隔震橡膠支座壓剪試驗機試驗方法及詳細介紹

微機控制電液伺服動態壓剪試驗機

YAW-10000J(D)微機控制電液伺服

動態壓剪試驗機

本方案以如下標準為依據進行企劃：

1.制造標準

n GB/T16826-2008《電液伺服萬能試驗機》

n GB/T2611—2007《試驗機通用技術要求》

n JJG139—1999 《拉力、壓力和萬能試驗機》

n GB/T3722-92   《液壓式壓力試驗機》

n JJG157-2008   《拉力、壓力和萬能材料試驗機檢定要求》

2.試驗標準

n JT/T4—2004     《公路橋梁板式橡膠支座》

n JT391-2009     《公路橋梁盆式支座》

n GB/T17955-2009 《橋梁球型支座》

n TB/T1893-2006   《鐵路橋梁板式橡膠支座》

n TB/T 2331-2013  《鐵路橋梁盆式支座》

n TB/T 3320-2013  《鐵路橋梁球型支座》

n GB/T 20688.1-2007 《隔震橡膠支座試驗方法》

n GB/T 20688.2-2006《橋梁隔震橡膠支座》

n GB/T 20688.3-2006《建筑隔震橡膠支座》

n GB/T 20688.4     《普通橡膠支座》

n JT/T822-2011    《公路橋梁鉛芯隔震橡膠支座》

n JT/T842-2012    《公路橋梁高阻尼隔震橡膠支座》

一、產品使用范圍

1.本機主要用于檢測隔震橡膠支座的成品力學性能試驗。可分別進行：

u 隔震橡膠支座

n 壓縮性能試驗

n 剪切性能試驗

n 剪切性能相關性試驗

n 壓縮性能相關性試驗

u 板式支座

n 抗壓彈性模量試驗

n 極限抗壓強度試驗

n 抗剪彈性模量試驗

n 抗剪粘接性能試驗

n 抗剪老化試驗

n 摩擦系數試驗

n 容許轉角試驗

u 盆式支座

n 成品支座豎向承載力試驗

n 成品支座摩擦系數試驗

n 成品支座轉動試驗

u 球型鋼支座

n 豎向承載力試驗

n 支座摩擦因數試驗

n 支座轉動力矩的測定

n 水平承載力試驗

二、產品簡介

    YAW-10000J(D)(D)微機控制電液伺服動態壓剪試驗機采用四立柱、油缸上置式自平衡框架結構，水平動態單剪系統為雙導向、自鎖緊、自反力剛性滑動機構，保證動態單剪試驗機械結構的準確度；

   雙剪系統帶有隨動系統，增加剪切試驗的準確性；剪切機構垂直移動采用浮動油缸調整，并通過伺服閥控制；剪切油缸與浮動托板之間裝有四根導向桿，使剪切油缸升起來后不發生傾斜；

   轉角系統采用雙作用伺服油缸施加力，并固定在垂向主機的底座上。雙作用伺服油缸、轉角板、球面桿和支承座等構成轉角主系統；轉角油缸為單出桿雙作用伺服油缸，使用進口格萊圈、斯特封和防塵圈等密封，密封性好，使用壽命長，安全系數高；

靜載控制系統采用獨立開發的控制系統，微機控制協調多級液壓加載、連續加荷平穩、多級試驗力保持、能自動連續平穩加載、自動保載、自動采集并儲存數據、儲存、繪制曲線，自動打印試驗報告，計算機適時控制試驗進程、顯示試驗力及試驗曲線、操作簡單可靠，便于操作。

