机械毕业设计（论文）-KLZ-27型螺旋开沟机设计【全套图纸】 .doc

通过各专业全套毕业设计第一章 绪论1.1研究的目的和意义材料试验机在开发新材料和材料质量控制领域的应用越来越广泛，作为大型精密仪器，对它的控制精确性、智能性及人机交互便利性都提出了很高的要求。然而，目前的材料试验机发展不完善，还存在各种问题。第一，针对试验过程中，负载刚度变化，怎样找到科学合理的解决办法，在能得到负载力学性能参数的基础上，确保控制系统的精确性；第二，针对不同的试验对象以及试验标准，研制能够自动控制完成试验过程，并具有良好人机界面的试验机；第三，控制系统中的问题，比如电液比例控制系统的不确定性，它的系统参数具有高维、时变、模糊、非线性等特点，试验机本身要满足控制多项性能指标的苛刻要求。常规的控制方法不能满足这些苛刻的要求，需要研制常规方法和智能控制方法相结合的控制系统。第四，建立物理和数学模型时的误差问题。论文针对目前试验机存在的各种问题，以电液比例控制液压万能材料试验机系统为对象，进行了深入探讨和研究。全套图纸，加1538937061.2国内外研究现状和发展材料试验机是一种施力装置或者力控制系统。主要是用来测试各种材料在不同条件下的物理机械性能、工艺性能、抗震强度及内外结构缺陷的重要科学测试仪器。当今国内外市场上存在的试验机主要可分为三大类：电液伺服控制材料试验机、电液比例控制材料试验机、电子式万能试验机。最初的自动控制液压材料试验机采用电液伺服阀构成控制系统，这类试验机采用大流量的伺服阀系统，其功率消耗大、装备复杂、费用昂贵，此外，抗污染能力差，传动液压油受到污染后系统将不能正常工作。针对电液伺服控制中存在的各种问题，电液比例控制技术被应用于材料试验机。比例阀以传统的工业液压阀为基础，采用可靠、价廉的模拟电-机械转换器和与之相应的阀内设计，对油质要求与一般工业阀相同，其阀内压力损失低，性能又能满足大部分工程测试业要求的比例控制元件。近年来出现了一种性能和价格介于伺服阀和普通比例阀之间的控制阀高性能电液比例方向阀，它具有传统比例阀的特征，采用比例电磁铁作为电-机械转换器，同时，它又采用伺服阀的加工工艺、零遮盖阀口，对油液清洁度要求低于电液伺服阀，而它的控制性能已经与普通电液伺服阀相当，能大幅提高控制性能。随着电液伺服技术、电液比例技术、微电子技术、计算机技术及现代控制技术的飞速发展，国内外试验机生产厂商都积极研发具有恒加载速率、恒应变速率、恒位移速率控制特点的试验机。20世纪80年代末，济南试验机厂和日本岛津公司合资生产了waw-500型试验机。其采用电液伺服阀，试验范围大，具有恒加载速率、恒应变速率、恒位移速率控制等特点，可高效率高精度地自动完成试验过程，描绘出试验曲线，并对结果进行处理和打印、记录，还有故障自我诊断功能和人机对话功能，是比较先进的液压万能试验机。1.2.1国内外研究现状国内液压试验机从五十年末开始，仿制并大批生产了德国申克公司的手动控制的upm系列液压万能试验机。如国内各试验机厂生产的we系列万能机、ya系列压力机。它采用手动控制系统，主要特点是手动加载、卸载，摆锤测力、度盘显示，如图1.1所示。这种设备测量范围小，精度低，对变形及位移不能等速率控制，加上摆锤的惯性误差等的影响，国家己经开始逐步限制这类试验机进入市场。但由于这种试验机价格低廉、维护方便，目前，这两种试验机仍占相当大的市场。图1.1 手动式液压万能试验机 图1.2 数显式液压万能试验机为了提高测量精度，消除摆锤对测量精度的影响，一些试验机厂家以电子测力代替杠杆摆锤测力，如图1.2所示。