毕业设计
题 目 钢丝绳拉力试验机设计
学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自1002 学 生 杨毓贤 学 号 20100421466 指导教师 李国平
二〇一四年五月廿六日
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摘 要
钢丝绳是近代工业及工程中应用非常广泛的挠性构件，其拥有高强度、弹性好、自重轻、承受载荷能力强且工作稳定可靠等优点。现广泛用于建筑、冶金、矿产、旅游、交通等主要的部门和行业。钢丝绳性能的好坏直接关系人民群众生命财产安全和切身利益，故人们一直在探索如何检测钢丝绳各种性能的试验方法。防止因钢丝绳断裂而造成安全事故。本文以检测钢丝绳的机械性能为出发点，提出了研制钢丝绳拉力试验机的设计方案。
钢丝绳拉力试验机的组成主要有机械部分、液压部分、数据采集部分以及数据处理部分等几方面。本文首先介绍了钢丝绳拉力试验机的机械结构特点，对钢丝绳拉力试验机的功能进行系统的分析，然后设计试验机。之后进行液压缸的设计，液压缸作为动力系统，能更好的提高系统实验的稳定和精确。在钢丝绳拉力机械性能的检测过程中，系统采用了压力传感器，使采集信号响应快，分辨率高，线性度好。在钢丝绳变形量的测量中采用光电编码器，结构简单，测量精确。最后系统的核心部分采用PLC高速脉冲计数器和A/D、D/A装换模块采集钢丝绳的形载荷，变形及运动小车的移动位移，并且控制液压系统驱动运动小车在机架上运动。同时PLC将采数据传送到触摸显示屏分析、处理，绘制曲线，并接受触摸控制屏指令，驱动电机运动等。
本文的研究成果很大程度上促进了钢丝绳性能检测技术的发展，对钢丝绳机械性能检测以及相关设备的研制具有很大的研究价值。
关键词：钢丝绳；拉力试验机；触摸屏控制；PLC
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ABSTRACT
Wire ropes are flexible members that are widely used in many industries and sectors now It has high strength, good elasticity, light weight, strong load bearing capacity and stable and reliable work, etc. And it is now widely used in construction, metallurgy, mining, tourism, traffic and so on. The stand or fall of wire rope performance has great effects on people benefits life and properties. So people have been exploring all kinds of wire rope detection performance test methods in order to avoid accidents caused by failure of wire ropes. Based on the detection of wire rope machinery for the starting point, proposed the design scheme in the development of the wire rope tension tester.
Tensile test machine is made of machinery, data-acquisition, data-disposition, servo control and other system．This paper first introduces the mechanical structure characteristic of wire rope tension tester and the systematic analysis to the function of wire rope tension tester, then designs the tensile testing machine, then designs the hydraulic cylinder. Hydraulic cylinder is a dynamic system, which can better improve the system stability and precision of experiment. In the wire rope tension performance measurement, System uses a pressure sensor, which can make the acquisition signal fast response, high resolution, good linearity. Photoelectric encoder are used in wire rope deformation measurement, and it is simple structure, measurement precision. The core part of the system adopts load PLC high-speed pulse counter and A/D, D/A conversion module acquisition of wire rope, mobile displacement deformation and motion of the car, and control the hydraulic system to drive sports car movement in the frame. At the same time, PLC will collect data to the touch screen analysis, processing, curve drawing, and accept the touch control screen instructions, controlled by microcomputer, driving motor etc.
The research achievements of this paper largely promoted the development of the wire rope detection technology. It has great research value on the performance of wire rope testing equipment development.
