*章 概述

一．液压试验机的发展趋势

 近年来随着科学技术特别是材料科学的发展，人们更加重视试验结果的标准化与一致性，对试验机的自动化程度也提出了新的标准。国家*也对各种材料的检测方法不断地进行修正，以适应化的检测标准。这就导致对电液伺服试验机的需求也呈上升趋势。从2000年开始电液伺服试验机的销售量逐年增长。另外，利用电液伺服技术开发的特殊设备也开始随着增多，国内外同行都看好了这个快速增长的市场。另外，国内的试验标准也逐渐的向欧美及标准靠拢。从 国内电液伺服试验机生产厂家的发展情况来看,近年来国内试验机行业的格局，无论是从产品结构还是生产厂家方面都发生了一些变化。过去的一些老的产品逐渐被新的产品替代。

从技术发展的趋势看 ，我国的电液伺服水平目前已经发展到一定水平，特别是在常规电液伺服标准材料试验机技术方面，我们有了一定的发展。但在电液伺服产品及应用技术方面，我们距离国外发达国家的技术水平还有着较大的差距。特别是在高智能化，机器人自动安装、处理试样的综合技术方面。电液伺服技术是集机械、液压和自动控制于一体的综合性技术，要发展的电液伺服技术必须要从机械、液 压、自动控制和计算机等各技术领域同步推进。

测量控制系统  随着数字控制理论的成熟以及高速DSP技术的发展。全数字化测控系统已经成为今后测量控制系统发展的方向。动态电液伺服全数字测量控制系统；它不仅要求硬件运算速度快、运算精度高，同时还要求在软件和数字控制理论方面要有新的突破。这样才能满足电液伺服控制系统响应快速、控制、稳定可靠的要求。 

随着科技的逐步发展，电液伺服试验机不再像以前那样价格昂贵，液压系统也由原来的多模块组合到集成单元演变，经济性也成为伺服试验机的发展趋势。

二．电液伺服试验机的分类

电液伺服试验机分为动态电液伺服和静态电液伺服试验机两 种，伺服阀更适合于动态试验机，而电液比例阀在静态试验机上有*的优越性。电液比例阀式试验机及老产品技术改造自开始生产至今，小至10kN大至15000kN微机控制电液伺服试验机压力试验机。电液比例阀控制技术是目前国内外控制技术*了试验机行业 空白，将电液比例阀成功运用于静态电液伺服试验机，打破伺服阀在静态试验机上的垄断局面，使其具有更高可靠性、稳定性及技术*性，为我国液压试验机发展 开辟更为广阔的前景。将该项技术成功应用于普通液压式试验机技术改造，使老产品更新换代成为可能，使之达到与新的电液伺服试验机具有相同的技术水平，使用更为方便可靠。 

第二章 液压试验机控制技术概论

一．当前国内外同类产品技术概况 

• 随着试验机技术的发展，国内外电液伺服液压试验机， 近年来发展了四种不同控制方式；一种是电液伺服阀控制，一种是采用具有速度控制器的压力阀控制，第三种是宽流量范围的比例阀控制，第四种是使用伺服油泵控制压力油流量。除了控制系统外，还采用 高精度力与位移测量系统及计算机采集处理等技术，在功能上达到甚至超过电子试验机，尤其在大负荷上液压试验机及各种压力试验机具有更大的优势。

• 日本岛津UEH型及美国STEX公司的HVL型液压试验机均采用电液伺服阀控制双向油缸；负荷、变形、位移控制由电液伺服闭环控制，同时具有电子测量和 计算机数据处理功能，电液伺服阀的优点是静动态性能良好，分辨率高、滞环小、线性度高、工作范围广更适合动态电液伺服试验机。其缺点是用于静态液压试 验机上未能发挥其特点，使其造价提高、抗污染能力变差、工作噪声较大，油温升高快，有些还需水冷却。

• 西德申克公司的UPM液压试验机，其控制原理是由速度控制器控制力矩电机而带动压力控制阀施加负荷，并具有速度电流反馈，是一种传统的控制方式。

• 在*先是济南试验机厂与其他厂家合作研究了500kN微机控制液压试验机与日本岛津产品相似，采用伺服阀控制，此外济南试验机厂已引进日本500kN的UDH型电液伺服阀式液压试验机，目前上述控制方式成为为国内的电液伺服试验机的主打产品。

二．控制阀技术的发展 

• “比例控制阀发展的初期阶段，仅仅是将比例电磁铁代替普通液压阀的开关型电磁铁或调节手柄，这种比例阀的结构原理和设计准则没有变化。这种比例阀工作频宽小，稳定滞环大，只能用于开环控制。七十年代中期至八十年代初，是比例阀发展的第二个阶段，比例阀开始采用各种内反馈原理，耐高压，比例电磁铁出口比例放大技术日趋成熟。阀工作频宽达到5～10Hz稳定滞环降低到3%左右，八十年代以后，比例阀技术发展进入第三阶段，比例阀原理进一步改善，采用了压力流量 位移反馈和动压反馈及电校正等手段，使阀稳定精度动态相应和稳定性都有进一步提高。除中位仍有部分死区外其控制性能与伺服阀更为接近。此外比例放大技术也相应迅速发展，不仅集成了各种反馈信号传感接受和处理功能，而且尺寸大为减小，可安装在阀体上使整个控制系统组成一体，使用更为方便，比例电磁铁驱动力的提高，也为阀的动态特性的改善提供了条件，将其应用于静态电液伺服试验机中，配合微机精密调速控制系统已*其使用要求。

