专利名称：变转速泵控液压伺服加载系统的万能材料试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变转速泵控液压伺服加载系统的万能材料试验机，属于材料力
学性能测试设备领域。
背景技术：
材料试验机，是一种适用于金属、非金属材料的拉伸、压縮、弯曲、剪切、疲 劳等力学性能测试和分析的设备。已有主流的液压万能材料试验机整体构架如图4所 示，其液压回路如图3所示，这种液压万能材料试验机采用独立泵站作为液压油源，通 常独立泵站的容积为lm3以上，这使系统的体积增大，并且系统的复杂程度提高、成本 加大，同时为了维持系统工作时所需的压力，泵站需不停的运转，会造成较大的能量浪 费；这种液压万能材料试验机采用电液比例阀作为控制机构，来控制进入液压油缸的油 液的流量和流向，由于电液比例阀对油液的污染特别敏感，油液污染颗粒度的增加容易 造成电液比例阀的卡滞现象，造成万能材料试验机的故障率高，并且电液比例阀仅能提 供油源压力三分之二的最大负载压力，造成严重的能量浪费。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的液压万能材料试验机采用电液比例阀作为控制 机构，由于电液比例阀对油液的污染敏感而产生的整机故障率高的问题，提供了一种变 转速泵控液压伺服加载系统的万能材料试验机。 本发明包括上横梁、下横梁、两根立柱、工作台、夹紧机构和引伸计，两根立 柱与上横梁和下横梁形成一个框架，它还包括两个液压油缸、闭式油罐、驱动器、电 机、双向定量泵、补油阀、双向锁阀、两个溢流阀、编码器、位移传感器、压力传感器 和控制计算机， 电机的动力输出轴与双向定量泵的动力输入轴连接，双向定量泵与两个液压油 缸之间通过两条油路形成闭式回路， 一条油路的一端同时连接两个液压油缸的上腔，另 一条油路的一端同时连接两个液压油缸的下腔，所述两条油路上设置双向锁阀，补油阀 通过补油阀的两个出油口连通于双向锁阀与双向定量泵之间的两条油路之间，补油阀的 进油口连通闭式油罐的进出油口；每个溢流阀通过溢流阀的进油口和出油口连通于双向 锁阀与两个液压油缸之间的两条油路之间，两个溢流阀的溢流方向相反；
每个液压油缸的活塞杆的一端穿过下横梁上的一个通孔连接工作台，夹紧机构 位于所述框架内与上横梁固定连接，夹紧机构上设置压力传感器，压力传感器的压力信 号输出端连接控制计算机的压力信号输入端；一个液压油缸的活塞杆的另一端与位移传 感器的位移信号输入端相连接，位移传感器的位移信号输出端连接控制计算机的位移信 号输入端，编码器的输入转轴与电机的动力输出轴相连，编码器的检测信号输出端连接 驱动器的反馈信号输入端；驱动器的控制信号输入端连接控制计算机的控制信号输出 端，驱动器的控制信号输出端连接电机的控制信号输入端，引伸计的形变信号输出端连
3接控制计算机的形变信号输入端。
本发明的优点是 本发明采用变转速泵控液压伺服加载系统作为控制机构，通过驱动器来控制电 机的转向和转速从而使双向定量泵顺时针或者逆时针变转速旋转，驱动液压油缸进行工 作，去除了对油液污染极其敏感的电液比例阀和容易发生故障的电磁换向阀，简化了液 压回路，减少了发生故障的几率，维护也极为方便；由于变转速泵控液压伺服加载系统 集成化程度高，系统所需油液与传统电液伺服材料试验机相比大大减少，省去了大容量 的油箱，减小了整个试验机的占地面积，并且降低了整个试验机系统的复杂程度，降低 了成本，极具环保价值；变转速泵控液压伺服加载系统效率高，能量的利用率高，因此 其运行成本较低，节能效果极佳；本发明的控制系统由于既有内环电机速度控制、又有 外环压力、位移、形变反馈控制，整机系统的加载精度达到了很高的水平。双向锁阀的 作用是使液压油缸停止工作时保持已有位置不变，两个溢流阀用于对整机系统的保护， 它能防止试件被拉断或者压折等情况发生时系统出现意外。
图1是本发明的整体结构示意图，图2是变转速泵控液压伺服加载系统的液压回 路原理图，图3是已有的液压万能材料试验机的液压回路原理图，图4是已有的液压万能 材料试验机的总体结构框图。
具体实施例方式
具体实施方式
