ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА РАСТЯЖЕНИЯ С СЕРВОГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Предполагаемая полезная модель относится к области испытательной техники, более конкретно, к испытательным машинам с сервогидравлическим приводом для исследования прочностных свойств образцов материалов путем приложения к ним механических усилий (растягивающих статических нагрузок). Преимущественная область применения - механические испытания материалов на растяжение.
В испытательных машинах с сервогидравлическим следящим приводом для управления перемещением плунжера силового гидроцилиндра, создающего нагрузку на испытываемом образце, наиболее часто используется сервоклапан, представляющий собой электромеханический преобразователь типа «сопло-заслонка», управляемый задающим электрическим сигналом, и золотниковый блок (пара «золотник-втулка») /1, 2/. Основной характеристикой при выборе сервоклапана для конкретной по мощности испытательной машины (максимальному воспроизводимому машиной усилию) является номинальный расход рабочей жидкости (масла), который может обеспечить сервоклапан, т.к. скорость перемещения плунжера силового гидроцилиндра испытательной машины определяется расходом рабочей жидкости, поступающей в его рабочую полость.
В насосных установках, питающих рабочей жидкостью силовой гидроцилиндр испытательной машины, используются насосы с нерегулируемой производительностью, в связи с чем расход рабочей жидкости через сервоклапан будет нестабильным при изменении перепада давления на нем. Перепад давления на сервоклапане нормирован и должен составлять: у сервоклапанов типа «Moog» /1/ - 7 МПа, а у сервоклапанов типа УЭГ.С /2/ - 10 МПа.
Известны универсальные машины типа УРС /3/ с сервогидравличе-ским приводом, используемые для испытаний образцов материалов статическими растягивающими нагрузками, а также циклическими, нагрузками при испытаниях на растяжение-сжатие. В машинах типа УРС отсутствует устройство стабилизации перепада давления на сервоклапане, в связи с чем при испытаниях на растяжение скорость нагружения изменяется, например, при переходе из зоны упругости в зону текучести испытываемого образца. Нестабильность поддержания испытательной машиной скорости нагружения является существенным недостатком машин типа УРС, снижающим достоверность определения механических свойств испытываемого материала.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели являются испытательные машины МИР-К /4/, в которых для управления силовым гидроцилиндром используется сервоклапан типа «Moog». Постоянный перепад давления величиной 7 МПа на нем обеспечивается с помощью механического регулятора скорости /5/, охваченного гидравлической обратной связью. Регулятор скорости представляет собой клапан перепада давления золотникового типа, величину стабилизированного давления в котором определяет пружина сжатия, расположенная под торцем золотника. Для повышения чувствительности регулятора скорости его золотник приводится во вращение с помощью электродвигателя и зубчатой передачи. Изменение перепада давления на сервоклапане компенсируется подачей части рабочей жидкости с изменившимся давлением с выхода сервоклапана в область противодавления регулятора скорости.
Основным недостатком сервогидравлических испытательных машин с механическим регулятором скорости является низкая точность поддержания заданной скорости нагружения испытываемого образца из-за нестабильности перепада давления на сервоклапане, которая определяется его недостаточной чувствительностью, зависящей от массы золотника,
его трения во втулке, временной и температурной нестабильности пружины, изменения зазоров в паре «золотник-втулка» при изменении температуры рабочей жидкости в интервале температур +20...+60°С.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение точности поддержания заданной скорости нагружения испытываемого образца на испытательных машинах растяжения с сервогидравлическим приводом.
Указанная цель достигается за счет того, что в гидромагистраль высокого давления на входе сервоклапана и на его выходе включены электрические датчики давления, выходами подключенные ко входам вычитающего усилителя, своим выходом соединенного со входом обратной связи частотного регулятора, к задающему входу которого подключен задатчик перепада давления, а регулирующие выходы частотного регулятора соединены со статорными обмотками асинхронного двигателя, приводящего во вращение гидравлический насос, создающий в гидромагистрали высокое давление.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором представлена функциональная схема испытательной машины растяжения с сервогидравлическим приводом с устройством стабилизации перепада давления на сервоклапане.
Схема включает в себя гидравлический насос 1, сервоклапан 2, силовой гидроцилиндр 3, плунжер 4, образец 5, захваты 6, электрический датчик силы 7, датчик деформации 8, датчик перемещения 9, систему управления 10, датчики давления 11 и 12, вычитающий усилитель 13, частотный регулятор 14, задатчик перепада давления 15, двигатель 16.
Работа предлагаемой испытательной машины растяжения с сервогидравлическим приводом заключается в следующем.
Поток рабочей жидкости от гидравлического насоса 1 с нерегулируемой проивзодительностью насосной установки НУ через сервоклапан
2 поступает в рабочую полость силового гидроцилиндра 3, вследствие чего плунжер 4 силового гидроцилиндра 3 перемещается вниз и растягивает образец 5, закрепленный в захватах 6. Нагрузка, приложенная к образцу 5, измеряется электрическим датчиком силы 7, а деформация образца 5 и перемещение плунжера 4 силового гидроцилиндра 3 - электрическими датчиками деформации 8 и перемещения 9 соответственно. Система управления 10, включающая нормирующие усилители выходных сигналов датчиков силы 7, деформации 8 и перемещения 9, задатчик параметров нагружения и систему автоматического регулирования, формирует управляющий сигнал, который суммируется с усиленным и преобразованным сигналом одного из датчиков 7, 8 или 9, а разностным сигналом управляется сервоклапан 2. Для поддержания постоянного перепада давления на сервоклапане 2 на его входе и выходе включены электрические датчики давления 11 и 12 соответственно. Выходные сигналы датчиков давления 11 и 12 поступают на входы вычитающего усилителя 13, выходной сигнал которого, пропорциональный перепаду давления на сервоклапане 2, поступает на вход обратной связи частотного регулятора 14 /6/. На задающий вход частотного регулятора 14 подается сигнал с задатчика перепада давления 15. В соответствии с величиной сигнала рассогласования ПИД-регулятор, входящий в состав частотного регулятора 14, формирует для последнего сигнал задания частоты. Под воздействием этого сигнала частотный регулятор 14 изменяет частоту вращения двигателя 16 и стремится привести к нулю разницу между заданным задатчиком перепада давления 15 давлением и реальным значением перепада давления на сервоклапане 2, измеренного датчиками давления 11 и 12.
Предлагаемую полезную модель отличает высокая точность поддержания нормированного перепада давления на сервоклапане, обеспечиваемая системой автоматического регулирования, высокой чувствительностью и линейностью электрических датчиков давления, и, как
следствие, высокая точность поддержания заданной скорости нагружения испытываемого образца.
Использованные источники:
1. Ю.Е.Тябликов. Гидравлические испытательные машины. Изд. «Машиностроение», М., 1982. С.61-64.
2. Усилителя электрогидравлические типа УЭГ.С.Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3РО.250.042 ТО - 29 с.
3. Роженцев B.C., Сухоруков С.М., Прокопенко Ю.Д. Электрогидравлические машины типа УРС для испытаний на усталость // Приборы и системы управления. 1984. №2. С.21-22.
4. www.niktsim.ru. Машина испытательная МИР-К. Руководство по эксплуатации НбО.276.014 РЭ.
5. Машина для испытания на растяжение ИР 6065-500. Руководство по эксплуатации Х62.773.119 РЭ. С.14-18.
6. Бармин А., Тошлинский А. Преобразователи частоты фирмы Siemens // Современные технологии автоматизации. 2000. №4. С.6-19.