電液伺服拉力試驗機是一種高精度、高穩定性的材料力學性能測試設備，核心用于檢測金屬、非金屬、復合材料等的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等力學性能，廣泛應用于航空航天、汽車制造、材料研發、建筑建材等領域。其性能依賴于各核心部件的協同工作，主要組成部件可分為驅動與動力系統、加載與受力系統、測量與傳感系統、控制與數據處理系統、輔助與安全系統五大類，具體功能及作用如下：

一、驅動與動力系統：提供穩定動力輸出

驅動與動力系統是試驗機的 “動力源”，負責將電能轉化為液壓能，為加載動作提供持續、可控的動力，核心部件包括：

電液伺服閥

核心功能：試驗機的 “神經中樞”，根據控制系統發出的電信號（如位移、力的控制指令），精確調節液壓油的流量和方向，控制執行機構（油缸）的運動速度、位置和輸出力。

關鍵特性：需具備高頻響、高精度（控制誤差通常＜0.1%）、低滯回的特點，確保加載過程的平穩性和響應速度，避免壓力波動導致的測試數據偏差。

液壓泵站（含油箱、電機、油泵）

液壓油泵：通常采用軸向柱塞泵或齒輪泵，將油箱中的液壓油加壓后輸送至伺服閥，輸出壓力一般為 10-31.5MPa（根據試驗機量程不同調整）；

驅動電機：為油泵提供動力，需具備恒轉速、低噪音特性，通常搭配變頻器實現轉速調節，適應不同加載速度需求；

油箱與輔助元件：油箱用于儲存液壓油，內置過濾器（過濾精度≥10μm）、油溫傳感器、液位計，防止雜質進入系統損壞部件，并監控油溫（通常需控制在 20-55℃，避免油液黏度變化影響動力輸出）。

液壓油缸（執行機構）

核心功能：將液壓能轉化為機械能，通過活塞桿的伸縮實現 “拉伸” 或 “壓縮” 加載動作，是直接對試樣施力的部件。

結構要求：油缸內壁需高精度珩磨（粗糙度 Ra≤0.4μm），搭配低摩擦密封件（如聚氨酯或聚四氟乙烯密封圈），減少運動阻力和泄漏，確保位移控制精度；根據試驗機結構，可分為 “單油缸”（如單空間拉伸機）或 “雙油缸”（如拉壓雙空間試驗機）。

二、加載與受力系統：傳遞力并固定試樣

加載與受力系統負責將油缸的動力傳遞到試樣上，并確保試樣在測試過程中穩定受力，核心部件包括：

機架（主機框架）

核心功能：承載整個測試過程中的最大載荷，是試驗機的 “骨架”，需具備的剛性和抗變形能力，避免自身形變影響測試精度。

常見結構：

門式結構（雙柱 / 四柱）：適用于大載荷測試（如 100kN-1000kN），穩定性強，可兼容拉伸、壓縮、彎曲等多模式測試；

單臂結構：適用于小載荷測試（如≤50kN），操作空間靈活，便于試樣裝夾。

材質要求：通常采用優質合金結構鋼（如 45# 鋼、Q345 鋼）整體焊接或鍛造，經時效處理消除內應力，確保長期使用不變形。

夾具系統

核心功能：固定試樣，確保加載力均勻傳遞到試樣上，避免試樣打滑或局部應力集中導致的測試誤差。

分類與適配場景：

拉伸夾具：根據試樣形狀（如板材、線材、棒材）分為平口夾具、V 型夾具、楔形夾具，夾具接觸面通常做防滑處理（如噴砂、刻紋），或配備專用墊片（如橡膠墊、金屬墊）適配不同材質試樣；

壓縮 / 彎曲夾具：如壓縮平臺、三點彎曲支座、四點彎曲支座，需保證與試樣接觸部位的平整度和同軸度，避免加載偏心。

關鍵要求：夾具的夾持力需與試樣最大載荷匹配，且材質需具備高硬度（如淬火處理的合金工具鋼），防止磨損或變形。

三、測量與傳感系統：精準采集測試數據

測量與傳感系統是 “數據采集核心”，負責實時采集測試過程中的力值、位移、變形三大關鍵參數，直接決定測試數據的精度：

力傳感器（測力單元）

核心功能：將試樣承受的機械力轉化為電信號，是力值測量的核心部件。

常見類型：應變片式力傳感器（主流），通過粘貼在彈性體上的應變片感知形變，輸出與力值成正比的電壓信號；

精度要求：通常符合 ISO 7500-1 或 ASTM E4 標準，精度等級分為 0.5 級（誤差小于等于±0.5%）、0.2 級（誤差小于等于±0.2%），高要求場景（如航空航天材料測試）需 0.1 級傳感器；

