电液伺服式z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪的制作方法
【专利摘要】电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，由Z轴主机、具有四柱卧式水平加载框架的X轴主机、双泵伺服油源、所述Z轴主机与X轴主机的两套充液油源、所述Z轴主机与X轴主机的两套徐变系统、全数字测控器、手控盒、计算机等几部分所构成，其特征在于，所述的Z轴主机，采用电液伺服系统构成。本实用新型的响应性能较机电式高许多，做单轴压缩变形试验时，由于其能实现负荷、变形控制，并且平滑切换，所以试验的状态控制方式更加灵活，测量的数据更加稳定。徐变时间无限长、功率消耗极小，节省能源。
【专利说明】电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测试仪器，具体涉及一种电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪(简称双轴徐变仪)。
【背景技术】
[0002]混凝土单轴徐变试验研究的历史相对长远，已有定型试验机生产，并做了大量的试验研究工作。现代预应力混凝土箱梁桥采用高强度混凝土建造，由于单轴徐变试验多数采用弹簧式徐变仪，因此试验设备的加荷能力偏小。
[0003]混凝土双轴徐变仪是一台由计算机控制的机电一体化的大型试验仪器。主要用于测定混凝土或岩石试样在双向(竖向和横向)应力的长时间负载作用下的徐变力学性能，同时双轴徐变仪还能进行混凝土或岩石试样的单轴压缩变形试验，测定其抗压强度和弹性模量。
[0004]现有技术中的双轴徐变仪一般试验力较小，试样尺寸也小，一般为50mmX 50mmX 50mm (IOOmmX IOOmmX 100mm)。试样尺寸小与工程中真实的应力状态相似性误差较大，受动力兀件的约束，其加荷方式多为机电式。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的上述不足，本实用新型的目的是提供一种新结构的电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，本实用新型的双轴徐变仪的试验力可达到IOOOkN,试样尺寸为 200mmX 200mmX 200mm、150mmX 150mmX 300mm，因此，其状态更能接近工程实际，相似性误差较小，对工程中的应力状态和科研分析，具有极大的意义。
[0006]完成上述发明任务的方案是:一种电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，由Z轴主机、X轴主机(具有四柱卧式水平加载框架)、双泵伺服油源、所述Z轴主机与X轴主机的充液油源(两套)、所述Z轴主机与X轴主机的徐变系统(两套)、全数字测控器(安装在仪表柜内)、手控盒、计算机等几部分所构成，其特征在于，所述的Z轴主机，采用电液伺服系统构成。
[0007]本实用新型Z轴向加荷方式为电液伺服系统，因此其响应性能较机电式高许多，做单轴压缩变形试验时，由于其能实现力控制、变形控制，并且能平滑切换控制方式。所以试验的状态和取得的数据更加接近工程实际。
[0008]本实用新型有以下优化方案:
[0009]1、所述的徐变系统应用补偿保载方式；
[0010]2、由交流伺服电机控制加压油枪的活塞移动完成徐变保载伺服控制，使徐变时间无限长、功率消耗极小，节省能源。
[0011]3、所述的X轴四柱卧式水平加载框架采用直线轴承作为浮动支承，摩擦力极小，因此能自适应水平加载变形产生的偏移，使垂直向对试样加载的几何中心保持不变。
[0012]4、所述的Z轴主机为四柱式电液伺服主机，由单丝杠调节压缩空间。[0013]更具体和更详细地说，本实用新型的结构特点及工作原理如下。
[0014]主机:
[0015]Z轴主机型式为四柱式预应力锁紧、单丝杠调节压缩空间型。活塞式工作油缸置于下部机座中央。活塞杆端装有导向机构和位移传感器，用于活塞杆的直线运动和Z轴位移检测，杆端面安放下压板。机座四角用光杠与横梁联接，形成承载框架，横梁中央安装单丝杠螺母传动机构并设有导向防转装置，应用链传动，由减速机组的正反转动完成上、下移动功能，达到调节空间和施加初始载荷的目的(小于10kN)。负荷式测力传感器上端与丝杠联接，下端与球面调心式上压板联接，确保试样端面均匀受力，使试验数据可靠。机座油缸两侧设置轨道，供水平向加载框架使用。
[0016]水平加载框架:
[0017]X轴水平加载仍为四柱式预应力锁紧框架，采用交流伺服电机作为动力元件，经减速机、同步带传动，驱动精密滚珠丝杠副的螺母旋转，使滚珠丝杠在导向装置的约束下做直线移动，完成徐变加载、保载伺服控制，水平加载系统布置在一侧端梁中央，另一侧端梁中央安装负荷式测力传感器，滚珠丝杠前端及传感器前端安装水平承载均力板，滚动减摩板(移动方向向上)装于承载均力板与试样压板中间。两侧结构基本相同，试样压板均为球面调心支承式(徐变试验时用)。水平框架下端安装滚动直线轴承，在支撑底板的光杠上移动，由于滚动摩擦力极小，因此，试样在水平力作用变形过程中，能自适应跟随试样形心，从而保证轴向中心线基本不变化。
