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O引言
    300kN恒加荷壓力試驗機用于水泥抗壓強度的檢測，是水泥等生產(chǎn)企業(yè)及質(zhì)檢部門的一級計量檢測設備。在水泥的抗壓試驗中，試驗機加荷速率是影響水泥強度測定準確度的主要因素，新頒布的水泥抗壓強度試驗標準(GB177-2000)明確規(guī)定加荷速率必須滿足恒速(2.4±0.2 kN/s)的要求，因而采用人工控制送油閥加荷的傳統(tǒng)300kN壓力試驗機已無法達到標準要求。本文針對我國現(xiàn)有300kN壓力試驗機的特點，設計了一種基于數(shù)字式的微機計量恒加荷壓力試驗機控制系統(tǒng)，取得了非常好的效果。
1  液壓系統(tǒng)設計
    微機控制恒加荷壓力試驗機是一種典型的機電液一體化產(chǎn)品，其采用的電液控制系統(tǒng)作為壓力試驗機的核心對整機性能起著關鍵的作用。 圖1為該設備的液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)主要由③油泵、②溢流閥、④數(shù)字式微小流量閥、⑤壓力傳感器和①油缸等組成。在該系統(tǒng)中溢流閥作為系統(tǒng)的安全閥，在系統(tǒng)過載時起安全保護作用；數(shù)字微小流量閥作為系統(tǒng)的控制元件，通過控制其流量來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力輸出；壓力傳感器作為檢測元件，將液壓缸工作腔的壓力信號反饋給計算機以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制。2微小流量閥工作原理
    圖2為節(jié)流閥閥芯閥套平面展開圖，考慮到徑向力平衡關系，設計中采用了對稱開口結(jié)構(gòu)，在閥芯上開有一對與油泵相通的P口和一對與油箱相通的T口，在閥套上開有一對與油缸相通的三角形A口。步進電機順時針進給，P-A導通，系統(tǒng)通過改變節(jié)流閥開口面積調(diào)節(jié)其輸出流量，從而控制系統(tǒng)壓力；步進電機逆時針進給，A-T導通，系統(tǒng)卸載，泵出口流量通過等差減壓閥回油箱。
3  系統(tǒng)構(gòu)成
    300kN恒加荷壓力試驗機控制系統(tǒng)由微機（或單片機）、控制軟件、控制器、步進電機驅(qū)動器、步進電機、微小流量閥、壓力傳感器和A/D等組成，如圖3所示。控制系統(tǒng)由上下位機和數(shù)字式微小流量閥組成，油缸液壓油的壓力（或水泥試抉承受的壓力）信號通過壓力傳感器（或力傳感器）轉(zhuǎn)化為電信號，通過信號放大器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)
字信號進入計算機，計算機將經(jīng)過PID控制處理后得到的閥的開口增量送到下位機（控制器），下位機控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機并帶動微小流量閥閥芯走過給定的角位移，通過微小流量閥閥芯的開口變化，改變微小流量閥的輸出流量，控制壓力按給定的速率加荷。
3.1  控制軟件設計
    控制系統(tǒng)軟件設計如圖4所示，它包括系統(tǒng)精度的標定和檢測、水泥抗壓試驗、參數(shù)設置、試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)庫管理及打印等功能，系統(tǒng)人機界面友好，操作簡潔、方便。
3.2  系統(tǒng)功能特點
    該系統(tǒng)為負載適應型液壓系統(tǒng)，油沿壓力隨著負載壓力的上升而上升，與伺服閥構(gòu)成的定壓系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別，該系統(tǒng)具有節(jié)能、抗污染能力強和成本低等特點。 系統(tǒng)采用了自行設計的微小流量閥，該閥具有非常小的穩(wěn)定流量，較好的流量一壓力特性，較高的動態(tài)壓力響應特性，且能夠從零工作壓力開始進行加載。該閥利用步進電機作為驅(qū)動元件，采用了步進電機的細分技術，實現(xiàn)了數(shù)字式控制，抗力強，無滯環(huán)，提高了控制精度。
    采用該系統(tǒng)進行傳統(tǒng)300kN水泥壓力試驗機的改造，可以實現(xiàn)手動／自動兩種功能，增加了系統(tǒng)的容錯性，提高了系統(tǒng)的可靠性。
4試驗結(jié)果
    以下為采用該系統(tǒng)對無錫建材儀器機械廠生產(chǎn)的NYL-300壓力試驗機進行改造，在新老兩種不同標準下的試驗結(jié)果。泵的額定壓力P=31.5MPa，額定流量Q=1.25L/min。
4.加荷速率
    在老標準速率要求v=5．OkN/s時滿負載的加荷曲線，圖5(b)為在新標準速率要求V=2.4kN/s時滿負載的加荷曲線，圖6(a)為V=5.OkN/s時的實時速率曲線，采樣間隔AT=2(s)，圖6(b)為V=2.4kN/s時的實時速率曲線，采樣間隔AT=2(s)。()