• 本人一研究生，目前正准备做疲劳实验，实验室有台国产疲劳拉扭组合试验机，想做拉扭组合疲劳实验，最近在摸机器熟悉性能。发现作出来的波形惨不忍睹，各种调试无果。因此设备不常使用，买来就基本闲置，我大概是第一个正经使用的，没有经验可寻，联系厂家也懒得理我，十分郁闷。设备性能本就不行，我又无使用经验调试不当，现请教各位疲劳试验机的使用经验，增益、积分、微分控制参数等该如何调节？还有请问谁知道北京哪家能做疲劳试验机拉压和扭转的动标定。谢谢大家！我还指望用这台机器毕业呢，望大家救我于水火之中。

• 一, 高频疲劳试验机的定义-　　高频疲劳试验机用于进行测定金属、合金材料及其构件（如操作关节、固接件、螺旋运动件等）在室温状态下的拉伸、压缩或拉压交变负荷的疲劳特性、s-n疲劳寿命、预制裂纹及裂纹扩展试验。 高频疲劳试验机在配备相应试验夹具后，可进行正弦载荷下的三点弯曲试验、四点弯曲试验、薄板材拉伸试验、厚板材拉伸试验、强化钢条拉伸试验、链条拉伸试验、固接件试验、连杆试验、扭转疲劳试验、弯扭复合疲劳试验、交互弯曲疲劳试验、CT试验、CCT试验、齿轮疲劳试验等 .二, 高频疲劳试验机-机器工作原理1，该机器是静态负载、标本、结构、动态装载叠加而产生共振。2，动态装载是由共振系统(谐振器)的固有频率产生共振而加载的， 振动系统包括机器结构质量和弹簧及 被测试的标本部分。3，谐振器由电磁体系统激发共振而共鸣的重要装置。4，共振电力消费是非常低的(典型的20到500瓦特)， 操作频率在50到600

• 我们中心需要选购一个疲劳实验机，进口的，作金属材料的疲劳试验，试样较小。

• 我们单位想买台疲劳试验机，想咨询大家好的 有哪些品牌啊。谢谢啦。

 人类社会产业革命以来的统计数据表明，机械零件的失效形式和破坏50-90%为疲劳破坏，机械零部件与建筑结构件的疲劳强度是影响可靠性和使用寿命的最主要因素，因此，通过疲劳试验的方式进行机械零部件和建筑工程结构件的抗疲劳设计越来越普遍。从1860年“疲劳试验之父”德国人沃勒（A.Walhler）研制的第一台机车车轴全尺寸疲劳试验机开始，对疲劳试验技术的研究一直是测试技术领域的重要课题。

