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液压冲击试验台设计-马赫,液压,冲击,试验台,设计,马赫
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前言 冲击试验台是指对被试件施加较大的瞬间冲击试验力，进行冲击试验的材料冲击试验台。我们可以使用替换冲击头与试件基座的方式，来实现冲击力大小不同的试验。而且在电子和机械等各种制造行业和样品的制造和运输搬运以及其运行的过程中无不到处存在的各种各样得类型、 不同程度得碰撞冲击。因此检测产品的抗冲击力的性能成为了反映其质量的很重要因素之一,同时也是这产品的可靠性地重要的组成的部分。人们不断地追求着产品的高精度,高可靠的性的要求,和航空航天的等行业发展的需要,并越来越受到的人们的重视。并与之相应的 冲击试验台的也在不断的发展。本章的首先在综合了国内外文献的基础的上详细说明了 冲击试验台的 历史发展研究和应用的现状,并介绍了冲击的试验的运用的情况,然后根 据参数进行了液压系统的设计，机械的方面设计，并且对他进行验算。本次的液压冲击试验台设计完成，非常有利于冲击试验得进行。1绪论1.1论文研究的社会背景、目的和意义1.1.1论文研究的社会背景 冲击是非周期性的，可以看作是进行瞬时负载的结构系统的作用，该能量传递能够从系统的外部进入内部，一般情况可以分为简单的和复杂的冲击，简单，影响幅度与时间的曲线影响，可与国际接轨，简单的一些几何形状，如长方形半正弦波;复杂的冲击，它的幅度随时间变化的曲线振动复杂的形状。 冲击常使设备招来受迫振动和自然频率响应，产品性能和结构强度与程度的损坏或破坏船舶工程机械车辆和各类飞机，在其运行时往往会影响他们的工作力量结构和安装设备将有不利影响。液压冲击试验台在实验室进行实验时，需要承受较大的冲击损坏，然后评价该产品的结构的耐冲击性，和实验数据，优化产品结构强度。据准确地评估产品的耐冲击性，能够有效地提高了产品的可靠性。通过实验室测试，以模拟包装和运输的物品可能会在运输，装卸和碰撞损坏，产品运输的时候受到冲击，阻尼可达到保护产品的能力冲击试验台。 冲击试验台主要包含摆锤式冲击试验台，落锤冲击试验台和现有的冲击试验台Hopkinson压杆。其中，摆锤式冲击试验台主要是进行材料冲击性能测试，能级小，一般只能有几百焦耳;金属落锤冲击试验测试比较广泛，规模最大的综合性重型工程结构超高落锤冲击试验机保护研究所，能量水平可达到10万焦耳，速度可达17米/秒; Hopkinson压杆冲击试验台主要是针对小样本的高速冲击试验，更快的速度子弹冲击，但较低的水平。国外更先进的冲击试验台是Instron冲击试验台。主要使用了高速控制系统电液伺服，它的特点是高使用率蓄压器的液体储蓄，然后用与少数达到非常高的速度范围内以影响短快释放致动器，可以维护影响和效果的高速率，但对性能的影响都在当前水平是比较小的测试，最大的英斯特朗VHS 160 / 100-20高速动态冲击试验机冲击只160KN，只有48KJ的能量，而且价格昂贵。由冲击岩石时的能量发生在一个单一的支撑结构高达几百万焦耳的作用，现有的冲击试验台无法满足煤矿冲击测试支持重型设备和材料的需求，而且还具有这些问题冲击试验台无法组合的静态和动态加载，并以不同的方式被应用。1.1.2课题研究的目的和意义液压冲击试验台试验台是指一种材料的力冲击试验样品，测试的影响。机械，电子等制造行业，生产，运输的存在，处理和各类产品的过程中处处操作，伴有不同程度的影响，不同的耐冲击性，因此成为一个重要方面检测产品体现其质量和可靠性也是该产品的重要组成部分。对于需要高精度，高可靠性的要求，以及航空航天等行业，越来越多的重视人的关注。也就是说，液压冲击试验机也在不断发展。本文旨在建立一个液压试验台，能进行冲击试验，并可以得出，在变形的冲击能量范围内的能量，变形量，速度的影响之间的关系，此外，本文已经研究方面以下意义：第一，在全面的功能要求和经济成本的前提下，先后建设了大范围的冲击能量，精度高，数据采集的综合性液压冲击试验台，并具有许多的优点。