動態控制系統采用德國多利580動態控制器；該系統是功能性價比超群的新一代產品；它是材料及結構試驗機的全閉環控制和數據采集的電子系統。

三、主要技術參數

1．垂向加載部分

u 大試驗力：10000kN；

u 試驗力測量范圍：0.4%-100%F.S（40~10000kN）；

u 試驗力測量精度：試驗力示值的±1%；

u 油缸空載大位移速度：0-60mm/min；

u 油缸大行程：1000mm；      

u 位移測量精度：±1.0%Fs；

u 變形測量分辨力（mm）：0.001(垂向變形)， 0.001(徑向變形)；

u 變形測量：四只光柵式數字位移傳感器測量試樣垂向變形；

            四只光柵式數字位移傳感器測量試樣徑向變形；

               變形測量范圍：0～50mm（垂向變形）、

                             0～20mm（徑向變形）；

u 試驗大空間：1000mm；

u 上壓板尺寸：1200mm×1200×200mm；

u 下壓板尺寸：1200mm×1200×200mm；

u 等速試驗力控制范圍：0.5kN/s～25kN/s（控制精度1%）；

u 等速位移控制范圍：0.5 mm /min～40 mm /min；

u 控制方式和數據處理：計算機伺服控制系統及數據（試驗力、位移）圖形采集處理等；

u 測力方式：負荷傳感器測力；

u 采用低阻尼組合式密封元件，試驗力保持穩定可靠；

u 控制方式：液壓加載，電液伺服閉環控制，屏幕顯示。

2.橫向剪切部分

u 大試驗力：2000kN；

u 試驗力測量范圍：1%-100%F.S.（20 kN～2000 kN）；

u 試驗力測量精度：≤±1%；

u 采用單出桿雙作用活塞缸，活塞行程200mm；

u 工作活塞推進速度：0～60mm/min；

u 變形測量范圍：0～200mm；

u 位移測量范圍：0～200mm；

u 變形測量精度：±0.5%FS；

u 位移測量精度：±0.5%Fs；

u 變形測量分度值：0.01mm；

u 位移及變形測量：兩只光柵式數字位移傳感器測量試樣的剪切變形；

u 測力方式：高精度負荷傳感器測力；

u 水平剪切裝置進退：電機驅動；

u 水平剪切裝置升降：浮動液壓缸調整；

u 負荷保持功能：高精度進口伺服閥負荷保持，進行橫向剪切力的多級控制；

u 采用進口的組合式密封元件，試驗力保持穩定可靠。

u 控制方式：液壓加載，電液伺服閉環控制，高精度負荷傳感器測量，屏幕顯示。

3.轉角部分

u 大轉角頂出力：600kN；

u 試驗力測量范圍：2%～100%F.S （12kN～600kN）；

u 試驗力測量精度：≤±1%；

u 測力方式：高精度負荷傳感器測力；

u 變形測量：四只光柵式數字位移傳感器測量試樣的翻轉變形；

u 變形測量范圍：0～50mm；

u 變形測量分辨力：0.001mm；

u 變形測量精度：±0.5%FS；

u 工作活塞大行程：150mm；

u 工作活塞移動速度：0～60mm；

u 位移測量范圍：0～150mm；

u 位移測量精度：優于±0.5%Fs；

u 負荷保持功能：高精度進口伺服閥負荷保持，進行轉角力的多級控制；

u 采用進口的組合式密封元件，試驗力保持穩定可靠。

u 控制方式：液壓加載，電液伺服閉環控制，高精度負荷傳感器測量，屏幕顯示。

4.橫向動態剪切部分

u 大動態試驗力：±1500kN

u 試驗力測量范圍：2%～100%F.S（30kN～1500kN）；

u 示值精度：≤±1%；

u 振幅與頻率關系：  頻率范圍：0.001~2Hz；                                                                                                        當振幅500mm，頻率≥0.05Hz；

u 工作活塞大行程：±500mm

u 位移精度：優于±1%

u 位移分辨力:0.003mm

四、產品技術性能特點

 1．垂向系統

n 采用上置式雙向油缸、四立柱框架式主機結構，試驗空間無級可調，方便不同高度的試驗需求。整機剛度高，變形量小，測量數據準確無誤;

