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毕业论文初稿
本科毕业设计（论文）
题目：
WEW—300型屏显液压式万能试验机
液压系统的设计
教学单位：
机电工程系
专业：
机械设计制造及其自动化
学号：
0912010336
姓名：
刘寄吧
指导教师：
2012年5月
摘要
万能试验机从最简单的砝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。
二十一世纪已是电子信息时代.计算机已广泛地应用于各种行业。
旧试验机的测量系统不能满足新标准的要求。
因而将计算机应用于试验机技术，组成为屏显液压式万能试验机已成为一种必然的趋势。
屏显液压式万能试验机可对各种金属、非金属及复合材料进行力学性能测试和分析研究，广泛用于航天航空、机械制造、车辆制造、陶瓷建材、食品、医药包装、金属材料、建筑工程等行业，以及高等院校、科研院所、技术监督、质检站所等部门；可根据GB、ISO、ASTM、JIS、DIN等标准进行拉伸、压缩、弯曲、剥离、剪切、撕裂、刺破、顶破及各种高低温试验，可检测出材料的屈服强度、抗拉（压、弯）强度、延伸率、定伸强度、非比例强度、弹性模量等参数。
配上合适的夹具，也可做混凝土、砖石等非金属材料的抗压试验，是科研单位、冶金和机械制造厂、质检站和大专院校的必备设备。
关键词：
万能试验机;液压系统;试验
Abstract
Universaltestingmachineloadingfromthesimplestweighttodigitaltechnologyischaracterizedbyavarietyofmaterialstestingmachine.Inaforeigncountrymorethan200yearsago.Testingmachinemanufacturingindustryhasbecomeanindependentindustry.Testingmachinetechnologyhasbecometheflagofacountry'slevelofindustrialdevelopment.Chinainjustfortyyears,fromscratchestablishmentofacomprehensivetestmachinemanufacturingindustry.Aretryingtoclosetotheworldadvancedlevel.Butislimitedbythelevelofindustrialdevelopment,productionbeganinthe1950sasthemostbasicmaterialtestingmachineuniversaltestingmachine.Althoughtherearesignificantchanges.ButstillremaininthelevelofthetheGearingpendulumdynamometersystem.The21stcenturyistheeraofelectronicinformationthecomputerhasbeenwidelyusedinvariousindustries.Oldtestmachinemeasuringsystemcannotmeettherequirementsofthenewstandards.Thusthecomputertechnologyappliedtothetestingmachine,composedforthescreendisplayhydraulicuniversaltestingmachinehasbecomeaninevitabletrend.
Screendisplayhydraulicuniversaltestingmachinemechanicalpropertiestestingandanalysisofavarietyofmetals,non-metallicandcompositematerials,widelyusedinaerospace,machinerymanufacturing,vehiclemanufacturing,ceramics,buildingmaterials,food,pharmaceuticalpackaging,metalmaterials,buildingengineeringandotherindustries,aswellasinstitutionsofhigherlearning,researchinstitutes,technicalsupervision,qualityinspectionstationsandotherdepartments;accordingtoGB,ISO,ASTM,JIS,DINandotherstandardsfortensile,compression,flexural,peel,shear,tearcrack,puncture,bursting,andavarietyofhighandlowtemperaturetest,candetectthematerialyieldstrength,tensilestrength（compression,bending）strength,elongation,elongationstrength,non-proportionalstrength,elasticmodulusandotherparameters.Accompaniedbytheappropriatefixture,butalsodocompressiontestingofnon-metallicmaterialssuchasconcrete,masonry,scientificresearchunits,metallurgyandmachinerymanufacturing,qualityinspectionstations,collegesanduniversitiesofthenecessaryequipment.