[0018]手动阀组变换组合及功能:
[0019]手动阀组配流板和伺服阀配流板安装在主机机座上，试验控制方式是由手动阀组变换组合而实现的。
[0020]双泵伺服油源:
[0021]伺服油源为双泵系统，分别为两台Z轴活塞式伺服油缸服务，两系统原理相同，皆由进口网式滤油器、高压柱塞泵、单向阀、高压管路滤油器、溢流阀、压力表、空气冷却器所组成的恒压加载系统(预载荷前调位时此系统工作；进行单轴压缩试验时也由此系统工作)，两系统的溢流口集中一起，经空气冷却器返回油箱。测量两系统用的压力表安装在集油板上，系统工作压力由溢流阀调定。
[0022]充液油源:
[0023]此油源独立设置，采用钢板制成的油箱与双泵伺服油源的油箱相连通，配置低压泵，并设溢流阀调节充液压力，充液压力由压力表指示，泵输出油液经高压管路滤油器和单向阀到徐变系统。
[0024]徐变系统:
[0025]徐变系统是自成一体的独立的压力控制装置，其与伺服阀油路并联使用(由手动阀变换组和来实现Z轴伺服控制、徐变、手动卸荷的功能)。徐变系统采用交流伺服电机作为动力元件，经减速机、同步带传动，驱动精密滚珠丝杠旋转，使柱塞式加压油枪的活塞移动，完成徐变保载伺服控制，其功率损耗少，噪声低(工作方式为间歇式)。加压油枪通过胶管与充液油源和手动阀、单向阀、手动阀变换组与油缸加载大腔连通，实现充液、徐变加载、保载功能。徐变的卸载由手动阀完成。
[0026]电气控制箱:[0027]所有的电器控制系统(配电盘)都安装此箱中，电气控制箱面板布置各种功能按钮。
[0028]仪表柜:
[0029]仪表柜内放置四台全数字测控器。单台徐变仪应用两台全数字测控器，分别对Z轴向、X轴向进行全自动伺服、徐变控制。
[0030]计算机:
[0031]计算机系统通过串行口与全数字测控器通讯，工作时将全部操作纳入计算机控制，在中文WINDOWS界面上用虚拟键盘操作。
[0032]可根据对试验的不同要求，设置不同的试验方案、曲线类型、计算单位、计算精度，显示的信息，试验条件等均可以事先在试验方案中设置完成，用户只需选择不同的试验方案，即可得到需要的信息，简化操作。
[0033]试验数据实时采集、动态显示试验过程，绘制试验曲线、曲线连续光滑，精细适宜，坐标标记清楚。具有再分析功能，试验数据可以任意存取，重新计算，重现试验曲线。
[0034]可将试验的原始数据和试验结果，按试验报告格式打出报告(包括曲线)。也可将其输出到excel中，打印报表。
[0035]预留试验室间微机联网功能，可通过联机查看或打印试验阶段性结果。
[0036]本实用新型的优点是:
[0037]现有技术的双轴徐变仪一般试验力较小，加荷方式多为机电式(受动力元件的约束)，试样尺寸也小，多为50mmX 50mmX 50mm(10OmmX 10OmmX 100mm),小试样与工程中真实的应力状态相似性误差较大。而本实用新型的双轴徐变仪的试验力较大，可达到lOOOkN，试样尺寸也达到200mmX 200mmX 200mm、150mmX 150mmX 300mm。因此，其状态更能接近工程实际，相似性误差较小，对工程中的应力状态和科研分析，具有极大的意义。
[0038]本实用新型Z轴向加荷方式为电液伺服系统，因此其响应性能较机电式高许多，做单轴压缩变形试验时，由于其能实现负荷、变形控制，并且平滑切换，所以试验的状态控制方式更加灵活，测量的数据更加稳定。
[0039]优化方案的水平加载框架采用直线轴承作为浮动支承，摩擦力极小，因此能自适应水平加载变形产生的偏移，使垂直向对试样加载的几何中心保持不变，
[0040]徐变系统应用间歇保载方式，交流伺服电机控制加压油枪式并设充液系统，徐变时间无限长、功率消耗极小，节省能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1-1、图1-2为本实用新型整机布置图；
[0042]图2为液压原理图；图中，单向阀①，液位液温计②，直动式溢流阀③，防震压力表④，吸油过滤器⑤，高压柱塞泵⑥，单向阀⑦，压力管路过滤器⑧，电液伺服阀⑨，电磁球阀⑩，高压球阀?，单向阀?，溢流阀?，压力管路过滤器?，油泵?，进口网式过滤器?，双泵伺服油源I，手动阀组II，流变系统III，冲液油源IV。
【具体实施方式】
[0043]实施例1，电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，由Z轴主机(四柱式电液伺服主机，单丝杠调节压缩空间)、X轴主机(具有四柱卧式水平加载框架)、双泵伺服油源、所述Z轴主机与X轴主机的充液油源(两套)、所述Z轴主机与X轴主机的徐变系统(两套)、全数字测控器(安装在仪表柜内)、手控盒、计算机等几部分所构成，其特征在于，所述的Z轴主机，采用电液伺服系统构成。其中，徐变系统应用补偿保载方式；由交流伺服电机控制加压油枪的活塞移动完成徐变保载伺服控制，使徐变时间无限长、功率消耗极小，节省能源。X轴四柱卧式水平加载框架采用直线轴承作为浮动支承，摩擦力极小，因此能自适应水平加载变形产生的偏移，使垂直向对试样加载的几何中心保持不变。