 按照施加试验力的形式，疲劳试验机主要有机械式、液压式、电磁共振式、热疲劳四种。电液脉动疲劳试验机和电液伺服疲劳试验机均为液压加载式疲劳试验机，设计依据均为液压基本原理—帕斯卡定律，因此本质上讲这两种疲劳测试技术的根本原理是一致的，但由于形成液压系统压力变化（ΔP）的原理不同，这两种液压疲劳测试技术也存在显著区别。 
 1.1电液脉动疲劳试验机在进行动态疲劳试验时，先通过试验机静力加载方式对被测试样加载至与动态测试力值的下峰值相应的初始压力，再通过全数字电磁调速控制器控制主电动机的输出，驱动惯性飞轮和曲柄连杆机构，通过可调整摇杆、连杆、滑块机构带动脉动活塞，液压系统压力发生正弦波形式的变化，脉动液压站输出脉动液压油，驱动液压作动器工作，完成脉动疲劳试验，脉动试验力值、试样变形的大小通过调整滑块位移大小来实现，这一原理的核心是主电机仅对系统压力的变化（ΔP）和试样变形作功，液压系统在工作状态是一个变压变量系统，主油泵提供给脉动液压站的液压油只是用来维持系统的初始压力，试验机功率消耗非常小。 
 1.2电液伺服疲劳试验机则是电动机直接驱动高压油泵，计算机通过程序控制伺服比例阀的开口大小来调整输出到液压作动器的流量多少，从而驱动作动器进行动态试验工作，可以按照开环或闭环控制模式进行工作，计算机控制程序输出的波形有正弦波、方波、锯齿波等多种形式，伺服控制阀是实现液压控制的核心元件，由于伺服比例阀控制的需要，输入比例阀的液压油必须在整个运行过程中保持压力和流量始终恒定，液压系统必须按照达到并超过最大试验力和位移的排量要求进行设计，电液伺服液压系统必须是恒压定量输出系统，工作状态下必须始终按照设计最大功率运行，通俗地讲就是液压系统无用功耗巨大，液压系统发热快温度高，必须配备循环冷却装置进行不间断水冷或风冷。 
 2.1电液脉动疲劳试验机主要有脉动液压站、测控系统、加载主机或者试验台架等组成。脉动液压站有驱动主电机、惯性飞轮、曲柄摇杆滑块、脉动油缸活塞、工作油泵电机组、润滑油泵电机组、试验力加载阀、脉动量调整机构等组成；测控系统的发展经历了不同阶段，在电液脉动疲劳试验机由世界上第一家试验机专业制造厂家瑞士Amsler公司在上世纪60年代研制完成后，到1989年以前对脉动疲劳试验机的测控技术一直停留在手动加载、压力表测力的初级阶段，静态、动态试验力的测量精度都在5%以上；1989年开始原济南试验机厂开始生产数显式液压脉动疲劳试验机，加载控制方式改进为电动加载形式，静态试验力值精度达到±1%、动态试验力的测量精度控制在2%以内；此后20年脉动疲劳试验机的技术进步基本处于停滞阶段，直到2009年济南力支测试系统有限公司成立后，将电液式脉动疲劳试验机的测控技术推进到一个全新阶段，最新一代的电液脉动疲劳试验机测控系统采用工业控制计算机、PCI板卡集成式测量控制器，将试验力、位移、变形测量、试验次数、试验频率、试验时间、试验曲线等通过软件界面集中处理和显示，动静态试验力、位移、变形示值精度均达到±1%以内，与电液伺服疲劳试验机的测量精度完全一致，见附图1。试验力位移变形全闭环控制系统的研发工作也在紧张进行中，预计2012年底完成样机研制以满足市场需要。 

图1 PMW800-1500电液式脉动疲劳试验机脉动液压站和工控机测控系统 

       2.2电液伺服疲劳试验机主要由恒压定量液压伺服泵站、循环水冷却系统、控制系统、 伺服作动器、加载主机或试验台架等组成。泵站结构相对简单，电机功率油泵排量大，冷却系统复杂，测控系统采用电气和计算机自动控制模式。见附图2、附图3。 

