王晓东 2020-11-03
美国MTS试验机采用先进的电液伺服控制技术，通过精确的位移和载荷控制，测试材料机械性能和强度特性。MTS是世界顶级试验机制造商，其生产的电液伺服试验机在国内高校和科研院所有着广泛应用。某高校MTS试验机升降油缸损坏了,虽然试验机已修复使用，但是升降油缸损坏的原因至今还是未解之谜。以下是这台试验机液压缸故障诊断和维修经历。
一 故障经过：老师认为试验机损坏是操作失误
某高校建工学院的MTS伺服加载试验机坏了，经人介绍找到我，去到学校，主管试验室设备的老师对我说，伺服加载试验机油缸坏了，需要更换两个油缸。我询问故障经过，老师说，研究生做毕业设计实验，操作失误，把油缸弄坏了，试验机坏了，不能做试验，论文交不了，学生现在也无法毕业。老师随即打电话找来学生，让我了解情况；时间不长，学生来了，一看是个女学生，我向她了解具体情况，她说她自己也不知道怎么操作就坏了。虽然试验机坏了是前段时间的事，但我从她表情中仍可看出她情绪低落，心情不好，毕竟损坏的是造价不菲进口设备，可想而知，她内心是有很大压力的。建筑系的学生不懂机械，她自己也说不清怎么回事，她也不愿多说什么，我从她的口中没有得到任何有价值的信息；我问及电气和液压原理图纸，同样一无所获。机器不会说话，它不会告诉我事发经过，现场的MTS试验机肢体已经残疾，动弹不得，连肢体语言也没有了，我只能在现场看了几眼试验机，拍了几张照片，离开试验室；走时，女学生小声问，多长时间能修好，修好要多少钱；我对她说，没事，损坏的是普通油缸，不是伺服缸，没多少钱，也用不了多长时间就能修好，油缸坏了应该与你操作没有多大关系。
二 原因分析：我怀疑试验机损坏是MTS设计问题
回去以后，我给学校做维修方案，我需要查到升降油缸损坏的原因。避免类似事故再次发生，故障诊断，有时就像破案一样，需要根据现场线索分析和逻辑推理，这也是故障诊断的乐趣所在。因为没有电气和液压原理图纸，只能从照片上分析查找升降液压缸的损坏原因。
MTS试验机电液伺服加载梁
MTS试验机的执行机构由一个加载伺服油缸，两个加载横梁升降油缸，四个加载横梁锁紧油缸组成。伺服加载油缸在加载梁中间，圆法兰与加载梁下部连接，喷嘴挡板伺服阀直接安装在加载缸上；升降油缸液压缸外径30mm，杆径19 mm，行程1390mm，升降油缸的活塞杆受力属于细长杆受压， 升降油缸底座油路块上有螺纹插装平衡阀，平衡加载梁重量。加载梁上左右两个8字缸，是四个加载横梁锁紧油缸，油缸只有一根油管连接，是单作用缸。
MTS试验机升降油缸下部结构，插装阀是SUN公司的CBCALIN平衡阀
从试验机执行机构配置上可以看出，试验机操作步骤应该是：
1加载梁锁紧油缸松开加载梁。
2加载梁升降油缸调整加载横梁高度以适应不同高度的试样。
3加载梁锁紧油缸锁紧加载梁。
4伺服加载油缸进行加载试验。
伺服加载油缸的安装法兰安装在加载梁下端，在加载缸进行向上拉伸实验时，加载梁受力方向向下，此时如果锁紧液压缸没有锁紧动作或者锁紧力不够，加载梁向下下滑，而升降油缸活塞杆没能同步回缩，就会压弯升降油缸活塞杆。
伺服加载缸和锁紧油缸在电气上应该进行连锁设计，即只有在锁紧油缸锁紧后，伺服加载缸才能进行加载动作。如果MTS在电气上没有对加载缸和锁紧油缸进行连锁设计，操作时忘记锁紧横梁进行拉伸测试，横梁下滑就会损坏升降油缸。如果因此原因造成升降液压缸损坏，那说明MTS试验机设计有待完善。因为设计良好的机械设备，即使误操作，突然失电，超载等也不应该造成人员和设备损害，这是设计准则，也是对设计者基本要求。
如果MTS试验机在电气设计上对伺服加载缸和锁紧油缸采用连锁设计，由于其他原因引起锁紧力不足，导致升降油缸被压弯，那完全是MTS试验机的自戕行为，与操作使用者更是没有半点关系。
三 维修方案：假如我设计这种结构的机器
1机械设计：采用链条或钢丝绳等软连接，连接加载梁，加载梁上升依靠升降油缸拉起，下降依靠加载梁自重，让油缸细长杆受拉力而不能承受压力。
2电气设计：伺服缸加载与横梁锁紧之间要有连锁，即只有在横梁锁紧之后才能加载。锁紧油缸与升降油缸进行连锁，只有锁紧油缸松开的状态下，升降油缸才能得电动作。
3液压设计：用一个直动式安全溢流阀作为升降油缸的过载保护，如果有超过加载梁重力之外的力作用到升降油缸上，通过安全阀溢流，保护升降油缸。用一个单向节流阀代替两个平衡阀，限制加载梁下降速度。
四 维修报价：难以撼动的巨无霸--MTS试验机
我怀疑MTS试验机设计存在问题，我做了一份维修方案和两份价格不同的报价单去了学校。
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