；

n 剪切小车由滚轮、伺服浮动油缸、导向柱、行走电机及离合装置等组成；

n 剪切小车的前进、后退电动实现，不必手动推动，并配有电磁离合器。行走时离合器带电吸合，剪切试验开始后，离合器失电松开。试验时小车会跟随橡胶支座的剪切变形移动，此时需要把小车移动的阻力降到最低，即移动时不受行走电机的制约，使抗剪试验的结果更具准确性；

n 剪切加载装置的水平位置由剪切小车携带的伺服浮动油缸来调整，伺服浮动缸自动调节剪切油缸水平位置，保证负荷传感器的轴心和中间剪切抽板的对称轴线重合，确保试样水平轴向力的准确；

n 剪切油缸为单出杆双作用伺服油缸，使用进口格莱圈、斯特封和防尘圈等密封，密封性好，使用寿命长，安全系数高；

n 剪切力值采用高精度负荷传感器直接测力，精度0.3级，量程4000kN，能承受较大过载载荷，使用寿命较长；

n 负荷传感器与活塞杆之间链接，保证了横向剪切力的准确；

n 用两支光栅式位移传感器测量橡胶支座的剪切变形，传感器顶杆与中间抽板接触，分布于抽板两端，准确测量橡胶支座剪切变形；

n 配备两块不锈钢板，平面度和光洁度好，完全满足摩擦系数试验的要求。

3．转角系统

转角系统采用双作用伺服油缸施加力，并固定在垂向主机的底座上。

n 双作用伺服油缸、转角板、球面杆和支承座等构成转角主系统；

n 转角油缸为单出杆双作用伺服油缸，使用进口格莱圈、斯特封和防尘圈等密封，密封性好，使用寿命长，安全系数高；

n 转角力值采用高精度负荷传感器直接测力，精度0.3级，量程1500kN，能承受较大过载载荷，使用寿命较长；

n 采用四支光栅式位移传感器测量橡胶支座的转角变形；

n 负荷传感器与活塞杆之间通过球头球座组成球铰连接（球铰连接可自由对中，确保转角垂向力的准确性）；

n 根据不同大小的试样，可以更换球面杆的长短附具，以满足不同试件厚度的试验要求。

4．液压系统

此系统为负载适应型进油节流调速系统。

油箱内的液压油通过电机带动高压油泵进入油路，流经单向阀、高压滤油器、伺服阀，进入油缸。高精度压力、负荷传感器安装在油缸、活塞上，它将力信号转化成电信号传给计算机，计算机采集处理再转化为试验力值显示出来，同时计算机根据传感器的信号和控制程序的编制发出控制信号到伺服阀，控制伺服阀的开口大小和方向，从而控制进入油缸的流量，实现等速试验力（应力）、等速位移、试验力（应力）保持、位移保持等伺服控制。

负载适应型进油节流调速系统，根据试验力的大小，自动控制阀的开口，减少了发热及能量损失，降低了电机载荷功率。

为减少系统发热和节约能源，伺服油缸采用伺服阀和压差阀分别对流量、方向和试验力实施控制。进行试验时，电液伺服阀开口的大小直接控制活塞进出快慢，从而实现试验速度的快慢，压差阀的压力是跟随试验力的大小自动调节。试验结束后，压差阀形式上为溢流阀设定成一个较低压力，采用伺服阀控制及快速回油，靠活塞及工作台小车自重返回到试验开始时的位置。这种采用压差阀控制的方式被称为负载适应型控制，这种控制方式就是当液压系统的压力升高和降低时，压差阀的调定压力随之改变，与系统压力保持同步，这种控制方式不仅大大降低了能耗、减少了发热、减少了冷却系统的压力，而且提高了整个液压系统的安全性和可靠性。

冷却系统采用风冷和水冷并用模式。水冷冷却效果好，且属于静音冷却方式，安静无声，不对试验环境造成影响，保证试验结果的准确性，但需要增加冷却水箱；风冷冷却效果差，为轴流风扇式，噪音大，对周围试验环境带来影响，也对人身造成一定的伤害；如果实验室有条件配备冷却水箱（设备本身自带冷却器和冷却水泵），优先推荐使用水冷方式；反之，可以使用试验机液压站自带的冷却风扇进行冷却。

液压关键件采用情况如下：

u 液压泵：低噪音内啮合齿轮泵日本NACHI不二越

u 伺服阀：D634型直动式伺服阀 美国MOOG（其性能和价格远远超出意大利ATOS）

5．电气系统

采用一体化控制柜的电器系统，强电系统由低压启动柜与操作控制台两部分组成。低压部分配置于油源外侧，用于减少系统启动对电网电压的冲击；操作控制台采用台式结构，布置于试验操作区，内置远程低压启动控制装置，并专门设计的操作面板使各类试验操作一目了然。此控制柜集计算机、显示器、键盘、鼠标、打印机和强电控制操作系统与一体，简单明了、使用方便。控制柜外形图如下：

6．伺服控制系统

电液伺服控制技术基本原理：电液伺服控制系统具有出力（扭矩）大、响应快的优点，它既具有电气控制的灵活性、快速性和较高的控制精度，又有液压控制的大功率操作能力，还能和计算机联接以进行各种复杂的控制和数据处理；它既能进行动态的高周疲劳、程序控制疲劳和低周疲劳试验，也能进行静态的变形试验和常规的力学性能试验。近年来，采用电液伺服控制技术的试验设备已成为国际上试验设备的主要代表。

电液伺服控制系统由伺服控制器、电液伺服阀、伺服作动器及传感器组成，其原理图如下图所示：

伺服控制器的主要功能是对输入系统的电信号进行综合、比较、校正和放大；电液伺服阀将伺服控制器输入的电流信号转换为液压能，是电液伺服控制系统中的关键元件；伺服作动器接受电液伺服阀输出的压力油，使作动器按要求进行直线运动或扭转运动。

7．采集系统

垂向系统：

Ø 力值采集：高精度离子束溅射薄膜压力传感器测力；

Ø 油缸位移采集：拉线式光电编码器自动采集；

Ø 试样变形采集：板式抗压：四支光栅式位移传感器自动采集；

盆式承载力：八只光栅式位移传感器自动采集；

剪切系统：

Ø 力值采集：高精度负荷传感器测力；

Ø 油缸位移采集：拉线式光电编码器采集；

Ø 试样变形采集：两支光栅式位移传感器自动采集；

转角系统：

Ø 力值采集：高精度负荷传感器测力；

Ø 油缸位移采集：拉线式光电编码器自动采集；

Ø 试样变形采集：四支光栅式位移传感器自动采集；

电液伺服压剪试验机的技术优势分析与选型指南