这类试验机只在测力系统和数据显示方面作了改进，大多以单片机作为数据采集和处理系统，在长期可靠性方面存在不少问题，在控制系统方面存在不少缺陷，无法实现等速控制。长春试验机研究所生产的waw系列微机控制液压万能试验机，其测量范围可达6档，具有等速控制试验方式及专门为金属拉伸试验设计的试验方式，但采用模拟放大器，继电器自动换档，不能实现各档之间的平滑切换，可靠性比较差。同时，国内试验机厂也积极与国外著名试验机公司合作联合开发自动控制液压万能试验机，济南试验机厂引进日本岛津技术开发waw-y系列微机控制电液伺服万能试验机，上海华龙测试仪器厂引进德国doli公司技术生产的waw系列微机控制电液伺服万能试验机，这些试验机虽然能实现闭环控制，但存在各种控制方式不能灵活组合，控制性能难以适应材料刚度的变化，调试和使用复杂，适用范围不广，而且因价格昂贵难以被国内大部分企业所接受。国外著名的试验机生产厂商主要有四个：美国的mts公司，英国的instron，德国的申克公司和日本的岛津公司。日本岛津公司生产的udh系列试验机，如图1.3所示。它可进行自动和手动两种操作，具有计算机控制和数据处理功能，其系列性能好，机种覆盖广，缺点是自动化程度低。德国申克公司的upm液压万能试验机控制原理是由速度控制器控制力矩电机进而带动压力控制阀施加压力，具备计算机处理和控制功能，是一种较传统的控制方式。美国mts公司生产的new810系列主机采用318系列，主要特点在伺服液压缸上，液压缸滑动表面，用非金属喷涂处理，实现较小阻尼。电控系统有mts test star试验系统和mts test link试验系统，test star计算机参与控制，p、i、d参数给定，test link可以连接计算机，进行数据处理，但在非线性区没有良好的控制能力，控制方式平滑切换装置不够理想。英国instron公司生产的1190系列、1100系列和日本岛津生产的dss系列和ag-a系列，由于引入了各种功能附件及计算机，其功能、可靠性、测试精度大大提高。20世纪末21世纪初，instron公司研制的5500系列电子试验机采用windows操作系统和morlin标准软件以及数字信号处理(dsp)技术，其性能得到进一步增强。图1.4为英国英斯特朗公司生产的htv液压万能试验机。由于这些试验机的量程小，价格昂贵，在国内应用较少。 图1.3 日本岛津uh-l-fl液压万能试验机 图1.4 英国英斯特朗htv液压万能试验机在材料试验机电控系统的控制策略方面，人们已经做了一些研究。神经网络因它具有学习任意非线性关系的能力和容许大量输入的并行信息处理方式，为试验机这样的复杂非线性和不确定性系统的控制开辟了一条新途径，但是由于神经网络控制实时性差，目前较少用于实际工业控制过程。以模拟人的控制行为作为出发点的智能控制方法，在上世纪末取得了长足进步，可拓学与控制论的结合，产生了一种新型的智能控制方法-可拓智能控制方法，并将它应用于试验机上，取得了良好控制效果。1.2.2国内外发展材料试验机是典型的非线性、微小流量系统，材料试验机液压系统与一般液压系统工况不同，其主要工作在微小流量领域，一般最大系统流量仅为，正常工作流量主要在几十毫升至几百毫升之间，此时，油缸活塞摩擦力的大小、油泵的流量、系统的油液泄漏等因素，将对系统产生较大的影响，系统存在着严重的非线性。因此有必要研制更智能有效的控制系统，以解决由于非线性而产生的控制不精确的问题。电液比例控制技术以其低廉的价格、高可靠性及抗污染能力强等特性，在液压控制领域得到广泛应用。