一、方案描述：

NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)主要由主機(jī)（含伺服擺動(dòng)作動(dòng)器）、恒壓伺服泵站11.112(110L/min)、中繼蓄能濾油模塊、 全數(shù)字單通道伺服控制器DTC—200s、配套試驗(yàn)軟件以及其它附件組成。系統(tǒng)控制原理框圖如圖所示。
設(shè)備使用環(huán)境要求：
a） 在室溫5—45℃，相對(duì)濕度不大于90%的條件下；
b） 在穩(wěn)固的基礎(chǔ)和無(wú)震動(dòng)的環(huán)境中水平安裝；
c） 周?chē)鸁o(wú)腐蝕性介質(zhì)；
d） 在無(wú)明顯電磁場(chǎng)干擾的環(huán)境中；
e） 電源電壓波動(dòng)范圍不超過(guò)額定值的±10%；
f） 電源 380V，50Hz；220V，50Hz；
g） 配置流量不小于200L/min，壓力為0.3Mpa的冷卻循環(huán)水裝置；
h） 為了方便試驗(yàn)操作以及維修，試驗(yàn)機(jī)周?chē)鷳?yīng)留有一定的空間。
1、 主機(jī)：主機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)，伺服擺動(dòng)作動(dòng)器安裝于主機(jī)一端。外觀照片如圖3，圖4為用戶使用現(xiàn)場(chǎng)照片。
1.1、 主機(jī)為機(jī)床臥式結(jié)構(gòu)，操作方便。保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。
1.2、 伺服擺動(dòng)作動(dòng)器兩側(cè)通過(guò)多層疊加在一起的彈性鋼片安裝于平臺(tái)的一端，伺服擺動(dòng)作動(dòng)器輸出端配置卸荷軸承座，共同保護(hù)伺服擺動(dòng)作動(dòng)器免受免軸向作用力造成的損傷。
1.3、 尾座兩側(cè)同樣通過(guò)多層疊加在一起的彈性鋼片安裝于平臺(tái)的一端，彈簧鋼片安裝于可調(diào)整轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動(dòng)平板上（可用于汽車(chē)半軸CV節(jié)在不同角度下的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)），轉(zhuǎn)動(dòng)平板安裝于可滑動(dòng)平板，可滑動(dòng)平板安裝于主機(jī)平臺(tái)上的T型槽上，可以沿T型槽移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)空間的調(diào)整以適應(yīng)不同尺寸的試件的試驗(yàn)，試驗(yàn)空間調(diào)整結(jié)束，采用T型螺栓將尾座剛性固定于主機(jī)平臺(tái)上。
1.4、 尾架安裝扭矩傳感器，扭矩傳感器配置國(guó)產(chǎn)航天701研究所（或長(zhǎng)沙湘儀公司同類(lèi)產(chǎn)品）產(chǎn)品。
1.5、 伺服擺動(dòng)作動(dòng)器尾端通過(guò)彈性聯(lián)軸器安裝角度傳感器。
1.6、 擺動(dòng)作動(dòng)器輸出端、扭矩傳感器輸入端均通過(guò)法蘭盤(pán)與被測(cè)試件連接，通過(guò)更換連接法蘭盤(pán)，可適用于不同種類(lèi)、規(guī)格的試件。
2、伺服擺動(dòng)作動(dòng)器22.503：全新理念設(shè)計(jì)制造的新型伺服擺動(dòng)作動(dòng)器。
2.1、 單元化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)的伺服擺動(dòng)作動(dòng)器具有低阻尼、高響應(yīng)、高壽命、大間隙設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)理念與MTS公司Series 215 &216Rotary Actuators 等同。
2.2、 伺服擺動(dòng)作動(dòng)器的密封元件采用進(jìn)口德國(guó)伺服作動(dòng)器專(zhuān)用高速密封元件。
2.3、 伺服擺動(dòng)作動(dòng)器活塞桿的支撐打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用非金屬支撐、大間隙設(shè)計(jì)，具有高速不燒結(jié)自潤(rùn)滑的特點(diǎn)。
