下传动建筑砌块试验机电液传动系统设计毕业设计.doc
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1、理工学院毕 业 设 计学生姓名: 学 号: 071615232 专 业: 机械设计制造及其自动化 题 目: 下传动建筑砌块试验机电液传动系统设计 指导教师: 评阅教师: 2011年6月 河北科技大学理工学院毕业设计成绩评定表姓 名赵爱勇学 号071615232成 绩专 业机械设计制造及其自动化题 目下传动建筑砌块试验机电液传动系统设计指导教师评语及成绩 指导教师: 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师: 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长: 年 月 日答辩委员会意见 答辩委员会主任: 年 月 日 注:该表一式两份,一份归档,一份装入学生毕业设计说明书(论文)中。毕 业 设 计 中 文
2、摘 要 本课题为建筑砌块试验机电液传动系统设计。该试验机是专用设备,用于测量建筑砌块抗压和抗折强度。包括主机总体结构设计,选择二柱式主机结构作为主机框架;加载方案选择,为了满足对加载速率的要求,选用先进的电液比例加载系统,实现精确、稳定加载;测控系统,以单片机连接数模转换装置,实现半自动化控制,自动显示。对液压系统功能原理进行设计,其中包括液压系统原理图设计;元件选型设计。最后对液压站结构设计,包括液压阀站设计;液压泵组设计。关键词 建筑砌块 试验机 液压站 电液传动毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Design of the Electro-Hydraulic Transmissoi
3、n System on the Building Blocks Testing Machine AbstractThis design is about the electro-hydraulic driving system of the building blocks testing machine.Based The testing machine is a dedicated equipment, used in measuring building blocks of a strong compressive and bending.including design of the m
4、ain structure and selecting double-column structure as the main frame,scheme selection of the loading system which adopt advanced electro-hydraulic proportional loading system in order to realize accurate and stable loading,description of observe and control system which use digital-to-analog device
5、 connected by MCU in order to realize semi-automatic control and automatic display. Secondly design of the hydraulic system function is described. Including the design of the hydraulic system diagram and component selection and design Finally, design of hydraulic station structure is described. Incl
6、uding,design of the hydraulic valve;and design of the hydraulic pumps.Key Words Building block Testing machine Hydraulic station Electro-hydraulic transmission目 录1 引言11.1 国内外相关产品的技术发展状况及达到的技术水平11.2 本课题研究的目的和意义22 总体方案的设计22.1 本课题的设计要求22.2 砌块试验机总体方案的分析32.2.1 二柱砌块试验机抗折、抗压功能实现32.2.2 四柱砌块试验机功能原理实现42.3 加载方