图3 美国MTS公司200l/min电液伺服疲劳试验机恒压定量液压泵站 

 2.3从产品结构来看，电液脉动疲劳测试技术增加了机械能转换环节，使得电液脉动疲劳试验机的泵站结构比较复杂，机械零部件的设计制造难度较大、制造周期长，由于不需要冷却系统整机占地面积小、电机功率小噪声低；电液伺服疲劳试验机由于需要专门水冷或风冷系统，占地面积大、主电机功率大噪声污染严重，泵站安装一般需要独立的机房和室外循环冷却水塔等辅助设施。 
 3.1两种类型的液压疲劳试验技术在上世纪60年代初由瑞士Amsler公司最先开始研发应用，400ml/次排量的液压脉动疲劳试验机在上世纪60年代开始引入我国，先后服务于中国铁道科学研究院、中国建筑科学研究院、清华大学、一汽技术中心等国家级科研院所，原济南试验机厂自上世纪70年代初开始研制400ml/次排量最大试验力为50吨的液压式脉动疲劳试验机，填补了国内空白，PME-50A液压脉动疲劳试验机荣获1978年全国科技大会奖，此后，工程技术人员一直致力于将两台400ml排量主机并联为800ml排量主机的努力，但始终没有取得成功。同一时期瑞士Amsler公司脉动疲劳测试技术也停滞不前，直至公司被ZWICK公司收购，截至2009年只有瑞士W+B公司和国内的济南试金生产400ml/次排量脉动疲劳试验机。 
 3.2济南力支测试系统有限公司自2009年成立以来，专注于电液脉动疲劳测试技术的研发，已经先后研发完成400ml、800ml、1200ml、1600ml排量的全系列脉动液压站，并研发完成最大试验力为500kN、1000kN、1200kN、1500kN、2000kN、4000kN的作动器和加载主机，通过工业控制计算机、电子电磁传感器、全数字控制器、伺服电机、液压伺服控制阀等最新技术的应用，脉动疲劳试验机的测控技术得到迅速提升，使我国电液脉动疲劳试验机的研发技术水平处于世界领先地位，先后为中国建筑科学研究院国家建筑工程质检中心、中国铁道科学研究院、交通运输部公路科学研究院、机械科学研究总院、中国汽车工程研究院、中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室等国家级科研质检机构提供电液脉动疲劳试验机产品和服务，见附图4、5、6。目前电液式脉动疲劳试验机在我国的市场保有量近300台套，广泛服务于铁道、交通、建筑、机械、汽车制造各大行业的国家级质量监督检验机构，为我国高速铁路、高速公路建设、汽车制造、机车车辆制造、机械制造、桥梁、地铁、核电的质量检测做出重要贡献。 

图5 PMW800-1500三通道钢轨接头脉动疲劳试验机 中国铁道科学研究院·国家铁道产品质量监督检验中心 

图6中南大学·高速铁路建造技术国家工程试验室世界首台最大脉动排量1600ml/c脉动疲劳试验机 

     3.3电液脉动疲劳试验机在国外特别是在欧洲的应用也很普遍，目前在瑞士、德国等发达国家的国家实验室仍然都在应用脉动疲劳试验机。附图7为瑞士联邦国家研究院（EMPA）

