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          金力公司TAW-型微機控制電液伺服巖石三軸試驗機與國內同類產品優勢比較

           

           

          我公司近年為滿足巖土力學科研試驗需要成功研制了采用最先進技術生產的巖石三軸試驗機。其測量系統采用了當今最先進的計算機總線設計、連續全量程測量不分檔的交流測量系統,結合先進的全數字閉環伺服控制系統,可對軸壓、圍壓、孔隙水及變形測量實現高精度的伺服控制。圍壓系統采用了國際通用的具有自平衡結構的裝夾試樣極為方便的壓力室,引伸計采用了國外先進的可精確測量巖石多種試樣的,并可置于壓力室內的可同時測試樣軸向徑向變形,可自動求出彈性模量及泊松比多點引伸計。這些技術的采用使整機目前已達到國際先進水平。

           

          一、       全數字式微機伺服測控系統

          1.金力公司微機伺服測控系統采用計算機總線設計以P4工控機為內核制造,遠領先于國內以單片機為內核制造的同類產品:

          金力公司開發生產的全數字式微機伺服測控系統是90年代未期研發成功的,在技術水平上已達到國外同類產品水平。該系統采用計算機總線設計,以光電隔離集成電路,放置于計算機內,測量系統具有自動調零、自動標定、真正實現了連續全量程測量不分檔,分辨率可達1/200000,采用構思新穎的數字式脈沖調寬技術,實現了全數字式閉環的伺服控制??蛇M行等應力、等應變、等位移、恒應力、恒應變、恒位移控制,無級調速。在試驗過程中,各種控制速率及控制方式在試驗過程中可任意平滑切換。該測控軟件采用模塊化設計,VC++語言編程,功能強大,用戶可自行編程,進行正弦波、三角波、梯形波、低周循環及用戶自行設置的各種組合波形試驗。該系統具有完善的硬件自檢功能,提示發生故障之處,無須現場維修,只須更換計算機內相應的功能卡既可,維護簡單方便。

          目前國內生產的以單片機為內核制造的微機伺服測控系統是以70年代日本島津為代表的產品。該產品由于以單片機為內核制造分辨率較低,早期為實現較寬的測量范圍采用外部換擋方式,近年隨著電子器件的更新,采用內部換擋方式,但由于仍然以單片機為內核制造因此無輪運算速度或控制精度、功能等都無法與以P4工控機為內核制造的微機伺服測控系統相比,無法實現等應力連續全程控制。

          2.關于測量

          目前試驗機的測量系統有三種:

          1)、分檔的測量系統:是分檔測量放大器。事先選擇好檔位,只能在此范圍內進行測量試驗,測量范圍比較小。如果對不了解的材料進行試驗時,選擇錯了不能完成試驗。該技術早在80年代初就已經淘汰。

          2)、內部換檔的測量系統:表面上是連續測量不分檔,實際上是內部分檔,自動換檔的產品。一般是從最低檔開始,在該檔測量范圍不夠時自動換到上一檔,但在換檔瞬間電壓會出現階躍變化,產生測量突跳,由于電壓的瞬間階越變化,對于等應力控制或等應變控制來說,會出現階段的震蕩的試驗曲線,有些廠家將這一現象用軟件處理,不顯示在屏幕上。這一現象同時對伺服連續控制會產生嚴重影響控制效果和控制精度。為達到連續測量曲線效果,計算機顯示出的平滑曲線,是被人為處理后的不真實曲線,這樣的曲線無法真實反映試樣本身的特性,不能滿足試驗法的要求。另外以單片機為內核的控制精度最高才能達到3%,因此一般回避控制精度指標,做不到真正的純閉環控制,是假閉環。

          3)、連續測量不分檔的測量系統:一種是以金力公司產品為代表的采用進口器件制造的測量系統和德國進口的DoLi電箱,均采用交流放大器,真正實現連續測量不分檔,達到了1/200000測量分辨率。

