[發明專利]一種電液高頻疲勞試驗機的控制系統

在審

• 申請號: 201610765456.6
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN107796692A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 李征
• 申請（專利權）人: 李征
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;F15B21/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種電液高頻疲勞試驗機的控制系統，適用于機械領域。

背景技術

疲勞試驗機是一種主要用于在室溫狀態下，測定金屬及其構件的疲勞性能、疲勞壽命，完成預制裂紋及裂紋擴展等疲勞試驗的機器.試件在激振器產生的交變載荷作用下進行斷裂韌性試驗，測試金屬材料裂紋擴展速率及材料的門坎值。當激振系統的振動頻率等于系統自身的固有頻率時，即系統發生共振，所產生的微小激振力經過放大后作用在試件上可進行材料疲勞試驗。電液高頻疲勞試驗機由于其動態響應快、輸出功率大等優點，因而在疲勞試驗機領域得到廣泛應用，以電液高頻疲勞試驗機為研究對象，設計了其控制系統。

發明內容

本發明提出了一種電液高頻疲勞試驗機的控制系統，采用一種特殊結構的2D激振閥來控制液壓缸，從而提高電液高頻疲勞試驗機的激振頻率。該2D激振閥具有雙運動自由度，控制閥芯旋轉可實現激振頻率控制，控制閥芯軸向運動可實現激振幅值控制。

本發明所采用的技術方案是。

所述控制系統由主動缸控制器、從動缸控制器、頻率控制器以及偏置與振幅控制器組成。其中，主動缸控制器與從動缸控制器同步控制雙邊單出桿液壓缸，用以固定不同長度的疲勞試驗材料；頻率控制器控制2D高頻激振閥的旋轉頻率從而控制電液高頻疲勞試驗機的振動頻率；偏置與振幅控制器分別控制2D數字閥與2D高頻激振閥，達到控制電液高頻疲勞試驗機的應力性質與振動幅值的目的。

所述控制系統的偏置控制模塊不使用外置驅動器，采用H橋驅動電路驅動兩相步進電機.振幅控制模塊選擇金維樂的型號為VT-5010電液比例控制器，通過分別調節偏置控制電位器與振幅控制電位器，實現偏置與振幅控制。

本發明的有益效果是：該電液高頻疲勞試驗機的控制系統可實現高達2500Hz的激振頻率；諧振頻率為980Hz，在該頻率可進行高頻率、大載荷的疲勞實驗。

附圖說明

圖1是本發明的高頻疲勞試驗機結構圖。

圖2是本發明的主動缸控制器與從動缸控制器。

圖3是本發明的頻率控制器與偏置與振幅控制器。

圖4是本發明的頻率控制器控制框圖。

圖5是本發明的偏置與振幅控制器控制框圖。

圖中：1.立柱；2.橫梁；3.單出桿液壓缸；4.2D數字閥；5.載荷傳感器；6.上夾頭；7.試件；8.下夾頭；9.雙出桿液壓缸；10.2D激振閥；11.數字伺服閥；12.底座。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，電液高頻疲勞試驗機的底座內安裝有由2D高頻激振閥控對稱缸構成的新型電液2D高頻激振器。2D高頻激振器采用2D閥控制液壓缸實現高頻振動，通過控制閥芯的轉速與閥芯的軸向位移來控制激振器的激振頻率和幅值。在該2D高頻激振閥的驅動下，電液高頻疲勞試驗機可實現高達2500Hz的激振頻率.通過控制雙邊閥控單出桿液壓缸使之同步運動，調節上夾頭高度以適應長短不一的各疲勞試驗材料。當疲勞試驗材料被上下夾頭固定后，2D高頻激振閥開始工作。2D高頻激振閥連續旋轉驅動電液高頻激振器周期性往復振動，從而帶動試件進行疲勞試驗。通過控制2D高頻激振閥的軸向運動實現激振幅值的變化。對該激振器的激振中心平衡位置進行偏置控制來改變該激振器輸出的載荷力性質從而測量試件在拉應力、壓應力以及拉壓交變應力下的疲勞特性。在對稱液壓缸上并聯一個數字伺服閥用以解決2D高頻激振閥無法直接加入偏置信號的問題。

如圖2，圖3，電液高頻疲勞試驗機的控制系統由主動缸控制器、從動缸控制器、頻率控制器以及偏置與振幅控制器組成。其中，主動缸控制器與從動缸控制器同步控制雙邊單出桿液壓缸，用以固定不同長度的疲勞試驗材料；頻率控制器控制2D高頻激振閥的旋轉頻率從而控制電液高頻疲勞試驗機的振動頻率；偏置與振幅控制器分別控制2D數字閥與2D高頻激振閥，達到控制電液高頻疲勞試驗機的應力性質與振動幅值的目的。

如圖4，頻率控制器基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812為基礎進行設計，通過配置其PLL寄存器、高速預定標寄存器以及輸入時鐘預定標因子。調節電位器改變頻率輸人信號，DSP通過ADC模塊將采樣電壓值轉換為A/D碼值，EVA模塊產生對應的PWM波，由于TMS320F2812引腳輸出為3.3V的CMOS電平，而與DSP通信的外圍電路電平為5V，所以采用74LVC164245芯片實現電平轉換。設計時選用光禍隔離芯片6N137將DSP模塊與線驅動電路模塊進行隔離，以提高安全性和抗干擾能力。