微机控制电液伺服车桥疲劳试验系统
微机控制电液伺服车桥疲劳试验系统
一、简 述
微机控制电液伺服车桥疲劳试验系统（以下简称本试验系统），适用于汽车前轴、驱动桥桥壳、车桥、车体、构件进行垂直弯曲刚度、静强度、疲劳寿命等试验。可完成：
垂直弯曲疲劳强度
刚度试验
静强度试验
主要依据标准：
QC/T 513—1999《汽车前轴台架疲劳寿命试验方法》
QC/T 533—1999 《汽车驱动桥 台架试验方法 》
本试验系统采用力创公司获得国家知识产权局保护的专利技术（专利号：0326278812）——以微机控制电液伺服疲劳试验控制技术为核心的电液伺服控制器（DSP Trier 6202），系统稳定、性能卓越，与世界同步，操作简单。
试验软件在WINDOWS XP中文环境下工作，强大的数据处理功能，试验条件和试验结果自动存盘，显示、打印符合相关国家标准的随机成组试验数据、试验曲线、试验报告，是广泛适用于科研院所、冶金建筑、国防人防、大专院校、机械制造、交通运输等行业理想的高性价比的试验系统。
正常工作环境条件
1、试验机使用环境应干净、防尘，符合计算机使用环境要求。
2、实验室应有50HZ的380V、220V两种交流电源，电压波动范围不超过额定电压的10%。
3、实验室应配备有稳压电源和不间断电源。
4、实验室设备安装地面应水平，而且应有能承受不低于试验系统重量三倍的承受能力。
5、环境温度应保证在0—30℃，环境相对湿度不超过85%。
6、实验室应无振动、无明显电磁干扰、无腐蚀性介质。
7、试验系统框架根据用户的现有工作场地与用户协商后安置固定，但除满足正常工作外，系统加载框架四周应留有2米左右的作业空间，试验系统框架的正面应更开阔一些。
8、本试验系统安装时根据用户实际情况，最好将液压源与主机、控制系统分开放置，减少环境污染，减少噪音和电网干扰。
9、用户自备原厂整桶封装的32号汽轮机液压油和无沉淀的循环冷却水源。
10、试验室应具备5000kg以上的行吊能力，并应配有地面叉车、手动起吊葫芦、通用扳手、紧固件工具等。
11、试验室应有独立、良好的符合弱电控制抗干扰要求的底线。
12、独立的试验测控工作站室内有铺设抗静电的地板、墙壁。
三、 汽车弯曲疲劳试验主要技术指标及参数
一、双向伺服作动器：
1、50kN电液伺服作动器 二套
1．1 行程±100mm
1．2 负荷测量精度：±0.5%
1．3 配置有无间隙铰接头和铰接底座
1．4 配置位移传感器
1．5 位移传感器测量精度：±0.5%
1．6 位移传感器行程：±100mm
二、油源：
2．1 130L/min(21MPa,过滤精度3μ；) 一套
2．2 油源启动有手动/遥控选择
2．3 超温自动停机
2．4 电控制的“高-低压”软启动
2．5 超压保护
三、控制系统：
3．1 控制系统通道：双通道
3．2 加载频率范围：1---20Hz（依系统幅频特性确定）
3．3 振幅范围：0-100mm
3．4 控制方式：载荷控制、位移控制
3．5 系统精度：≤±0.5%
3．6 试验类型：静力试验，疲劳试验，程序谱试验
3．7 反馈数据采集速度：≥10000次/秒
3．8 加载波形：正弦波、三角波、梯形波、斜波等
3．9 具有协调加载功能
3．10 具有同向同步和反向同步功能
3．11 具有设定位移、力的超限保护，油源故障报警及自动保护
3．12 能够实现波形的发生、存储、输出
3．13 系统应具备紧急停机功能
四、控制软件：
4．1 设定系统控制参数
4．2 设定传感器的零位及增益进行传感器的标定
4．3 系统安全保护软件
4．4 静力试验谱、疲劳试验谱载荷谱设定软件
4．5 波形类型：正弦波、三角波、梯形波、斜波等
4．6 系统控制方式：力控或位移控两种控制方式
