河北科技大学毕业设计

理工学院毕业设计(论文)开题报告

题目：下传动建筑砌块试验机电液传动系统设计

学生姓名：赵爱勇学号： 0

专业：机械设计制造及其自动化

指导教师：张利平（副教授）

2011年3月 21日

1 文献综述

试验机简介

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。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用[1]。材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变型过程，并且在各个过程已有相关技术标准（规范）规定出相关性能的技术指标，这些性能指标的具体测定必须在试验机上来完成。试验机的功能和计量特性指标是否满足预期使用要求，是材料机械性能试验的关键。材料试验机不仅是研究材料机械性能理论的基本手段和依据，也是企业、事业单位目前生产检验的基本手段之一。

试验机的特点

一般采用液压缸下置式主机，拉伸空间位于主机的上方，压缩、弯曲试验空间位于主机上方下横梁和工作台之间。下横梁升降电机经减速器、链传动机构、丝杠副传动，实现拉伸、压缩空间的调整，采用微机控制全数字控制系统，实现了试验力、试验变形、活塞位移和试验进程的闭环控制，具有等速应力、等速应变、等速试验力、等速位移、试验力保持、位移保持等控制功能以及试验力、峰值、试验变形、活塞位、试验曲线的屏幕显示功能。控制模式的任意设置和各种控制方式之间平滑切换，使系统具有更大灵活性。

试验机的典型结构

目前试验机结构类型繁多，其中较为典型的是YE-2000液压式压力试验机，如图1所示：

图1 压力试验机图

1.3.1 结构及功能

该试验机整机主要由机械结构、液压传动、控制部分三大部分组成。

（1）机械部分包括机身、滑块、移动工作台、液压垫、油缸等。

（2）液压部分：液压系统采用插装阀集成系统，主油箱上置，主油箱布置在上梁后部,油泵电机组和液压控制阀块在油箱上平面上有序排列,其中的主油泵电机组均为

立式安装。并设有液压油滤油器。设备的液压系统中，在主阀块的关键部位都有压力检测点。通过压力检测点可以快速的诊断液压机出现的故障，并可监测液压机的工作状态。

YE-2000液压式压力试验机主要用于多种材料的压缩试验，例如：水泥、混凝土、各种建筑用砖、橡胶垫、混凝土构件、金属构件等的抗压强度试验。

主机为框架式。横梁由二立柱支承在底座上，由螺帽加以紧固构成加荷框架。上压盘装在横梁的螺杆上，由电机带动蜗杆，而蜗杆带动蜗轮，再由蜗轮带动螺母旋转，使装在螺杆上的上压盘随螺杆上下移动。油缸及活塞上端安放着工作台，工作台上安放着球面座和下压盘[1]。下压盘的圆刻线是为了便于放置试样，主机内的油管与测力计相通。测力计采用动摆测力计，测力系统由试验力指示，试验力速度指示器，高压油泵及操作部分等组成。

1.3.2 测量过程简介

将被测对象置于平台上，按被测物体大小，调整油压指示仪的距离，打开电源，按工艺

要求调整加荷速度，打开加荷阀门，通过油路将平台上顶，加压到被测物，当压力加大到被测物承受极限，被测物损害时，压力不再增大，保持恒定，此时，通过压力指示仪得到压力读数，做好记录，打开卸荷阀门，将油放回油箱。测试工作结束，将测试数据通过人工录入计算机得出检测报告。在测量过程中，由于液压万能材料试验机是一种精密的检测仪器。为了确保仪器的精度和延长使用寿命，除了严格按照操作规程使用外，我们还应注意如下二点。其一，在检测金属线材的极限强度和延伸率时，特别是线材直径较大时，当发现线材开始缩颈即试验机指针几乎不前进时，尽量控制在线材断裂前回油，避免强烈的振动。这对线材的极限强度及延伸率的影响可以忽略不计。其二，在检测混凝土试块或石材试块的抗压强度时，应调节加油阀使之满足标准要求的加荷速度，采取匀速加荷。当发现压力机指针转动速度明显变慢时，这表示试件内部己经局部破坏，这时不应加大进油阀造成冲击负荷。否则测出的数据偏高。

