【摘 要】目前我们常见的检定材料试验机规范依据有三本规程，JJG 139-2014《拉力、压力和万能试验机》、JJG 475-2008《电子万能试验机》和JJG 1063-2010《电液伺服拉力（压力）试验机》，规程规定材料试验机的不同控制方式选择相应的检定规程，对于初学者来说比较难区分开环控制与闭环控制的不同之处，本文从两者控制方式的不同原理做详细的阐述。
【关键词】材料试验机；开环控制；闭环控制
中图分类号： O413 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）32-0053-002
【Abstract】At present， our common test material testing machine specifications based on three rules， JJG 139-2014 “Rally， pressure and universal testing machine”， JJG 475-2008 “electronic universal testing machine” and JJG 1063-2010 “electro-hydraulic servo pull （Pressure） testing machine， ”the rules of the material testing machine different control methods to select the appropriate test procedures for beginners is more difficult to distinguish between the open-loop control and closed-loop control of the difference， this paper from the different principles of the two control methods To elaborate.
【Key words】Material testing machine； Open loop control； Closed loop control
0 引言
材料试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，主要用于橡胶塑料、纺织物、防水材料、电线电缆、金属等材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切、撕裂等力学性能的测试分析研究[1]。根据控制方式不同，有度盘式材料试验机、电子式材料试验机、微机伺服控制材料试验机等等，本文以液压驱动的万能材料试验机为例阐述其开环控制与闭环控制的不同之处。
1 液压式万能材料试验机的控制方式
1.1 開环控制
大家都知道液压千斤顶的工作原理如图1所示，手柄1往上提的时候，油箱的油通过单向阀5流进缸体，在手柄1往下压的时候，单向阀7打开，将流进缸体的油送入油缸，此时5单向阀关闭液压油不会流回油箱，只有在放油阀8打开时候才会将油缸内的油放回油箱。
我们常见的液压式万能材料试验机的液压传动原理与千斤顶类似，将图1中手柄1换成电机驱动油泵，油泵一旦工作，只要油箱有油，它就一直不停地供油，如果只是简单地将手柄1换成油泵，那么最终会把活塞顶到脱出油缸，所以该类试验机都会装个能够控制液压流量的阀即送油阀，送油阀是由一个溢流阀和节流阀组合成的，在手轮旋紧状态下，油泵送进来的油进入缸体，此时油压不断增大超过顶杆后面压力弹簧作用力时，就推动滑阀使液压油通过溢流管返回油箱。当手轮打开时，液压油则会流向工作油缸，压力弹簧作用力大于滑阀另外一侧压力而慢慢的将溢流孔封闭。有了送油阀的作用就不会因为油泵一启动后液压油一直送往油缸而把试验机的活塞顶出。当然我该类试验机上还有个回油阀，就是将图1中放油阀8改成回油阀即可，回油阀即是一个简单的节流阀，控制将工作活塞内的液压油流回油箱。
以液压式万能材料试验机如图2所示为例，阐述一下其开环控制的原理，开环控制的液压式万能材料试验机的主要结构是由油箱、油泵、送油阀、回油阀、工作油缸以及之间相互连接的液压油管组成的。度盘式试验机结构上多了个度盘指示机构，主要由测力活塞系统、拉杆、摆锤、平衡砣、齿杆、测力度盘等组成的。当试验机工作时，液压油通过工作油缸到达测力活塞系统时，测力活塞（即顶针）顶着拉杆逐渐把摆锤扬高，此时油泵轴端的小轮与测力油缸外的大轮通过软皮带相连着，带动测力油缸转动，减少测力活塞移动时产生的摩擦力，这根软皮带在检定时候是必不可少的，没有皮带的话会引起力值无线性和重复性。通过以上描述的结构原理可以知道，开环控制的试验机仅仅通过送油阀来手动控制输入量液压油流量大小，而输出量工作活塞产生的力值并没有反馈给输入量，而是通过手动控制回油阀将工作活塞中的液压油送回油箱。
1.2 闭环控制
液压式万能材料试验机要实现闭环控制功能，则需将输出量工作活塞产生的力值反馈给输入量送油阀的开口大小，其目的要实现恒加载速率控制，需要用到数字流量阀，按照图1所示数字流量阀代替了图中的阀7和阀8的组合位置。数字流量阀主要由步进电机、阀芯、阀体、溢流阀及阀座组成，通常有四个接头，分别接来自油泵的油管、进油缸的油管、以及两根回油箱的油管（其中一根是溢流阀流回油箱的，另一根是由油缸流回油箱的）。其工作原理是当阀处于中位的时候，油泵进来的油经阀芯流向溢流阀流回油箱，当阀向正方位转动时候，阀芯将进油孔与进油缸的孔连通，液压油流向油缸使活塞向上升起，如果工作台上有受载，那么通过油压传感器即可知道加载的速率，反馈给控制软件，软件通过调整步进电机的步数来调节送油的流量大小（即阀口开口大小），从而实现恒加载速率控制。当阀往反方位转动时，阀芯将进油缸的孔与回油孔连通，此时油缸内的油逐渐流回油箱直至活塞落到起点位置。
1.3 开环控制改造成闭环控制
一台开环控制的液压传动试验机如何改造成闭环控制的试验机，需要用到一台计算机、一个数字流量阀、一台相对应的控制器以及一套配套软件。硬件上改造主要处理好数字流量阀的上各个接头即可，首先取油泵出来到送油阀这段油路上一个支点连到数字阀上的进油孔（如果需要保留原来手动加载系统，则需在进油孔前加装一个截止阀），接着取液压油进到油缸的油路上一个支点连到数字阀的送油孔（即进油缸的孔，同样如果需要保留原来手动加载系统，则需在送油孔前加装一个截止阀），剩下两个接头直接接上油管插到油箱即可，如果保留原来的手动加载系统，那么数字阀上溢流孔可以堵上，因为送油阀内有个溢流系统，油泵送来的油可以经送油阀流回油箱，但是如果手动加载系统不保留那么数字阀上的溢流孔千万不能堵住，否则一旦启动油泵必然引起油管爆裂，因为溢流孔堵住，液压油无法循环，油泵持续送油引起油压增大使油管爆裂。按此方法改装的材料试验机，如果要使用开环控制系统时，只将两个截止阀关闭即可使用，如果要使用闭环控制系统时，则将两个截止阀打开，用计算机软件控制其试验机以恒定的速率加卸荷。
2 总结
本文以液压式万能材料试验机为例阐述了其开环控制与闭环控制的不同原理，并简要叙述了如何将开环控制系统改造成闭环控制系统，可知开环控制与闭环控制最大区别就是输出量是否反馈给输入量，从而再影响输出量。在检定材料试验机时，开环控制的，不论是液压传动还是电机传动都检定采用JJG 139-2014《拉力、压力和万能试验机》检定规范；闭环控制的，若是液压传动采用JJG 1063-2010《电液伺服拉力（压力）试验机》检定规程[2]，若是电机传动的采用JJG 475-2008《电子万能试验机》检定规程[3]。
【参考文献】
[1]国家质量监督检验检疫总局.JJG 139-2014拉力、压力和万能试验机[S].
[2]国家质量监督检验检疫总局.JJG 1063-2010电液伺服拉力（压力）试验机[S].
[3]国家质量监督检验检疫总局.JJG 475-2008电子万能试验机[S].
