1、橡膠支座壓剪試驗機制造目的
為了滿足用戶檢驗公路橋梁橡膠支座成品的力學性能（5000kN/10000KN）試驗的需要，提供具有技術水平的微機控制電液伺服壓剪試驗機
2、橡膠支座壓剪試驗機適用范圍
本文給出了微機控制電液伺服壓剪試驗機總體技術方案；
本文作為微機控制電液伺服壓剪試驗機初步設計評審方案，供專家及用戶評審使用。
本方案經(jīng)評審、批準后作為微機控制電液伺服壓剪試驗機詳細設計的依據(jù)。
3、橡膠支座壓剪試驗機設計依據(jù)及引用文件
（1）《GB/T3722—92液壓式壓力試驗機》的有關規(guī)定。
（2）《JB/T8612—97微機電液伺服試驗機》
（3）《JT/T4--2004公路橋梁板式橡膠支座力學性能試驗方法》
（4）《JT391-1999公路橋梁盆式橡膠支座》
（5）《GB/T17955-2000球型支座技術條件》
（6）《GB/T2611—92試驗機通用技術要求》
4、橡膠支座壓剪試驗機系統(tǒng)試驗能力與主要技術要求
4.1系統(tǒng)試驗功能
試驗中，模擬試件工作狀況，將試樣放在試驗機試驗空間里，由電機驅動橫梁，調整好空間，由電機驅動油泵，通過微機控制電液伺服閥對試樣施加載荷，進行抗壓強度，彈性模量試驗。通過橫剪裝置和轉角裝置對橡膠支座產(chǎn)品進行轉角、剪切等強度性能試驗。
4.2試驗機正常工作條件
1、室溫: 10-35℃ 濕度: ≤80%
2、濕度：≤75%
3、電源: 3相 380V±10% 50Hz 15kW
4、無強烈振動、無腐蝕性介質、無較強電磁場干擾的環(huán)境中
5、計算機電源：220V±10% 50Hz 單獨接入
4.3主要規(guī)格及參數(shù)
（一）5000kN四柱式壓力試驗
（1）、試驗力：5000kN（壓力表示值30MPa）
（2）、試驗力范圍：（0.4%—99%）20 kN—5000 kN
（3）、試驗力精確度：≤±1%
（4）、四點位移測量范圍：0-10mm(數(shù)顯千分表分辨率1微米)
（5）、四點位移測量平均值精確度：≤±1%FS
（6）、活塞行程：0－200mm
（7）、上、下壓板距離；0－1500mm
（8）、上、下壓板尺寸：900×700mm
（9）、四柱凈距（左右/前后）：1040mm/640mm
（10）、位移測量范圍：0-250mm
（11）、位移測量精度：±0.5%FS
（二）1000kN橫向臥式剪力試驗裝置
（1）拉伸(剪切)試驗力:1000kN（壓力表示值25MPa）
（2）試驗力范圍:（2%－99%）20 kN——1000kN
（3）試驗力精確度：±1%FS
（4）活塞行程：0－150mm
（5）拉伸速度：0－50mm/min
（6）位移測量范圍：0－150mm
（7）位移測量精度：±0.5%FS
（8）剪切拉板尺寸：900×700×70mm
（三）、轉角試驗裝置
（1）轉角力：300kN（壓力表示值25MPa）
（2）轉角力精確度：±1%FS
（3）活塞行程：0－100mm
（4）轉角板尺寸：1400×700×120 mm

5、橡膠支座壓剪試驗機總體技術方案
本方案設計以滿足用戶對橡膠支座成品進行抗壓強度試驗、抗壓彈性模量試驗、抗剪彈性模量試驗、轉角試驗、剪切角試驗等。本機還可對金屬，非金屬材料，建筑材料等大型結構構，彈性模量試驗為目的。以采用的試驗技術和測量方法為出發(fā)點。在充分利用現(xiàn)代科學技術的基礎上，采用的、成熟的控制技術。以技術性、設備實用性、安全可靠性、運行經(jīng)濟性、性價比優(yōu)、投資少為設計理念和追求目標。提出了微機控制電液伺服壓剪試驗機總體設計方案。
5.1技術性體現(xiàn)在采用現(xiàn)代的計算機自動化測控技術，采用國內外成功的試驗技術和試驗方法，可任意選擇恒定或按載荷指令加載方式實施加載。
5.2功能多用性體現(xiàn)在一臺設備可進行抗壓強度試驗、抗壓彈性模量試驗、抗剪彈性模量試驗、轉角試驗、剪切角試驗等。本機還可對金屬，非金屬材料，建筑材料等大型結構構件彈性模量試驗。
5.3設備的實用性體現(xiàn)在以滿足試驗能力和需求為前提，設計思路清晰、機構簡練、設備配置合理，可自動完成試驗記錄和數(shù)據(jù)處理。
