技术指标及功能要求

技术指标及功能要求

哈尔滨工业大学土木工程学院筹建大型结构多功能试验系统，用于大型结构和结构单元的足尺及模型试验研究，测试对象包括梁、柱、板、墙体、框架、网架、节点、橡胶支座以及耗能减震装置等。

1系统组成及总体性能指标

该大型结构多功能试验系统由试验机台体、电液伺服作动器、液压管路、油源和冷却系统、数据采集系统、试验控制系统、配套的外接传感器及辅助设施构成。该试验系统土建工程在实验室中的总体布置方式如图1所示。

试验机台体结构组成及其上伺服作动器布置方式如图2所示,其中沿横梁长度方向为X轴，垂直横梁长度方向为Y轴，竖直方向为Z轴。试验机台体包括基础、主立柱、副立柱、可升降移动横梁及主副立柱间拉梁。移动横梁上布置Z向30000kN电液伺服作动器1台、Z向IooOkN电液伺服作动器2台；主立柱上布置X向3000kN电液伺服作动器2台；副立柱上布置Y向2000kN电液伺服作动器1台。

图1试验系统平面布局示意图此处油源间大i1'

⅛ ⅛j

对该试验系统总体性能指标要求如下：

1）系统通道数：8个作动器控制通道，在控制器中额外提供16个模拟输入和8个模拟输出通道，用于采集外接的位移和载荷传感器的信号，并且可以用于控制的反馈。

2）控制方式：载荷控制和位移控制，且可以平滑切换。

3）控制系统类型：全数字式，手动和程序控制。

4）系统静态精度:力的精度为±0.5%FS（20%TOO%FS）；位移精度为±0.5%FS.

5）控制系统提供的加载波形：正弦波、三角波、方波、组合波、外部输入波等。

6）具有协调加载功能。

7）系统工作频率：0.001~5Hz0

8）油源额定流量：10001∕mino

9）油源系统工作压力：28MPa。10）油源总功率:约600kW.

11）加载能力:

(1) Z向压力30000kN,行程±30Onim

(2) X向压力3000kN,行程±30Omm

(3) Y向压力2000kN,行程±30On1m

(4)

2000kN Z向压力30000kN,同时水平X,Y方向分别可以达到3000kN,

(5) 竖向30000kN作动器具有双向水平跟动能力，X方向跟动

±300mm，Y方向跟动÷1OOmm

2试验机台体

试验机台体组成见图2示意。

1）横梁可通过提升机构在垂直方向有级步进升降，步距为500mm。

2）3000OkN作动器可通过跟动装置在X方向连续可调，范围为±65Omm；加载时可双向跟动，X方向为±30OmnbY方向为±100mm；可单向跟动，也可双向锁定。在试验完成后，跟动装置可用复位缸自动复位。

3）每根主立柱可安装一台3000kN作动器，副立柱上可安装一台2000kN作动器,该作动器在垂直方向2m-7m范围内可连续升降；作动器釉线在竖直平面内的转动范围是±45°；配有加长杆，使与试件的连接面向中心移动2.5%

4）在竖向3000OkN作动器两侧可安装两台IOOOkN作动器，100OkN作动器通过连接板可在横梁内沿水平方向连续可调，范围为主门架中心以外2m-3m0

5）最大工作空间：长6mX宽6mX高7m,其中高表示竖向3000OkN作动器下端面与试验台座上表面之间距离为7m；横梁下表面与台座上表面之间距离不小于8m。6）可进行大型结构的节点、梁、柱、板、支撑、墙、橡胶支座等的加载试验及受力分析。