虽然这种液压冲击试验台还是有一定的局限性，但由于在我国液压冲击试验台研究水平不是很高，甚至国际上都刚刚起步，成本高，并且保密性很高，因此本次研究的试验台有较高的实用价值和现实意义。试验台测试功能具有较大的优势，尤其是在价格方面。做一些优化设计后，设计的新型液压冲击试验台，可进行材料科学方面的研究。因此，从实际需要和经济的角度来看，这一课题的研究设计具有非常重要的意义。同时本试验台的研究，具有一定的社会效益和经济效益。 1.2国内外的冲击试验台研究现状1.2.1液压冲击试验台的发展现状 随着计算机国外的技术，信息技术和测试技术，许多外国研发单位液压件正在积极开发和测试的快速发展。液压泵试验台前面的地方在德国，美国，英国，日本工作，因为公司SUNDSTRON，力士乐柱塞泵效率，日本制钢所，和其他人所使用的试验台液压泵试验台进行测试。近年来，液压试验平台，为高速度，高效率，多样化，自动化的计算机辅助测试技术，包括液压试验台测试技术的发展，新发展的特点更是突飞猛进，计算机测试技术应用在液压领域越来越多，而且有更大的发展潜力。在基于电子液压油泵试验台技术是综合运用计算机技术，传感技术，比例控制技术，运用高科技水平研发的一个完整的测试设备。按照不同类型的排量液压泵和各种测试，依据中华人民共和国的机械行业标准的测试平台，电脑模拟在各种工作条件，以及打印的报告和测试数据曲线特征。液压泵试验台主要部件液压系统包含液压回路系统，传感器，数据采集卡，电脑等。其中，设计符合国家相关标准，这部分已经形成，近年来，主要用于研究自动化控制系统的比例液压系统的一部分。液压技术，经过十年的发展，主要是通过改进现有的技术和扩大其应用领域，以满足未来需求的液压技术，极大的专注研究，能源利用效率，减少污染和机电一体化和计算机技术结合相关技术，使之在未来一段时间内，测试床研究主要集中在运用各种技术手段，不断提高系统性能测试站检测，节约能源，减少污染，推出了全方面的应用研究。机械，电子等制造行业，生产，运输的存在，处理和各类产品的过程中处处操作，伴有不同程度的碰撞，不同的耐冲击性，因此成为一个重要方面检测产品体现其质量和可靠性也是该产品的重要组成部分。对于需要高精度，高可靠性的要求，以及航空航天等行业，越来越多的被人们所关注。因此，冲击试验台也在不断发展。开发测试驱动脉冲发生器的功率标注冲击试验台的发展经历了三个阶段。第一个阶段是早期的橡胶，毛毡垫，弹簧等，机械驱动力冲击脉冲整形。这些自动化测试机的影响往往是低，我们只能生产单一类型的波形。第二阶段是自动控制的理论的发展，不仅增加了新的自动化设备，新材料的发展为基础，而且了使用特殊的材料，液压或气动控制的特征在于使用脉冲功率发生器的组合作为缓冲，另一个脉冲发生器可以产生对应于不同的波形，这个力的脉冲发生器精度相对比较高，而且性能相对比较稳定。第三阶段是上个世纪以来八十年代末，随着计算机的应用和集成电子技术生产出各种功率脉冲波形的快速发展的特征在于智能脉冲发生器输出功率是在缓冲液中，充满着一种新的高冲击试验自动化机器控制和数据分析设备。此冲击试验机现在正逐渐被第二代台的影响所取代，并且是非常受欢迎的。这些产品是：886系列推动公司的美国MTS冲击试验台，美国公司的SM系列的AVCON冲击试验台，Lansmont现场力学试验机器，跌落冲击机。一般来说，由于美国，日本，欧洲等国家和地区，并在试验台的发展早于我的行为的影响的研究试验方面的研发水平的影响，所以含量较高高于中国目前的水平。如图1-1（a）所示美国公司的汽车系列Lansmont现场机械冲击具有更高的共振频率，确保清晰的冲动波形，这是一个伟大的极点，端轴承，固体表面劳动，钢底座，以满足更大的硬度而设计的耐用性。是复杂的结构冲击波发生器可以提供精确的冲击波，光学位移传感器，这种冲击试验台不同于普通的缓冲方式，但使用特殊的缓冲材料，这大大降低了频谱脉冲毛刺脉冲响应失真的低频区域的影响，脉冲变形引起这种高的频率的噪声也减少了2%-5%，但是，这些材料需要选择和与配置相匹配的缓冲垫材料，并需要定期的更换。