4．7 试件安装：用于试验前试件位置的调整
4．8 系统诊断：可以在试验开始前检测系统的各类硬件故障
4．9 通道分配：可随意设定试验所占用的通道
4．10 试验谱定义：即设定试验的加载方式，加载的各种波形、频率、终值及重复次数等试验参数。
4．11 试验参数的设置：控制方式及相关参数、卸载时间、试验开始点等
4．12 试验选择：试验可以同时控制多个通道，具有协调加载功能。
4．13 曲线显示：曲线的类型、范围、时间长度可选；在同一曲线显示框中可同时显示多条曲线，并可同时打开曲线显示框
4．14 试验报告：用户可以随时打开或关闭数据报告、运行状态报告、试验开始点报告、卸载报告等；
4．15 数据存储：试验的数据可以根据用户的需要可以随时保存，且数据可以用其他的标准软件进行数据处理及分析。在试验的过程中，用户可以随时干预试验，如调整PID参数，阀控参数、保持、加速、增幅、减幅、卸载等，以保证试验的精确性。
五、各种管路及其配件和支架
六、冷却系统
6．1 水冷式冷却系统
6．2 满足130L/min油源的冷却要求
七、控制系统用计算机：
7．1 研华工控机
7．2 HP激光打印机
四、设备配置
1、电液伺服作动器
1）50kN电液伺服作动器（2套）
2.液压伺服油源（130L/min）与冷却系统
3.管路系统
4.单通道全数字电液伺服协调加载控制系统
5.试验机框架、平台、试样支撑夹具
安装用的两个框架之间距离要求采用机械/电动机构方便地调节，调节范围0-300mm。
五、试验系统的工作原理
（一）试验系统的组成
该试验系统是由试验加载框架、电液伺服作动器、液压源工作站、液压油路分配器、全数字式微机控制电液伺服控制系统、计算机控制程序等部分组成。
（二）试验加载框架
试验加载框架是由门形的反力架组成的大型结构反力装置，立柱与地面接触的下端在四个方向上各有一个与强度地面连接的U形螺栓过口，用高强度螺钉把立柱固定在自反力强度地面的地下T形槽内，用户可以根据试验现场的具体情况选择使用与强度地槽方向一致的螺钉固定孔，下镶螺钉固定反力架。每套横梁由两个独立的分梁组成，可满足竖直方向加载试验要求。分体的横梁结构方便安装、起吊，造型美观，结构合理，符合大型构件的设计、安装标准要求，横梁两侧各有两列高强度紧固螺栓，将横梁紧固牢靠的连接在立柱上。
（三）电液伺服作动器
电液伺服作动器包括动作油缸、运动活塞、油缸端盖、液压分配器集成阀组、航空快换自闭式高压油管接头、高精度高灵敏度伺服阀、高精度力传感器、高精度位移传感器、万向球铰支座、试验夹具、作动器悬挂构件等部件，它是试验系统进行加载试验、接受控制命令的动作执行部分。
力创公司精工出品的电液伺服作动器，其油缸与活塞之间采用先进的军工航空喷涂工艺技术加工而成，活塞采用高强度合金钢制成，表面镀硬铬，耐磨，疲劳寿命可靠，促动器内设计了液压缓冲垫，对活塞突然失控冲击下起保护作用。促动器采用了填充聚四氟乙烯与O形密封圈组合而成的复合密封，其配合紧密，密封效果好，可用于高速运动。活塞杆导向部分喷涂有工业塑料，增强了抗侧向负荷能力。在油缸与活塞之间的密封面上喷涂特质材料，精密加工后确保作动器进程和回程摩擦力小而且近似相等、惯性小、密封性能好、耐磨持久，工作寿命长。
（四）液压工作站
伺服液压源主要由高品质的进口元器件的油泵电机、滤油器、冷却器、液压阀等组成。其中选用日本NACHI公司的高精度油泵，选用台湾的冷却器和液压阀组，选用德国HYDAC公司的高精度滤油器，确保过滤精度达到美国宇航局NAS1638的油污标准。高品质的液压关键件保证了系统的长期稳定、可靠运行。