7）可在3000OkN作动器下方的钢混结构地梁上安装支座试验辅助框架，进行支座压剪试验。

8）试验台座基础应满足各类试验工况下强度、刚度、稳定性要求和试件锚固要求。试验台体、基础及试件锚固强度需满足最不利工况的需求，见第10）条。

9）试验台体基础的刚度应与立柱抗拉刚度、横梁抗弯刚度统筹考虑，使整体刚

度不小于试件卸载刚度(2XIOWmm)。

10)试验加载最不利工况： (1) Z方向轴压最大3000OkN

(2) X方向:最大300OKN

(3) Y方向:最大200OKN

(4) X方向3000kN,水平Y方向200OkN

(5)轴压25000kN,水平X方向300OkN

(6)轴压25000kN,水平Y方向200OkN

(7)轴压2500OkN,水平X方向3000kN,水平Y方向200OkN

11)试验台座基础上表面平面度10mm,立柱垂直度1Omin0

3电液伺服作动器

作动器规格参数见表1。

表1作动器规格参数

序号 试验类型 静载荷(kN) 动载荷(kN) 额定压力(MPa) 最大流量(1∕min) 行程(mm) 作用方式 载荷/压力传感器 端头形式 数量

1 竖向 推力30000 — 28 800 ±300 单出杆双作用 力传感器:±0.5%F.S 法兰 1

2 水平 推力3000拉力2000 推力2500拉力1500 28 800 ±300 单出杆双作用 力传感器:±0∙2%F.S 双较 2

3 水平 推力2000拉力1500 推力1500拉力1000 28 800 ±300 单出杆

双作用 力传感器:±0.2%F.S 双钱 1

4 竖向 推力1000拉力800 推力900

拉力500 28 800 ±300 单出杆

双作用 力传感器:±0∙2%F.S 双较 2

备注 每个作动器都内置高精度位移传感器：采用国际知名品牌，分为性优于0.0Imnb系统响应频率大于IOkHz,工作温度范围-40-3移测量精度，满足冲击标准DINIEC68T2-27(或等同该标准的手DINIEC68T2-6(或等同该标准的其他标准)，具有无限的机械寿 辛率优于0.0Imnb可重复-85βC,满足大量程下小位专他标准)，满足振动标准命

4静音油源

4. 1.性能指标

1）额定流量：10001∕mino

2）供油压力:2~28MPa0 3）电机总功率：约600kW0

4）过滤精度：5umo

5）噪音：≤85dBo

6）电机泵组数：5o

5. 2功能要求

1）能为电液伺服试验系统提供稳定的系统压力。

2）电机启动可手动/遥控选择开启。

3）具有软启动和缓慢卸荷功能。

4）可实现2~28MPa远程比例调压。

5）由5台2001∕min泵组组成，可根据实验需求，单独开启其中任意一台或多台泵组。

6）合理设计进油过滤器、回油过滤器、吸油过滤器，合理配置过滤精度，提高油液清洁度。

7）应具有油液温度、油箱液位、工作时间、供油压力等实时检测和显示的功能,并可通过电控系统实现油源故障报警。

8）应采用隔振降噪技术，降低油箱和机架的振动，降低液压油源的整体噪声级别。

9）使用P1C控制油源的启停，控制室配触摸屏作为人机交互的界面。

5液压分油器及管路

6. 1性能参数

序号 名称 流量(1Gin) 额定压力（MPa） 通道数 数量 过滤精度

1 液压分油器 800 28 1 6 5μm

5. 2功能要求

1）系统管路布局便于维修使用。

2）配置高低压蓄能器，可补充和分配系统的流量，平稳压力脉动。

3）配置滤油器，保证系统进入伺服阀油液的清洁度。

4）具有独立的快速卸荷保护功能。

5）可通过球阀单独启闭各个加载通道。 6电液伺服控制系统

1）整个控制系统由上位机和下位机两部分组成。上位机使用当前主流PC机，运行控制系统的上位机软件。下位机由CPU模块、信号调理及采集模块、阀驱动模块和安全控制模块组成，在下位机CPU上运行控制系统的下位机软件。