（a） (b)图1-1冲击试验台（a）机械式冲击台；（b）冲击试验机Fig.1-1Impact testing rig (a) mechanical impact test rig; (b) impact testing machine上图冲击试验机在日本是比较有代表性的，如图1.1（b），其中MDST系列可产生两个波形：梯形波与半正弦波脉冲。它可用于测试包装货物等效下降。设定和自动控制的测试条件是利用计算机自动化控制设备。加速度测量与各种分析（合成，SRS，SR，损伤边界线图等）以上的频率。采取控制策略，以防止再次工作，它有非常高刚度的冲击支座。系列是该公司的产品在它的机器更先进的一个朋友。而其锯齿发生器用传统方法生产的，使用锥形垫圆柱形末端制造故障脉冲发生器的功率，半正弦波，梯形波是采用特殊的专利材料作为力脉冲整形，控制变化与高压缸波形，以实现冲击试验的标准。图1-2西北机器厂的Y52系列冲击台Fig.1-2 Y52 impact testing rig from Northwest Manufacturing Company国内目前也有很多公司和研究机构在生产及各类冲击试验机的发展。虽然这些冲击试验机在设备，部分设备各不相同，但产品与广大厂商和研究机构的结果是第二代冲击试验台，其波形产生相对简单，就是橡胶，液压和气动来通过提供一个波形缓冲器。这些制造商和研究机构，如：测试仪器苏州，苏州新区东菱振动试验仪器有限公司，无锡市苏威试验设备有限公司，液压沈阳工程学院。苏州工厂测试设备CP系列冲击台湾虽然能针对不同尺寸的产品质量检测，其缓冲区只能产生半正弦波。苏州高新区东菱振动试验仪器有限公司SH-200机可生产冲击半正弦和梯形波。然而，中国已经制定了少数厂家可以生产多种波形的脉冲发生器，并使用在冲击试验台长。 西北机器厂冲击机Y52系列可生产GB，GJB，而美国受到的电气和电子产品的影响，以满足标准的波形，如图1-2，它是目前中国内部审计先进的系列。其液压缸使表设置为跌落高度的作用下促进体系。系统的指导，以确保系统的影响有足够的自由侧，横向加速度时间字段的预定范围之内。支持降低效果的主要系统，要求用户更换一个特殊的基础结构。多脉冲波形发生器：用户必须能够产生半正弦，锯齿峰经过三次冲击波和梯形波的形式，它是冲击机的一个关键组成部分。制动助力系统：控制升降台和弹跳。电气测量和控制系统：微型电子技术的操作顺序控制单元的影响，测量和冲击震动机信号可打印冲击加速度波形台面等实验数据和参数分析。该产品是由于在主要成分方面来实现的测试脉冲的影响引起的各种在单个机器的波形，设计的目标是要达到国际第三代的冲击试验机的水平。正弦波电源脉冲由橡胶作为成型机生产关闭，锯齿冲击垫是用铅块来生产，生产梯形波是结合高压气瓶用橡皮垫和控制的原因。内部现有的文献，国内许多科研机构都做冲击方面和实践的驱动力基本原理，力学模型，设计方法，对汽车上的正弦波的影响，设计生产出符合国家标准， IEC标准或受美国军方试验机的影响，但在力脉冲发生器脉波梯形车的主要成分后沉降的锯齿峰方面已探索，虽然液压爪并获得气体和液体控制的组合但现有的研究表明，它还具有以下缺点：宽容的严重浪，调整的关注;第二，它只能产生一个尖峰脉冲波形可以根据该请求来任意地选择;三是调整的关注。因此，要解决现有的冲击波形成的设备问题的形式，并减少冲击试验机，性能更好的发展，价格更低的新冲击脉冲整形的费用。1.2.2冲击试验的研究常用的测试可以衡量的生产和工艺试验材料加工机械零件的冲击能量的影响，并总结出了很多经验，这是在以下几个方面成功应用：（1）材料的冲击能量被测试的宏观缺陷其差异在显微组织中更为敏感，在质量和鉴定测试冶金，钢铁加工和热处理正确性的步骤有效地利用，检查产品的稳定性和质量; （2）由于生产的钢的冲击敏感相对脆性转变温度依赖性功能，它们被用来确定在钢转变温度的变化趋势。 （3）冲击试样异常间隙敏感，所以常常用于评估高能金属灵敏度水平的影响;和（4）冲击试验常用近年来，研究钢的冲击能量，以确定钢的灵敏度的适宜性; （5）由于冲击试验装置相对简单，易于加工的样品，测试时间短等，因此与其他的测试方法使用也引起了关注。例如，断裂韧性和冲击能量之间的关系，建立了一批经验公式。