n 底座、橫梁采用整體鑄造結構，工件剛度大，外型美觀大方；

n 油缸為單出桿雙向結構，油缸內孔終工序為珩磨機精密加工而成，從而降低了油缸活塞的摩擦，提高試驗機測量精度及使用壽命；

n 整機高度5000mm，底座沉于基礎坑內,送料小車及剪切裝置小車共用一導軌，且與地面平齊，裝卸試樣方便快捷。

n 力值采用負荷傳感器進行測量。

2．橫向靜態雙剪系統

剪切系統由剪切油缸、前后橫梁、兩側拉杠、剪切中間抽板、上下摩擦板、頂塊、連接銷、剪切小車等組成。采用雙作用伺服缸施加試驗力，由剪切小車支撐，浮動油缸調整橫向剪切的水平位置，小車電動行走裝置配帶電磁離合器，調整剪切裝置的前后位置。剪切小車升降調整加載裝置水平位置，保證剪切力值的準確性，提高檢測精度。

n 雙作用伺服油缸、連接拉杠、摩擦板、剪切小車、浮動油缸和導軌等構成橫向主系統；

n 剪切小車由滾輪、伺服浮動油缸、導向柱、行走電機及離合裝置等組成；

n 剪切小車的前進、后退電動實現，不必手動推動，并配有電磁離合器。行走時離合器帶電吸合，剪切試驗開始后，離合器失電松開。試驗時小車會跟隨橡膠支座的剪切變形移動，此時需要把小車移動的阻力降到低，即移動時不受行走電機的制約，使抗剪試驗的結果更具準確性；

n 剪切加載裝置的水平位置由剪切小車攜帶的伺服浮動油缸來調整，伺服浮動缸自動調節剪切油缸水平位置，保證負荷傳感器的軸心和中間剪切抽板的對稱軸線重合，確保試樣水平軸向力的準確；

n 剪切油缸為單出桿雙作用伺服油缸，使用進口格萊圈、斯特封和防塵圈等密封，密封性好，使用壽命長，安全系數高；

n 剪切力值采用高精度負荷傳感器直接測力，精度0.3級，量程2000kN，能承受較大過載載荷，使用壽命較長；

n 負荷傳感器與活塞桿之間鏈接，保證了橫向剪切力的準確；

n 用兩支光柵式位移傳感器測量橡膠支座的剪切變形，傳感器頂桿與中間抽板接觸，分布于抽板兩端，準確測量橡膠支座剪切變形；

n 配備兩塊不銹鋼板，平面度和光潔度好，*摩擦系數試驗的要求。

3．轉角系統

　　轉角系統采用雙作用伺服油缸施加力，并固定上壓板上。

n 雙作用伺服油缸、轉角板、球面桿和支承座等構成轉角主系統；

n 轉角油缸為單出桿雙作用伺服油缸，使用進口格萊圈、斯特封和防塵圈等密封，密封性好，使用壽命長，安全系數高；

n 轉角力值采用高精度負荷傳感器直接測力，精度0.3級，量程600kN，能承受較大過載載荷，使用壽命較長；

n 采用四支光柵式位移傳感器測量橡膠支座的轉角變形；

n 負荷傳感器與活塞桿之間通過球頭球座組成球鉸連接（球鉸連接可自由對中，確保轉角垂向力的準確性）；

n 根據不同大小的試樣，可以更換球面桿的長短附具，以滿足不同試件厚度的試驗要求。

4．水平動態剪切系統    

水平剪切系統由固定底座、動態作動器、滾動支座、摩擦板、滾動導軌塊及預應力環等機構組成自反力結構；保證油缸活塞、傳感器和立柱不受水平力的影響，作動器與傳感器采用預應力環連接，防止傳感器在試驗過程中松動；上壓板兩側裝有滾動導軌塊，使整體主機結構不受水平作用力影響。主機底座上部裝有滾動支座，滾動支座上部為動態工作臺，水平剪切時，摩擦板通過球鉸結構連接在作動器的活塞桿上，動態作動器裝在機座固定架上，并通過圓柱銷定位，而滾動導軌塊又與機座凸臺用兩個斜面導軌限制，使得水平動剪試樣臺始終保持在一條直線運行，不會偏移軌道。

5．液壓系統(靜態部分)