2）控制器的CPU是由ARM和DSP等组合的多CPU控制器。

3） AD转换位数：218位。

4） DA转换位数：216位。

5）每一个采集通道的AD采集频率：⅛IKHz0具有最高5阶的硬件滤波器和软件移动平滑滤波器。

6）每一个控制通道的伺服迭代周期（FPID周期）：≤Ims（或频率⅛1KHz）07）系统采用FP1D控制算法。

8）操作系统：WindoWS7及以上的计算机操作系统。

9）控制软件具有友好、实用和美观的界面、帮助系统，能引导用户方便的进行系统操作，具有实时的数据采集功能，在完成数据采集后具有数据编辑、波形显示、图形输出、数据存储、打印等功能。用户可以修改数据记录的格式、时间间隔和数量等，处理结果与常用的文档处理软件如MSword.MSexce1等有方便的接口。

10）软件能够对传感器的非线性进行补偿。

ID可产生正弦、三角波、方波等周期和非周期任意加载信号以及多种信号的组合，具有扫频功能，起始频率、终止频率和步长可以由用户自行设定。可以读入数据序列形式的外部输入波形进行加载，实现任意波形的加载。

12）提供大型结构多功能加载系统控制软件，该软件和伺服控制软件通过网络进行通信，能够获得各种反馈数据，能够向伺服控制软件发送命令，能够完成多功能空间加载的各种实验。

13）满足各通道的同步或者异步加载方式，保证控制精度。

14）软件有多通道加载的协调控制算法。

15）系统支持同时进行4个试验，且每个试验可以使用多个通道。

16）可以进行静力、动力及疲劳等试验，并满足本项目各个应用领域的试验要求。17）控制系统的各控制通道可独立工作也可多通道协调工作，控制模式可在位移控制及载荷控制之间无冲击任意切换；试验程序可分步动态调整各作动器的FPID值，以适应不同加载条件的需要。

18）信号重放功能一一可实时存储数据并随时对系统储存的时域信号进行查看。19）实时显示功能一一具有信号计算编辑功能，并能够实时显示，包括力和位移的2维曲线图、控制信号、反馈信号、以及最大值、最小值等。具有试验记录功能：试验设置、试验信号、试验次数等。

20）系统具有对所要运行的试验进行控制管理的功能，具有控制试验的运行/卸载、保持/继续、加速/减速、增幅/减幅、前进/后退、转换控制方式等功能。

21）系统配置满足设备要求的UPS电源。系统应具有防止突然断电而损坏设备的自我保护能力。

22）系统具有灵活、可靠的安全控制机制。具有位移、载荷超限保护功能，位移、载荷幅值、趋势等监控功能，当某个试验系统出现异常时，系统可提供用户自定义的多种报警响应功能。

23）控制系统能够控制外部数据采集系统的启动和停止，保证加载系统和数据采集系统同步。

24）测试数据开放功能一一有多种数据格式可供其他疲劳等分析软件使用，可与各种数采系统和分析软件兼容。

25）系统软件免费升级。

26）控制系统要提供常规拟静力试验的加载控制功能以外，还要提供高级混合模拟试验软件。此软件应具备如下功能：能完成全结构拟动力试验；能通过网络技术将本试验机与现有MTS控制系统、国内外其他单位试验设备联网，完成多个子结构联合拟动力试验；提供不少于三种逐步积分算法，至少一种为隐式逐步积分算法；具备基于模型识别更新的混合模拟功能；具有基于外接传感器实测试件状态（如位移、力）作为加载控制目标的加载控制功能；具备基于有限元软件（0penSEES>AbaqUS）的混合模拟功能；控制软件提供基于动态链接库（SDK）的拟动力试验二次开发软件接口。

27）另外配备现场操作手柄，可以控制各个作动器的伸出和缩回。

7数据采集系统

1）数采通道：不少于144通道，其中应变采集通道120通道，其他为位移传感器采集通道。

2）每一个通道的采集频率不低于100Hz,满足应变、电压、温度、位移等缓变信号测