电液比例控制系统的发展趋势应该是可以把电液比例换向阀、手动调节阀、背压阀、安全阀及溢流阀、压差阀等多个阀控机构集中在一个比例阀组上，做到结构紧凑、体积小，同时要尽量降低成本，并且使调试及维修方便，易于推广。新型的材料试验机还应具有极高的测量精度，试验机是一种大型仪器仪表设备，它的测量结果作为产品设计及生产控制的主要依据，因此对试验结果的可靠性、准确性都提出了越来越高的要求。测量精度主要与传感器的精度、放大器的性能及油缸活塞的摩擦力大小等斟数有关。先进的万能材料试验机的另一个特点便是由计算机全自动控制，能方便快捷的实现等速控制，价格低廉，能实现各档的平滑切换，各种控制方式的灵活组合，适应试样刚度的变化，抗污染能力强，能耗低，功能强大，能模拟各种条件测试各种材料的性能，在负载刚度变化状况下，照样能精确测得材料性能。此外，集多种试验方式于一身，如拉伸、弯曲、压缩、剪切试验外，还有组合应力试验、应力保持试验、低周疲劳试验等，真正实现万能试验机的多功能特性。1.3拉伸试验的负载分析以低碳钢拉伸试验得到的应力应变曲线为例如图1.5所示，分析材料拉伸时所表现出的力学性质。图1.5 拉伸试验的应力一应变曲线注：图中应力，f为拉力，为试样原始横截面积；应变，为试样伸长，为试样原始标距。拉伸开始阶段oa为一条斜直线，应力与应变成正比，将其斜率表示如下，得：此式即为虎克定律。由此可见，当应力一定时，材料的e越大，应变越小；e值越小，应变越大，因此，e值表征了材料对弹性形变的抵抗能力，它是材料的刚性指标，称e为材料的弹性模量。当应力达到a点时，材料开始非比例伸长，称a点为比例极限或弹性极限，以表示，若在此点卸载拉力，试样便停止变形。因此，虎克定律可以表述如下：当应力不超过弹性极限时，材料的应力与应变成正比，并将遵守虎克定律的材料称为线性弹性材料。当应力超过弹性极限后，曲线明显变弯，如图1.5中的ac段，材料在这一阶段，应力几乎不变的情况下，仍然继续变形，对变形失去了抵抗能力，此阶段称为屈服阶段。材料在屈服阶段中的最大应力点，即b点，称为上屈服点，用表示；排除屈服阶段刚开始时出现的第一个最小应力点，即忽略初始瞬时效应，以后出现的最小应力点称为下屈服点，用表示；若取屈服阶段应力的平均值，称其为屈服点。下屈服点是材料重要的强度指标，因为当应力达到它所对应的值时，材料就会产生塑性变形，因此也称之为屈服极限。当材料所受应力超过屈服极限后，将影响构件的正常工作，这在工程上是不允许的。屈服阶段ac结束后，曲线开始上升，这表明材料又恢复了抵抗形变能力，此阶段称为材料的强化阶段，如图中ch阶段。h点的应力值是强化阶段中的最高应力值，称之为强度极限，以表示，在强化阶段以塑性变形为主，且比弹性阶段变形大得多。当材料应力达到强度极限时，在试件某处其横向尺寸显著缩小，形成细颈，此现象称为“颈缩”。此时得变形集中在细颈附件，相应得横截面积随之收缩，因而使试件变形所需的拉力减少，曲线由h点急剧下降，达到k点时，试件在细颈处被拉断。这一阶段hk被称为颈缩阶段(或称局部变形阶段)。强度极限也是材料的又一重要指标，当材料应力达到强度极限时，就标志着断裂即将到来。试件断裂后，变形中的弹性变形(如图1.5中的段)消失，而塑性变形(如图1.5中的og段)保留下来，为了确定塑性变形的程度，引入式中：是试件原始标距长度，为断后对接得到的试件标距长度。称为材料的延伸率，此值越大，材料的塑性性能就愈好。工程上通常按延伸率的大小将材料进行分类，的材料称为塑性材料，如低碳刚等：而将的材料称为脆性材料，如混凝士等。1.4材料力学性能参数测定力学性能参数的测定，即利用材料试验机等仪器获得材料试验过程曲线，通过分析曲线，计算得到该材料的重要力学性能参数。