一、方案描述：

NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機主要由主機（含伺服擺動作動器）、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℃，相對濕度不大于90%的條件下；
b） 在穩(wěn)固的基礎(chǔ)和無震動的環(huán)境中水平安裝；
c） 周圍無腐蝕性介質(zhì)；
d） 在無明顯電磁場干擾的環(huán)境中；
e） 電源電壓波動范圍不超過額定值的±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） 為了方便試驗操作以及維修，試驗機周圍應留有一定的空間。
1、 主機：主機為臥式結(jié)構(gòu)，伺服擺動作動器安裝于主機一端。外觀照片如圖3，圖4為用戶使用現(xiàn)場照片。
1.1、 主機為機床臥式結(jié)構(gòu)，操作方便。保證足夠的機械強度和剛度。
1.2、 伺服擺動作動器兩側(cè)通過多層疊加在一起的彈性鋼片安裝于平臺的一端，伺服擺動作動器輸出端配置卸荷軸承座，共同保護伺服擺動作動器免受免軸向作用力造成的損傷。
1.3、 尾座兩側(cè)同樣通過多層疊加在一起的彈性鋼片安裝于平臺的一端，彈簧鋼片安裝于可調(diào)整轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動平板上（可用于汽車半軸CV節(jié)在不同角度下的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗），轉(zhuǎn)動平板安裝于可滑動平板，可滑動平板安裝于主機平臺上的T型槽上，可以沿T型槽移動，實現(xiàn)試驗空間的調(diào)整以適應不同尺寸的試件的試驗，試驗空間調(diào)整結(jié)束，采用T型螺栓將尾座剛性固定于主機平臺上。
1.4、 尾架安裝扭矩傳感器，扭矩傳感器配置國產(chǎn)航天701研究所（或長沙湘儀公司同類產(chǎn)品）產(chǎn)品。
1.5、 伺服擺動作動器尾端通過彈性聯(lián)軸器安裝角度傳感器。
1.6、 擺動作動器輸出端、扭矩傳感器輸入端均通過法蘭盤與被測試件連接，通過更換連接法蘭盤，可適用于不同種類、規(guī)格的試件。
2、伺服擺動作動器22.503：全新理念設(shè)計制造的新型伺服擺動作動器。
2.1、 單元化、標準化、模塊化設(shè)計的伺服擺動作動器具有低阻尼、高響應、高壽命、大間隙設(shè)計的特點，設(shè)計理念與MTS公司Series 215 &216Rotary Actuators 等同。
2.2、 伺服擺動作動器的密封元件采用進口德國伺服作動器專用高速密封元件。
2.3、 伺服擺動作動器活塞桿的支撐打破傳統(tǒng)設(shè)計，采用非金屬支撐、大間隙設(shè)計，具有高速不燒結(jié)自潤滑的特點。
2.4、 伺服擺動作動器振幅極限位置設(shè)計液壓緩沖區(qū)，避免運行失控產(chǎn)生損傷。
2.5、 伺服擺動作動器輸出端配置卸荷軸承座，能夠抵抗試件變形時產(chǎn)生的軸向作用力，伺服擺動作動器與機架采用柔性連接，兩側(cè)采用多層疊加在一起的彈性鋼片彈性支撐，避免在試驗過程中來自試樣軸向變形對伺服擺動作動器的損傷。
2.6、 配置國產(chǎn)高響應試驗機專用伺服閥 (7Mpa下流量為95L/min)。
2.7、 配置角度傳感器用于測量作動器轉(zhuǎn)動角度。
2.8、 轉(zhuǎn)軸與過渡聯(lián)結(jié)盤采用獨特的連接方式，進一步提高動態(tài)響應性能。
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、油泵電機組、閥塊、管路、冷卻系統(tǒng)等部分組成。用于提供試驗機工作的動力。
3.1、 泵站油箱采用全封閉設(shè)計，可有效防止外界雜質(zhì)進入液壓系統(tǒng)對液壓油的污染。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液壓油產(chǎn)生的污染。
3.2、 油泵、電機組配置采用串聯(lián)雙彈性支撐方式，進一步減少泵站噪音。
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：在液壓行業(yè)被喻為“磨損的油泵”，用于高、精、尖液壓系統(tǒng)。國際上幾大公司把它作為品牌產(chǎn)品來開發(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、無脈動、長壽命等性能。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，齒輪齒廊為直線，齒圈齒廓為直線共額線，工作時幾乎沒有困油區(qū)，即使在高速運轉(zhuǎn)，音頻仍平穩(wěn)平和。長壽命：直線共額內(nèi)嚙合齒輪泵其長壽命特性取決于耐磨性，內(nèi)部機械表面及各功能零件之間有一層油膜保護層，幾乎沒有磨損，即使使用一般液壓油，也不易磨損機件。另外，采用雙級加壓承擔壓力差的原理，在增加工作壓力的同時，也改善了泵工作條件，延長泵的使用壽命；
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、 泵站具有低壓啟動、高壓切換的工作模式，可有效減輕液壓系統(tǒng)的沖擊，并有安全保護閥，用于防止誤操作對液壓系統(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、 泵站配置雙電接點溫控表，液位控制計；具有油溫（低于10ºC、高于55ºC）、液位、濾油器堵塞報警和停車保護功能
3.8、 泵站流體連接件均配置美國派克PARKER公司液壓管件和高壓膠管，保證系統(tǒng)無泄漏；