2.4、 伺服擺動(dòng)作動(dòng)器振幅極限位置設(shè)計(jì)液壓緩沖區(qū)，避免運(yùn)行失控產(chǎn)生損傷。
2.5、 伺服擺動(dòng)作動(dòng)器輸出端配置卸荷軸承座，能夠抵抗試件變形時(shí)產(chǎn)生的軸向作用力，伺服擺動(dòng)作動(dòng)器與機(jī)架采用柔性連接，兩側(cè)采用多層疊加在一起的彈性鋼片彈性支撐，避免在試驗(yàn)過(guò)程中來(lái)自試樣軸向變形對(duì)伺服擺動(dòng)作動(dòng)器的損傷。
2.6、 配置國(guó)產(chǎn)高響應(yīng)試驗(yàn)機(jī)專(zhuān)用伺服閥 (7Mpa下流量為95L/min)。
2.7、 配置角度傳感器用于測(cè)量作動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
2.8、 轉(zhuǎn)軸與過(guò)渡聯(lián)結(jié)盤(pán)采用獨(dú)特的連接方式，進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
2.9、 具有扭矩和角度兩路閉環(huán)控制回路。
3、恒壓伺服泵站11.112：泵站主要由底板、油箱、油泵電機(jī)組、閥塊、管路、冷卻系統(tǒng)等部分組成。用于提供試驗(yàn)機(jī)工作的動(dòng)力。
3.1、 泵站油箱采用全封閉設(shè)計(jì)，可有效防止外界雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油的污染。油箱材料內(nèi)壁采用特殊工藝處理，可有效防止金屬腐蝕對(duì)液壓油產(chǎn)生的污染。
3.2、 油泵、電機(jī)組配置采用串聯(lián)雙彈性支撐方式，進(jìn)一步減少泵站噪音。
3.3、 油泵采用低噪音直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵。直線共額內(nèi)嚙合齒輪泵特點(diǎn)：在液壓行業(yè)被喻為“磨損的油泵”，用于高、精、尖液壓系統(tǒng)。國(guó)際上幾大公司把它作為品牌產(chǎn)品來(lái)開(kāi)發(fā)和推廣，以確保在液壓行業(yè)的地位。與葉片泵、柱塞泵相比，直線共額內(nèi)嚙合齒輪泵低噪音、無(wú)脈動(dòng)、長(zhǎng)壽命等性能。低噪音：直線共額內(nèi)嚙合齒輪泵其特性為特殊齒輪設(shè)計(jì)，齒輪齒廊為直線，齒圈齒廓為直線共額線，工作時(shí)幾乎沒(méi)有困油區(qū)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，音頻仍平穩(wěn)平和。長(zhǎng)壽命：直線共額內(nèi)嚙合齒輪泵其長(zhǎng)壽命特性取決于耐磨性，內(nèi)部機(jī)械表面及各功能零件之間有一層油膜保護(hù)層，幾乎沒(méi)有磨損，即使使用一般液壓油，也不易磨損機(jī)件。另外，采用雙級(jí)加壓承擔(dān)壓力差的原理，在增加工作壓力的同時(shí)，也改善了泵工作條件，延長(zhǎng)泵的使用壽命；
3.4、 由主溢流閥、蓄能器、副主溢流閥、副溢流閥和換向閥、精密濾油器組成的高低壓軟切換液壓模塊用于控制泵站輸出壓力；
3.5、 泵站具有低壓?jiǎn)?dòng)、高壓切換的工作模式，可有效減輕液壓系統(tǒng)的沖擊，并有安全保護(hù)閥，用于防止誤操作對(duì)液壓系統(tǒng)造成的損傷；
3.6、 泵站配置直列式水冷卻器（冷卻水用戶自備），用于液壓系統(tǒng)冷卻；
3.7、 泵站配置雙電接點(diǎn)溫控表，液位控制計(jì)；具有油溫（低于10ºC、高于55ºC）、液位、濾油器堵塞報(bào)警和停車(chē)保護(hù)功能
3.8、 泵站流體連接件均配置美國(guó)派克PARKER公司液壓管件和高壓膠管，保證系統(tǒng)無(wú)泄漏；

圖5 恒壓伺服泵站照片
4、中繼蓄能濾油模塊：模塊配置過(guò)濾精度為0.003mm黎明（引進(jìn)德國(guó)賀德克技術(shù)）精密濾油器、進(jìn)回油蓄能器（中英合資奉化奧萊爾），模塊安裝于主機(jī)的擺動(dòng)作動(dòng)器一側(cè)，用于消除系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的脈動(dòng)和對(duì)伺服閥進(jìn)油提供高精度過(guò)濾，以保護(hù)伺服閥免收污染。
5、全數(shù)字單通道伺服控制器DTC—200s主要技術(shù)指標(biāo)：