随着科学与技术，自动化，计算机和光电子技术特别是快速发展的快速发展，促进（数字化）的影响试验台的发展。不仅提高力和位移测量的精度，以在先进技术行列拥有一席之地。从物理意义上只有定性的冲击能量不是利用价值非常明确，定量测量并且有很多成功击中参数和裂缝的形式在影响指标变化。这些指标反映了材料的耐冲击性将是下一个性能的影响，因为试验台的发展的影响，以创造一个更好的角度发展。新标准的实施和深刻的理解难免会在许多方面的巨大成就。冲击测试是在所使用的材料科学更广泛的分析工具领域。它在航天，航空，兵器，电子，电气，汽车，包装等行业的重要作用。冲击试验设备目前主要存在测试，测试钢铁产品包装的产品在市场上。在最后的类型，一般被分成两类：一类是，摆锤式试验台，在一定高度和角度摆锤下落击中被试件;另一种是落锤冲击试验机，用锤子自由落体砸向被试件。冲击能量较大，市场现有的产品主要集中在低功率，可达几十万焦耳，个别能量非常大的冲击试验台还需要定制。在这项研究中，对当地的材料试验机做市场研究：威海试验机厂，深圳SANS可以生产出30000J冲击试验台。准确，平稳，缺点体型较大，成本高，因为这种试验台上有非常多的管路和巨大的油源系统，需要经常的去管理。并且还有导向立柱，高精度导柱圆柱体，刚性，但质量是非常大的结构。2 冲击试验台整体方案设计2.1液压冲击试验台的工作原理2.1.1冲击动力学基本概念 冲击是系统受到了瞬时冲击时，它的力、位移、速度或加速度会产生骤然变化的情况。冲击属于特殊情况下的一种振动，它和普通状态下的振动有所不一样，具有自己特殊的特性: (1)冲击过程是瞬时的，持续时间非常的短； (2)冲击是突然的、 猛烈的能量释放、能量传递和转换过程； (3)冲击激励常常是非周期性的， 其频谱也是连续的，冲击过程一次性的完成，不呈现周期性； (4)系统在冲击作用下所产生的运动为瞬态运动， 运动状态与冲击持续时间及系统的固有周期有关。 从理论分析，运动的影响力是激励脉冲瞬态响应非周期性过渡性步骤或其他系统。机械振动引起的快速脉冲响应可能会消失，但最大应力（或位移）将强制系统造成严重破坏。一个冲击的动态过程的整体影响是随时间变化而变化的动态过程。理想的冲击载荷波形规则主要为矩形，三角形，锯齿等。但在工程实践中，时域波形很有可能会出现非规律性的激励，但你可以用规则的图形来表示一个特定的冲击。对于非负载波形相同冲击（冲击形式），该系统的动态响应将是不同的，系统的响应主要取决于冲击波形的峰值，时间的长短和冲击波形。 2.1.2液压冲击试验台的数学模型根据该方案的功能要求，测试结果的分析内容主要有，瞬时速度，瞬间的冲击力大小还有位移和能量大小。由于破坏性能测试的测试期间会强烈振动，测量必须以非接触方式。综合考虑各种因素，选择的目标加速度为测量的基数。加速度信号可以推导出瞬间的负载大小： （2-1）式中瞬态压缩载荷(N)； 重锤质量(kg)； 测得的瞬态加速度()； g 重力加速度（)。 当不考虑立柱轨道之间的重量和摩擦，冲击头瞬间的冲击速度可以计算出来。有人用每秒的高速摄像机，每秒2000年至2500年的帧，测量结果冲击头的冲击速度与自由落体的冲击速度非常相似，误差5以内，这表明摩擦这一部分损失的影响是可以忽略不计的冲击能量。因此，这部分被忽略在计算过程之中。以加速度为基数， 可以推导出瞬时顺度和位移： （2-2） （2-3）式中 初始冲击速度(m/s)； 初始压缩位移(m)； 瞬态速度(m/s)； 瞬态位移(m)。 结合式(2-2) 和式(2-3)， 可得到载荷- 位移历程 。对载荷 -位移曲线进行一次积分可得试件吸收的冲击能大小为： （2-4）对于不一样材料、不一样结构的 薄壁梁，能量的吸收 能力可以通过破坏的单位质量材料或者结构(压碎破坏的部分) 所吸收的能量来度量，称为“比吸能”： （2-5）式中， A为薄壁梁的 横截面积， 为材料的平均密度。 2.2 液压冲击试验台设计预期成果（1）理论冲击力输出值：35200吨，冲击行程500mm，满行程冲击力衰减25%，最大冲击能量不小于800KJ。能实现静态加载、动态加载及静动结合加载。（2）冲击速度：最大冲击速度1020m/s。