一 下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括上横 梁l、下横梁2、两根立柱3、工作台4、夹紧机构5和引伸计18，两根立柱3与上横梁 l和下横梁2形成一个框架，框架由整机的机座及支架进行支撑，它还包括两个液压油缸 6、闭式油罐7、驱动器8、电机9、双向定量泵IO、补油阀ll、双向锁阀12、两个溢流 阀13、编码器14、位移传感器15、压力传感器16和控制计算机17，
电机9的动力输出轴与双向定量泵10的动力输入轴通过联轴节19连接，双向定 量泵10与两个液压油缸6之间通过两条油路形成闭式回路， 一条油路的一端同时连接两 个液压油缸6的上腔，另一条油路的一端同时连接两个液压油缸6的下腔，所述两条油路 上设置双向锁阀12，补油阀11通过补油阀11的两个出油口连通于双向锁阀12与双向定 量泵10之间的两条油路之间，补油阀11的进油口连通闭式油罐7的进出油口 ；每个溢流 阀13通过溢流阀13的进油口和出油口连通于双向锁阀12与两个液压油缸6之间的两条 油路之间，两个溢流阀13的溢流方向相反； 每个液压油缸6的活塞杆的一端穿过下横梁2上的一个通孔连接工作台4，夹紧 机构5位于所述框架内与上横梁1固定连接，夹紧机构5上设置压力传感器16，压力传 感器16位于上横梁1和夹紧机构5之间，压力传感器16的压力信号输出端连接控制计算 机17的压力信号输入端； 一个液压油缸6的活塞杆的另一端与位移传感器15的位移信号 输入端相连接，位移传感器15的位移信号输出端连接控制计算机17的位移信号输入端， 编码器14的码盘套在电机9的动力输出轴上，编码器14的输入转轴与电机9的动力输出 轴相连，编码器14的检测信号输出端连接驱动器8的反馈信号输入端；驱动器8的控制信号输入端连接控制计算机17的控制信号输出端，驱动器8的控制信号输出端连接电机 9的控制信号输入端，当夹紧机构5与工作台4之间装卡上待测试件，将引伸计18平行 装夹于试样的标距两端，引伸计18的形变信号输出端连接控制计算机17的形变信号输入
丄山顺。 本发明中两个液压油缸6、闭式油罐7、电机9、双向定量泵IO、补油阀ll、双 向锁阀12和两个溢流阀13组成变转速泵控液压伺服加载系统，将变转速泵控液压伺服加 载系统内置于工作台4的下方，驱动器8根据控制计算机17的控制信号驱动器8，驱动器 8驱动电机9进行变转速、变转向运动从而控制与电机9的输出轴相连的双向定量泵10出 口油液的压力和流向，推动两个液压油缸6带动工作台4进行拉、压、弯、扭、疲劳等材 料加载试验，编码器14则将电机9的转速反馈给驱动器8。整机系统具有结构简单合理、 测试精度高、可靠性好、操作简便、节能效果好、运行成本低、占地面积小的优点。
本发明的工作过程控制计算机17接收到外部输入控制信号以后，通过分析处 理，将控制信号传递给驱动器8，驱动器8根据控制信号驱动电机9进行变转速旋转，继 而拖动双向定量泵10产生一定流向、压力的液压油进入到液压油缸6的下腔或者上腔， 实现对两个液压油缸6的同步驱动，两个液压油缸6的活塞杆带动工作台4进行上或下加 载运动，实现对材料的各种试验。压力传感器16检测材料试验过程中的压力值，引伸 计18是测量待测试件在其他物体两点之间线变形的一种仪器，它检测材料试验过程中的 形变量，位移传感器15检测材料试验过程中试件的位移量，压力值、形变量、位移量经 由信号线传递给控制计算机17，与控制计算机17的外部输入控制信号一起经过一定的控 制算法后，其结果作为控制信号传递给驱动器8，实现整个过程的闭环控制，达到了高精 度的测试性能。编码器14将电机9的转速传递给驱动器8，形成系统的内环速度反馈控 制，使材料试验机的控制精度达到了更高的水平。
具体实施方式
二 本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述补油阀11由两 个液控单向阀组成，两个液控单向阀并联于两条油路之间，两个液控单向阀的进油口同 时连通闭式油罐7的进出油口。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
所述的每个液控单向阀的出油口分别与不同的油路连接，每个液控单向阀的控 制油口分别与另 一个液控单向阀的出油口所连接的油路相连通。 补油阀11并联在闭式回路上并与闭式油罐7连通，作用是当闭式回路中油液不 足时从闭式油罐7中向闭式回路中补充油液和将闭式回路中多余的油液排回闭式油罐7。
具体实施方式