安裝位置：一般集成在移動橫梁或固定橫梁上，需確保傳感器與加載軸線同軸，避免偏載影響測量精度。

位移測量裝置

核心功能：測量油缸活塞桿的移動距離（即 “機器位移”），反映試樣的宏觀變形（如拉伸時的長度變化）。

常見類型：

光柵尺：高精度位移測量元件（分辨率可達 0.1μm），通過光柵條紋的光電信號轉換計算位移，適用于高精度測試；

編碼器：安裝在油缸或電機軸上，通過脈沖信號計算位移，成本較低，適用于中低精度場景。

引伸計（變形測量裝置）

核心功能：直接測量試樣的微觀變形（如彈性階段的伸長量），用于計算材料的彈性模量（E）、屈服強度（σs）等關鍵力學參數，是比位移測量更精準的 “局部變形測量工具”。

分類：根據安裝方式分為接觸式引伸計（如夾持式、粘貼式）和非接觸式引伸計（如激光引伸計）；根據測量范圍分為小變形引伸計（量程 0-5mm）和大變形引伸計（量程 0-500mm，適配試樣斷裂前的大伸長量）；

精度要求：符合 ISO 9513 標準，等級通常為 0.5 級或 0.2 級，需與試樣材質、尺寸匹配（如細絲試樣需用微型夾持引伸計）。

四、控制與數據處理系統：實現自動化測試與分析

控制與數據處理系統是試驗機的 “大腦”，負責協調各部件工作、執行測試程序，并對采集的原始數據進行處理和輸出：

控制系統（硬件 + 軟件）

硬件核心：工業控制計算機（IPC）、數據采集卡（DAQ）、伺服控制器；數據采集卡負責將傳感器輸出的模擬信號（力、位移、變形）轉化為數字信號，伺服控制器則根據預設程序（如力控制、位移控制、應變控制）向伺服閥發送指令，實現閉環控制；

軟件功能：

測試程序編輯：支持自定義加載速率（如 1mm/min、50mm/min）、保載時間、循環加載模式（如疲勞測試的正弦波、三角波加載）；

實時監控：動態顯示力 - 位移、力 - 時間、應力 - 應變等曲線；

標準兼容：內置 GB、ISO、ASTM、JIS 等主流測試標準模板，簡化操作流程。

數據存儲與輸出模塊

功能：自動存儲測試過程中的原始數據（力、位移、變形、時間），并生成測試報告（含曲線、關鍵參數如抗拉強度、斷裂伸長率、彈性模量）；

輸出形式：支持 Excel、PDF 格式報告導出，部分機型可連接 LIMS（實驗室信息管理系統），實現數據的集中管理和追溯。

五、輔助與安全系統：保障測試安全與設備穩定

輔助與安全系統是試驗機可靠運行的 “保障”，避免因過載、試樣斷裂飛濺等問題導致設備損壞或人員受傷：

安全保護裝置

過載保護：當力值超過試驗機額定載荷的 110%-120% 時，控制系統自動切斷動力輸出，停止加載；

限位保護：通過硬件限位開關（如上下極限位置傳感器）或軟件限位，防止移動橫梁超出安全行程；

急停按鈕：機身顯眼位置設置急停開關，緊急情況下可立即切斷整機電源，停止所有動作；

防護裝置：針對高載荷或脆性材料測試（如金屬斷裂），配備防護網或防護門，防止試樣碎片飛濺。

潤滑與冷卻系統

潤滑系統：對機架導軌、油缸活塞桿等運動部件定期自動或手動潤滑（如黃油潤滑、潤滑油路），減少摩擦磨損；

冷卻系統：部分高功率試驗機（如大載荷機型）配備液壓油冷卻器（如水冷或風冷），避免長時間運行導致油溫過高，影響液壓系統穩定性。

校準與調試模塊

包括標準力傳感器、標準量塊等校準工具，用于定期（通常每 12 個月）對試驗機的力值、位移精度進行校準，確保符合計量標準（如 CNAS 認證要求）。

總結：各部件的協同邏輯

電液伺服拉力試驗機的工作流程本質是 “指令 - 動力 - 加載 - 測量 - 反饋 - 調整” 的閉環過程：

控制系統根據測試程序發出指令；

電液伺服閥接收指令，調節液壓油流向油缸；

油缸推動橫梁運動，通過夾具對試樣加載；

力傳感器、引伸計、光柵尺實時采集力、變形、位移數據；

數據反饋至控制系統，與預設指令對比，動態調整伺服閥輸出，確保加載過程精準可控；

測試結束后，系統自動處理數據并生成報告，安全裝置全程保障測試過程安全。

各部件的精度、穩定性直接決定試驗機的整體性能，因此在選型或維護時，需重點關注伺服閥、力傳感器、引伸計等核心部件和精度等級。