此系統為負載適應型進油節流調速系統。

油箱內的液壓油通過電機帶動高壓油泵進入油路，流經單向閥、高壓濾油器、伺服閥，進入油缸。高精度壓力、負荷傳感器安裝在油缸、活塞上，它將力信號轉化成電信號傳給計算機，計算機采集處理再轉化為試驗力值顯示出來，同時計算機根據傳感器的信號和控制程序的編制發出控制信號到伺服閥，控制伺服閥的開口大小和方向，從而控制進入油缸的流量，實現等速試驗力（應力）、等速位移、試驗力（應力）保持、位移保持等伺服控制。

負載適應型進油節流調速系統，根據試驗力的大小，自動控制閥的開口，減少了發熱及能量損失，降低了電機載荷功率。

為減少系統發熱和節約能源，伺服油缸采用伺服閥和壓差閥分別對流量、方向和試驗力實施控制。進行試驗時，電液伺服閥開口的大小直接控制活塞進出快慢，從而實現試驗速度的快慢，壓差閥的壓力是跟隨試驗力的大小自動調節。試驗結束后，壓差閥形式上為溢流閥設定成一個較低壓力，采用伺服閥控制及快速回油，靠活塞及工作臺小車自重返回到試驗開始時的位置。這種采用壓差閥控制的方式被稱為負載適應型控制，這種控制方式就是當液壓系統的壓力升高和降低時，壓差閥的調定壓力隨之改變，與系統壓力保持同步，這種控制方式不僅大大降低了能耗、減少了發熱、減少了冷卻系統的壓力，而且提高了整個液壓系統的安全性和可靠性。

冷卻系統采用水冷模式。水冷冷卻效果好，且屬于靜音冷卻方式，安靜無聲，不對試驗環境造成影響，保證試驗結果的準確性。

液壓關鍵件采用情況如下：

u 液壓泵：低噪音內嚙合齒輪泵 德國福伊特

u伺服閥：電液伺服比例閥     德國力士樂

6、液壓系統(動態部分)

水平剪切動態試驗主要指標為：

1）水平作動器大水平剪切力：1500kN；

2）工作活塞頻率：0.001Hz～2Hz

  行程：±500mm時，頻率：0.05Hz

3）工作活塞大行程：±500mm

根據上述指標，確定泵站指標為：

流量：700L/min；

工作壓力：21Mpa；

恒壓、多泵組結構：4套75kW電機+175L泵組合結構；

伺服泵站技術描述：

集中泵站采用4套175L/min、75kw電機泵組并聯方案，4套電機泵可同時使用，也可單獨使用。

總流量700L/min，總功率300kW（75kW×4），壓力21Mpa，過濾精度3μ，溫度范圍：室溫—55℃，電源：AC380V,50Hz；

油泵選用德國福伊特，該泵采用漸開線內嚙合齒輪傳動，軸向和徑向聯合加壓，屬低噪音系列泵，具有優良的耐久性和長壽命；

油泵電機組配置共用底座，并配置減振裝置（選用減振墊），以減小振動和噪音。

伺服油箱：

標準全封閉伺服油箱，配置溫度測量、空氣過濾、油位顯示等裝置；

伺服油箱留有泵站擴展接口板，方便今后的泵站擴容；

具有溫度超限、液位過低、濾油器堵塞等報警或停機保護等功能；

系統配置板式水冷卻器安裝在回油管路上；

電氣控制系統：1套

獨立放置，實現對泵站系統的電氣控制。

配置伺服泵站遠程手動控制按鈕箱 1套，遠程放置在控制室內，方便操作。配置系統報警指示燈，包括濾油器堵塞、油箱液位過低、溫度超限報警等。

配專門的接口閥塊用于甲方管路連接，連接方式：法蘭扣壓。  

7．電氣系統

采用一體化控制柜的電器系統，強電系統由低壓啟動柜與操作控制臺兩部分組成。低壓部分配置于油源外側，用于減少系統啟動對電網電壓的沖擊；操作控制臺采用臺式結構，布置于試驗操作區，內置遠程低壓啟動控制裝置，并專門設計的操作面板使各類試驗操作一目了然。此控制柜集計算機、顯示器、鍵盤、鼠標、打印機和強電控制操作系統與一體，簡單明了、使用方便。