国内试验机发展的基本状况及发展趋势

材料试验机从最简单的珐码加荷到以数字化技术为特征的各种材料试验机，在国外已有二百多年历史。试验机制造业已成为一个独立的行业，试验机技术也成为一个国家工业发展水平的标志。我国在短短四十多年里，从无到有建立了完备的试验机制造工业。正在努力接近世界先进水平。但受到工业发展水平的限制，作为材料试验机中最基础的万能材料试验机，从五十年代开始生产.目前虽然有较大变化。但仍有产品停留在杠杆摆锤测力系统的水平。

目前.我国液压万能试验机按测量技术可分为低档和高档。高档以微机控制液压万能试验机为代表。低档机则是以测力油缸和杠杆摆锤测量力值系统的液压万能试验机。该测量系统的位移测量是用拉线办法测上、下夹头的位移，通过滚筒记录力位移曲线。这类试验机，除了由最大载荷而得到的抗拉强度具有一定精度外，其余的力学性能指标，或者精度低或者测不出来。另外，一些厂家目前生产的以传感器测量力和变形，然后用x一y记录仪记录的试验机可称为中档试验机。这类机型应用了电子技术，使力和变形的测量精度达到%。但这类机型是以模拟电量为测量基础，不具有智能化功能，一切力学指标乃要用手算。因此，该类机型尚需进一步改造。国内现有试验机从数量上看，占

绝大多数的是低档试验机。他们负担着中小型企业的质量管理工作，是我国工业产品质量保证的基础。但与国际试验技术和试验机水平相比.具有显著的差异。

进入2011年我国压力试验机行业面临新的发展形势，由于新进入企业不断增多，上游原材料价格持续上涨，导致行业利润降低，因此我国压力试验机行业市场竞争也日趋激烈。近几年我国压力试验机行业发展速度较快，受益于压力试验机行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，压力试验机行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好。虽然受金融危机影响使得压力试验机行业近两年发展速度略有减缓，但随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国压力试验机行业重新迎来良好的发展机遇[2]。

但是在新的机遇下，用户对试验机的品质也提出了越来越高的要求。随着国民经济的快速增长和企业管理现代化、生产高速化的不断发展,企业生产流程中的各类检测项目大量增加,用户不仅强调各类试验设备要有高的准确性和良好的稳定性,同时,如何提高检测效率也是他们最为关心的问题之一。但目前国产试验机可靠性差、功能单一、效率低下的弊病始终未得到根本的解决,试验机行业的整体发展水平还无法适应新形势的需要。

随着国际市场需求的不断扩大，与人们生活息息相关的试验机行业也得到了迅猛的发展，但由于技术及创新等方面的原因，国内试验机行业与国外仍有巨大的差距，关键核心技术匮乏，低水平重复，产品的稳定性及可靠性得不到根本的解决，在高端精密仪器上仍严重依赖进口，大量进口对产业发展造成不利影响。因此我国试验机主要发展趋势如下：

（1），高端通用试验仪器设备。将集中力量，重点突破一批我国需求量大、严重依赖进口、价格昂贵的试验仪器设备，攻克若干试验仪器设备核心技术和关键部件，带动重要领域试验仪器设备整体水平提升，打破国外垄断。

（2），前沿重大试验仪器设备。将依据我国在世界新一轮科技革命中的战略部署，研发若干具有国际领先水平的重大试验仪器设备，有效支撑我国开展世界一流科学研究、有特色科学研究，带动高新技术产业发展。

（3），常规通用试验仪器设备。将强化科技部门统筹作用，从现有各类科技计划（专项、基金）或自由资金开发的试验仪器设备中择优，采取应用示范、实施后补助等方式，以使国产优质试验仪器设备得到广泛应用，市场占有率大幅提升，壮大我国试验仪器设备产业。