以常见的会属拉伸试验为例，首先定义几个重要的力学性能参数如下：规定非比例伸长应力()，试样标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力，表示此应力的符号附以脚注说明，例如：，表示规定非比例伸长率为0.2时的应力；规定总伸长应力()，试样标距部分的总伸长(弹性伸长加塑性伸长)达到规定的原始标距百分比时的应力；规定残余伸长应力()，试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力；屈服点伸长率()，试样从屈服开始至屈服阶段结束之间标距的伸长与原始标距的百分比；最大力下的伸长率，试样拉到最大力时标距的伸长与原始标距的百分比，分总伸长率()和非比例伸长率()。国标gbt2282002规定，当测定规定非比例伸长应力、规定总伸长应力、规定残余伸长应力、屈服点和上屈服点时，弹性范围内的应力速率应符合表1.1规定，并保持试验机控制固定于这一速率上，直到该性能测出为止。表1.1 应力速率表测定下屈服点时，平行长度内的应变速率应在00002500025mms之间，应尽可能保持恒定。如不能直接控制这一速率，则应通过调节在屈服开始前的应力速率将其固定，直至屈服阶段过后。但弹性范围内的应力速率不能超过表1.1中所允许的最大速率。屈服过后或只需测定抗拉强度时，试验机两夹头在力作用下的分离速率应不超过，为试样平行长度。现将几个力学性能参数的测定方法简述如下。1规定非比例伸长应力的测定(1)图解法图1.6 图解法 图1.7 逐步逼近法参考图1.6的力-伸长曲线，在曲线图的x轴上，截取一段相应规定非比例伸长的段，为位移放大倍数，为引伸计标距，为规定非比例伸长率。过c点作弹性直线段的平行线ca交曲线于a点，a点对应的力即为所测规定非比例伸长力，则规定非比例伸长应力为，为试样原始横截面积。(2)逐步逼近法当力一伸长曲线没有明显弹性直线段，以致较难测出相应的非比例伸长力时，用此种办法。如图1.7所示，以获取为例，在曲线上估取一点为规定非比例伸长率等于0.2时的力，在曲线上分别确定力为和的和两点，并进行连接。从曲线原点起截取()，过c点作平行于的直线交曲线于点。如和重合，则为规定非比例伸长率为0.2时的力。如与点重合，则需采取与上述相同的步骤进行进一步逼近。此时取点的力，分别确定力为0.1 和的和两点。然后过点作的平行线确定交点。如此重复，直到最后一次得到的交点与前一次重合。2规定总伸长应力的测定可参见图1.6，在力一伸长曲线上，自曲线的原点o起，截取等于规定总伸长的段()，一般不小于50倍。过点作力轴的平行线交曲线于点，点所对应的力为所测定总伸长应力的力，则规定总伸长应力为。3屈服点、上屈服点、下屈服点的测定有明显屈服现象的金属材料，应测定其屈服点、上屈服点、下屈服点。通常可用图示法，如图1.8、1.9所示，在力一伸长曲线上，确定屈服平台恒定的力、上屈服点和下屈服点，则屈服点、上屈服点、下屈服点的相应应力分别按以下公式来计算图1.8 屈服平台恒定的力一伸长曲线 图1.9 典型力一伸长曲线 (屈服点)、 （上屈服点）、 (下屈服点)本章小结在介绍材料力学性能的基本概念基础上，以低碳钢拉伸试验的应力-应变曲线为例，详细分析了材料被拉伸时表现出的典型力学特性，它是定量分析材料试验曲线的理论依据。最后，以金属拉仲的力学性能参数测定为例，利用图示法求解规定非比例伸长应力、规定总伸长应力及不同屈服点等典型参数，为电控系统软件设计及计算主要力学性能参数提供了依据。