液压工作站是为试验系统提供高压油的动力能源设备，由多套集成式的液压源组成，用户可以根据不同的试验要求选择容量，开启相应的油泵工作，可以单独使用，也可以同时使用，同时开启的总流量为130l/min。力创公司采用的集成式梯度流量设计方案，用户可以根据不同的试验要求选择容量，开启相应的油泵工作，大大节约了电能，延长了液压工作站的寿命，维护方便，结构紧凑，造型美观。
六、满足汽车车桥各类试验的工作原理
（一）汽车前轴总成刚度试验
1、垂直载荷试验，如下图7所示。
固定在试验台面上的滚动导轨与模拟轮胎夹具分别支撑着车桥，反力架上固定的作动器的活塞杆下端部连接有负荷传感器，负荷传感器下端连接有球铰，使得垂直加载自由无侧向力。电液伺服作动器通过计算机控制，使得施加在前轴上的试验力均等同步，模拟车辆行驶等实际状况。试验前轴下安装有多个点的变形测量传感器，可以在试验过程中实时测量各点的变形，通过试验系统控制数据处理软件生成相应的试验报告和图表曲线。
试验方法满足QC/T 494-1999。
图7 汽车前轴垂直载荷试验
2、纵向载荷试验，如图8所示。
支撑方式可以参考和借用垂直加载试验的图7所示结构，用固定在试验台面上的滚动导轨与模拟轮胎夹具分别支撑着车桥，但与垂直加载试验的车桥安装位置沿轴线旋转90度，
图8 汽车前轴纵向载荷试验
反力架上固定的作动器的活塞杆下端部连接的负荷传感器、球铰，在与垂直加载试验的加载点垂直的方向加载即可。电液伺服作动器通过计算机控制，使得施加在前轴上的试验力均等同步，模拟车辆行驶等实际状况。试验前轴下安装有多个点的变形测量传感器，可以在试验过程中实时测量各点的变形，通过试验系统控制数据处理软件生成相应的试验报告和图表曲线。
3、横向加载试验，如图9所示。
图9 汽车车桥横向载荷试验
地盘弹簧连接处固定，轮缘一端加载，试验车桥下安装有多个点的变形测量传感器，可以在试验过程中实时测量各点的变形，通过试验系统控制数据处理软件生成相应的试验报告和图表曲线。
（二）汽车前轴台架寿命试验
图10 汽车车桥台架寿命试验
根据QC/T 513-1999标准要求，调整支撑夹具，使其与试验车桥轮距一致，两作动器的作用力分别均等地施加在两钢板弹簧座的中心上。设置预加载荷后，启动试验程序，直到完成试验任务。
（三）汽车驱动桥桥壳垂直弯曲刚度试验、汽车驱动桥桥壳垂直弯曲静强度试验、汽车驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验，如图11所示。
根据QC/T 533-1999标准要求，把带有减速器壳和后盖的桥壳安装在试验台架上，调整支撑夹具，使其与试验车桥轮距一致，两作动器的作用力分别均等地施加在两钢板弹簧座的中心上。设置预加载荷后，启动试验程序，直到完成试验任务。
试验车桥下安装有多个点的变形测量传感器，可以在试验过程中实时测量各点的变形，通过试验系统控制数据处理软件生成相应的试验报告和图表曲线。
七、全数字式微机控制电液伺服单通道控制系统
——DSP Trier 6202系统
全数字式微机控制电液伺服单通道控制系统（DSP Trier 6202系统），是力创公司的工程技术人员多年精心研发的全数字式微机控制电液伺服多通道试验控制系统（DSP Trier 6200）系列产品之一，获得国家知识产权局的专利技术（专利号：0326278812）保护，是我国工程技术人员在大型高精尖试验技术领域取得的具有自主知识产权的系列试验控制器之一。广泛应用在中国飞机强度研究所、中国航空标准化综合试验研究所、空军第一航空学院飞机战伤抢修试验中心、中国空军工程大学、中国海洋大学、陕西飞机工业（集团）公司、中国科学院力学研究所、天津大学、同济大学、中国铁道部电气化工程局接触网质检中心、郑州机械强度研究所、黄河水利委员会水利科学院等科研院所的重点大型试验项目的多轴动态试验实时控制。
