河北科技大學畢業(yè)設計

1、理工學院畢業(yè)設計(論文)開題報告題 目：下傳動建筑砌塊試驗機電液傳動系統(tǒng)設計 學生姓名： 趙愛勇 學 號： 071615232 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 張利平（副教授） 2011年 3月 21日1文獻綜述1.1 試驗機簡介試驗機是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結構等的機械性能、工藝性能、內部缺陷和校驗旋轉零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器。在研究探索新材料、新工藝、新技術和新結構的過程中，試驗機是一種不可缺少的重要測試儀器。廣泛應用于機械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運輸、等工業(yè)部門以及大專院校、科研院所的相關實驗室。對有效

2、使用材料、改進工藝、提高產品質量、降低成本、保證產品安全可靠等都具有重要作用1。材料受載后表現出彈性、塑性、斷裂三個變型過程，并且在各個過程已有相關技術標準（規(guī)范）規(guī)定出相關性能的技術指標，這些性能指標的具體測定必須在試驗機上來完成。試驗機的功能和計量特性指標是否滿足預期使用要求，是材料機械性能試驗的關鍵。材料試驗機不僅是研究材料機械性能理論的基本手段和依據，也是企業(yè)、事業(yè)單位目前生產檢驗的基本手段之一。1.2 試驗機的特點一般采用液壓缸下置式主機，拉伸空間位于主機的上方，壓縮、彎曲試驗空間位于主機上方下橫梁和工作臺之間。下橫梁升降電機經減速器、鏈傳動機構、絲杠副傳動，實現拉伸、壓縮空間的調整

3、，采用微機控制全數字控制系統(tǒng)，實現了試驗力、試驗變形、活塞位移和試驗進程的閉環(huán)控制，具有等速應力、等速應變、等速試驗力、等速位移、試驗力保持、位移保持等控制功能以及試驗力、峰值、試驗變形、活塞位、試驗曲線的屏幕顯示功能?？刂颇Ｊ降娜我庠O置和各種控制方式之間平滑切換，使系統(tǒng)具有更大靈活性。1.3 試驗機的典型結構目前試驗機結構類型繁多，其中較為典型的是YE-2000液壓式壓力試驗機，如圖1所示：圖1 壓力試驗機圖1.3.1結構及功能該試驗機整機主要由機械結構、液壓傳動、控制部分三大部分組成。（1） 機械部分包括機身、滑塊、移動工作臺、液壓墊、油缸等。（2） 液壓部分：液壓系統(tǒng)采用插裝閥集成系統(tǒng)，

4、主油箱上置，主油箱布置在上梁后部,油泵電機組和液壓控制閥塊在油箱上平面上有序排列,其中的主油泵電機組均為立式安裝。并設有液壓油濾油器。設備的液壓系統(tǒng)中，在主閥塊的關鍵部位都有壓力檢測點。通過壓力檢測點可以快速的診斷液壓機出現的故障，并可監(jiān)測液壓機的工作狀態(tài)。YE-2000液壓式壓力試驗機主要用于多種材料的壓縮試驗，例如：水泥、混凝土、各種建筑用磚、橡膠墊、混凝土構件、金屬構件等的抗壓強度試驗。主機為框架式。橫梁由二立柱支承在底座上，由螺帽加以緊固構成加荷框架。上壓盤裝在橫梁的螺桿上，由電機帶動蝸桿，而蝸桿帶動蝸輪，再由蝸輪帶動螺母旋轉，使裝在螺桿上的上壓盤隨螺桿上下移動。油缸及活塞上端安放著工

5、作臺，工作臺上安放著球面座和下壓盤1。下壓盤的圓刻線是為了便于放置試樣，主機內的油管與測力計相通。測力計采用動擺測力計，測力系統(tǒng)由試驗力指示，試驗力速度指示器，高壓油泵及操作部分等組成。 1.3.2測量過程簡介將被測對象置于平臺上，按被測物體大小，調整油壓指示儀的距離，打開電源，按工藝要求調整加荷速度，打開加荷閥門，通過油路將平臺上頂，加壓到被測物，當壓力加大到被測物承受極限，被測物損害時，壓力不再增大，保持恒定，此時，通過壓力指示儀得到壓力讀數，做好記錄，打開卸荷閥門，將油放回油箱。測試工作結束，將測試數據通過人工錄入計算機得出檢測報告。在測量過程中，由于液壓萬能材料試驗機是一種精密的檢測儀

