電液伺服式z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀的制作方法
【專利摘要】電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，由Z軸主機、具有四柱臥式水平加載框架的X軸主機、雙泵伺服油源、所述Z軸主機與X軸主機的兩套充液油源、所述Z軸主機與X軸主機的兩套徐變系統(tǒng)、全數(shù)字測控器、手控盒、計算機等幾部分所構(gòu)成，其特征在于，所述的Z軸主機，采用電液伺服系統(tǒng)構(gòu)成。本實用新型的響應(yīng)性能較機電式高許多，做單軸壓縮變形試驗時，由于其能實現(xiàn)負荷、變形控制，并且平滑切換，所以試驗的狀態(tài)控制方式更加靈活，測量的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。徐變時間無限長、功率消耗極小，節(jié)省能源。
【專利說明】電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測試儀器，具體涉及一種電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀(簡稱雙軸徐變儀)。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土單軸徐變試驗研究的歷史相對長遠，已有定型試驗機生產(chǎn)，并做了大量的試驗研究工作?，F(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋采用高強度混凝土建造，由于單軸徐變試驗多數(shù)采用彈簧式徐變儀，因此試驗設(shè)備的加荷能力偏小。
[0003]混凝土雙軸徐變儀是一臺由計算機控制的機電一體化的大型試驗儀器。主要用于測定混凝土或巖石試樣在雙向(豎向和橫向)應(yīng)力的長時間負載作用下的徐變力學(xué)性能，同時雙軸徐變儀還能進行混凝土或巖石試樣的單軸壓縮變形試驗，測定其抗壓強度和彈性模量。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的雙軸徐變儀一般試驗力較小，試樣尺寸也小，一般為50mmX 50mmX 50mm (IOOmmX IOOmmX 100mm)。試樣尺寸小與工程中真實的應(yīng)力狀態(tài)相似性誤差較大，受動力兀件的約束，其加荷方式多為機電式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實用新型的目的是提供一種新結(jié)構(gòu)的電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，本實用新型的雙軸徐變儀的試驗力可達到IOOOkN,試樣尺寸為 200mmX 200mmX 200mm、150mmX 150mmX 300mm，因此，其狀態(tài)更能接近工程實際，相似性誤差較小，對工程中的應(yīng)力狀態(tài)和科研分析，具有極大的意義。
[0006]完成上述發(fā)明任務(wù)的方案是:一種電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，由Z軸主機、X軸主機(具有四柱臥式水平加載框架)、雙泵伺服油源、所述Z軸主機與X軸主機的充液油源(兩套)、所述Z軸主機與X軸主機的徐變系統(tǒng)(兩套)、全數(shù)字測控器(安裝在儀表柜內(nèi))、手控盒、計算機等幾部分所構(gòu)成，其特征在于，所述的Z軸主機，采用電液伺服系統(tǒng)構(gòu)成。
[0007]本實用新型Z軸向加荷方式為電液伺服系統(tǒng)，因此其響應(yīng)性能較機電式高許多，做單軸壓縮變形試驗時，由于其能實現(xiàn)力控制、變形控制，并且能平滑切換控制方式。所以試驗的狀態(tài)和取得的數(shù)據(jù)更加接近工程實際。
[0008]本實用新型有以下優(yōu)化方案:
[0009]1、所述的徐變系統(tǒng)應(yīng)用補償保載方式；
[0010]2、由交流伺服電機控制加壓油槍的活塞移動完成徐變保載伺服控制，使徐變時間無限長、功率消耗極小，節(jié)省能源。
[0011]3、所述的X軸四柱臥式水平加載框架采用直線軸承作為浮動支承，摩擦力極小，因此能自適應(yīng)水平加載變形產(chǎn)生的偏移，使垂直向?qū)υ嚇蛹虞d的幾何中心保持不變。
[0012]4、所述的Z軸主機為四柱式電液伺服主機，由單絲杠調(diào)節(jié)壓縮空間。[0013]更具體和更詳細地說，本實用新型的結(jié)構(gòu)特點及工作原理如下。
