一、方案描述：

NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機(jī)主要由主機(jī)（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(jī)周圍應(yīng)留有一定的空間。
1、 主機(jī)：主機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)，伺服擺動作動器安裝于主機(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(hù)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(jī)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(yīng)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計的伺服擺動作動器具有低阻尼、高響應(yīng)、高壽命、大間隙設(shè)計的特點(diǎn)，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(jìn)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(diǎn)。
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(yùn)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(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(yīng)試驗機(jī)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)盤采用的連接方式，進(jìn)一步提高動態(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。用于提供試驗機(jī)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(jìn)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(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(yùn)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(jī)械表面及各功能零件之間有一層油膜保護(hù)層，幾乎沒有磨損，即使使用一般液壓油，也不易磨損機(jī)件。另外，采用雙級加壓承擔(dān)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(hù)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(diǎn)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(hù)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(jìn)德國賀德克技術(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(jìn)油提供高精度過濾，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，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(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(yuǎn)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(hù)、試樣斷裂保護(hù)、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(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(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態(tài)試驗，例如恒幅疲勞試驗，恒幅疲勞裂紋擴(kuò)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)，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(biāo)的方式做在了一個面板上，用戶可以將這些功能圖標(biāo)用鼠標(biāo)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(jìn)行試驗。該軟件可用于隨機(jī)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(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(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)備的驗收和用戶隨時對設(shè)備進(jìn)行精度校驗。
7.5隨機(jī)免費(fèi)贈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、濾油器報警、保護(hù)功能；
8．4、對于故障報警，計算機(jī)上能顯示診斷結(jié)果，并有相應(yīng)的聲光報警裝置

二、 NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)：
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(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(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、 計數(shù)器容量：108。

三、NZP4000型電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機(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，以保證整個系統(tǒng)無滲漏油現(xiàn)象；
★ 其他必要附件。