（3）冲击试验台的功能：向被试件施加瞬时冲击力，进行冲击试验的冲击试验台（4）试验台刚度及强度校核：在200吨冲击压力下，结构件最大变形量小于0.15mm，最大应力小于100MPa。（5）控制方式：采用计算机、PLC联合控制，能够实现在计算机和控制台两种控制方式。采用高速数据采集系统对数据进行采集与数据处理。得到所要求的数据记录和图像绘制。（6）安全性能：实验系统设计要充分考虑冲击实验过程的安全性，要求足够的安全设计与防护措施。2.3液压冲击试验台主体设计与实现2.3.1系统要求 依据国家标准 GB/T6803 对普通冲击试验台的相关技术规定，并结合本课题的实际情况，对系统做出以下要求： (1)强度与刚度。因为系统在运行过程中，冲击试验台冲击具有的能量大，所以要求系统机械结构有足够大的强度与刚度； (2)冲击缸需要与底座垂直，两导轨应该平行，来保证冲击头在冲击试件的瞬时速度的方向应该尽可能垂直向下； (3)为了防止在冲击过程中，冲击头表面自身变形造成的误差，冲击头表面应有足够大的硬度，硬度值应达到50HRC 以上； (4)试验人员的安全性。为了避免试验台在冲击过程中被试件突然崩出，我们必须在试验台架周围安装防护围栏； (5)数据采集的高速性。因为落锤的运动速度非常的快，且冲击的过程瞬间就完成，所以对采样率与采样精度拥有有一定的要求。2.3.2冲击头的设计 本系统使用了一块合金工具钢来作为冲击头的主体部分，考虑到尺寸和之后安装传感器的要求。在冲击头的表面上开有 M104 的螺纹通孔，以便于传感器的加装。以弹簧垫片与法兰连接紧固，避免在冲击过程中冲击头的自身震动。图 2-1 所示为CAXA 中设计的冲击头结构。图2-1 冲击头结构平面设计图Fig.2-1 Structural design of the impact head 在选择对材料冲击头，考虑到头部撞击本身的破坏性影响，需要材料冲击头必须拥有足够的抗冲击能力和表面强度。抗冲击能力以确保冲击头不会发生裂纹，表面强度，以保证接触表面的样品出现巨大的变形，从而影响测试的准确性。钢铁与铸铁是最常用的材料，但是，铸铁尽管拥有良好的表面硬度，但是也属于脆性材料，即使钢的韧性不错，但强度不足，所以不行。钢的热处理后可以提高强度区域，但也失去了它们的韧性。所以，普通铸铁和钢不符合条件。在广泛用于合金工具钢的材料是一种更好的选择。合金工具钢的淬透性，硬化性，耐磨性和韧性比工具钢碳，使用可分为切削工具，模具和钢在三个类别，高碳含量钢（内容C大于0.80）中的一个比切削工具，淬火HRC60以上测量和冷模后，如钢的硬度，耐磨耗性，制造具有足够的耐磨性;中碳钢（碳含量00：35-0.70）大部分用在生产热模，回火低至HRC50-55后这类钢的硬度略低与之前，但有良好的韧性。最终，本此设计的冲击头使用碳含量中等的合金工具钢2.3.3导向立柱的设计 导向柱的作用主要是保证的冲击头的位置的稳定性，从而防止后冲击瞬间结束返回时从预定的方向在头部发生偏离。以提高耐冲击性，在底部的导向套筒，在基材的两面，并关闭导柱固定油轴承。给定的侧面碰撞，可能会发生的设计，以增加稳定性在导向柱表面尽可能小，两侧的锤的轴线之间的距离。 指导设计考虑强度和刚度的系统要求，并且需要良好的垂直，同时还要考虑到与导向套的方式。技术要求，决定了液压冲击试验台框架的高度，因为这个原因，根据冲击的速度要求和冲击能量的要求，确定立柱的的高度为1.8m 导向立柱基于板焊接和焊接圆导柱两侧，作为支架，确保其垂直度。并且为了确保冲击头撞击平稳，在两立柱中间加一横梁，并且为了避免不可调节的情况，设计出圆柱面立柱导套的结构，并且因此可以提供一种柔和下降的冲击头冲击的情况。在活动横梁与立柱的接触处，装有上、下两个导套。它们由两瓣组成，两端装有防尘用的毡圈。这种导套结构简单，加工方便。图 2-2 所示为 CAXA 中的圆柱面立柱导套导向模型。 