3.4电液伺服疲劳测试技术在1980年以后，由于美国MTS公司的积极研发和推广，特别是计算机、电子传感器等应用技术在电液伺服疲劳测量控制技术上的应用，使得电液伺服疲劳测试技术在世界范围内影响和应用超越电液脉动和电磁高频疲劳测试技术不断提高，而电液脉动疲劳试验技术由于机械设计、制造的难度较大，核心技术不宜被模仿，测控技术没有及时采用新兴应用技术等诸多客观原因，应用推广的速度逐渐落后。 
4.1由于设计原理的差异，电液脉动疲劳试验机特别适合中低频（1-10Hz）、大振幅大变形（0-300mm）、较大荷载及重载的疲劳试验，可以多作动器同周期、同荷载、同振幅多点同步协调加载运行，但不能进行交变疲劳试验（同时拉-压应力幅试验）。特别适合于汽车驱动桥壳、前后桥、挂车车轴、弹簧悬架、板弹簧、大规格圆弹簧、钢轨及焊接接头、轨枕、铁路扣件组装、橡胶支座、建筑混凝土构件、桥梁、矿用锚杆、钢绞线锚具等的应力—疲劳寿命周期试验。 
电液伺服疲劳试验机由于电液伺服比例阀的排量限制，特别适合低周超低周（0.001-2Hz）、小振幅小变形（0-5mm）、中小荷载疲劳试验，尤其是在多作动器多点协调加载且试样变形较小（例如飞机机身、机车转向架等大型复杂受力结构件）时可以不受频率、载荷、试验波形限制，特别是电液伺服振动台的研制等方面有明显优势。但是随着试件变形增大、试验频率提高，必须相应增加伺服泵站的额定输出排量，加大电机功率，当试验频率和振幅两项参数均要求较高，超出电液伺服阀的负载流量特性曲线时，电液伺服疲劳试验系统将无法正常工作。  
    4.3以中南大学国家“863计划科研项目”朔黄铁路两万吨重载运输桥梁疲劳试验为例：30吨轴重铁路桥梁的疲劳寿命试验参数，最大试验力1000kN、最大变形30mm、动载试验力上峰值895.2kN、试验力下峰值101.5kN、脉动疲劳幅值793.7 kN、载荷不对称系数8.82、试验频率2-3Hz、疲劳试验次数300万次。 采用电液脉动疲劳试验机脉动液压站设计系统压力30MPa，作动器活塞直径Φ210mm,计算液压站脉动排量：L=3.14*105*105*30=1038ml/次，考虑利用系数，按照每次最大脉动排量1600ml设计，每分钟脉动液压站排量相当于1.6*3*60=288升，主电机功率45kW,由于机械飞轮惯性蓄能的作用，运行过程中主电机无需满负荷工作，实际功耗为标称功率的1/4-1/3左右, 大约为12-15千瓦时。 采用电液伺服疲劳试验机泵站设计系统压力为20MPa,  再考虑驱动电机功率储备系数选取1.2,驱动电机的额定功率至少应选280 kW,试验过程中实际功耗大约为280千瓦时。 通过上述对比计算可以看出相同试验条件下脉动疲劳试验机的功率消耗大约相当于电液伺服疲劳试验机的二十分之一左右，节能效果十分明显，运行成本有天壤之别。 
4.4从国内电液伺服试验机制造厂家的工厂配电容量看，国内试验机制造厂家均不具备大型伺服泵站的满负荷运行调试条件，生产厂家不能在制造工厂内完成整机的全部调试运行工作，必须将全套设备运至客户处进行装配联调,大型复杂的伺服泵站安装调试运行周期都很长，一般需要2-3个月。而电液脉动疲劳试验机由于功率消耗低，制造厂家都是在工厂进行整机的全面调试运行，完成动静载满负荷运行200 万次以上的试运行工作以后再交付客户，一般在客户处的安装调试周期很短，2-3天即可交付使用。实际上，国内外的大型综合科研机构的实验室，配电容量也都受到供电系统的限制，不能无限扩容，造成很多的大型电液伺服疲劳试验机无法满载运行，无法发挥其最大试验能力，更多的电液伺服疲劳测试系统则被当成了静态性能试验机或者低周、超低周疲劳测试系统来应用，更有甚者成百上千万引进的国外电液伺服疲劳试验机因为高能耗，供电系统无法满足需要而被废弃。 
4.5为了克服电液伺服疲劳测试系统能耗极高的设计原理缺陷，国内外的制造厂家也做了大量探索改进，目前广泛采用的是将原来的单台一级恒压定量泵站改为多台梯级恒压定量 泵站协调加载。这种技术通俗地讲就是把原来的一台大功率电动机驱动一台大功率油泵改为多台电动机分别驱动多台油泵，根据驱动作动器进行疲劳试验的最大流量要求决定开启油泵电机组的数量，当试验需要作动器满负荷运行时，仍然需要全部开启，多台油泵电机组同时开启工作以后，作动器的同步协调加载控制又受到影响和限制，这种技术并没有从原理层面解决电液伺服疲劳系统能耗高的致命缺陷，反而增加了控制难度，降低了系统可靠性。 