• 至于比例阀可以分为多种，比例溢流阀，比例调速阀，比例流量阀等多种，如有兴趣可以单独探讨。

三．电液比例阀与伺服阀控制技术在静态试验机上应用比较 

• 电液比例阀：抗污染能力*，对液压油的过滤要求为20μm，可实现*运行。伺服阀：对液压油的过滤要求需达到3μm以内，抗污染能力极弱，尤其对静态液压式试验机间隙密封的柱塞油缸，更易引起油质污染，阻塞伺服阀。

• 控制方式：电液比例阀是纯数字电器伺服控制、电路简单，稳定性非常高。

• 控制方式：伺服阀多数采用模拟电器控制、电路复杂，稳定性较弱。 

   电器测量控制系统：目前已经没有大的差别。

   性能：电液比例阀反应速度较低，适合于静态液压试验机（频宽Hz/-3dB）30～80 

   性能：而伺服阀反应速度较高，频宽（Hz/-3dB）50～200，适合于动态试验机。 

第三章 液压油源控制技术及原理

一．压力随动系统

在介绍静态电液伺服试验机的液压原理之前，先来熟悉一下压力随动系统：

压力随动系统（自适应节能系统）

压力随动指的是油泵的压强永远比油缸处压力高1MPa（弹簧的推力作用）左右，根据油针的开口大小形成一个恒流量压力系统。

可以分析一下送油阀的压力分布状况：

设油泵来油腔的压强为P

  连接油缸的口处压强为P1

  弹簧力所产生的压强为P2

  弹簧所在的后腔的压强为P3

  送油针处由于小孔节流现象所产生的压强损失为△Pk

  反馈油针处的毛细节流现象所产生的压强损失为△Pz

那么：△Pk=P-P1

      P3=P-P2

同理：P3=P1-△Pz

  则：P-P2=P1-△Pz

      P-P1-P2=△Pz

      △Pk-P2=△Pz

      △Pk-△Pz=P2(常数)

还可以有另一种推导方法：（略去）

电液伺服试验机中电脑控制的伺服阀所要做的工作就是实时控制圆圈处流量的大小，用以达到系统压力的实现。

二、液压控制原理图

以下为典型的电液伺服机液压控制原理图，根据这些原理图还可以衍生出很多的控制方法以及产品，比如双向缸加载卧式拉力试验机，压力试验机，压剪试验机等，但是都是以压力随动系统为核心进行油路分配。

第四章、核心单元介绍

一、压力随动系统

压力随动系统是一台试验机的控制核心，它和控制软件，比例阀具有同等重要的地位。其关键要素在于以下几个方面：

1.压差阀芯阀套的灵敏性；

2.阻尼油针的压差形成及反馈油压快速性；

3.阀块的洁净程度。

我公司生产的压力随动系统是使用加工中心加工而成，阀芯阀套使用超精磨床磨制，zui后经人工对研成型。所有的零部件包括管接头均使用超声波清洗机清洗后在进行组合安装，保证了液压系统的洁净。除安装比例阀外，增加转接垫块可直接安装喷流挡板式伺服阀，并且每个系统在出厂前均经过加压控制。

其控制原理图有以下几种形式：

二、比例伺服阀

由于喷流挡板和射流管伺服阀对油液要求高，易出故障，所以现在的静态试验机基本采用比例伺服阀或者比例阀。目前，在试验机行业使用比较多的有以下几种产品：

MOOG公司的D633系列比例伺服阀

ATOS公司的比例伺服阀以及比例阀

北京华德生产的比例阀

浙大系研制的试验机比例阀

其中前三种阀的原理符号为

该系列比例阀为工业通用，由于阀的开口曲线不同，所使用的场合也不同，使用时应慎重选型，以免控制效果不理想。

浙大系研制的比例阀的原理符号为以下两种

这两种阀的前一种比较适合于试验机，具有进回程控制功能，而第二种只具备进程控制功能，对于采用程控编程控制的试验机则无能为力。一般只用于简单压力试验机以及控制不复杂的机。

我公司生产的比例阀兼具以上几种阀的特性，对于试验机控制比较熟悉的人都知道，只要试验机的油缸泄露不是很严重，大力值控制比较轻松，而小力值的控制一般比较困难。试验机比例阀在设计上客服了这一难题，其开口的设计针对试验机的控制特性进行优化，特别是对于试验机的小负荷控制具有极大的优势，有以下几种型号，具体见下表。根据压力随动系统不同的功能选择不同的比例伺服阀。

试验机阀控制曲线如下图：

单头和双头比例阀

三、油泵

对于试验机油泵，现在行业内通用的电液伺服试验机基本上采用NACHI公司的内啮合高压齿轮泵，这是一款性价比较高的产品。还有采用高压柱塞泵的厂家，对于噪音要求不高的用户可以采用此产品。其次近几年由于成本控制，有好多厂家使用外啮合齿轮泵，这种油泵外观漂亮，噪音小，但是不推荐使用。因为外啮合齿轮泵的结构所限制，21MPa以上压力不稳定，即使当时没有问题，这也要靠运气，寿命也短，特别是试验机使用频率较高的单位，两年之后就不一定达到试验机满负荷了。一般推荐前两种油泵使用。

第五章、总结

综合来说，一台试验机的性能好坏，取决于各部件的匹配性能，当然，哪怕其中一个不起眼的部件，也会影响整机性能。这里不仅是指液压系统，还包括控制软件和主机的结构。主机一般推荐刚度大，整机消除间隙的C型机为好。或者我公司生产的Y系列机主机，该主机既消除试验过程中的机械间隙，又比C型机的刚度大，是下一步试验机市场的强有力竞争机型。