[0014]主機:
[0015]Z軸主機型式為四柱式預(yù)應(yīng)力鎖緊、單絲杠調(diào)節(jié)壓縮空間型。活塞式工作油缸置于下部機座中央?；钊麠U端裝有導(dǎo)向機構(gòu)和位移傳感器，用于活塞桿的直線運動和Z軸位移檢測，桿端面安放下壓板。機座四角用光杠與橫梁聯(lián)接，形成承載框架，橫梁中央安裝單絲杠螺母傳動機構(gòu)并設(shè)有導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置，應(yīng)用鏈傳動，由減速機組的正反轉(zhuǎn)動完成上、下移動功能，達到調(diào)節(jié)空間和施加初始載荷的目的(小于10kN)。負荷式測力傳感器上端與絲杠聯(lián)接，下端與球面調(diào)心式上壓板聯(lián)接，確保試樣端面均勻受力，使試驗數(shù)據(jù)可靠。機座油缸兩側(cè)設(shè)置軌道，供水平向加載框架使用。
[0016]水平加載框架:
[0017]X軸水平加載仍為四柱式預(yù)應(yīng)力鎖緊框架，采用交流伺服電機作為動力元件，經(jīng)減速機、同步帶傳動，驅(qū)動精密滾珠絲杠副的螺母旋轉(zhuǎn)，使?jié)L珠絲杠在導(dǎo)向裝置的約束下做直線移動，完成徐變加載、保載伺服控制，水平加載系統(tǒng)布置在一側(cè)端梁中央，另一側(cè)端梁中央安裝負荷式測力傳感器，滾珠絲杠前端及傳感器前端安裝水平承載均力板，滾動減摩板(移動方向向上)裝于承載均力板與試樣壓板中間。兩側(cè)結(jié)構(gòu)基本相同，試樣壓板均為球面調(diào)心支承式(徐變試驗時用)。水平框架下端安裝滾動直線軸承，在支撐底板的光杠上移動，由于滾動摩擦力極小，因此，試樣在水平力作用變形過程中，能自適應(yīng)跟隨試樣形心，從而保證軸向中心線基本不變化。
[0018]手動閥組變換組合及功能:
[0019]手動閥組配流板和伺服閥配流板安裝在主機機座上，試驗控制方式是由手動閥組變換組合而實現(xiàn)的。
[0020]雙泵伺服油源:
[0021]伺服油源為雙泵系統(tǒng)，分別為兩臺Z軸活塞式伺服油缸服務(wù)，兩系統(tǒng)原理相同，皆由進口網(wǎng)式濾油器、高壓柱塞泵、單向閥、高壓管路濾油器、溢流閥、壓力表、空氣冷卻器所組成的恒壓加載系統(tǒng)(預(yù)載荷前調(diào)位時此系統(tǒng)工作；進行單軸壓縮試驗時也由此系統(tǒng)工作)，兩系統(tǒng)的溢流口集中一起，經(jīng)空氣冷卻器返回油箱。測量兩系統(tǒng)用的壓力表安裝在集油板上，系統(tǒng)工作壓力由溢流閥調(diào)定。
[0022]充液油源:
[0023]此油源獨立設(shè)置，采用鋼板制成的油箱與雙泵伺服油源的油箱相連通，配置低壓泵，并設(shè)溢流閥調(diào)節(jié)充液壓力，充液壓力由壓力表指示，泵輸出油液經(jīng)高壓管路濾油器和單向閥到徐變系統(tǒng)。
[0024]徐變系統(tǒng):
[0025]徐變系統(tǒng)是自成一體的獨立的壓力控制裝置，其與伺服閥油路并聯(lián)使用(由手動閥變換組和來實現(xiàn)Z軸伺服控制、徐變、手動卸荷的功能)。徐變系統(tǒng)采用交流伺服電機作為動力元件，經(jīng)減速機、同步帶傳動，驅(qū)動精密滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，使柱塞式加壓油槍的活塞移動，完成徐變保載伺服控制，其功率損耗少，噪聲低(工作方式為間歇式)。加壓油槍通過膠管與充液油源和手動閥、單向閥、手動閥變換組與油缸加載大腔連通，實現(xiàn)充液、徐變加載、保載功能。徐變的卸載由手動閥完成。
[0026]電氣控制箱:[0027]所有的電器控制系統(tǒng)(配電盤)都安裝此箱中，電氣控制箱面板布置各種功能按鈕。
[0028]儀表柜:
[0029]儀表柜內(nèi)放置四臺全數(shù)字測控器。單臺徐變儀應(yīng)用兩臺全數(shù)字測控器，分別對Z軸向、X軸向進行全自動伺服、徐變控制。
[0030]計算機:
[0031]計算機系統(tǒng)通過串行口與全數(shù)字測控器通訊，工作時將全部操作納入計算機控制，在中文WINDOWS界面上用虛擬鍵盤操作。
[0032]可根據(jù)對試驗的不同要求，設(shè)置不同的試驗方案、曲線類型、計算單位、計算精度，顯示的信息，試驗條件等均可以事先在試驗方案中設(shè)置完成，用戶只需選擇不同的試驗方案，即可得到需要的信息，簡化操作。