    4.6 目前，国内外以常规疲劳寿命检测为主的各大型综合实验室，进行大载荷、长周期、大振幅的疲劳寿命试验采用电液脉动疲劳试验机来完成，而材料性能研究为主的小载荷、高低周、拟动力疲劳试验以电液伺服疲劳试验机为主仍然是普遍现象。 
作动器是试验机进行疲劳试验的执行元件，通过液压油推动负载运动，并将液压能转换为机械能，疲劳试验机的作动器不仅要求在结构上保证长寿命、高灵敏度、低摩擦，以免在试验中产生非线性等现象，还要求动态性能要好，即液压缸的固有频率必须足够高。两种液压疲劳试验机的工作原理不同决定了它们对作动器密封性能和密封形式的不同要求。 
     5.1 电液脉动疲劳试验机采用的是油缸活塞间隙密封形式的高响应低阻尼单向脉动液压作动器，目前国内外各种形式的高压柱塞式油泵一直沿用间隙密封结构形式；电液伺服疲劳作动器因为伺服阀控制的需要，为防止泄露，一般都采用组合密封形式的双作用双活塞杆液压缸，两种作动器都可以安装试验力、位移传感器，对试验数据进行测量。 
    5.2 脉动疲劳液压作动器在液压缸外罩上安装拉力弹簧，用来平衡活塞、调整丝杠、压盘、传感器等运动部件的质量，当液压系统卸除载荷时可以自动复位，在工作状态时依靠被测疲劳试样的反作用力(即外载)被动复位,而电液伺服疲劳作动器则需要通过伺服泵站双向主动施加压力使运动加载部件复位，大大增加了实验过程中无谓的能耗。 
脉动疲劳液压作动器由于采用间隙密封方式，同时设计有高压平衡油槽,类似于静压轴承的结构设计，保证活塞杆与液压缸之间的滑动润滑充分，且润滑性能与系统工作压力成正比，摩擦阻力对试验的影响极小，活塞杆在高压工作状态时与液压缸为非接触式密封，具有寿命长、灵敏度高、低阻尼、密封性好、耐高温、耐高压、速度快、低速无爬行的显著特征，最大运动速度可以达到5m/s以上，特别适合高压大振幅的疲劳试验的要求。由于低
摩擦低阻尼，可以采用液压传感器测量系统压力完成对系统试验力的测控，减少作动器上运动部件的质量已减少惯性力对试验的影响。 
   5.4电液伺服疲劳作动器一般采用密封圈组合密封形式，通常有斯特封（PTFE组合型）、洪格尔组合型、V型组合、Y型组合、混合型等形式，无论采用以上何种密封形式，都不适合长期高压高速的动态试验密封要求，PTFE 组合型密封的连续运行最高速度一般也在2.5m/s以下，其他几种密封形式的往复速度都在0-1m/s以内，即便美国MTS公司也基本不生产往复速度大于2.5m/s的伺服疲劳作动器。由于组合式密封圈结构的密封压力较大，活塞杆与液压缸之间的摩擦力很大，必须采用大型的负荷传感器直接安装在活塞杆与压盘座之间来测量试验力，既增加了运动部件的质量和惯性力对试验数据的影响，又降低了作动器的响应速度和灵敏度。
    6．性价比差异  通过上述几个方面的比较，总结两种液压疲劳测试技术多年来的实际应用情况，在性价比方面的差异主要体现在以下五个方面： 
6.1购置成本：仅从电液伺服疲劳测试系统与电液脉动疲劳测试系统的泵站排量、作动器和控制器来看，不考虑加载框架，最大脉动排量400ml/c的电液脉动疲劳液压站按照工作频率8Hz计算，有效工作排量最大为400ml*8*60=192000ml/min,大体相当于192升/分钟，采用全数字工控机测控系统配置500kN高响应低阻尼作动器，总体费用为50万元人民币，与国产电液伺服疲劳系统的价格相当，远低于相同排量进口电液伺服疲劳系统的价格；最大脉动排量800ml/c的电液脉动疲劳液压站按照工作频率8Hz计算，有效工作排量最大为800ml*8*60=384000ml,大体相当于384升/分钟，采用工控机测控系统配置1000kN高响应低阻尼作动器，总体费用为80万元人民币，略高于国产电液伺服疲劳系统的价格，是相同排量进口电液伺服疲劳系统价格的五分之一。 