5.4安全可靠性體現(xiàn)在設備各系統(tǒng)都有安全保護機構，如在油源壓力保護，油溫控制，試驗力過載保護，四柱的安全防護等。
5.5經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在滿足試驗基本功能的前提下，相對同類設備系統(tǒng)消耗量較小。
5.6性、價比體現(xiàn)在技術性能的條件下相對同類設備投資少。

6、橡膠支座壓剪試驗機主要結構及工作原理
主機采用我廠成熟的技術，主機剛度高，穩(wěn)定性好，變形小，密封效果好。油源采用國產(chǎn)品牌油泵電機組，美國威格士控制閥，國產(chǎn)品牌冷卻器， 及其他液壓輔件，適配性好，性能穩(wěn)定可靠，能充分滿足本機流量及壓力液壓需求。
控制柜里主要有控制器控制伺服閥，還有一些其他輔助電氣設施。計算機對試驗參數(shù)采集和處理，由屏幕實時顯示測試過程和試驗結果及過程再現(xiàn)（抗壓強度，彈性模量，轉角，抗剪彈性模量等），由打印機打印試驗報告。
6.1、主要結構
YAJ－5000型微機控制電液伺服壓剪試驗機主要由以下五部分組成：
（1）、5000kN四柱式壓力試驗機
（2）、1000kN橫向臥式剪力試驗裝置
（3）、300kN轉角試驗裝置
（4）、多功能液壓源
（5）、微機伺服測控系統(tǒng)
（一）5000kN四柱式壓力試驗主機
該主機是獨立的，同時也是組合的試驗單元，它可進行橡膠支座的抗壓強度和四點變形平均值及彈性模量試驗。它與1000kN橫向臥式剪力試驗裝置組合，可實現(xiàn)橡膠支座的抗拉、抗剪性能試驗。該主機為四柱式框架結構，油缸置于下底座。上橫梁可調。
主機采用四柱立式、油缸下置、動橫梁結構。主油缸材料采用鑄鋼，活塞材料采用球墨鑄鐵，主油缸與活塞密封采用間隙加密封圈密封，這樣使用壽命長，密封性能可靠，無外泄。下壓板（小車）可前后移動，便于裝卸試樣；壓縮空間通過動橫梁進行調節(jié)；機座及橫梁為鑄造件，四根絲杠均采用鍛造件；從而，使整機具有良好的剛度。
我公司生產(chǎn)的5000kN四柱式壓力試驗機主機凈重20噸，整機剛度達2×1010N/m（即在5000kN壓力下整機變形不大于0.3mm；上下壓板變形不大于0.001mm）。因為試驗機是一種精密設備，試驗機的剛度直接影響試驗精度、試驗結果的準確性；尤其是做橡膠支座的檢測試驗，試驗法要求主機和壓板必須具有一定的剛度。因為橡膠支座本身是一種塑性材料，變形大。如果主機和壓板剛度不夠，勢必要參與試樣的變形中去，這樣做出的數(shù)據(jù)就會有一定的誤差。
我公司生產(chǎn)的5000kN四柱式壓力試驗機主機活塞行程250mm，可達300mm?；钊谐檀笥欣谟脩舻氖褂?。如：用戶要在該試驗機上做變形大的構件，我公司的試驗機活塞行程大，就能滿足用戶的要求。
另外試驗機正常使用時，在加力前活塞至少升起30－50mm。由于我公司的試驗機活塞行程大，因此，在做試驗時試樣變化不是很大時，可以用活塞行程來調節(jié)試驗空間。這樣即方便了用戶做試驗，同時也提高了工作效率。
我公司生產(chǎn)的5000kN四柱式壓力試驗機主機還有一個特點：跨度大。即杠與杠之間的凈距離寬（左右1040mm；前后640mm），因為我們在設計時考慮到用戶購買大噸位的試驗機不光能做單一產(chǎn)品的試驗，同時要一機多用；比如：做一些大型構件、大型水泥管等等。所以用戶購買了本機就等于購買了一臺多功能試驗機， 1）機座：
機座材料為球墨鑄鐵，一次澆鑄成型。該機座在5000kN壓力下變形僅為0.002mm。此種材料剛性好，經(jīng)三十多年用戶使用驗證，整機剛度沒有發(fā)生任何變形，保證了整機長期使用的穩(wěn)定性。工作油缸采用鑄鋼件，工作活塞內設計一個可調心的球面支承，這樣在發(fā)生偏心作用力時可以減輕工作活塞的側傾力以保證測力精確，試驗力值穩(wěn)定可靠。
油缸坐在機座里，這樣油缸與機座形成一體，在做橫向剪切試驗時，油缸和活塞不承受側向力，從而保證了油缸、活塞的使用壽命。
2）橫梁：
橫梁上裝有升降電動機，通過蝸輪、蝸桿使橫梁沿著絲杠上升或下降來達到調整試驗空間，但在加荷時不得升降。橫梁上裝有間隙消除器，以消除傳動螺母與絲杠之間的間隙。