6、器。為了確保儀器的精度和延長使用壽命，除了嚴格按照操作規(guī)程使用外，我們還應注意如下二點。其一，在檢測金屬線材的極限強度和延伸率時，特別是線材直徑較大時，當發(fā)現線材開始縮頸即試驗機指針幾乎不前進時，盡量控制在線材斷裂前回油，避免強烈的振動。這對線材的極限強度及延伸率的影響可以忽略不計。其二，在檢測混凝土試塊或石材試塊的抗壓強度時，應調節(jié)加油閥使之滿足標準要求的加荷速度，采取勻速加荷。當發(fā)現壓力機指針轉動速度明顯變慢時，這表示試件內部己經局部破壞，這時不應加大進油閥造成沖擊負荷。否則測出的數據偏高。1.4 國內試驗機發(fā)展的基本狀況及發(fā)展趨勢材料試驗機從最簡單的琺碼加荷到以數字化技術為特征的各種材料

7、試驗機，在國外已有二百多年歷史。試驗機制造業(yè)已成為一個獨立的行業(yè)，試驗機技術也成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志。我國在短短四十多年里，從無到有建立了完備的試驗機制造工業(yè)。正在努力接近世界先進水平。但受到工業(yè)發(fā)展水平的限制，作為材料試驗機中最基礎的萬能材料試驗機，從五十年代開始生產.目前雖然有較大變化。但仍有產品停留在杠桿擺錘測力系統(tǒng)的水平。 目前.我國液壓萬能試驗機按測量技術可分為低檔和高檔。高檔以微機控制液壓萬能試驗機為代表。低檔機則是以測力油缸和杠桿擺錘測量力值系統(tǒng)的液壓萬能試驗機。該測量系統(tǒng)的位移測量是用拉線辦法測上、下夾頭的位移，通過滾筒記錄力位移曲線。這類試驗機，除了由最大載荷而得到的

8、抗拉強度具有一定精度外，其余的力學性能指標，或者精度低或者測不出來。另外，一些廠家目前生產的以傳感器測量力和變形，然后用x一y記錄儀記錄的試驗機可稱為中檔試驗機。這類機型應用了電子技術，使力和變形的測量精度達到0.5%。但這類機型是以模擬電量為測量基礎，不具有智能化功能，一切力學指標乃要用手算。因此，該類機型尚需進一步改造。國內現有試驗機從數量上看，占絕大多數的是低檔試驗機。他們負擔著中小型企業(yè)的質量管理工作，是我國工業(yè)產品質量保證的基礎。但與國際試驗技術和試驗機水平相比.具有顯著的差異。進入2011年我國壓力試驗機行業(yè)面臨新的發(fā)展形勢，由于新進入企業(yè)不斷增多，上游原材料價格持續(xù)上漲，導致行業(yè)

9、利潤降低，因此我國壓力試驗機行業(yè)市場競爭也日趨激烈。近幾年我國壓力試驗機行業(yè)發(fā)展速度較快，受益于壓力試驗機行業(yè)生產技術不斷提高以及下游需求市場不斷擴大，壓力試驗機行業(yè)在國內和國際市場上發(fā)展形勢都十分看好。雖然受金融危機影響使得壓力試驗機行業(yè)近兩年發(fā)展速度略有減緩，但隨著我國國民經濟的快速發(fā)展以及國際金融危機的逐漸消退，我國壓力試驗機行業(yè)重新迎來良好的發(fā)展機遇2。但是在新的機遇下，用戶對試驗機的品質也提出了越來越高的要求。隨著國民經濟的快速增長和企業(yè)管理現代化、生產高速化的不斷發(fā)展,企業(yè)生產流程中的各類檢測項目大量增加,用戶不僅強調各類試驗設備要有高的準確性和良好的穩(wěn)定性,同時,如何提高檢測效率