8．伺服控制系統

電液伺服控制技術基本原理：電液伺服控制系統具有出力（扭矩）大、響應快的優點，它既具有電氣控制的靈活性、快速性和較高的控制精度，又有液壓控制的大功率操作能力，還能和計算機聯接以進行各種復雜的控制和數據處理；它既能進行動態的高周疲勞、程序控制疲勞和低周疲勞試驗，也能進行靜態的變形試驗和常規的力學性能試驗。近年來，采用電液伺服控制技術的試驗設備已成為上先進試驗設備的主要代表。

電液伺服控制系統由伺服控制器、電液伺服閥、伺服作動器及傳感器組成，其原理圖如下圖所示：  

伺服控制器的主要功能是對輸入系統的電信號進行綜合、比較、校正和放大；電液伺服閥將伺服控制器輸入的電流信號轉換為液壓能，是電液伺服控制系統中的關鍵元件；伺服作動器接受電液伺服閥輸出的壓力油，使作動器按要求進行直線運動或扭轉運動。

9．采集系統

垂向系統：

Ø 力值采集：高精度負荷傳感器測力；

Ø 油缸位移采集：拉線式光電編碼器自動采集；

Ø 試樣變形采集：板式抗壓：四支光柵式位移傳感器自動采集；

盆式承載力：八只光柵式位移傳感器自動采集；

 剪切系統：

Ø 力值采集：高精度負荷傳感器測力；

Ø 油缸位移采集：拉線式光電編碼器采集；

Ø 試樣變形采集：兩支光柵式位移傳感器自動采集；

轉角系統：

Ø 力值采集：高精度負荷傳感器測力；

Ø 油缸位移采集：拉線式光電編碼器自動采集；

Ø 試樣變形采集：四支光柵式位移傳感器自動采集；

10．控制系統及軟件

軟件系統是在WINDOWS操作平臺上開發出來的與控制器相配套、面向用戶的通用圖形窗口系統，它是以控制器為基礎，在充分考慮了壓剪試驗機的各種試驗要求后，開發的通用型壓剪試驗機軟件。通過使用該軟件，直接對計算機進行操作便可完成用戶想做的試驗及數據分析，快捷、方便、直觀。相信美觀的中文圖形界面、齊全的操作功能、靈活友好的人機界面、詳盡的使用幫助以及完備的數據處理將會給您的工作帶來很多便利。

產品采用多任務分時調用，可實現多三路串口數據的采集、同步顯示、曲線繪制和數據的分段保存，滿足了壓剪試驗機結構復雜、多個通道配合工作、試驗時間長的特點。

產品具有良好的開放性。用戶可以根據自己的需求自行命名數據庫文件、選擇相應的試驗類型、輸入正確的試樣參數、編制特殊的試驗程序、手動選擇正確的試驗數據點及輸出試驗報告。

測控系統具有自動調零、自動標定、平穩連續加載和卸載、自動持荷以及無級調速等常規功能；可對試驗的全過程進行監控、自動全程測量并采集處理試驗數據、自動繪制試驗曲線、自動儲存試驗原始記錄和曲線圖；

可以實現試驗力等速率控制（0.1～100%FS/min）以及位移等速率控制（0～40mm/min），等速率控制精度均滿足不大于設定值的±1%；軟件主界面如下：

n 可以進行試驗前試驗類型的選擇，如下圖：

具備試樣信息庫功能。編輯好試樣參數后，可以將該條試樣參數信息存入試樣庫，以便下次查找和調用。下次新建數據庫方案并且試樣參數和庫里的某一條試樣參數相同時，選中一條和當前試樣參數相同的記錄，點擊導入按鈕，就不用重復輸入參數。如果試樣庫中的參數記錄有重復的或者不需要的，可以點擊刪除按鈕進行刪除。

如下圖：

n 采用電液伺服系統進行全程閉環控制，在垂向和橫向（剪向）均具備試驗力（應力）控、位移控制功能，能夠實現等試驗力（應力）加載及試驗力（應力）保持、位移等速率加載及位移保持、等應變以及等應力加載等多種可選加載方式，并且在試驗過程中能夠實現所有控制方式（包括開環控制、閉環控制、程控試驗）以及控制速率的任意無沖擊平滑切換。