Key words：Wire ropes; Tensile test machine; Touch screen control; PLC．
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目 录
摘 要 ............................................................................................................................... 1 ABSTRACT .......................................................................................................................... 2 1 绪论 ................................................................................................................................... 4
1.1 课题的研究背景 .................................................................................................... 4 1.2 钢丝绳拉力试验机的发展状况 ............................................................................ 4 1.3 课题的研究意义 .................................................................................................... 5 1.4课题研究内容 ......................................................................................................... 5 1.5 预期研究结果 ........................................................................................................ 6 2 钢丝绳绳拉力试验机整体设计 ....................................................................................... 7
2.1 机械部分设计 ........................................................................................................ 7
2.1.1 夹具设计 ..................................................................................................... 7 2.1.2 机架设计 ..................................................................................................... 8 2.1.3 运动小车设计 ............................................................................................. 9 2.2 液压缸的设计 ....................................................................................................... 9 3 力与位移测量系统 ......................................................................................................... 11
3.1 载荷测量 .............................................................................................................. 11 3.2 位移测量 .............................................................................................................. 12 4 控制系统设计 ................................................................................................................. 14
4.1 左端运动小车控制 .............................................................................................. 14 4.2 液压系统控制 ...................................................................................................... 15 4.3 触摸显示屏控制 .................................................................................................. 16 5 结论 ................................................................................................................................. 17 参考文献 ............................................................................................................................. 18 致谢 ..................................................................................................................................... 19
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1 绪论
1.1 课题的研究背景
钢丝绳广泛的应用是因为其强度高、弹性好、自重轻、承受载荷能力强、工作平稳可靠以及可在高速环境下工作且无噪音等优点。在建筑、冶金、矿产、旅游、交通等主要的行业和部门中得到了广泛的应用。作为检测钢丝绳的刚度、强度、韧性、塑性、延展性、弹性的基础试验装置的拉伸试验机，当然也就被广泛应用于这些行业。
随着测量控制技术的不断发展拉力试验机已逐步发展成为一种集光、机械、电子、液压、测量、控制等高新技术于一体的高技术密集型产品，拉力试验机的各种新类型不断出现。但是为数众多的老式拉力试验机并没有退出历史舞台，仍然工作在工农业生产生活的各个领域，在质量检测、计量与科研工作中起着重要作用。
为了获得更加精确的拉力测量数据，实现更加精密的实验要求及对拉力测试数据的微机管理，老式拉力试验机的现代化改造或者说微机控制改造，于上世纪八十年代后期开始逐渐兴起，目前老式拉力试验机能否被改造已经成为评判新型拉力试验机的基本指标，本课题针对综合实验室老式拉力试验机的升级改造正是在这样的背景下提出来的。目前对钢丝绳进行拉力试验的试验机根据结构可分为立式、卧式两种拉力试验机。立式拉力试验机较为常见,但拉伸行程相对有限,最大试验力为1000 kN的试验机的最大拉伸试验空间一般小于1 m;卧式拉力试验机一般采用销轴式选定试验空间,拉伸行程的选择空间很大,但是其设备占地和投资成本都较大。
1.2 钢丝绳拉力试验机的发展状况
用来检测钢丝绳机械性能好坏的各种实验机随钢丝绳产生应运而生。在应用前对钢丝绳进行技术检测，使其机械安全性能得到有效保证。虽然目前国内外很多公司及生产厂家都在对钢丝绳拉力试验机研究和生产，但目前国内外对钢丝绳试验机并没有完全定型的结构,大多数试验机仅仅是为了需要而针对性的生产，目前国内外最常见的试验机形状上一种是卧式钢丝绳拉力试验机，一种是立式钢丝绳拉力试验机，主要是根据试验机的主动轮和试验轮安装方位的不同而分的。
卧式拉力试验机主动轮和实验轮的相对位置是在同一水平面上的,故称卧式。其主要是采用液压系统或是电动的方式对钢丝绳施加载荷。液压系统传动平稳，测量精确，但液压系统在操作和维护方面没有电动加载方便，所以现在大多数的卧式拉力试验机都采用电动加载。跟立式拉力试验机相比，卧式试验机可以施加的载荷更大,所以一般直径为3Omm以上的钢丝绳都卧式拉力试验机来做拉力试验。
立式拉力试验机实验轮和主动轮的相对安装位置是在同一竖直平面上的,故称立式。立式试验机一般都是采用电动驱动方式来加载，主动轮由电机带动，可以上下反复运动,把祛码不断地添加在实验轮下端，钢丝绳受到足够的载荷，从而钢丝绳不断- 4 -