数字阀在万能材料试验机的应用

新型试验机采用数字电液伺服控制技术、全数字多通道闭环测控系统等，解决了诸多技术难题。

1．主机性能原理

试验机采用液压缸下置式结构，试验空间电动调整，试样装夹采用对夹式液压自动夹紧装置，四立柱卡箍式结构调整主机高度及试验空间，试台下面安装有高精度载荷传感器和位移传感器，载荷传感器与活塞深置调心装置相连接，下横梁、丝杠与安装有液压缸的底座形成一个刚性体，实现试验空间的调整。试验机主机的上横梁立柱、试台、传感器与调心装置形成另一个刚性体。在试验时，上、下钳口夹持住试样，上横梁通过活塞向上运动，完成对试样的加载。这时，采用变流量技术通过PID伺服控制技术，调节进入液压缸内液压油流量，控制活塞的移动速度。根据材料试验要求，实现了载荷控制、变形控制、位移控制和三种控制方式之间的无冲击转换。

2．数字电液伺服控制技术的性能特性

系统应用嶄新研制的数字伺服阀和全数字多通道控制技术，实现材料试验过程中的应力控制、应变控制、位移控制并实现三种控制形式的无冲击转换。

电液数字伺服控制系统由CTS-500全数字多通道闭环测控系统和数字伺服阀构成，与比例阀和伺服阀的电液控制系统相比具有以下优越性：

(1)数字伺服阀较传统的比例阀或伺服阀精度更高。传统的比例阀或伺服阀可以看成是单级控制，而数字阀分级控制却是这种单级特性的多次重复，这使得对控制阀乃至系统性能产生不利影响的非线性指标，如滞环、饱和及分辨率等非线性因素被限制在很小的范围内。比例阀（伺服阀）和数字阀（分级数8）的输入一输出特性对照如图15所示。

(2)响应速度快（特别是零位附近），数字伺服阀选用小型步进电动机，其固有频率在200～400Hz。

(3)数字伺服阀通过一套机械运动转换机构驱动阀心动作，该机构同时起到力（力矩）放大作用，可对阀心产生较大的推动力（力矩），增加阀心动作的可靠性。以万能试验机10通径的直动数字阀为例，折算的步进电动机对阀心的最大推力达1000N。

(4)在步进电动机的跟踪控制过程中，控制器还对步进电动机施加“数字碎片信号”，该信号频率可自动变化，从而更有效地消除阀心卡紧力并保证数字阀具有高分辨率。

(5)采用电液数字阀和直接数字控制技术，系统工作具有很高的可靠性和环境稳定性。

(6)系统采用载荷敏感技术，泵的出口压力与载荷压力差始终保持在1MPa左右，系统效率高，发热量小，无需加任何冷却器。

(7)系统工作可靠，抗污染能力强，无需专门过滤器，维护简单。

(8)自带安全阀，确保系统工作过程中不超载。

(9)整个系统测量和控制精度高。