第二章 材料试验机的总体设计方案2.1材料试验机的结构组成电液伺服试验机系统采用以工控机为核心控制器，以压力传感器、引伸计、位移传感器、信号放大器、信号调理器、为辅助外围电路组成数据采集系统，以da、控制放大器、伺服阀阀、数字驱动器等组成信号输出控制系统，用户通过人机界面、打印报表、数据库管理等实现与工控机的人机交互，利用工控机的高速计算能力实现采集数据的自动处理，其电液伺服控制液压材料试验机的主机结构框图如图2.1。图2.1 试验机的主机结构框图由图2.1可见，试验机主机主要由伺服阀控制放大器、比例阀、液压缸及负荷传感器、引伸计、位移传感器等几部分组成，其它硬件还包括底座、油缸、活塞、立柱、丝杆、工作台、上下移动横梁、试样夹持装置以及横梁升降机构等，由试样夹持装置夹紧试样，通过控制横梁的升降机构可以调整试样夹持空间，并且通过油缸活塞完成对试样的加载。2.1.1试样夹持系统的设计在金属拉伸试验过程中，为了避免由于钳口滑移而影响控制效果，需采用配套单独油源的试样夹持系统，如图2.2，通过调整油源的系统压力调节夹紧力的大小，保证了试样拉断时不至于因为反冲力的存在导致夹头自动松开，破坏夹持在试样上的引伸计。图2.2 试验机液压系统的试样夹持装置2.2材料试验机的液压控制系统试验机的动力由液压控制系统提供，如图2.3。电液伺服阀液压控制系统主要由伺服阀、液压缸、油泵、电机等液压元件组成，完成的功能是控制试样的央紧和根据控制信号对试样进行加载。2.2.1液压系统原理图图2.3 试验机的液压控制系统试验机最大试验力的大小由液压缸的直径和液压系统的系统压力决定，也表征了试验机的工作能力。考虑到试验机的工作特点是断续工作，试验力的一般使用范围是，因此大部分时间工作在卸荷状态，并且要求试验过程平稳、可靠，综合考虑，采用带有压差补偿的负载适应型液压控制系统。为了实现进油调速控制，在伺服阀的两端设置了一个压差阀，如图2.4，使得进油口两端压差始终保持不变，保证了进入油缸的控制油流量与输入伺服阀的电信号成正比，油源的系统压力随着负载压力的上升而升高，实现了负载适应型的材料试验机液压控制系统。图2.4 液压控制系统的压差阀2.3材料试验机的电气控制系统2.3.1. isa总线全数字控制器试验机控制器是试验机和计算机通信的重要部件，目前国内许多试验机生产厂家仍然采用模拟旋转电位计手动进行零点调节和增益调整，并且大部分只做到4档量程衰减倍率，由于每个通道的每个量程都要进行零点调整和增益调整，这使得控制器结构复杂、操作不便，可靠性及测量精度都很难保证，无法实现各通道量程自动平滑切换，不能支持多传感器系统。本课题根据试验机的特点，采用性能优越的试验机专用isa总线全数字控制器，控制器框图如图2.5。图2.5 isa总线全数字控制器框图对于工业控制和采集系统来说，isa(industry standard architecture)总线是一个比较经济实用的实现方案，isa总线的8mhz主频也能满足大部分机电控制要求，该材料试验机控制器直接使用工控机的主板系统总线isa，共用直流稳压电源，做到单卡控制系统(soc：system on card)，控制器的核心由工控机担任，把材料试验机控制器所需的外围硬件系统，如信号放大、数字调零、数字增益调整、标定、ad、da及开关量输入输出等设计成主板的系统总线形式，全部集成在一块isa插卡板上，省去了控制器和计算机之间的连线，提高了可靠性，充分利用工控机的丰富资源及强大的运算能力，组成功能强大、设计灵活的材料试验机控制器。2.4材料试验机的工作原理力信号经放大器放大后送入伺服阀的线圈中，伺服阀输出与电信号成比例的压差，同时作用在液压缸的活塞上，形成与电信号成比例的作用力。