O引言
    300kN恒加荷壓力試驗(yàn)機(jī)用于水泥抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)，是水泥等生產(chǎn)企業(yè)及質(zhì)檢部門(mén)必備的一級(jí)計(jì)量檢測(cè)設(shè)備。在水泥的抗壓試驗(yàn)中，試驗(yàn)機(jī)加荷速率是影響水泥強(qiáng)度測(cè)定準(zhǔn)確度的主要因素，新頒布的水泥抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(GB177-2000)明確規(guī)定加荷速率必須滿(mǎn)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(yàn)機(jī)已無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。本文針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有300kN壓力試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字式的微機(jī)計(jì)量恒加荷壓力試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，取得了非常好的效果。
1  液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    微機(jī)控制恒加荷壓力試驗(yàn)機(jī)是一種典型的機(jī)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(yàn)機(jī)的核心對(duì)整機(jī)性能起著關(guān)鍵的作用。 圖1為該設(shè)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(guò)載時(shí)起安全保護(hù)作用；數(shù)字微小流量閥作為系統(tǒng)的控制元件，通過(guò)控制其流量來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力輸出；壓力傳感器作為檢測(cè)元件，將液壓缸工作腔的壓力信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(kāi)圖，考慮到徑向力平衡關(guān)系，設(shè)計(jì)中采用了對(duì)稱(chēng)開(kāi)口結(jié)構(gòu)，在閥芯上開(kāi)有一對(duì)與油泵相通的P口和一對(duì)與油箱相通的T口，在閥套上開(kāi)有一對(duì)與油缸相通的三角形A口。步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針進(jìn)給，P-A導(dǎo)通，系統(tǒng)通過(guò)改變節(jié)流閥開(kāi)口面積調(diào)節(jié)其輸出流量，從而控制系統(tǒng)壓力；步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針進(jìn)給，A-T導(dǎo)通，系統(tǒng)卸載，泵出口流量通過(guò)等差減壓閥回油箱。
3  系統(tǒng)構(gòu)成
    300kN恒加荷壓力試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)由微機(jī)（或單片機(jī)）、控制軟件、控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、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(jī)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(hào)通過(guò)壓力傳感器（或力傳感器）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)放大器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)
字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將經(jīng)過(guò)PID控制處理后得到的閥的開(kāi)口增量送到下位機(jī)（控制器），下位機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)并帶動(dòng)微小流量閥閥芯走過(guò)給定的角位移，通過(guò)微小流量閥閥芯的開(kāi)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(shè)計(jì)
    控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)如圖4所示，它包括系統(tǒng)精度的標(biāo)定和檢測(cè)、水泥抗壓試驗(yàn)、參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)管理及打印等功能，系統(tǒng)人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)潔、方便。
3.2  系統(tǒng)功能特點(diǎn)
    該系統(tǒng)為負(fù)載適應(yīng)型液壓系統(tǒng)，油沿壓力隨著負(fù)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(qiáng)和成本低等特點(diǎn)。 系統(tǒng)采用了自行設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)壓力響應(yīng)特性，且能夠從零工作壓力開(kāi)始進(jìn)行加載。該閥利用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，采用了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)，完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式控制，抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)滯環(huán)，提高了控制精度。
    采用該系統(tǒng)進(jìn)行傳統(tǒng)300kN水泥壓力試驗(yàn)機(jī)的改造，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)／自動(dòng)兩種功能，增加了系統(tǒng)的容錯(cuò)性，提高了系統(tǒng)的可靠性。
4試驗(yàn)結(jié)果
    以下為采用該系統(tǒng)對(duì)無(wú)錫建材儀器機(jī)械廠生產(chǎn)的NYL-300壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行改造，在新老兩種不同標(biāo)準(zhǔn)下的試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)速率要求v=5．OkN/s時(shí)滿(mǎn)負(fù)載的加荷曲線(xiàn)，圖5(b)為在新標(biāo)準(zhǔn)速率要求V=2.4kN/s時(shí)滿(mǎn)負(fù)載的加荷曲線(xiàn)，圖6(a)為V=5.OkN/s時(shí)的實(shí)時(shí)速率曲線(xiàn)，采樣間隔AT=2(s)，圖6(b)為V=2.4kN/s時(shí)的實(shí)時(shí)速率曲線(xiàn)，采樣間隔AT=2(s)。(http://www.51yaliji.com)