Keyword:
Universaltestingmachine;hydraulicsystem;test
目录
第1章绪论1
1.1国内外试验机发展情况1
1.2重点及难点2
1.3研究的方法2
第2章液压式万能试验机的设计要求3
2.1WEW-300型屏显液压式万能试验机组成及工作原理3
2.1.1WEW-300型屏显液压式万能试验机的组成3
2.1.2WEW-300型屏显液压式万能试验机的工作原理3
2.2万能试验机的三种试验4
2.2.1拉伸试验4
2.2.2压缩试验4
2.2.3弯曲试验4
2.3WEW-300型屏显液压式万能试验机的工作要求5
2.4本设计的主要设计参数5
第3章负载——工况分析6
3.1工作负载6
3.2参数选择6
3.3摩擦阻力6
3.4惯性负载6
3.5液压缸在各工作阶段的负载情况6
3.6绘制负载图和速度图7
第4章液压缸的确定8
4.1初选液压缸的工作压力8
4.2计算液压缸尺寸8
4.3液压缸所需的实际流量、压力和功率9
第5章拟定液压系统图10
5.1供油系统10
5.2换向系统10
5.3定位夹紧回路10
5.4调速回路11
5.5试验机液压系统12
第6章选择液压元件14
6.1确定液压泵的容量及电动机功率14
6.1.1液压泵的工作压力和流量计算14
6.1.2确定驱动电动机功率14
6.2确定油管直径14
6.3确定油箱容积14
第7章液压系统的性能验算16
7.1液压系统的效率16
7.2液压系统的升温16
总结17
致谢18
参考文献19
第1章绪论
1.1国内外试验机发展情况
近些年来，随着航空、冶金、造船、化工和机械工业生产技术水平的迅速发展，对金属材料试验机提出的要求也越来越高，许多产品的重要零部件甚至整机，常常需要在各种复杂的情况下进行模拟试验。
因此，在试验集中不断采用了一些新技术，例如电液伺服系统，电子计算机等。
所有这些新技术的应用，不仅是万能试验机的性能提高，而且是试验机的结构也随之发生了很大的变化。
图1.1液压式万能试验机
近年来国外的一些万能试验机，由于应用了一些新的技术，试验机的性能有所提高，应用范围也有所扩大。
这种试验机除了能做拉伸、弯曲、剪切等表态试验外，还可以做蠕变和松弛试验，有的还能做动态试验，测定材料的疲劳极限。
国外生产的万能试验机和拉伸机主要分为机械式、液压式和电子式三种。
近年来电液伺服系统万能试验机后来居上。
此外，有时又按其他特征分为高温、低温，大型、微型和自动型试验机等。
机械式万能试验机的加荷机械和测力机械一般采用机械传动装置。
这种试验机具有足够的精度和稳定性，但负荷能力受到一定的限制，最大负荷多在10吨以下。
因测力机械的惯性较大。
加荷速度受到一定的限制。
所以，国外一些主要生产厂已经不再生产，有的仅放在次要位置。
液压万能试验机，应用液压传动加荷。
范围一般为10—200吨。
最大负荷高达5500吨。
与机械万能试验机相比较，除负荷较大外，加荷平衡，加荷速度可自由调节。
近些年来，各国都在大力发展电子万能试验机与电子拉力试验机。
这是一种将电子技术应用于试验机负荷系统与变形系统中，精确地进行测量和记录的新型材料试验机。
1.2重点及难点
结合国内发展前沿，如何改进现有的液压系统的结构，使试验机在夹头未夹紧状态下无法正常拉伸试验。
让WEW—300型屏显液压式万能试验机使用更安全，更加合理。
1.3研究的方法
学习液压传动系统的相关知识，学会设计液压传动系统。
通过对校园实验室液压式万能试验机的原理研究，总结经验设计所研究的液压式万能试验机。
对校园试验机进行系统改进，进而设计WEW-300屏显液压式万能试验机液压系统。
第2章液压式万能试验机的设计要求
2.1WEW-300型屏显液压式万能试验机组成及工作原理
2.1.1WEW-300型屏显液压式万能试验机的组成
液压式万能试验机主机主要有底座、工作台、立柱、丝杠、移动横梁以及上横梁组成，如图2.1所示。
其中移动横梁上部安装有下钳口,下部安装有上压力板,上横梁下部安装有上钳口，工作台、上横梁通过两根立柱连接,构成一刚性框架。
工作台与活塞连接,随着活塞一起上下移动,驱动电机通过链条传动使两根丝杠同步转动。
压力传感器装在回油阀体上，用来实现对实验力值的测量，光电编码器装在主机机座上，用来进行在试验时测量试台位移，进入油缸内的油压通过压力传感器，试台位移通过光电编码器，二者转换成电讯号，经放大电路处理后在微机屏幕上显示出负荷、变形、位移和加荷速率的值，以及实时显示各种曲线。
图2.1万能试验机主机部分
2.1.2WEW-300型屏显液压式万能试验机的工作原理
液压式万能试验机的工作原理是油箱内的油被吸入油泵，经油泵出油管送至送油阀，当送油阀门完全关闭时，油压升高,单向阀打开，压力油经电磁阀进入夹紧油缸，控制上下钳口的夹紧与松开。
当送油阀打开时，压力油送入工作油缸内，托着活塞连同试台（传递负载框架）上升，使负荷逐渐作用于试样上。
当工作油缸负荷突然消失时（打开回油阀或试样断裂），油缸内压力油必须流经具有阻尼作用的回流阀卸荷达到缓慢回油的目的。
