數字閥在萬能材料試驗機的應用

新型試驗機采用數字電液伺服控制技術、全數字多通道閉環測控系統等，解決了諸多技術難題。

1．主機功能原理

試驗機采用液壓缸下置式結構，試驗空間電動調整，試樣裝夾采用對夾式液壓自動夾緊裝置，四立柱卡箍式結構調整主機高度及試驗空間，試臺下面安裝有高精度載荷傳感器和位移傳感器，載荷傳感器與活塞深置調心裝置相連接，下橫梁、絲杠與安裝有液壓缸的底座形成一個剛性體，實現試驗空間的調整。試驗機主機的上橫梁立柱、試臺、傳感器與調心裝置形成另一個剛性體。在試驗時，上、下鉗口夾持住試樣，上橫梁通過活塞向上運動，完成對試樣的加載。這時，采用變流量技術通過PID伺服控制技術，調節進入液壓缸內液壓油流量，控制活塞的移動速度。根據材料試驗要求，實現了載荷控制、變形控制、位移控制和三種控制方式之間的無沖擊轉換。

2．數字電液伺服控制技術的功能特性

系統應用最新研制的數字伺服閥和全數字多通道控制技術，實現材料試驗過程中的應力控制、應變控制、位移控制并實現三種控制形式的無沖擊轉換。

電液數字伺服控制系統由CTS-500全數字多通道閉環測控系統和數字伺服閥構成，與比例閥和伺服閥的電液控制系統相比具有以下優越性：

(1)數字伺服閥較傳統的比例閥或伺服閥精度更高。傳統的比例閥或伺服閥可以看成是單級控制，而數字閥分級控制卻是這種單級特性的多次重復，這使得對控制閥乃至系統性能產生不利影響的非線性指標，如滯環、飽和及分辨率等非線性因素被限制在很小的范圍內。比例閥（伺服閥）和數字閥（分級數8）的輸入一輸出特性對照如圖15所示。

(2)響應速度快（特別是零位附近），數字伺服閥選用小型步進電動機，其固有頻率在200～400Hz。

(3)數字伺服閥通過一套機械運動轉換機構驅動閥心動作，該機構同時起到力（力矩）放大作用，可對閥心產生較大的推動力（力矩），增加閥心動作的可靠性。以萬能試驗機10通徑的直動數字閥為例，折算的步進電動機對閥心的最大推力達1000N。

(4)在步進電動機的跟蹤控制過程中，控制器還對步進電動機施加“數字碎片信號”，該信號頻率可自動變化，從而更有效地消除閥心卡緊力并保證數字閥具有高分辨率。

(5)采用電液數字閥和直接數字控制技術，系統工作具有很高的可靠性和環境穩定性。

(6)系統采用載荷敏感技術，泵的出口壓力與載荷壓力差始終保持在1MPa左右，系統效率高，發熱量小，無需加任何冷卻器。

(7)系統工作可靠，抗污染能力強，無需專門過濾器，維護簡單。

(8)自帶安全閥，確保系統工作過程中不超載。

(9)整個系統測量和控制精度高。