[0033]試驗數(shù)據(jù)實時采集、動態(tài)顯示試驗過程，繪制試驗曲線、曲線連續(xù)光滑，精細適宜，坐標標記清楚。具有再分析功能，試驗數(shù)據(jù)可以任意存取，重新計算，重現(xiàn)試驗曲線。
[0034]可將試驗的原始數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果，按試驗報告格式打出報告(包括曲線)。也可將其輸出到excel中，打印報表。
[0035]預(yù)留試驗室間微機聯(lián)網(wǎng)功能，可通過聯(lián)機查看或打印試驗階段性結(jié)果。
[0036]本實用新型的優(yōu)點是:
[0037]現(xiàn)有技術(shù)的雙軸徐變儀一般試驗力較小，加荷方式多為機電式(受動力元件的約束)，試樣尺寸也小，多為50mmX 50mmX 50mm(10OmmX 10OmmX 100mm),小試樣與工程中真實的應(yīng)力狀態(tài)相似性誤差較大。而本實用新型的雙軸徐變儀的試驗力較大，可達到lOOOkN，試樣尺寸也達到200mmX 200mmX 200mm、150mmX 150mmX 300mm。因此，其狀態(tài)更能接近工程實際，相似性誤差較小，對工程中的應(yīng)力狀態(tài)和科研分析，具有極大的意義。
[0038]本實用新型Z軸向加荷方式為電液伺服系統(tǒng)，因此其響應(yīng)性能較機電式高許多，做單軸壓縮變形試驗時，由于其能實現(xiàn)負荷、變形控制，并且平滑切換，所以試驗的狀態(tài)控制方式更加靈活，測量的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。
[0039]優(yōu)化方案的水平加載框架采用直線軸承作為浮動支承，摩擦力極小，因此能自適應(yīng)水平加載變形產(chǎn)生的偏移，使垂直向?qū)υ嚇蛹虞d的幾何中心保持不變，
[0040]徐變系統(tǒng)應(yīng)用間歇保載方式，交流伺服電機控制加壓油槍式并設(shè)充液系統(tǒng)，徐變時間無限長、功率消耗極小，節(jié)省能源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1-1、圖1-2為本實用新型整機布置圖；
[0042]圖2為液壓原理圖；圖中，單向閥①，液位液溫計②，直動式溢流閥③，防震壓力表④，吸油過濾器⑤，高壓柱塞泵⑥，單向閥⑦，壓力管路過濾器⑧，電液伺服閥⑨，電磁球閥⑩，高壓球閥?，單向閥?，溢流閥?，壓力管路過濾器?，油泵?，進口網(wǎng)式過濾器?，雙泵伺服油源I，手動閥組II，流變系統(tǒng)III，沖液油源IV。
【具體實施方式】
[0043]實施例1，電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，由Z軸主機(四柱式電液伺服主機，單絲杠調(diào)節(jié)壓縮空間)、X軸主機(具有四柱臥式水平加載框架)、雙泵伺服油源、所述Z軸主機與X軸主機的充液油源(兩套)、所述Z軸主機與X軸主機的徐變系統(tǒng)(兩套)、全數(shù)字測控器(安裝在儀表柜內(nèi))、手控盒、計算機等幾部分所構(gòu)成，其特征在于，所述的Z軸主機，采用電液伺服系統(tǒng)構(gòu)成。其中，徐變系統(tǒng)應(yīng)用補償保載方式；由交流伺服電機控制加壓油槍的活塞移動完成徐變保載伺服控制，使徐變時間無限長、功率消耗極小，節(jié)省能源。X軸四柱臥式水平加載框架采用直線軸承作為浮動支承，摩擦力極小，因此能自適應(yīng)水平加載變形產(chǎn)生的偏移，使垂直向?qū)υ嚇蛹虞d的幾何中心保持不變。
[0044]使用與操作:
[0045]首先接通電源，根據(jù)試驗類型，選擇系統(tǒng)狀態(tài)，并使整機處于上電狀態(tài)，同時根據(jù)試樣尺寸，選擇相應(yīng)的壓板。
[0046]單軸壓縮變形試驗:
[0047]單軸壓縮試驗可以根據(jù)最大試驗力及試樣尺寸來選擇加載方式，Z軸伺服閥系統(tǒng)，或X軸水平加載系統(tǒng)。一般最大試驗力小于500kN,長度尺寸小于200mm的試樣,可以用X軸水平加載系統(tǒng)，而最大試驗力大于500kN小于IOOOkN的則必須用伺服閥系統(tǒng)。
[0048]選用X軸水平加載系統(tǒng)時，最好傳感器端使用固定壓板，試樣置于固定壓板中心位置。
[0049]選用Z軸伺服閥加載系統(tǒng)時，試樣置于下壓板中心位置。
[0050]雙軸徐變試驗:分別選用X軸和Z軸加載系統(tǒng)逐級加載，達到預(yù)設(shè)力值時，鎖定荷載，做徐變測試。
【權(quán)利要求】