          3.關于控制

          只有高精度連續測量,才能實現高精度的連續控制。目前由于真正的全量程連續測量的測量技術,多數廠家尚無能力解決,多數采用的內部分檔、自動換檔產品。而且有的廠家采用假閉環即開環控制。不能實現計算機全過程的高速全自動跟蹤反饋,只是計算機給定一個值,不管控制對象結果如何。因此無法保證全量程的控制精度,只能分段。對電子萬能試驗機來說,由于是機械無間隙傳動,因此等位移、等應變控制影響不大,而對等應力控制,對不均勻的材料來說實在談不到控制精度這一問題了。而對于電液伺服試驗機來說,由于各種閥及缸存在著內泄,是非理想的執行元件,因此各廠家就連控制精度都不能提出,因為開環控制根本做不到。對于剛性材料在變形均勻時,稍好的控制精度能達到3%,而對于變形不均勻、力突然變化較大的材料,如水泥、混凝土塊及巖石等,控制精度就無法談了。而金力公司生產的是真正全數字式閉環伺服控制系統,通過PID調節結合先進的控制理論,實現了真正的計算機控制高速閉環反饋,實現了各種控制方式的無擾動切換。整機由于采用的是高精度寬范圍的測量系統并配備有足夠鋼度的主機及液壓伺服系統,使得各種控制方式(等應力、等應變、等位移、恒應力、恒應變、恒位移)控制精度遠優于±0.5%設定值;無級調速,各種控制速度及控制方式可在試驗過程中任意平滑切換;可自行設置控制參數, 實現程序自動運行,可進行三角波、正弦波、梯波等低周循環及用戶自行設計的各種組合波形試驗。

          4.關于交流放大和直流放大

          國內測量系統分交流放大和直流放大,國內大多數廠家凡是以單片機為內核制造的伺服控制系統全是采用直流放大器,其線性較好但零點漂移、溫度漂移及長時漂移是直流放大器無法解決的技術難題。我公司測控系統采用交流放大,零點穩定,因此特別適用于長時加載試驗及耐久試驗,可適應各種環境下試驗。

          二、關于圍壓(壓力室)系統

          我公司壓力室采用國際通用的壓力自平衡結構,可在試驗過程中不因軸向變形的變化而保持圍壓的設定值不變,并配有供測量徑向變形和軸向變形的引線及二次儀表。

          裝夾試樣采用下卡環式,裝卸試樣方便,具有電測引線接頭,可以引出16條電測線。適用試樣為:φ75×(150200)φ50×(100120)壓縮行程大于50mm。壓力室內腔可放置采用進口技術制造的可測巖石或混凝土試樣軸向、徑向變形多點引伸計使彈性模量及泊松比可在不同圍壓下測量。

          三、關于巖石引伸計

          我公司為滿足巖石或混凝土試樣在不同圍壓下測彈性模量及泊松比需要,采用進口技術開發了可滿足不同試樣尺寸的雙通道、八爪式巖石引伸計??赏瑫r測量巖樣混凝土試樣軸向徑向變形并在測控系統增配了相應通道。其簡介如下:

          JLB8型巖石引伸計:適用于在巖石三軸試驗機壓力室中測量巖石在高壓油及高低溫環境下的軸向、徑向變形測量。適用巖樣為φ75×150mm、φ50×100mm及其它規格試樣。其軸向變形測量范圍:010mm、徑向變形測量范圍:05mm。使用溫度:常溫型:1040、高溫型:10200。測量精度:±0.5%FS。

          四、關于VC++語言編程軟件

          國內采用單片機為內核的測量控制系統和德國進口的DoLi電箱測量控制系統基本采用VB語言編程,也有少數采用Delphi作管理程序。而我公司采用的是最適合試驗機使用的功能強大的VC++語言編程軟件,加之我公司最近又首先采用便于擴展功能的模塊化設計,使軟件可靠性、靈活性、實用性得到大大提升, 這種先進軟件應用到功能較多,數據采集操作復雜的三軸試驗機顯得尤為重要。

           


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