圖5 恒壓伺服泵站照片
4、中繼蓄能濾油模塊：模塊配置過濾精度為0.003mm黎明（引進德國賀德克技術(shù)）精密濾油器、進回油蓄能器（中英合資奉化奧萊爾），模塊安裝于主機的擺動作動器一側(cè)，用于消除系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的脈動和對伺服閥進油提供高精度過濾，以保護伺服閥免收污染。
5、全數(shù)字單通道伺服控制器DTC—200s主要技術(shù)指標：
5.1控制通道數(shù)量：1個，每個通道包括試驗扭矩和角度兩個閉環(huán)控制回路，具有控制模式無擾平滑切換功能。
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信號發(fā)生頻率范圍：0.01Hz～25Hz；
5.5信號發(fā)生器波形：正弦波、三角波、方波、鋸齒波、隨機波；
5.6控制精度：靜態(tài)控制精度精度典型值一般為0.5％FS，動態(tài)控制精度典型值一般為0.5％FS；
5.7兩級伺服閥驅(qū)動單元；
5.8遠程液壓泵站控制功能；
5.9計數(shù)器容量：108；
5.10其它必要的I/O輸入輸出單元：四個模擬輸入、四個模擬輸出接口；四個數(shù)字輸入、四個數(shù)字輸出接口（選配）；
5.11具有過載保護、試樣斷裂保護、極限參數(shù)設(shè)置、試驗次數(shù)設(shè)置等功能；
6電液伺服動態(tài)試驗機（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，顯示當前控制模式、液壓和函數(shù)發(fā)生器狀態(tài)以及傳感器標定，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)字電壓表用于試驗數(shù)據(jù)實時顯示。圖7是單通道試驗助手系統(tǒng)管理軟件的主界面圖，圖8是雙通道試驗助手系統(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)置各種試驗功能和試驗參數(shù)的設(shè)置，如自定義系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)定試驗頻率，扭轉(zhuǎn)方向，高/低載荷，循環(huán)次數(shù)等。
6.3、軟件帶有實時圖形顯示及編輯功能，試驗數(shù)據(jù)實時自動采集、記錄并實時顯示各種試驗曲線；
6.4、軟件具有故障極限設(shè)定、自動診斷故障等功能，并具有零點漂移的修正功能；
函數(shù)發(fā)生器軟件PowerTestV3.0-J02C：該軟件主要用于恒幅動態(tài)試驗，例如恒幅疲勞試驗，恒幅疲勞裂紋擴展試驗等。函數(shù)發(fā)生器軟件會自動對控制量(例如載荷)的峰谷值進行跟蹤修正，以保正在整個試驗過程中，每個峰值的動態(tài)誤差典型值為±0.5%FS，試驗時操作人員可以動態(tài)地改變峰值、谷值和頻率，也能進行人工或自動信號保持，如果自動信號保持循環(huán)數(shù)間隔被設(shè)置，則試驗循環(huán)數(shù)每增加一個循環(huán)數(shù)間隔，軟件就會自動把信號保持在設(shè)定的水平上，以方便于某些試驗數(shù)據(jù)的測量(如目測裂紋長度)。軟件可選的波形有正弦波、三角波和方波。試驗結(jié)束后，軟件會將一些重要的數(shù)據(jù)存盤，例如試驗載荷、頻率、循環(huán)數(shù)和試驗時間等。該軟件也可進行簡單的靜

態(tài)試驗。圖11是函數(shù)發(fā)生器軟件主界面圖。

多功能試驗軟件PowerTestV3.0-J07C（類似美國MTS公司793.10MPT軟件）：該軟件是一個柔性強，功能全的試驗軟件，用戶可以用其設(shè)計特殊的試驗方法，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的方式做在了一個面板上，用戶可以將這些功能圖標用鼠標拖放到試驗定義面板中，并將其按照用戶需求隨意組合起來，就可以按照用戶自定義的試驗方法進行試驗。該軟件可用于隨機譜試驗。該軟件具有開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，方便用戶可以對系統(tǒng)做進一步的擴展；
7、其它配置及必要附件：
7.1所有液壓管件、高壓膠管均采用進口美國派克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準配置5米），以保證整個系統(tǒng)無滲漏油現(xiàn)象和試驗環(huán)境的清潔。
7.2根據(jù)設(shè)備采購方提供的被試件圖紙設(shè)計加工試驗連接件一套。
7.3配置用于沖洗泵站和作動器的沖洗附件，便于用戶定期更換液壓油進行液壓系統(tǒng)清洗。
7.4配置用于標定扭距傳感器的加載標定裝置以及液壓千斤頂，便于設(shè)備的驗收和用戶隨時對設(shè)備進行精度校驗。
7.5隨機免費贈送精密濾油器濾芯五只，便于用戶定期更換液壓油進行液壓系統(tǒng)清洗。
8、安全保護功能：
8.1、系統(tǒng)具有各種參數(shù)報警及保護功能；
8.2、系統(tǒng)具有試樣破壞保護功能；
8.3、系統(tǒng)具有液壓系統(tǒng)溫度、液位、濾油器報警、保護功能；
8．4、對于故障報警，計算機上能顯示診斷結(jié)果，并有相應的聲光報警裝置

二、 NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機主要技術(shù)指標：
1、 動態(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)進行分檔標定，示值精度每檔20%起±0.5%；
3、 扭矩傳感器示值精度：±0.2%FS；
4、 試驗頻率范圍：0.01-15Hz；
5、 試驗轉(zhuǎn)角：±50°；
6、 示值精度：±0.5%，分辨率：0.1°；
7、 主要試驗波形：正弦波、三角波、方波、斜波或其他外部輸入波形；
8、 試驗空間1500mm；
9、 具有兩個閉環(huán)控制回路：角度、扭矩，可平滑無擾切換；
10、 具有試驗參數(shù)極限保護功能；
11、 恒壓伺服泵站規(guī)格：流量110L/min，21Mpa，電機功率45kW；
12、 角速度±300°/s (4Hz, ±12deg)；
13、 計數(shù)器容量：108。

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