[0044]使用与操作:
[0045]首先接通电源，根据试验类型，选择系统状态，并使整机处于上电状态，同时根据试样尺寸，选择相应的压板。
[0046]单轴压缩变形试验:
[0047]单轴压缩试验可以根据最大试验力及试样尺寸来选择加载方式，Z轴伺服阀系统，或X轴水平加载系统。一般最大试验力小于500kN,长度尺寸小于200mm的试样,可以用X轴水平加载系统，而最大试验力大于500kN小于IOOOkN的则必须用伺服阀系统。
[0048]选用X轴水平加载系统时，最好传感器端使用固定压板，试样置于固定压板中心位置。
[0049]选用Z轴伺服阀加载系统时，试样置于下压板中心位置。
[0050]双轴徐变试验:分别选用X轴和Z轴加载系统逐级加载，达到预设力值时，锁定荷载，做徐变测试。
【权利要求】
1.一种电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，由Z轴主机、具有四柱卧式水平加载框架的X轴主机、双泵伺服油源、所述Z轴主机与X轴主机的两套充液油源、所述Z轴主机与X轴主机的两套徐变系统、全数字测控器、手控盒、计算机几部分所构成，其中，所述Z轴主机型式为四柱式预应力锁紧、单丝杠调节压缩空间型；活塞式工作油缸置于下部机座中央；活塞杆端装有导向机构和位移传感器，用于活塞杆的直线运动和Z轴位移检测，杆端面安放下压板；机座四角用光杠与横梁联接，形成承载框架，横梁中央安装单丝杠螺母传动机构并设有导向防转装置，应用链传动，由减速机组的正反转动完成上、下移动功能，达到调节空间和施加初始载荷的目的；负荷式测力传感器上端与丝杠联接，下端与球面调心式上压板联接； 其中，X轴水平加载为四柱式预应力锁紧框架，采用交流伺服电机作为动力元件，经减速机、同步带传动，驱动精密滚珠丝杠副的螺母旋转；x轴水平加载布置在一侧端梁中央，另一侧端梁中央安装负荷式测力传感器，滚珠丝杠前端及传感器前端安装水平承载均力板，滚动减摩板装于承载均力板与试样压板中间；试样压板均为球面调心支承式；水平框架下端安装滚动直线轴承，在支撑底板的光杠上移动； 手动阀组配流板和伺服阀配流板安装在主机机座上，试验控制方式是由手动阀组变换组合而实现的；伺服油源为双泵系统，分别为两台Z轴活塞式伺服油缸服务，所述的双泵系统皆由进口网式滤油器、高压柱塞泵、单向阀、高压管路滤油器、溢流阀、压力表、空气冷却器所组成的恒压加载系统；两系统的溢流口集中一起，经空气冷却器返回油箱；测量两系统用的压力表安装在集油板上，系统工作压力由溢流阀调定；充液油源独立设置，采用钢板制成的油箱与双泵伺服油源的油箱相连通，配置低压泵，并设溢流阀调节充液压力，充液压力由压力表指示，泵输出油液经高压管路滤油器和单向阀到徐变系统；徐变系统是自成一体的独立的压力控制装置，其与伺服阀油路并联使用；徐变系统采用交流伺服电机作为动力元件，经减速机、同步带传动，驱动精密滚珠丝杠旋转，使柱塞式加压油枪的活塞移动，完成徐变保载伺服控制；加压油枪通过胶管与充液油源和手动阀、单向阀、手动阀变换组与油缸加载大腔连通，实现充液、徐变加载、保载功能；徐变的卸载由手动阀完成；单台徐变仪应用两台全数字测控器，分别对Z轴向、X轴向进行全自动伺服、徐变控制；计算机系统通过串行口与全数字测控器通讯，工作时将全部操作纳入计算机控制，在中文WINDOWS界面上用虚拟键盘操作；其特征在于，所述的Z轴主机，采用电液伺服系统构成。
2.根据权利要求1所述的电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，其特征在于，所述的徐变系统应用补偿保载方式。
3.根据权利要求1所述的电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，其特征在于，由交流伺服电机控制加压油枪的活塞移动完成徐变保载伺服控制。
4.根据权利要求1所述的电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，其特征在于，X轴四柱卧式水平加载框架采用直线轴承作为浮动支承。
5.根据权利要求1-4之一所述的电液伺服式Z轴主机的微机控制混凝土双轴徐变仪，其特征在于，所述的Z轴主机为四柱式电液伺服主机，由单丝杠调节压缩空间。
【文档编号】G01N3/10GK203414348SQ201320020248
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年1月15日 优先权日:2013年1月15日
【发明者】黄卫兰, 陈灿明, 于忠涛, 陈程, 李传殿, 王宏, 郑圣义 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院