5.1控制通道數(shù)量：1個(gè)，每個(gè)通道包括試驗(yàn)扭矩和角度兩個(gè)閉環(huán)控制回路，具有控制模式無(wú)擾平滑切換功能。
5.2閉環(huán)控制數(shù)據(jù)刷新頻率為6kHz；
5.3控制器A/D、D/A分辨率為16位；
5.4信號(hào)發(fā)生頻率范圍：0.01Hz～25Hz；
5.5信號(hào)發(fā)生器波形：正弦波、三角波、方波、鋸齒波、隨機(jī)波；
5.6控制精度：靜態(tài)控制精度精度典型值一般為0.5％FS，動(dòng)態(tài)控制精度典型值一般為0.5％FS；
5.7兩級(jí)伺服閥驅(qū)動(dòng)單元；
5.8遠(yuǎn)程液壓泵站控制功能；
5.9計(jì)數(shù)器容量：108；
5.10其它必要的I/O輸入輸出單元：四個(gè)模擬輸入、四個(gè)模擬輸出接口；四個(gè)數(shù)字輸入、四個(gè)數(shù)字輸出接口（選配）；
5.11具有過(guò)載保護(hù)、試樣斷裂保護(hù)、極限參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)次數(shù)設(shè)置等功能；
6電液伺服動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)（系統(tǒng)）控制軟件PowerTestV3.0-J
系統(tǒng)管理軟件PowerTestV3.0-J01C：該軟件是整個(gè)全數(shù)字伺服控制器工作的基礎(chǔ)，其主要功能是管理控制系統(tǒng)的硬件資源、定義傳感器、數(shù)字控制參數(shù)調(diào)整、設(shè)置保護(hù)，顯示當(dāng)前控制模式、液壓和函數(shù)發(fā)生器狀態(tài)以及傳感器標(biāo)定，并且提供雙蹤數(shù)字示波器、數(shù)字伺服閥電流表和6塊數(shù)字電壓表用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。圖7是單通道試驗(yàn)助手系統(tǒng)管理軟件的主界面圖，圖8是雙通道試驗(yàn)助手系統(tǒng)管理軟件的主界面圖。圖9是示波器界面圖，圖10是數(shù)字電壓表界面圖。
6.1、軟件使用環(huán)境為WindowsXP，中文操作界面；
6.2、用戶可方便的從操作界面設(shè)置各種試驗(yàn)功能和試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，如自定義系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)定試驗(yàn)頻率，扭轉(zhuǎn)方向，高/低載荷，循環(huán)次數(shù)等。
6.3、軟件帶有實(shí)時(shí)圖形顯示及編輯功能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、記錄并實(shí)時(shí)顯示各種試驗(yàn)曲線；
6.4、軟件具有故障極限設(shè)定、自動(dòng)診斷故障等功能，并具有零點(diǎn)漂移的修正功能；
函數(shù)發(fā)生器軟件PowerTestV3.0-J02C：該軟件主要用于恒幅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，例如恒幅疲勞試驗(yàn)，恒幅疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)等。函數(shù)發(fā)生器軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)控制量(例如載荷)的峰谷值進(jìn)行跟蹤修正，以保正在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，每個(gè)峰值的動(dòng)態(tài)誤差典型值為±0.5%FS，試驗(yàn)時(shí)操作人員可以動(dòng)態(tài)地改變峰值、谷值和頻率，也能進(jìn)行人工或自動(dòng)信號(hào)保持，如果自動(dòng)信號(hào)保持循環(huán)數(shù)間隔被設(shè)置，則試驗(yàn)循環(huán)數(shù)每增加一個(gè)循環(huán)數(shù)間隔，軟件就會(huì)自動(dòng)把信號(hào)保持在設(shè)定的水平上，以方便于某些試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量(如目測(cè)裂紋長(zhǎng)度)。軟件可選的波形有正弦波、三角波和方波。試驗(yàn)結(jié)束后，軟件會(huì)將一些重要的數(shù)據(jù)存盤(pán)，例如試驗(yàn)載荷、頻率、循環(huán)數(shù)和試驗(yàn)時(shí)間等。該軟件也可進(jìn)行簡(jiǎn)單的靜