1.一種電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，由Z軸主機、具有四柱臥式水平加載框架的X軸主機、雙泵伺服油源、所述Z軸主機與X軸主機的兩套充液油源、所述Z軸主機與X軸主機的兩套徐變系統(tǒng)、全數(shù)字測控器、手控盒、計算機幾部分所構(gòu)成，其中，所述Z軸主機型式為四柱式預(yù)應(yīng)力鎖緊、單絲杠調(diào)節(jié)壓縮空間型；活塞式工作油缸置于下部機座中央；活塞桿端裝有導(dǎo)向機構(gòu)和位移傳感器，用于活塞桿的直線運動和Z軸位移檢測，桿端面安放下壓板；機座四角用光杠與橫梁聯(lián)接，形成承載框架，橫梁中央安裝單絲杠螺母傳動機構(gòu)并設(shè)有導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置，應(yīng)用鏈傳動，由減速機組的正反轉(zhuǎn)動完成上、下移動功能，達到調(diào)節(jié)空間和施加初始載荷的目的；負荷式測力傳感器上端與絲杠聯(lián)接，下端與球面調(diào)心式上壓板聯(lián)接； 其中，X軸水平加載為四柱式預(yù)應(yīng)力鎖緊框架，采用交流伺服電機作為動力元件，經(jīng)減速機、同步帶傳動，驅(qū)動精密滾珠絲杠副的螺母旋轉(zhuǎn)；x軸水平加載布置在一側(cè)端梁中央，另一側(cè)端梁中央安裝負荷式測力傳感器，滾珠絲杠前端及傳感器前端安裝水平承載均力板，滾動減摩板裝于承載均力板與試樣壓板中間；試樣壓板均為球面調(diào)心支承式；水平框架下端安裝滾動直線軸承，在支撐底板的光杠上移動； 手動閥組配流板和伺服閥配流板安裝在主機機座上，試驗控制方式是由手動閥組變換組合而實現(xiàn)的；伺服油源為雙泵系統(tǒng)，分別為兩臺Z軸活塞式伺服油缸服務(wù)，所述的雙泵系統(tǒng)皆由進口網(wǎng)式濾油器、高壓柱塞泵、單向閥、高壓管路濾油器、溢流閥、壓力表、空氣冷卻器所組成的恒壓加載系統(tǒng)；兩系統(tǒng)的溢流口集中一起，經(jīng)空氣冷卻器返回油箱；測量兩系統(tǒng)用的壓力表安裝在集油板上，系統(tǒng)工作壓力由溢流閥調(diào)定；充液油源獨立設(shè)置，采用鋼板制成的油箱與雙泵伺服油源的油箱相連通，配置低壓泵，并設(shè)溢流閥調(diào)節(jié)充液壓力，充液壓力由壓力表指示，泵輸出油液經(jīng)高壓管路濾油器和單向閥到徐變系統(tǒng)；徐變系統(tǒng)是自成一體的獨立的壓力控制裝置，其與伺服閥油路并聯(lián)使用；徐變系統(tǒng)采用交流伺服電機作為動力元件，經(jīng)減速機、同步帶傳動，驅(qū)動精密滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，使柱塞式加壓油槍的活塞移動，完成徐變保載伺服控制；加壓油槍通過膠管與充液油源和手動閥、單向閥、手動閥變換組與油缸加載大腔連通，實現(xiàn)充液、徐變加載、保載功能；徐變的卸載由手動閥完成；單臺徐變儀應(yīng)用兩臺全數(shù)字測控器，分別對Z軸向、X軸向進行全自動伺服、徐變控制；計算機系統(tǒng)通過串行口與全數(shù)字測控器通訊，工作時將全部操作納入計算機控制，在中文WINDOWS界面上用虛擬鍵盤操作；其特征在于，所述的Z軸主機，采用電液伺服系統(tǒng)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，其特征在于，所述的徐變系統(tǒng)應(yīng)用補償保載方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，其特征在于，由交流伺服電機控制加壓油槍的活塞移動完成徐變保載伺服控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，其特征在于，X軸四柱臥式水平加載框架采用直線軸承作為浮動支承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的電液伺服式Z軸主機的微機控制混凝土雙軸徐變儀，其特征在于，所述的Z軸主機為四柱式電液伺服主機，由單絲杠調(diào)節(jié)壓縮空間。
【文檔編號】G01N3/10GK203414348SQ201320020248
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月15日
【發(fā)明者】黃衛(wèi)蘭, 陳燦明, 于忠濤, 陳程, 李傳殿, 王宏, 鄭圣義 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院