10、也是他們最為關心的問題之一。但目前國產試驗機可靠性差、功能單一、效率低下的弊病始終未得到根本的解決,試驗機行業(yè)的整體發(fā)展水平還無法適應新形勢的需要。隨著國際市場需求的不斷擴大，與人們生活息息相關的試驗機行業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展，但由于技術及創(chuàng)新等方面的原因，國內試驗機行業(yè)與國外仍有巨大的差距，關鍵核心技術匱乏，低水平重復，產品的穩(wěn)定性及可靠性得不到根本的解決，在高端精密儀器上仍嚴重依賴進口，大量進口對產業(yè)發(fā)展造成不利影響。因此我國試驗機主要發(fā)展趨勢如下： （1），高端通用試驗儀器設備。將集中力量，重點突破一批我國需求量大、嚴重依賴進口、價格昂貴的試驗儀器設備，攻克若干試驗儀器設備核心技術和關鍵部

11、件，帶動重要領域試驗儀器設備整體水平提升，打破國外壟斷。 （2），前沿重大試驗儀器設備。將依據我國在世界新一輪科技革命中的戰(zhàn)略部署，研發(fā)若干具有國際領先水平的重大試驗儀器設備，有效支撐我國開展世界一流科學研究、有特色科學研究，帶動高新技術產業(yè)發(fā)展。 （3），常規(guī)通用試驗儀器設備。將強化科技部門統(tǒng)籌作用，從現有各類科技計劃（專項、基金）或自由資金開發(fā)的試驗儀器設備中擇優(yōu)，采取應用示范、實施后補助等方式，以使國產優(yōu)質試驗儀器設備得到廣泛應用，市場占有率大幅提升，壯大我國試驗儀器設備產業(yè)。 1.5 國外試驗機的發(fā)展情況試驗機一開始就來自歐洲，產生初期機器結構簡單，功能單一，隨著科技經濟的發(fā)展，出現了

12、各種各樣結構復雜功能強大的試驗機，廣泛的應用于機械、冶金、石油、化工等部門，并且走進了各大實驗室及學校，對產品評估、改進工藝起到了極大的促進作用。到目前為止，世界上共形成了五大試驗機生產體系，即美國、英國、歐洲大陸、日本和北美洲試驗機生產體系。如今的信息時代的到來，又為試驗機添光增彩，計算機控制、plc控制使得試驗機功能更為強大。2 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑2.1 本課題要研究或解決的問題材料試驗機大多數為通用的萬能的材料試驗機，而對于大多數建筑公司而言，用它來測量砌塊材料強度即抗壓和抗折的強度是一種浪費資源。因為一臺萬能的材料試驗機往往價格比較昂貴，在對于只需要檢測建

13、筑材料如建筑砌塊等的強度，若動用大量的資金去購置萬能通用檢測設備往往得不償失。因此，花費少量的資金設計一臺專用的小型砌塊試驗機，只用來檢測建筑砌塊的抗壓抗折強度，會在建筑行業(yè)中顯得更加有針對性，更加的經濟實用。本課題設計的下傳動建筑砌塊試驗機擬采用電液控制技術，以解決建筑砌塊的抗壓和抗折強度試驗采用萬能試驗機的大材小用問題。2.2 本課題任務的內容和要求 主要設計內容對建筑砌塊試驗機總體方案進行論證，對其電液傳動系統(tǒng)進行功能原理及結構設計。 技術要求（1）功能：通過滑塊及壓頭給試件連續(xù)加載，檢測并讀取其抗壓和抗折強度數值。（2）自動化程度：半自動。（3）試件主要規(guī)格：390mm×19

14、0mm×190mm(GB/T82397)。（4）試驗方法及精度要求：按GB/T4111。（5）機器結構：二柱或四柱。（6）加載測控方式：電液比例加載，數字顯示。（7）載荷范圍及加載速率：按GB/T4111計算并確定。2.3 本課題擬采用的研究手段和途徑 試驗機基本參數的初步確定本次課題設計試驗機的試驗對象為建筑砌塊，首先應確認建筑砌塊的制造標準及試驗檢驗的條件與要求。依據GB8239-1997普通混凝土砌塊標準可查得普通建筑砌塊的抗壓強度分為五個等級，具體數據如表2。表1 強度等級 MPa強度等級砌塊抗壓強度平均值不小于單塊最小值不小于MU3.53.52.8MU5.05.04.0MU