態(tài)試驗(yàn)。圖11是函數(shù)發(fā)生器軟件主界面圖。

多功能試驗(yàn)軟件PowerTestV3.0-J07C（類(lèi)似美國(guó)MTS公司793.10MPT軟件）：該軟件是一個(gè)柔性強(qiáng)，功能全的試驗(yàn)軟件，用戶可以用其設(shè)計(jì)特殊的試驗(yàn)方法，卻不需要編程。此軟件將伺服控制器具備的各種控制功能、數(shù)據(jù)采集功能和其他的一些輔助功能都以圖標(biāo)的方式做在了一個(gè)面板上，用戶可以將這些功能圖標(biāo)用鼠標(biāo)拖放到試驗(yàn)定義面板中，并將其按照用戶需求隨意組合起來(lái)，就可以按照用戶自定義的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。該軟件可用于隨機(jī)譜試驗(yàn)。該軟件具有開(kāi)放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，方便用戶可以對(duì)系統(tǒng)做進(jìn)一步的擴(kuò)展；
7、其它配置及必要附件：
7.1所有液壓管件、高壓膠管均采用進(jìn)口美國(guó)派克PARK公司產(chǎn)品（恒壓伺服泵站至中繼蓄能濾油分油模塊高壓膠管標(biāo)準(zhǔn)配置5米），以保證整個(gè)系統(tǒng)無(wú)滲漏油現(xiàn)象和試驗(yàn)環(huán)境的清潔。
7.2根據(jù)設(shè)備采購(gòu)方提供的被試件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)加工試驗(yàn)連接件一套。
7.3配置用于沖洗泵站和作動(dòng)器的沖洗附件，便于用戶定期更換液壓油進(jìn)行液壓系統(tǒng)清洗。
7.4配置用于標(biāo)定扭距傳感器的加載標(biāo)定裝置以及液壓千斤頂，便于設(shè)備的驗(yàn)收和用戶隨時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行精度校驗(yàn)。
7.5隨機(jī)免費(fèi)贈(zèng)送精密濾油器濾芯五只，便于用戶定期更換液壓油進(jìn)行液壓系統(tǒng)清洗。
8、安全保護(hù)功能：
8.1、系統(tǒng)具有各種參數(shù)報(bào)警及保護(hù)功能；
8.2、系統(tǒng)具有試樣破壞保護(hù)功能；
8.3、系統(tǒng)具有液壓系統(tǒng)溫度、液位、濾油器報(bào)警、保護(hù)功能；
8．4、對(duì)于故障報(bào)警，計(jì)算機(jī)上能顯示診斷結(jié)果，并有相應(yīng)的聲光報(bào)警裝置

二、 NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)：
1、 動(dòng)態(tài)扭矩：±4000Nm，允許沖擊載荷不小于25k N•m
2、 示值精度：按1、10衰減倍數(shù)進(jìn)行分檔標(biāo)定，示值精度每檔20%起±0.5%；
3、 扭矩傳感器示值精度：±0.2%FS；
4、 試驗(yàn)頻率范圍：0.01-15Hz；
5、 試驗(yàn)轉(zhuǎn)角：±50°；
6、 示值精度：±0.5%，分辨率：0.1°；
7、 主要試驗(yàn)波形：正弦波、三角波、方波、斜波或其他外部輸入波形；
8、 試驗(yàn)空間1500mm；
9、 具有兩個(gè)閉環(huán)控制回路：角度、扭矩，可平滑無(wú)擾切換；
10、 具有試驗(yàn)參數(shù)極限保護(hù)功能；
11、 恒壓伺服泵站規(guī)格：流量110L/min，21Mpa，電機(jī)功率45kW；
12、 角速度±300°/s (4Hz, ±12deg)；
13、 計(jì)數(shù)器容量：108。

三、NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī) 其他配置及必要附件：
★ 配置用于標(biāo)定傳感器的標(biāo)定工具；
★ 配置用于伺服作動(dòng)器和恒壓伺服泵站的沖洗附件；
★ 所有液壓管件、高壓膠管均采用進(jìn)口產(chǎn)品，以保證整個(gè)系統(tǒng)無(wú)滲漏油現(xiàn)象；
★ 其他必要附件。