国外试验机的发展情况

试验机一开始就来自欧洲，产生初期机器结构简单，功能单一，随着科技经济的发展，出现了各种各样结构复杂功能强大的试验机，广泛的应用于机械、冶金、石油、化工等部门，并且走进了各大实验室及学校，对产品评估、改进工艺起到了极大的促进作用。到目前为止，世界上共形成了五大试验机生产体系，即美国、英国、欧洲大陆、日本和北美洲试验机生产体系。如今的信息时代的到来，又为试验机添光增彩，计算机控制、plc控制使得试验机功能更为强大。

2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径

本课题要研究或解决的问题

材料试验机大多数为通用的万能的材料试验机，而对于大多数建筑公司而言，用它来测量砌块材料强度即抗压和抗折的强度是一种浪费资源。因为一台万能的材料试验机往往价格比较昂贵，在对于只需要检测建筑材料如建筑砌块等的强度，若动用大量的资金去购置万能通用检测设备往往得不偿失。因此，花费少量的资金设计一台专用的小型砌块试验机，只用来检测建筑砌块的抗压抗折强度，会在建筑行业中显得更加有针对性，更加的经济实用。本课题设计的下传动建筑砌块试验机拟采用电液控制技术，以解决建筑砌块的抗压和抗折强度试验采用万能试验机的大材小用问题。

本课题任务的内容和要求

2.2.1 主要设计内容

对建筑砌块试验机总体方案进行论证，对其电液传动系统进行功能原理及结构设计。

2.2.2 技术要求

（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：390mm×190mm×190mm(GB/T82397)。

（4）试验方法及精度要求：按GB/T4111。

（5）机器结构：二柱或四柱。

（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/T4111计算并确定。

本课题拟采用的研究手段和途径

2.3.1 试验机基本参数的初步确定

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。

表1 强度等级 MPa

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/T7938—1987及GB/T2346—2003）规定，液压系统常用工作压力为16 MPa 、25 MPa 及 MPa 。要满足建筑砌块的试验要求，依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/s ～30kN/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。

依据GB/T 4111-1997中计算抗压强度的公式

RBL P BL P R =?= (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390mm ×190mm ×190mm ，其受压面积为390mm

×190mm 。计算其破坏载荷即试验机最大载荷为

P =RBL =25×390×190N=≈200t

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（

42

D A π=）mm,D 为柱塞直径 mm 。 导出柱塞直径：mm mm F D 2.319251022p 26

=??==π

π 故活塞杆直径d =2D =

根据GB/T2348-1993《液压缸内径与活塞杆直径系列》，初步选定液压缸内径为320mm 。

由于做抗折强度试验需要在试件上下加钢棒，其直径是35mm ～40mm,而试件高190mm ，以不妨碍装卸试件为原则，初步选定工作台上下空间为550mm 。

（1）液压控制阀选用方案

液压系统有三种控制阀:电液伺服阀、电液比例阀和电液数字阀，本设计要求试验台能够快进、慢进、快退，需要精确控制，而比较三种阀:电液伺服阀静动态性能好，但是抗污染能力差、价格昂贵，经济性差；电液比例阀静动态性能中等，价格一般。电液数字阀性能差，价格便宜，但不能精确控制。

因此在此处选择电液比例阀。

（2）液压缸的选用方案

在液压执行原件中，使用最多的就是直线运动的液压缸，一般按其结构特点分为活塞式、柱塞式和组合式。柱塞式属于单作用缸，缸中的柱塞和缸桶不接触，运动时由缸盖上的导向套来导向，故缸桶内壁不需要精加工，特别适合行程较长的场合。因此柱塞缸的制造相对简单。因此在此处选择柱塞式液压缸。

2.3.2 试验机结构方案的确定

（3）机架结构设计

机架的结构主要有三种:单柱、双柱、四柱式。据调查单柱式的只适合与长度或宽度很大的中厚板的校直、弯曲、成型、弯边等工序，双柱式结构的试验机本体重心低，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。四柱式的为传统支架，应用广泛，但稳定性差。

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。

因此选择采用双柱式。

2.3.3 总体方案的设计

试验机的总体尺寸初步选为1800×1000×1600mm。

图2 试验机结构及尺寸

1—底座； 2—液压缸； 3—底板； 4—立柱； 5—压板； 6—横梁； 7—电气柜

参考文献

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