DSP Trier 6201系统为集散式全数字闭环微机控制系统，由处于上位的计算机和多个能独立完成多参量控制、数据采集和预处理任务的单片机等部分组成。上位计算机与六个通道控制单片机之间以异步并行、主从方式传送数据，各单片机在独立完成预设、随机指令任务的同时，将数据以数字信号形式及时传送给计算机，计算机对各通道试验设置参数、控制参数调节等进行集中处理、统一管理，并将试验系统随机控制参量发送给各单片机，通过系统预设、指定的控制参量，进行比较、协调，实现协调控制加载。
DSP Trier 6202系统的优越特点：
1、确保了协调加载的高可靠性
应用数字信号处理技术（Digital Signal Processing）,通过计算机以数字形式对试验实时信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，
采用能独立完成多参量控制、数据采集等任务的多个微处理器，使所执行任务分散完成后再集中加工、多机并行、协调处理，故障率低，可靠性高。
2、协调加载系统的实时响应性良好
指令系统是流水式操作，一个试验指令被分解为若干个子任务，伺服控制系统中多个微处理器“并行”完成各个子任务并且相互重叠、协同工作，实现高速动态数据采集，使得试验控制能力、实时响性能和数据处理的吞吐量强大。DSP Trier 6202系统的这一设计结构，尤其在多点协调多任务试验控制中优势明显强大。
3. 自适应性能强、实现无人监控自动试验
智能化的自适应控制系统，可以实时调整系统的工作状态，不断适应于试验过程中变化的系统刚度、跟踪偏离，锁定工作最佳状态。为适应试验系统能够在无人监控状态下自动完成试验任务，DSP Trier 6202系统中设计有一套完善的自诊断系统，能对控制和测量系统进行巡回自检，检查工作中的电压、电流、通讯状态、CPU、传感器的保护设置、指令执行情况等，当出现过电压、欠电压、过电流、欠电流、CPU过热、通讯异常、力传感器超载、位移传感器过限位、完成试验任务等情况时，DSP Trier 6204系统自动执行保护程序，及时关闭系统，并存储和报告诊断结果。确保了在各种环境、状态下长期稳定、无干扰、安全、可靠地运行。
（四）、微机控制电液伺服疲劳试验系统试验控制软件
微机控制电液伺服动态试验控制软件，在Windows xp多种环境下运行，界面友好，操作简单，能完成试验条件、试样参数等设置、试验数据处理，试验数据能以多种文件格式保存，试验结束后可再现试验历程、回放试验数据，试验数据可导入在Word、Excel、Access、MATLAB等多种软件下，进行统计、编辑、分类、拟合试验曲线等操作，试验完成后，可打印出试验报告。
试验系统控制程序界面，如图3
（五）、数据处理
1、独立的ACCESS试验数据库
试验数据以多种文件格式保存，可导入在WORD、EXCEL、ACCESS、MATLAB等多种软件下，进行统计、编辑、分类、拟合试验曲线等操作。
智能化的自动存储功能
在试验者没有命名设置保存的情况下，系统将试验项目以试验执行日期和时刻，自动命名保存。安全、方便，不会丢失数据。
超级系统管理功能
试验项目以试验类型分类、编号排序，存储在试验系统预设置的“年、月、日”只要查看试验时间，便可以立即找到所需资料。
试验数据、曲线再现、逐点遍历功能强大
对试验数据能曲线再现、逐点遍历、整体或局部进行无级放大显示。
试验数据取舍自由
用户可以对试验数据中无效或要报废的纪录从数据库中删除、清理。
可以选择试验数据是否修约，修约前后的数据分别存储，方便校验。结果计算中对屈服材料可自动判断。
6、试验报告可以打印预览、自由设置输出格式。
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