图 2-2 圆柱面立柱导套Fig.2-2 A cylinder pillar guide bush2.3.4试验台整体模型的建立与实现根据以上台架各个部分 的设计，试验机 主体部分 主要包 括刚性 框架、 冲击装置、基础支座 、导向装置， 轨道，以及刚性卡环 和小油缸等， 利用 CAXA 将其进行装配设计， 得到整个试验台架得装配模型图2-3 冲击试验台结构平面设计图Fig.2-2 Structural design of the Shock Testing Machine3冲击试验台液压系统设计3.1冲击试验台液压系统的设计要求3.1.1冲击试验台的组成该试验台主要由液压缸、机械框架、泵站、实验台、及辅助系统等组成。其中机械框架被用来放冲击支座、冲击头和液压油缸等元件，液压缸实现冲击的往复运动，油箱为液压液压系统提供油源。3.1.2本设计实例的设计参数和技术要求 理论冲击力输出值(t)：35200 冲击行程(mm): 500 满行程冲击力衰减：25% 最大冲击能量(kJ): 不小于800 最大冲击速度（m/s）: 1020 试验台刚度及强度校核：在200吨冲击压力下，结构件最大变形量小于0.15mm，最大应力小于100MPa。3.2工况分析 液压缸先缓慢靠近被试件，然后快速冲击被试件，再缓慢的远离被试件。3.3液压缸的典型结构1 拉杆型液压缸图3-1 拉杆式液压缸Fig.2-2 Tie rod hydraulic cylinder2 法兰型液压缸 两端盖均有法兰用的多个螺钉分别和缸筒相对应的法兰连接。3.4确定液压系统的主要参数3.4.1初选工作压力表3-1 按载荷选择工作压力Tab.3-1 According to the work load selection pressure载荷/KN50工作压力/MPa2300 油液在管路中主要呈紊流流动状态，它的沿程阻力系数为： 按式求得沿程压力损失为MPa=0.08MPa2)局部压力损失 局部压力损失主要包括通过管道中的弯管和管接头等处的管道的局部压力损失，和通 过控制阀的局部压力损失。其中管道的局部压力损失相比之下较小，所以我们主要计算通过控制阀的那一部分局部压力损失。 MPa=0.72MPa 由以上计算结果我们可以计算出快速冲击时候从泵到液压缸之间所有的压力损失为=（0.08+0.72）MPa=0.80MPa泵的出口压力为P=(10.5+0.8)MPa=11.3MPa 依据计算结果看，液压泵的实际出口压力和泵的额定压力相比之下有一定差距，所选泵合适。3.9.2液压系统发热温升计算1） 计算发热功率 液压系统的功率损失全部转化为热量。按下式计算其发热功率。 （3-15） 对本系统来说，是整个工作循环中泵的输入功率。即 （3-16） 计算得泵的输入功率为15KW系统输出功率 按下式求系统的输出功率为 （3-17） 计算得泵的输出功率为4KW总的发热功率为=（15-4）kw=11kw2） 计算散热功率 前面计算求得的油箱有效容积为2.2，按V=0.8abh可以求得油箱各边之积：=2.75 取a=2.75m,b、h分别为1m。 根据下式求得油箱散热面积为=1.81（2.75+1）+1.52.75=10.9油箱的散热功率为 （2-18）式中 油箱散热系数，查表，取16 油箱与环境温度之差，取=35。表3-7 油箱散热系数Tab.2-6 Tank of coefficient of heat transfer冷却条件通风条件很差89通风条件良好1517用风扇冷却23循环水强制冷却110170kw=6.1kw 由以上计算所得，油箱的散热并不能够满足系统对散热的要求，而且管路的散热是非常小的，因此我们需要另外设置冷却器。3） 冷却器所需冷却面积的计算冷却面积为 （3-19）式中 K传热系数，用管式冷却器时取K=116； 平均温升，=。取油进入冷却器的温度=60，油流出冷却器的温度=50，冷却水入口温度=25，冷却水出口温度=30。则=（）=27.5所需冷却器的散热面积为A=2.8考虑到冷却器在长期使用过程中，设备会出现腐蚀和油垢、水垢，而且会对传热产生影响，冷却面积应比计算值大30%左右，所以实际选用冷却器散热面积为A=2.81.3=3.64 采集测试数据的系统研究 冲击碰撞是一个几乎在瞬间就完成的过程。 如果说我们在上一章中对冲击试验台的 设计可以使冲击运动在这个过程能够以实现的话，那么我们如何在瞬间就能够将所需要的数据的获得并且能够存储将是下面对信号采集系统设计所要面临的工作。 