力传感器检测实际作用力，发出电信号经反馈放大器放大后与信号源给定的电信号相比较，如果活塞加到试验件上的作用力等于给定值，则两个电信号差值为零，否则经放大器放大后的差值通过伺服阀将去纠正活塞的作用力，直到活塞作用力，即试验件所受力等于给定值为止。工作原理图，如下图2.6图2.6 电液伺服控制系统工作原理图本章小结本章给出了工控机为核心控制器的电液伺服控制试验机系统结构，利用1sa总线全数字控制器作为工控机与试验机之间的接口，控制系统具有功能强、设计灵活的特点。其中，有效采用、保留了液压控制系统采用压差阀，使伺服阀的流量输出基本不受负载变化的影响，提高了控制的精确性。第三章 材料试验机主要技术指标计算技术要求如下：最大静态负载：0.2mn最大动态负载：0.02mn试验行程：10mm系统频宽f0.7：100hz速度精度（%）：0.2力控精度（%）：0.2总刚度总阻尼系数最大振幅：0.5hz 4mm 12hz 1.6mm总重量：145kg力传感器增益：3.1材料试验机静态设计液压动力元件参数的选择是系统静态设计的一个主要内容。动力元件参数选择包括系统的供油压力，液压执行元件的主要规格尺寸，即液压缸的有效面积，伺服阀的最大空载流量。3.1.1液压缸的选择按照常规选取供油压力。液压缸的工作面积按负载力和负载压力确定。由于材料试验机有速度波形和负载力波形的要求，同时考虑延长伺服阀的疲劳寿命，所以负载压力应取得低一些，且限定伺服阀的负载压力。取。按最大负载力计算，则液压缸的有效面积为3.1.2伺服阀的选择供油流量应满足最大振幅的要求，即 （3-1）式中为频率下的最大振幅。代入具体数值得因此得伺服阀的规格选用额定电流为,时的空载流量为的qdy3-g200型号的电液伺服阀，阀3.1.3传感器的选择试验机控制系统反馈三个变量：试验力、试样变形和活塞位移，分别通过压力传感器、引伸计和光电编码器进行检测。试验力的信号检测分六档，位移的信号检测分四档，每档的精度都为1级。三个传感器均被集成在isa总线全数字控制器内，因为三个传感器对系统的可靠性、精确性非常重要，因此必须选择性能优越的传感器。3.2材料试验机动态设计3.2.1具体计算力控制回路的传递函数一、液压缸的传递函数由参考文献9可知，液压缸的传递函数的表达方式为 （3-2）由于忽略液压缸泄漏，则，取，将参数代入上式得，二、伺服阀的传递函数由参考文献9可知，伺服阀的传递函数的表达式为 （3-3）其中为电液伺服阀的流量增益为液压固有频率为液压阻尼比代入上式得伺服阀的传递函数为放大器增益待定。由上述具体传递函数代入可得材料试验机的方框图，如下图3.1图3.1 材料试验机力控制回路方框图3.2.2绘制波特图并分析由图3.1可绘制系统的开环波特图，见图3.2，图3.3。系统波特图有四个转折频率，它们分别是，。为了确定放大器的增益值，须先求出系统的开环增益。要确定，先在处绘出伺服阀的幅频特性，留17db的增益裕量。由伺服阀渐近幅频特性线交点向左上方画-20db的斜线，与的垂直线相交，便得系统开环增益为，则。于是放大器增益量图3.2 用matlab画波特图图3.3 cad界面分析波特图3.3检验技术指标一、最大振幅计算流量时已考虑满足12hz时1.6mm的振幅。实际加载12hz时，力输出衰减到-1db，即为。此时液压缸的位移为满足系统设计要求。二、静态负载下控制力的漂移从图3.1看出，本系统为0型系统，干扰引起的稳态误差为 （3-4）飘移干扰为又因为，代入上式得满足系统设计要求三、系统频宽由图3.2可得满足系统设计要求本章小结主要对液压伺服系统的设计，通过静态计算，动态设计，以及对系统进行校正选择符合要求的系统各元件。