15、7.57.56.0MU10.010.08.0MU15.015.012.0MU20.020.016.0依據GB/T 4111-1997混凝土小型空心砌塊試驗方法可查得：材料試驗機示值誤差應不大于2%，其量程選擇應能使試件的預期破壞載荷（即為最大抗壓強度）落在滿量程的20%80%；依據我國液壓標準（GB/T79381987及GB/T23462003）規(guī)定，液壓系統(tǒng)常用工作壓力為16 MPa、25 MPa及31.5 MPa。要滿足建筑砌塊的試驗要求，依MU20.0強度等級初步選定試驗機液壓系統(tǒng)工作壓力為25MPa。進行抗壓強度試驗，GB/T 4111-1997要求試驗機應以10kN/s30kN/s的

16、速度加荷，直至試件破壞。在進行抗折強度試驗，要求試驗機應以250N/s的速度加荷至試件破壞。由于抗折強度比較小，所以計算最大載荷時按照抗壓強度選擇。依據GB/T 4111-1997中計算抗壓強度的公式 (1)式中 P破壞載荷，N； L、B受壓面的長度和寬度，mm； R試件的抗壓強度，M Pa。根據GB8239-1997，建筑砌塊規(guī)格為390mm×190mm×190mm，其受壓面積為390mm×190mm。計算其破壞載荷即試驗機最大載荷為P=RBL=25×390×190N=1852.5KN200t由公式 F=p A (2)式中 F液壓缸作用力 N

17、；P液壓油工作壓力 M Pa；A液壓缸柱塞面積（）mm,D為柱塞直徑 mm。導出柱塞直徑：故活塞桿直徑d=D=225.71mm根據GB/T2348-1993液壓缸內徑與活塞桿直徑系列，初步選定液壓缸內徑為320mm。由于做抗折強度試驗需要在試件上下加鋼棒，其直徑是35mm40mm,而試件高190mm，以不妨礙裝卸試件為原則，初步選定工作臺上下空間為550mm。（1） 液壓控制閥選用方案液壓系統(tǒng)有三種控制閥:電液伺服閥、電液比例閥和電液數字閥，本設計要求試驗臺能夠快進、慢進、快退，需要精確控制，而比較三種閥:電液伺服閥靜動態(tài)性能好，但是抗污染能力差、價格昂貴，經濟性差；電液比例閥靜動態(tài)性能中等，

18、價格一般。電液數字閥性能差，價格便宜，但不能精確控制。因此在此處選擇電液比例閥。（2） 液壓缸的選用方案在液壓執(zhí)行原件中，使用最多的就是直線運動的液壓缸，一般按其結構特點分為活塞式、柱塞式和組合式。柱塞式屬于單作用缸，缸中的柱塞和缸桶不接觸，運動時由缸蓋上的導向套來導向，故缸桶內壁不需要精加工，特別適合行程較長的場合。因此柱塞缸的制造相對簡單。因此在此處選擇柱塞式液壓缸。 試驗機結構方案的確定（3） 機架結構設計機架的結構主要有三種:單柱、雙柱、四柱式。據調查單柱式的只適合與長度或寬度很大的中厚板的校直、彎曲、成型、彎邊等工序，雙柱式結構的試驗機本體重心低，幾乎與地面水平接近，因此穩(wěn)定性好；工

19、作缸在地面以下，地面以上幾乎沒有什么管道，用油為工作介質不易著火，比較安全；但運動部分質量較大，慣性大。四柱式的為傳統(tǒng)支架，應用廣泛，但穩(wěn)定性差。液壓機本體結構設計應考慮的三項基本原則有： 1）盡可能好的滿足工藝要求、便于操作； 2）具有合理的強度與剛度，使用可靠，不易損壞； 3）具有很好的經濟性，重量輕，制造維修方便。因此選擇采用雙柱式。 總體方案的設計試驗機的總體尺寸初步選為1800×1000×1600mm。 圖2 試驗機結構及尺寸1底座； 2液壓缸； 3底板； 4立柱； 5壓板； 6橫梁； 7電氣柜參考文獻1 徐振法. 組合機床液壓系統(tǒng)設計. 機械工程師,2009(5):44452 文雨生等. 材料試驗機的發(fā)展.1994(23):30343 李榮鋒.淺述當前國內試驗機行業(yè)發(fā)展面臨的問題.2009.1