三本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于所述双向锁阀 12由两个液控单向阀组成。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
本实施方式中所述的两个液控单向阀的出油口分别与液压油缸6的两个不同油 口相连通，两个液控单向阀的进油口分别与双向定量泵10的两个不同油口相连通，每个 液控单向阀的控制油口分别与另一个液控单向阀的进油口所连接的油路相连通。双向锁 阀12的作用是非工作状态时对液压油缸6进行保压，继而防止液压油缸6的活塞杆因为 重力作用而向下滑动。 本发明中驱动器8与电机9的组合可以为直流伺服放大驱动器与直流伺服电机、 交流伺服放大驱动器与交流伺服电机、变频驱动器与变频电机或变频控制器与普通交流 电机。
权利要求
一种变转速泵控液压伺服加载系统的万能材料试验机，它包括上横梁(1)、下横梁(2)、两根立柱(3)、工作台(4)、夹紧机构(5)和引伸计(18)，两根立柱(3)与上横梁(1)和下横梁(2)形成一个框架，其特征在于它还包括两个液压油缸(6)、闭式油罐(7)、驱动器(8)、电机(9)、双向定量泵(10)、补油阀(11)、双向锁阀(12)、两个溢流阀(13)、编码器(14)、位移传感器(15)、压力传感器(16)和控制计算机(17)，电机(9)的动力输出轴与双向定量泵(10)的动力输入轴连接，双向定量泵(10)与两个液压油缸(6)之间通过两条油路形成闭式回路，一条油路的一端同时连接两个液压油缸(6)的上腔，另一条油路的一端同时连接两个液压油缸(6)的下腔，所述两条油路上设置双向锁阀(12)，补油阀(11)通过补油阀(11)的两个出油口连通于双向锁阀(12)与双向定量泵(10)之间的两条油路之间，补油阀(11)的进油口连通闭式油罐(7)的进出油口；每个溢流阀(13)通过溢流阀(13)的进油口和出油口连通于双向锁阀(12)与两个液压油缸(6)之间的两条油路之间，两个溢流阀(13)的溢流方向相反；每个液压油缸(6)的活塞杆的一端穿过下横梁(2)上的一个通孔连接工作台(4)，夹紧机构(5)位于所述框架内与上横梁(1)固定连接，夹紧机构(5)上设置压力传感器(16)，压力传感器(16)的压力信号输出端连接控制计算机(17)的压力信号输入端；一个液压油缸(6)的活塞杆的另一端与位移传感器(15)的位移信号输入端相连接，位移传感器(15)的位移信号输出端连接控制计算机(17)的位移信号输入端，编码器(14)的输入转轴与电机(9)的动力输出轴相连，编码器(14)的检测信号输出端连接驱动器(8)的反馈信号输入端；驱动器(8)的控制信号输入端连接控制计算机(17)的控制信号输出端，驱动器(8)的控制信号输出端连接电机(9)的控制信号输入端，引伸计(18)的形变信号输出端连接控制计算机(17)的形变信号输入端。
2. 根据权利要求1所述的变转速泵控液压伺服加载系统的万能材料试验机，其特征在于所述补油阀(ll)由两个液控单向阀组成，两个液控单向阀并联于两条油路之间，两个液控单向阀的进油口同时连通闭式油罐(7)的进出油口。
3. 根据权利要求1或2所述的变转速泵控液压伺服加载系统的万能材料试验机，其特征在于所述双向锁阀(12)由两个液控单向阀组成。
全文摘要
变转速泵控液压伺服加载系统的万能材料试验机，属于材料力学性能测试设备领域。它是为了解决现有的液压万能材料试验机采用电液比例阀作为控制机构，由于电液比例阀对油液的污染敏感而产生的整机故障率高的问题。它的变转速泵控液压伺服加载系统内置于工作台下方，由驱动器驱动电机进行变转速、转向运动从而控制与电机输出轴相连的双向定量泵出口油液的压力和流向，推动液压油缸进行上或下加载运动，同时由压力传感器、位移传感器、引伸计将压力值、位移量、形变量传递给控制计算机，控制计算机将控制信号传递给驱动器实现闭环控制，编码器将电机的转速传递给驱动器形成内环速度反馈控制。本发明作为金属、非金属材料的力学性能测试设备。
文档编号F15B11/16GK101692027SQ20091007274
公开日2010年4月7日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者姜继海, 秦二卫 申请人:哈尔滨工业大学