橫梁的外形設計也是我公司的一大特色，此種形狀經(jīng)過我公司四十多年的驗證重量輕、剛度好；穩(wěn)定、可靠；該橫梁在5000kN壓力下變形僅為0.002mm。在此剛度下橫梁的外形設計是合理的。
3）壓板
上壓板通過螺釘連接在橫梁下面，下壓板裝有車輪可在軌道上移動，上下壓板材料為鋼件。因為下壓板可移動，利用托板上的定位銷使下壓板對準中心，這樣可以方便地裝卸試驗件。在做橡膠支座剪切試驗時，利用小車將兩塊摩擦板安裝在上下壓板上，這樣就可以做橡膠支座橫剪狀態(tài)下的抗拉、抗剪彈性模量試
驗。
橡膠支座壓剪試驗機壓力機主機主要由以下部分組成：
（1） 5000kN主壓力機一臺
（2） 負荷傳感器（5000kN）一只
（3） 位移傳感器一只
（二）1000kN橫向臥式剪力試驗裝置
橫向臥式剪力試驗裝置必須與5000kN主機合作的情況下共同工作。這部分主要用于橡膠支座的抗拉、抗剪試驗。橫向剪力試驗裝置的組成部分主要有：1000kN工作油缸組件、油缸支座車體組件、1000kN負荷傳感器、橫向位移傳感器、拉杠橫梁、拉力托板及升降裝置等組成。
根據(jù)試驗要求，對力值設定并保壓。橫向剪切試驗的受力狀態(tài)非常好，它是一對內力，橫向剪切油缸的作用力通過傳感器及球面支撐作用到橫剪拉板上，橫向剪切油缸的反作用力通過油缸座支撐作用到上下壓板（摩擦板）上，這樣作用力與反作力互相抵消，對于試驗機的主機不產(chǎn)生測向力，從而對主機任何部位均無損壞。
橫剪裝置升降控制采用我公司研制的新技術，屬創(chuàng)。該升降裝置，使橫剪裝置做到了實時跟蹤，橫剪作用力始終作用在中心位置上。由于橫剪裝置是用四個滾珠絲杠升降，其重心在橫剪小車上，這樣在做橫剪試驗時，橫剪裝置的自重可以消除，保證了試驗結果的準確性。
橫剪試驗裝置主要由以下部分組成：
（1） 切摩擦板二塊
（2） 1000kN橫向加試驗力油缸一套
（3） 負荷傳感器（1000KN）一只
（4） 位移傳感器一只
（三）轉角試驗裝置
轉角試驗裝置由一塊平板及一個300kN頂出的油缸組件組成。它的原理是：通過四柱式試驗機主機的上下壓板夾住兩塊橡膠支座試件，在兩試件中夾著轉角平板，在指定受力點300kN活塞向平板施加試驗力，試件產(chǎn)生一個轉角位移，其轉角計算由計算機來完成，然后打印試驗報告。
轉角試驗裝置主要由以下部分組成：
（1） 轉角壓板一塊
（2） 300kN轉角加試驗力油缸一套
（3） 負荷傳感器（300kN）一只
（4） 位移傳感器一只
（四）多功能液壓源
液壓源由油箱、兩套泵組、濾油器、電磁換向閥、2個比例伺服閥、溢流閥等組成。油泵打出的高壓油經(jīng)過濾油器進入配流座。進入配流座的油經(jīng)2個伺服閥分別用于對主油缸、剪切油缸、轉角油缸試驗力的控制，當油液的壓力達到溢流閥調定的壓力時，多余的油經(jīng)溢流閥溢流后流回油箱。系統(tǒng)的壓力通過壓力表可隨時觀察到。伺服閥要求使用清潔的油液，因此，油箱采用封閉式油箱，避免了二次污染，在系統(tǒng)中使用了濾油器，過濾精度為5um，用以過濾掉油液中的雜質，長期使用，濾油器會因存有過多的雜質而堵塞。因此，應根據(jù)具體情況更換濾油芯，這樣保證油路系統(tǒng)的清潔，提高了各液壓元件的使用壽命。同時配置了管式冷卻器，超過設定溫度報警器報警，開啟冷卻器，限制油溫升高，使液壓系統(tǒng)總處于良好的工作狀態(tài)。
（五）微機測控系統(tǒng)
該系統(tǒng)是專門為壓剪試驗機開發(fā)的測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)為多通道伺服控制系統(tǒng)，可控制多個伺服作動器。,由一臺計算機控制，功能強大的測控軟件由VC++語言編程，在Windows98/2000/NT/XP中文操作系統(tǒng)下工作。由多個伺服閥（或者電液伺服比例閥）作為控制元件，與位移傳感器、負荷傳感器(壓力傳感器)，變形傳感器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)需要對每個獨立的測量控制系統(tǒng)進行參數(shù)設置，每個作動器可分別、同時進行測量控制，從而完成給定的程序波形試驗。
1、微機測控系統(tǒng)由以下部分組成