4.1数据的采集方案设计4.1.1信号及数据采集 测控系统中所涉及到信号主要有两种形式，一种是我们在生活中经常见的如温度、 压力、 振动、振动和雷达波型等，我们把它们统称为模拟信号；另一种则是在计算机系统中主要使用的 0和1 两个数字也可以说是使用状态来表现的信号，我们称为数字信号。图4-1所示是采集信号的主要步骤。 图4-1信号的一般采集模式Fig.4-1 Tank of coefficient of heat transfer 什么叫做数据的采集，即获取数据，它是利用一种特殊的装置把从系统外部获取的数据通过接口传输到系统的内部。把要收集的数据转换成不同的物理量的电信号，如温度，速度，压力，流量等，可以是模拟数据，也可以是数字的。我们收集样品的方法，每个时间间隔（称为采样周期）的相同点反复收集数据。大部分收集的数据当然是即时值，也可以是在一定时间内的特征值。准确的数据收集我们需要使用非常精确的获取数据技术。数据测量技术具有接触式和非接触式，有各种检测器元件。不论何种方法和所用设备，我们都要保证被采集数据不受影响和破坏，充分保证了数据的准确度。数据收集非常广泛的意义上说，包括物理平面连续收集。在计算机辅助绘图和设计过程中，把图形或者图像进行数字化处理的过程可以被称做数据采集，本论文需要收集的是几何量数据。我们需要直接测量，这个信号是冲击试验台在冲击过程中，冲击头在冲击被试件的瞬间所产生的冲击信号。我们可以使用被检测 - 传感器进行检测，传感器检测出的通常是一个模拟电信号，譬如电流或电压。怎样把所测量的信号转换为常规信号的电流或电压，需要传感器等检测设备来完成，以及如何通过这些信号进一步获取并存储在计算机中，需要数据采集这一过程来完成。所以本次设计的系统总体思路是利用传感器技术和数据采集技术相结合4.1.2 A/D转换的基本概念 在从检测的信号意味着它被转换成一个连续的模拟，通常是一个电压。为了能够在计算机上存储和处理数据，我们需要先把将采集的数据通过接口导入到计算机内。因为计算机只能够识别所有信号中的数字信号，所以我们必须在检测装置的输出信号之后加上A/ D（模拟/数字）转换，就是我们通常所说的模数转换，模数转换的主要参数有：a）采样精度/分辨率是指变化的数字模拟信号变动的最小的量，定义为满刻度和2n个的比率。分辨率，也被称为精度，通常用数字信号;b）转化率是指相互完成从模拟到数字的转换时间的A /D上转换。采样时间则是另一个概念是指两次转换的间隔。为了确保适当的转换完成，采样率应小于或等于的转化率。因此，这是共同的转化率数值上等于采样率。常用单位是ksps。根据采样定理，需要保证完整的输出信号，这是选择的指导原则。在正常情况下总是试图做采样频率大于两倍的信号频谱。以显示正确的最高频率信号而不失真称为奈奎斯特频率，这是采样频率的一半。C）量化误差是因为有限的分辨率A / D错误触发，即传输特性阶梯传递曲线的有限和无限的求解分辨率的A / D之间的最大偏差特性（直线）。通常是一个或模拟变化量的一半，表示成1LSB，1 / 2LSB;d)偏移误差：是输入信号等于0时但是输出信号却不等于0的值，可外接电位器调至最小；以此可见，数据采集过程需要很准确，而且采集的量也需要足够的多，因为这是决定模数转换准确度的主要因素。如果这个系统能够识别的单位电压越小，就说明模数转换的分辨率就比较高，从而说明系统的精度就比较高。同理，若果转换速率比较高，系统采集的点比较多，最终结果就更接近于真实值。 4.1.3瞬态冲击力测量系统 脉冲信号是一个关键的测试参数。惯性传感器和电磁位移速度传感器的信号是不适合测量的，因为这两个传感器在高频率情况下操作，这将导致大部分低频分量信号失真的;速度传感器不能适用测量冲击信号，因为其带通极为接近，从而使低频和高频信号分量都产生较大失真;加速度传感器的工作远离其自然低频段频率，具有良好的特性低频传输。此外，在更高的频率也可以选择按照脉冲持续的时间适当的传感器，以满足的上限频率的要求。 所以本测试数据采集系统，为了反映加速度的影响，并表征变化过程的影响，采用压电式加速度传感器来测量冲击试验台在冲击过程中，冲击头冲击被试件多大瞬时加速度。