如下圖：

         程控試驗為開放式編程模式。用戶可以編制符合自己試驗要求的程序，也可以修改保存甚至調入歷史程序。歷史程序為試驗機軟件自帶的*符合國家標準的試驗步驟。如下圖：

n 具有完整的文件操作及數據存儲功能，自動生成并打印試驗報告。試驗數據可自動處理，并能以多種文件格式保存，試驗結束后數據可導入在Excel等多種軟件下進行處理； 如下圖：

n 用戶三級權限由高到低分別是：高級管理員、管理員和試驗員。高權限用戶可以創建比自己權限低的用戶，并且只能給新創建的用戶授權當前用戶有的權限。在右側的權限信息列表當中可以勾選允許或不允許當前用戶的各種功能權限。可以修改當前用戶的密碼，也可以用其他用戶名重新登陸軟件。如下圖：

水平剪切動態曲線

n 試驗機具備超載保護，油缸行程限位保護，橫梁行程限位保護、液壓系統大壓力保護等過載保護功能以及緊急停止功能；

n 計算機處理各種試驗數據，動態實時顯示各類試驗數據，并實時繪制時間－試驗力、時間－位移、時間－變形、位移－試驗力、試驗力－應變、應力－應變等常規曲線；且具有曲線局部放大或還原，同組曲線疊加對比，用鼠標可在曲線上得到任意采樣點的坐標值(x，y )等功能；

n 軟件具有各級管理權限設置功能、手動輸入功能，且可根據用戶要求進行修改和升級。

十一、德國多利580控制器

   Doli公司推出的全數字控制系統EDC580 是功能性價比超群的新一代產品；它是材料及結構試驗機的全閉環控制和數據采集的電子系統。新的EDC控制系統取代原有的EDC60和EDC120，在硬件和系統軟件方面有加強，但同時又保持和先期產品的兼容性。 EDC580則偏重于從復雜的靜態試驗到常規的一二十赫茲的動態試驗直至250赫茲的高頻動態試驗應用。EDC580 主要是作為桌面式獨立系統來使用。在采用安裝附件后，也可以將它們安置在多系統立式控制柜內或者直接安裝在試驗機上。

EDC580 主要技術指標：

控制單元：可實現閉環控制功能，可在任意采集信號進行全數字PID控制，閉環控制頻率：5kHz；

伺服閥驅動單元：二級伺服閥驅動控制；

頻率范圍：0.001-1000Hz，頻率分辨率：0.001 Hz；

控制波形：正弦波、三角波、方波、斜波等；

控制方式：力、位移、變形PID閉環控制，可實現任意控制模式的平滑無擾切換；

五、產品配置清單

七、安裝要求

n 設備有效占地面積：14000mm×5000mm（長×寬）；

n 設備總高度約5000mm，沉入基礎坑650mm，地面以上高度4350mm；

n 按照供方所給基礎圖施工，滿足所提技術要求；

n 配備冷卻水塔位置，等到試驗機到位后，需方根據具體位置和距離配置水管；

n 實驗室配備三相五線制電源，電壓380V、50Hz，功率不低于320kW；

n 需方負責吊裝就位，供方免費安裝聯機調試。

n 需方提供各種支座尺寸和上下壓板固定孔尺寸。

n 需方提供試驗機用46號抗磨液壓油。

八、試驗機正常工作條件

  試驗機應在下列條件下正常工作；

n 在室溫10℃～35℃范圍內；

n 相對濕度應不大于80%；

n 電源電壓380V波動應不超過額定電壓的±10%；電源頻率50Hz，三相五線制；

n 工作環境應無沖擊、無振動；

n 無明顯電磁場干擾，周圍無腐蝕性介質；

n 在穩固的基礎上水平安裝，其水平度不應大于0.2/1000。  

隔震橡膠支座壓剪試驗機試驗方法及詳細介紹