设计材料试验机时应注意以下几点内容：(1)系统频宽和负载刚度有关从图3.3可以看出，如果系统开环增益保持不变，由可知，刚度加大，必然使提高，从而也随之提高。此时，由于相位裕量很大，所以系统仍保持稳定而频宽提高。由于试样刚度在负载刚度中占很大比重，所以试样越粗大，系统频宽越高。(2)选用伺服阀时必须考虑阀中变形零件的疲劳，所以流量规格应选大一些，使阀内零件的变形幅度小一些，以提高伺服阀的使用寿命。(3)要想加大负载力，必须加大液压缸面积；要提高频宽，可以减小面积及容积，但主要还是提高伺服阀频宽。第四章 材料试验机其他元件计算选择4.1液压泵的选择一、确定液压泵的工作压力液压泵的最大工作压力式中为执行元件的最大工作压力为液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失，按经验数据选取。由于管路复杂流速较大，取。代入数据得二、确定液压泵的流量系统所需的最大流量为，若取回路泄漏系数，则泵的总流量三、选择液压泵的规格根据其最大工作压力和流量，再数据查阅产品样本，选用规格相近的yb-e125型叶片泵四、确定驱动液压泵的功率工作循环中，液压泵的压力和流量比较恒定，则液压泵的驱动功率 （4-1）因为选用的是叶片泵，其液压泵的总效率为0.7-0.85，选取，再将上述数据代入得选用规格相近的y200l2-2型电动机，其额定功率为37kw。4.2油箱的选择按照经验公式计算油箱容量4.3液压油的选择建议使用22号透平油，yh10型油或其它合适的液压油为工作液体。工作液体应符合iso4406的15/1118/14污染等级或nas7-8级以上的清洁度。工作油液温度：最低温度 -40，最高温度 +100，一般温度控制在3545之间。本章小结本章主要是通过第三章得出的数据对材料试验机的液压能源进行选择。选出液压泵的规格，同时得出驱动电机的规格；选出油箱容量；通过伺服阀选出液压油的各种指标要求。第五章 材料试验机泵站校核计算5.1液压系统压力损失计算计算系统压力损失，必须知道管道的直径和管道长度。管道直径按选定元件的接口尺寸确定为，进、回油管道长度都定为；油液的运动粘度取，油液的密度取。系统压力损失包括管路的沿程压力损失，局部压力损失及液压阀类元件的局部损失，即。其中 （5-1） （5-2） （5-3）一、判断流动状态 由雷诺数 （5-4）可知，在油液粘度、管道内径一定条件下，的大小与成正比。由第三章可得最大流量为，由此可知，此时的为最大。因为最大的就小于临界雷诺数2000，故可推论出：各工况下的进、回油路中油液的流动状态全为层流。二、计算系统压力损失由上可知，适用于层流流动状态的沿程阻尼系数为油液在管道内的流速为 （5-5）将上式代入沿程压力损失计算公式（5-1），并代入数据后，得在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失常按下式作经验计算，即由上几章可知，而电液伺服阀的额定压力损失，由此可得出为了保证液压缸的下行速度，应使系统压力损失满足以下条件：而，满足条件5.2液压系统的发热与散热计算液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能量损失，这些能量损失转化为热量，使系统油温升高，由此产生一系列不良影响。为此，必须对系统进行发热计算，以便对系统温升加以控制。5.2.1液压系统的发热计算液压系统发热的主要原因，是由于液压泵和执行元件的功率损失以及溢流阀的溢流损失所造成的。