7、式及测控方案设计52.4 总体布局方案的确定73 液压系统功能原理设计103.1 执行元件设计压力的选取103.2 系统基本参数的确定103.3 复合液压缸设计113.3.1 实际工作压力113.3.2 复合缸缸体计算123.4 液压系统原理图的拟定153.5 液压元、辅件的选择183.5.1 液压元件的选择183.5.2液压辅件的选择203.6 电动机的选择213.7 液压系统主要性能验算224 液压系统结构设计254.1 液压阀站的设计254.1.1 分解液压系统,绘制集成块单元回路图254.1.2 集成块的设计264.2 液压泵站的设计304.2.1 液压泵站的组成314.2.2 液压泵
8、站的类型314.2.3 液压油箱及其附件314.2.4 液压泵组33致 谢37参 考 文 献38附录A 使用说明书391 引言1.1 国内外相关产品的技术发展状况及达到的技术水平我国材料试验机的制造,从无到有、从小到大,从单参数到多参数,从静态到动态,逐步发展成初具规模,具有能生产静负荷试验机(如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等)和动负荷试验机(如冲击试验机和疲劳试验机等)的能力,有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。二十世纪九十年代初,我国实行了市场经济,众多民营企业应运而生。试验机制造行业也和其它行业一样,民营企业登上了试验机行业的
9、舞台。近几年,随着国内试验机民营企业的不断做强做大,国有企业的改制,中国的试验机行业由原来以国有企业为主逐步演变为以民营企业唱主角的时代。长期以来,试验机也一直是欧美对我国尖端科研课题限制出口的产品。随着科技技术的发展液压式试验机得到快速的发展,目前我国对砌块的检测主要使用万能液压式试验机,这样有大材小用之感,现在国内外迫切需求专一对砌块检测的机械设备。我国自主研制的新型、综合式的砌块试验机在国内外于先进水平。比如:由济南新东岳实验仪器有限公司 生产的M9抗折试验机,其特点是调速系统采用伺服电机和减速机,性能稳定可靠,具有过流、过压、过载等保护装置。如图1图1-1 M9式抗折试验机经调研知道,
10、已有个别科研单位在此方面做过有益的尝试,并取得一定的成果,但由于采用技术不完全合理或技术上考虑不全面等种种原因,使得其项目的实用性和易推广性有很大的局限性。但研究试验机方向的专家也都有共识,我国的建筑工业和其它部门的科研院所不能直接进口某些关键材料试验的仪器设备。所以,要发展中国的试验机产业,就必须走自主创新的道路。1.2 本课题研究的目的和意义建筑砌块试验机是对试件抗压强度和抗折强度进行测量的专用机械设备 ,能够快速、准确的测量砌块的抗压和抗折强度。随着经济的快速发展,砌块在建筑行业得到大量的应用,从建筑行业的质量安全考虑,对砌块的质量的检测就更为重要。这样对建筑砌块试验机的设计成了人们所关
11、注的问题。由于没有专门的砌块抗折和抗压试验机,所以大部分的砌块试验都是在万能液压式试验机上进行的,这样它的功能大大受到了限制。并且进行抗折、抗压试验,导致它的效率底下。而大部分抗压试验机采用电动比例阀进行加荷速度的控制,其控制特性对油质的污染相当敏感。笔者通过研究目前国内外砌块试验机的现状和发展,分析各种试验机的优势和缺陷,在现有科学技术的基础上,设计新的专用试验机。从砌块试验机的工作原理来说,砌块被放入夹具上并由液压系统驱动开始运动,一直到砌块被压碎或断裂获得抗压强度、抗折强度和速度,整个过程全部由液压系统控制。可见,液压系统担负着测量砌块的重任,是实现测量砌块抗压和抗折强度的重要部件。一部
12、机器的使用寿命,通常取决于主要部件或构件的寿命。因此砌块试验机在保管使用过程中,液压传动系统检查成为一项重要内容,是设计试验机和制造人员经常要做的极其重要而必要的工作。2 总体方案的设计2.1 本课题的设计要求1)功能:通过滑块及压头给试件连续加载,检测并读取其抗压和抗折强度数值。2)自动化程度:半自动。3)试件主要规格:390mm190mm190mm(GB 8239-1997)。4)试验方法及精度要求:按GB/T 4111-1997。5)机器结构:二柱、四柱或其它。6)加载测控方式:电液比例加载,数字显示。7)载荷范围及加载速率:按GB/T 4111-1997计算并确定2.2 砌块试验机总体
13、方案的分析本试验机为小型砌块等墙体材料的抗压强度和抗折强度检验设备,主要用于建材、建筑企业及相关质检部门,以解决在万能材料试验机上进行检验的大材小用问题。设计目的是在保证测量精度的前提下,依据试验机内部的特殊构造,采用先进的电液比例控制技术快速测量方法,尽量减小测量过程中使用的时间长,同时注意保证测量效率和操作方便。2.2.1 二柱砌块试验机抗折、抗压功能实现设计方案一般试验机有双柱和四柱式,其简单结构见图2.1、图2.2、。双柱式压机本体重心低,几乎与地面水平接近,因此稳定性好;工作缸在地面以下,地面以上几乎没有什么管道,用油为工作介质不易着火,比较安全;但运动部分质量较大,惯性大。四柱式为