这不仅满足测试方法为非接触式，也提高了稳定性。于此同时测试程序还提供大部分数据资料用于随后的数字处理。4.1.4测试系统的方案设计 根据上述设计的影响和冲击位移系统，具有数据采集设备一起，你可以得到所有的程序的数据采集系统测试的原则。在这种情况下它摒弃了传统的方式来设计试验台，其中包括的而是采用了近年兴起的一个测试程序存储设备的购置波的波形存储，设备专用的A / D转换器，数字示波器等多种设备，基于虚拟测试系统PC的测量和控制方面。所谓虚拟测试系统是检测硬件设备，数据采集卡和计算机等组成，依靠巨大的计算机的网络资源，使用虚拟软件对所有类型的仪器模拟，为了实现一组数据的收集，加工，生产显示的数据收集。图4-2为系统原理图。图4-2系统原理图4.2信号采集硬件选取4.2.1速度传感器的选择 速度传感器是能够测量的电子设备。速度可以是一个常数，它可以改变。增加速度传感器的基本原理是变形由于介质的速度，通过测量变形量和相应的电路转换为电压输出。速度传感器通常分为三种：压电式，电容式。压电速度利用压电效应。在内部传感器具有刚性支撑的措施，运动的情况下产生压力，内部容积速度传感器有一个单一的实体图，它是标准的电容器板，移动可动大规模改变加速驱动来改变双极板电容器和在测量体积的正变化的间距，从所计算的速度。速度计具有内部热质量，它具有一个加热体，通过一个温度传感器，它被密封的气体腔室所包围。在气体加热器的作用的工作时，气体被形成一个气团，冷空气和热空气的比重是不同的。暖空气形成的热惯性场变化，以使传感器感测的速度值。因为在固体支持物的存在压电速度传感器，冲击试验，我们需要收集的主要是冲击头在冲击被试件瞬间的速度，在很短的时间内冲击头的冲击，这是捕捉一个时刻变化的加速。因此，压电式加速度计可满足测试要求。压电加速度是使用最广泛的应用中，最经济的加速度传感器。同时，测试试验台的影响，选择的加速度传感器，以满足高频率，坚固耐用，体积小，测量范围广的应用。比较检讨，我们选择了一个匆忙传感器Dytran的-3200B4模型。美国加速度计Dytran的设计和在诸如航空航天，汽车，机械，实验室，工业及其他应用领域的制造范围广泛的服务。系列3200B速度传感器，它是专门为机械冲击震动和爆炸工况下所设计的，并具有绝缘的冲击支座。建造的第一阶6分贝/倍频程低20kHz的低通滤波器来抑制多余的振动信号。3200B4 的主要参数如下： 灵敏度：0.5(10%)(mv/g)； 量程：10,000(g)； 频响：1-20,000(Hz)； 重量：6.0(g)； 温度范围：-51-121()； 安装方式：螺栓。带电器隔离，气密封装。 4.2.2数据采集卡的选择 在整个数据采集的系统中，数据采集卡与前端关联和后端，这是该系统的主要组成部分。因此，为了选择非常满足条件的数据采集卡，综合选择过程的考虑因素和选择的步骤，我们选取符合要求的。 许多指标的数据采集产品，直接影响产品的选择，如总线结构，采样率，精度，测量范围，输入阻抗，输出阻抗和环保要求。当然，没有单端输入，双输入端和其他技术问题需要考虑，这是密切相关的传感器和信号调理应放在一起进行考虑。选择上述参数后，我们将以“功能够用”为原则，从满足要求的采集卡中，选取一个最合适的型号。图4-3是选择测试数据采集卡PCI-6220实拍照片。图4-3数据采集卡实物照片4.2.3信号调节与采集发生电路 ICP压电速度需要提供一个恒流源24V直流，4毫安的典型值，而不是电子仪器典型地具有供给的恒定源。与速度成正比制造的AC信号叠加在偏置电压输出（8-12V），而不是普通意义上的以地参考点。因为这两个特点，在进入所述收集装置，通过专用信号调理ICP压电加速度信号。朗斯公司，致力于这样的信号调节LC0201速度传感器，这是比较小巧的产品，如国外的，质优价廉的设计。在信号的获取过程中，数据采集卡需要用户指定一个时间开始工作，它在开始录制，这是触发。触发数据采集卡可以分为两类：软件和硬件触发。软件方式，优点是不需要外部连
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