因此，系统的总发热量（实为热流量习惯称为热量）可按下式估算 （5-6）式中为液压泵的输入功率为执行元件的输出功率由第三第四章可算出故5.2.2液压系统的散热计算液压系统中产生的热量，由系统中的各个散热面散发到空气中去，其中油箱是主要散热面。因为管道的散热面相对较小，且与自身由于压力损失产生的热量基本平衡，故一般略去不计。当只考虑油箱散热时，其散热量可按下式计算 （5-7）其中k为传热系数，这里取通风良好时，为油箱散热面积，当油箱三个边的结构尺寸比例为1:1：1到1:2:3，且油面高度是油箱高度的0.8倍时，其近似计算式为为系统温升当系统产生的热量等于其散发出去的热量时，系统达到热平衡，这时有代入具体数据，得本系统温升较小，符合要求5.3液压系统的冲击压力计算液压冲击的危害性很大，不但使系统产生振动与噪声，而且导致液压元件、密封装置等的损坏。因此，分析、计算和设法减轻液压冲击式很重要的。由于影响液压冲击的因素很多，很难用准确的方法计算，一般采用估算或实验确定。当有特殊要求的时候，应按下述情况进行验算。一、当迅速关闭或者开启液流通道时在系统内产生的液压冲击完全冲击（即）时，管道内压力的增大值 （5-8）非完全冲击（即）时，管道内压力的增大值 （5-9）式中为液压油密度为关闭或开启液流通道前、后管道内液流速度变化值为关闭或开启液流通道的时间为冲击波在管道内的传播速度为冲击波往返所需时间若不考虑粘性和管径变化的影响，冲击波在管道内的传播速度 （5-10）式中为液压油的体积弹性模量、为管道的壁厚和内径为管道材料的弹性模量由以上不难看出，为了避免和减少因迅速关闭或开启液流通道所引起的液压冲击，可考虑：（1）延长开启或关闭通道的时间,如用先导阀减缓换向阀的换向速度。（2）缩短冲击波传播反射的时间，如缩短管道长度。（3）降低冲击波的传播速度，如采用较大的管道内径等。二、液压缸所驱动的运动部件被制动时，在系统内产生的液压冲击压力 （5-11）式中为被制动部件的质量为运动部件速度的变化量为液压缸的有效作用面积为运动部件制动或速度减慢所需时间由上式（5-11）可得出，为了减少运动部件制动时产生的液压冲击，应延长制动时所需的时间，或减少运动部件速度的变化量，如在液压缸行程终点采用减速、节流等缓冲装置。本章小结在液压系统设计计算过程中及设计终了，需要对它的技术性能进行验算，以便判断其设计质量。这些验算一般包括：系统压力损失计算，系统发热与温升计算，液压冲击计算等。通过验算，验证得到最佳的工作状态。第六章 结论当前的材料试验机主要采用电液伺服控制系统，普遍存在能耗大、温升快、适用范围窄、成本高、维护困难及控制不好等问题，并且存在测量精度低、控制方式不能灵活组合、稳定性差等难点。论文根据试验机的特点及存在的诸多问题，以电液比例控制液压万能试验机为背景，对试验机的电控系统进行了深入研究和探讨。论文在分析了试验机的结构组成和工作原理基础上，给出了系统模型，并进行了动静特性分析、工程测试应用软件的设计、控制策略的研究和探讨。(1)、论文在详细分析了电液伺服控制液压拉力试验机的电控系统基础上，推导并给出了系统数学模型，并就惯性负载、弹性负载两种不同的负载特性情况下，着重对位置控制系统、变形控制系统、试验力控制系统进行了动态特性分析。在此基础上提出了影响系统精确性、快速性、稳定性的因素及相应的解决办法。论文探讨了系统在承受惯性负载，实现惯性负载位置控制系统时，开环增益对控制精度，以及液压缸的频率和比例阀的频率对系统动态特性的影响；同时讨论了系统在进入材料屈服阶段后，负载刚度地变化对系统的控制品质和控制精度的重