6.2运行成本：以一组3件钢轨焊接接头疲劳寿命试验为例，最大试验力上峰值350kN、下峰值70kN、试验频率5-6Hz、试验次数200万次，选用PMW800-1500电液脉动疲劳试验机,3件试样可以同时进行疲劳寿命测试，大约需要100小时，每小时实际功率消耗为5-6kW,全部能耗大约600度；采用电液伺服疲劳试验机进行试验，伺服泵站排量需要230升/分，主电机功率110kW,正常试验运行100小时的电能消耗为11000度，再加上水冷或风冷的能耗大约为12000度，通过上述数据可以看出进行同样的试验，电液脉动疲劳试验机的能耗仅为电液伺服疲劳试验机的二十分之一。按照每年实际运行300天计算，可以完成70组210件试样的疲劳测试，电液脉动疲劳试验机的能耗费用不到4.5万元，而电液伺服疲劳试验机的能耗费用近90万元，电液伺服疲劳试验机运行一年的电费就可以再购置一台脉动疲劳试验机,二者的性价比可见一斑。 
6.3实验室条件要求：电液伺服疲劳试验机70-80%的故障都是由于液压油的不清洁造成的，因此对液压油的清洁度有很高要求，滤油器精度必须达到0.005mm，以保证伺服控制阀的正常工作，对实验室的环境清洁度和温度要求较高，必须定期清洁液压系统更换新油；而电液脉动疲劳试验机对实验室环境无特殊要求。从占地面积来说，电液伺服疲劳试验机液压站都需要单独安装在固定位置，并且与冷却塔、水循环系统相连接，管路复杂，通常占地面积都在50-60平米以上；而电液脉动疲劳试验机的脉动液压站一般只需要5平米左右即可，且根本不需要独立冷却系统，脉动液压站可以根据试样加载的具体位置要求随意移动，以缩短从液压站到作动器的液压管路长度，降低管路压力损失，提高疲劳试验的效率和精度。从配电容量来看，目前最大脉动排量为1600ml/c的电液脉动疲劳试验机也只需要45kW的启动功率,真正运行功耗不到15kW，可以驱动1台4000kN作动器按照频率5-6Hz、最大振幅10mm进行疲劳试验，而同样试验条件下的电液伺服疲劳液压系统排量至少800 升/分钟，需要5 套130kW的油泵电机组共计650kW来完成，对配电容量的要求两种疲劳测试系统的差距大约为10倍左右。 
6.4维护成本：电液伺服疲劳试验系统的核心控制元件为伺服控制阀和控制器，目前国产品牌的质量、精度和可靠性较国外有很大差距，而进口品牌的伺服控制阀和控制器采购维护费用昂贵，美国MTS公司仅维修冲洗一次电液伺服控制阀的周期大约需要2-3个月，费用2万美元左右，费用高且周期长，严重影响设备的使用效率。电液脉动疲劳试验机的核心元件是一套曲柄连杆摇杆滑块机构，采用机械调整机构来实现脉动加载，通过关键零部件的疲劳寿命设计、选用标准轴承和径向推力轴瓦等最新设计理念的应用，大大提高了脉动疲劳液压泵站的无故障运行时间，包括更换液压油每年的维护费用大约需要1万元左右就足够了。电液伺服疲劳试验机需要定期运行、换油以防止液压系统油路堵塞等故障，作动器密封圈也需要定期更换，维护成本远远高于电液脉动疲劳试验机。
6.5操作技能：由于电液伺服疲劳测试系统的原理、设计、测试和应用技术都比脉动疲劳测试系统复杂，相应对于试验操作工程师的技术素质要求较高，需要进行长期培训才能胜任操作维护的需要，试验过程中需要专人值守；电液脉动疲劳试验机的操作相对简单，一般经过2-3天短期现场培训即可熟练操作应用，经过不断的技术升级改进，电液脉动疲劳试验机目前已经达到试验过程可无人值守的水平，既缓解了试验操作人员工作强度又提高了工作效率。 
通过上述比较分析可以看出，电液脉动疲劳测试技术与电液伺服疲劳测试技术作为电液疲劳测试领域的两种代表产品，有着各自的技术特点，适合相应的疲劳测试领域，广大客户可以根据试验方法要求、振幅频率特性、能耗承受能力来选择。目前，在大载荷、大变形、中低频率的疲劳检测方面，如汽车制造行业的桥壳、挂车车轴、板弹簧、空气弹簧悬架、底盘等，铁路领域的钢轨、钢轨焊接接头、扣件组装、轨枕、车辆弹簧、转向架等，建筑工程领域的大型全尺寸桥梁、构件、钢绞线锚具锚杆、橡胶支座等都是电液脉动疲劳试验机的专业测试领域，脉动疲劳测试技术一直深受广大用户的欢迎和厚爱。