1）、數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)
根據(jù)新的試驗標準規(guī)定抗壓彈性模量及抗剪彈性模量試驗均有試驗力保持要求。為此配置了兩套伺服閥，分別控制軸向壓力試驗主機和橫向剪力試驗裝置及轉角試驗裝置，通過改變控制器的電壓信號改變流過伺服比例閥的油量和方向，實現(xiàn)對工作油缸的控制，滿足抗壓彈性模量和抗剪彈性模量試驗要求，可以實現(xiàn)等速加荷、試驗力保持、等速卸荷等功能，以上功能是真正的閉環(huán)控制，不受外界環(huán)境影響，保證試驗的準確性，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到很大提高。
2） 工業(yè)控制計算機
由于采用了計算機，幾乎所有操作均在中文虛擬面板上進行，操作直觀便捷，輕松完成試驗參數(shù)設置、試驗控制、數(shù)據(jù)分析與處理；由屏幕實時顯示測試過程和力-時間曲線、力—位移、力—變形曲線等。并由打印機打印試驗報告及曲線。
3）、 品牌打印機
4）、 各種電纜線
5）、 WINDOWS平臺下的中文試驗軟件包
2、主要技術參數(shù)
1）試驗力測量系統(tǒng)
采用力傳感器（主作動器和水平作動器）對試驗力無慣性連續(xù)測量。
⑴．垂直試驗壓力：5000kN
• 試驗力測量精度：±1% 。
• 試驗力測量范圍：0.4～99%FS（連續(xù)全量程測量）。
• 試驗力值顯示：計算機屏幕實時顯示直讀數(shù)。
⑵．水平剪切力：1000kN
• 試驗力測量精度：±1% 。
• 試驗力測量范圍：2～99%FS（連續(xù)全量程測量）。
• 試驗力值顯示：計算機屏幕實時顯示直讀數(shù)。
⑶．轉角頂出力：300kN
• 試驗力測量精度：±1% 。
• 試驗力測量范圍：2～99%FS（連續(xù)全量程測量）。
• 試驗力值顯示：計算機屏幕實時顯示直讀數(shù)。
變形測量系統(tǒng)
• 采用變形傳感器測量試樣變形（垂直方向四只）。
• 變形測量范圍：0-10mm（連續(xù)全量程測量）。
• 變形測量分辨率：0.001mm。
• 變形測量誤差：±1%FS 。
• 變形顯示：計算機屏幕實時顯示直讀數(shù)。
2）位移測量系統(tǒng)
• 采用位移傳感器測量油缸活塞位移量，位移值由計算機屏幕顯示（垂直方向和水平方向兩只）。
• 位移量程：0～250mm；0～100mm。
• 位移測量分辨率：0.002mm
• 測量誤差：±0.5%
• 變形顯示：計算機屏幕實時顯示直讀數(shù)。
3）速度控制
①試驗力等速率控制：0.1～99%FS/min
• 等速率控制精度：±1%設定值
②位移等速率控制：0.5～50mm/min
• 等速率控制精度：±1%設定值
③恒試驗力、恒變形、恒位移速率控制精度：±1%設定值
7、橡膠支座壓剪試驗機控制系統(tǒng)及主要功能
主要功能特點
可實現(xiàn)計算機對試驗過程的自動控制。還可通過計算機進行手動控制。
1）測量控制系統(tǒng)采用美國AD公司電子器件生產(chǎn)，采用計算機總線插卡式設計。系統(tǒng)具有自動調零、自動標定、連續(xù)全程測量、無級調速等功能。計算機軟件采用VC++語言編程，可在Windows98/2000/XP/NT操作系統(tǒng)下工作。內容包括了試驗力、位移、變形測量控制,試驗曲線顯示、數(shù)據(jù)處理和打印、判別等功能，
并有完整的數(shù)據(jù)庫軟件接口供用戶使用。采用全數(shù)字閉環(huán)調速系統(tǒng)，可對試驗的全過程進行監(jiān)控、自動采集處理試驗數(shù)據(jù)、打印試驗曲線報告。同時具有曲線、數(shù)據(jù)存儲功能及曲線放大功能。
2） 進行試驗力等速率控制，并可進行試驗力保持。
3） 進行位移等速率控制，并可進行位移保持。
4） 在試驗過程中各種控制速率及控制功能均可互相切換。
5） 具有整機保護功能。
6） 可通過聯(lián)機幫助查看或打印軟件說明、操作規(guī)程、注意事項等內容。

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