14、传统型机架,广泛应用于各种用途的液压机中,但液压机本体的重心高出地面很多,稳定性较差。液压机本体结构设计应考虑的三项基本原则有: 1)尽可能好的满足工艺要求、便于操作; 2)具有合理的强度与刚度,使用可靠,不易损坏; 3)具有很好的经济性,重量轻,制造维修方便。砌块试验机主机结构如图2.1。 所示,机械结构为二柱,该机有主机、电液比例加载系统和微机测控系统三部分组成。主机采用单空间布局,其框架由底座、立柱(2根)和横梁构成。加载液压缸设置在工作台底部并穿过工作台梁,其活塞杆头部连接燕尾槽的压头体,抗压试验压头和抗折试验压头可从外燕尾槽上安装或更换。图2.1 试验机预选机架1-上横梁;2-立柱;
15、3-工作台;4-工作缸;5-工作压头;6-压板2.2.2 四柱砌块试验机功能原理实现设计方案砌块试验机主机结构如图2.2。 所示,机械结构为四柱,该机有主机、电液比例加载系统和微机测控系统三部分组成。主机采用单空间布局,其框架由底座、立柱(4根)和横梁构成。加载液压缸设置在工作台顶部并穿过工作台,其活塞杆头部连接燕尾槽的压头体,抗压试验压头和抗折试验压头可从外燕尾槽上安装或更换。可拆式工作台便于进行周期计量检定并减小加载缸的空载行程。 图2.2 试验机主机示意图1 工作台;2加载液压缸;3压头体;4立柱;5上压板;6上横梁考虑二种机架的特性及液压机本体结构设计原则,又下传动对立柱刚度要求相对较
16、小,决定采用方案1进行本次砌块试验机的设计。2.3 加载方式及测控方案设计本试压机采用的是电液比例加载系统,电液比例控制技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁,已经成为现代控制工程的基本技术构成之一, 它与传统的电液伺服技术相比,具有可靠、节能和廉价等明显特点,电液比例控制系统,尽管其结构各异,功能也不尽相同,但都可归纳为由功能相同的基本单元组成的系统。如图2.3,图中的虚线为可能实现的检测与反馈。包含外反馈回路的控制系统才称为闭环控制系统,不包含外反馈的称为开环系统,如果存在比例阀本身的内反馈,也可以构成实际的局部小闭环控制。比较元件检出量图2-3 电液比例控制系统的构成电
17、液比例控制系统具有可靠、易控、节能、廉价、精度高、工作平稳等明显而独特的优点,在本次设计中,抗折原理和抗压原理相同。 试验过程中要求匀速稳定加压,加载压力与控制电流成正比,即p=ik。根据GB/T 4111-1997混凝土小型空心砌块试验方法规定,试件抗压强度R=。故试件承受压力R1=pk1=ik2k1式中 R1试件承载压力; F外载荷; p试验加载压力; k1面积系数,k2电液比例系数; i控制电流。由上述关系式可以看出,在试验加载过程中对于加载载荷的大小最终体现在电液比例系统中电流数值的大小。因此在实现不同流量、压力的控制时可以通过改变电流来实现对阀芯开合大小的控制进而改变工作液的压力、流
18、量等。通过对电液比例阀的电流大小的检测,通过测控显示系统等即可得到试件的抗压、抗折等数据。根据以上信息,绘制测控原理方框图如图2.4。图2.4测控原理方框图2.4 总体布局方案的确定本次课题设计试验机的试验对象为建筑砌块,首先应确认建筑砌块的制造标准及试验检验的条件与要求。依据GB8239-1997普通混凝土砌块标准可查得普通建筑砌块的抗压强度分为五个等级,具体数据如表2-1。依据GB/T 4111-1997混凝土小型空心砌块试验方法可查得:材料试验机示值误差应不大于2%,其量程选择应能使试件的预期破坏载荷(即为最大抗压强度)落在满量程的20%80%;依据我国液压标准(GB/T79381987
19、及GB/T23462003)规定,液压系统常用工作压力为20 MPa、25 MPa及31.5 MPa。要满足建筑砌块的试验要求,依MU20.0强度等级初步选定试验机液压系统工作压力为25Mpa。进行抗压强度试验,GB/T 4111-1997要求试验机应以10kN/s30kN/s的速度加荷,直至试件破坏。在进行抗折强度试验,要求试验机应以250N/s的速度加荷至试件破坏。由于抗折强度比较小,所以计算最大载荷时按照抗压强度选择。表2-1 强度等级 MPa强度等级砌块抗压强度平均值不小于单块最小值不小于MU3.53.52.8MU5.05.04.0MU7.57.56.0MU10.010.08.0MU1
20、5.015.012.0MU20.020.016.0依据GB/T 4111-1997中计算抗压强度的公式 (1)式中 P破坏载荷,N; L、B受压面的长度和宽度,mm; R试件的抗压强度,M Pa。根据GB8239-1997,建筑砌块规格为390mm190mm190mm,其受压面积为390mm190mm。计算其破坏载荷即试验机最大载荷为P=RBL=25390190N=1852.5KN200t由公式 F=p A (2)式中 F液压缸作用力 N;P液压油工作压力 M Pa;A液压缸柱塞面积()mm,D为柱塞直径 mm。导出柱塞直径:故活塞杆直径d=D=225.71mm根据GB/T2348-1993液
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