2.2万能试验机的三种试验
2.2.1拉伸试验
做拉伸实验时，先开动油泵打开送油阀，使工作活塞升起一小段距离，然后关闭送油阀。
将试件一端夹于上夹口；调整零点，再调整下夹口，夹持试件下端。
即可开始试验，夹持时，应按夹口所刻的尺寸范围夹持试件。
试件应该夹在夹口的全长上，两块夹口位置必须一致。
为避免夹口及夹口活动时，在滑动面上啃住或咬死，可涂二硫化钼润滑脂。
并可自制橡胶防护板，对下夹口座进行保护（如图2.2所示）。
如图2.2拉伸试验
2.2.2压缩试验
将下压板装在下横梁上，用螺钉加以固定，下压板放在试台中央的球面座上。
试件放置的中心线必须与压板中心线重合，避免偏心受力。
试件放好后即可进行试验（如图2.3所示）。
如图2.3压缩试验
2.2.3弯曲试验
将弯曲用工作台斜放在工作台上，安插头和定位销定位，然后将压滚支座根据试验需要的距离将刻度线对标准尺上的刻度，用螺母固定在工作台上，并用拉紧螺栓固定压滚支座。
将上压头装在下横梁底部用螺钉紧牢（注意对准锥度）。
应根据试件种类和形状的不同，自制防护网，防止试件弯曲断裂后出现危险。
如图2.4弯曲试验
2.3WEW-300型屏显液压式万能试验机的工作要求
WEW-300型屏显液压式万能试验机的工作要求是启动油泵电机，上夹头松开，夹紧试件。
下横梁的上升至合适位置，下夹头松开，夹紧试件。
在试件夹紧后，指示灯亮，这时打开送油阀，托着活塞连同试台一块上升至试件断裂，打开回油阀，下横梁下降，松开上下夹头，停止油泵电机。
2.4本设计的主要设计参数
本设计的主要设计参数如下：
活塞行程150mm
最大负荷300KN
横梁移动速度150m/min
夹持圆试样最大直径20mm
剪切试验断面尺寸￠10mm
第3章负载——工况分析
工况分析主要是研究试验机在工作过程中，其执行机构的受力情况，又称为负载分析。
对液压系统来说，也就是通过实验或计算确定个液压执行元件上负载力或力矩的大小和方向，即确定液压缸或液压马达的负载随时间变化的情况，并注意工作过程中可能产生的冲击和过载等问题，这时最终确定液压系统工作压力的依据。
针对液压式万能试验机，在对液压系统进行工况分析时，只考虑试验机所受到的工作负载、摩擦阻力、惯性负载，其他负载可忽略不计。
3.1工作负载
工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载。
根据设计要求知，最大负载Ff=300KN。
3.2参数选择
取动摩擦系数Fd=0.1，静摩擦系数Fj=0.2。
液压缸机械效率η=0.9。
快进速度V=4.5m/min，加速时间t=0.05s。
工作台重量G1=4000N，试件及家居重量G2=1500N。
3.3摩擦阻力
摩擦阻力主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。
3.4惯性负载
最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速度时间进行计算。
3.5液压缸在各工作阶段的负载情况
如下表3-1所示：
表3.1液压缸在个工作阶段的负载
工况
负载计算公式
液压缸负载（F/N）
液压缸推力（F/N）
启动
1100
1222.22
加速
1390.97
1545.53
快进
550
611.11
工进
3000550
3333944.44
3.6绘制负载图和速度图
图3.1速度图
图3.2负载图
第4章液压缸的确定
4.1初选液压缸的工作压力
表4.1按主机类型选择设计压力
主机类型
设计压力/MPa
说明
机床
精加工机床
0.8---2
当压力超过32MPa时，称为超高压压力。
半精加工机床
3---5
龙门刨床
2---8
拉床
8---10
农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构
10---16
液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械
20---32
地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等
25---100
查表4.1知，初选液压缸的设计压力P=30Mpa
4.2计算液压缸尺寸
为防止工进结束（即试件断裂）时发生前冲，液压刚需保持一定的回油背压。
参考表4-2,取回油背压0.5Mpa。
表4.2液压执行元件的背压力
系统类型
背压力/MPa
中低压系统
简单系统和一般轻载节流调速系统
0.2---0.5
回油带背压阀
调整压力一般为0.5---1.5
回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时
0.5
设补油泵的闭式系统
0.8---1.5
高压系统
初算时可忽略不计
则可算得液压缸无杆腔的有效面积
由公式
得：
按GB/T2348—1993（表4-3），将液压缸内径圆取整为D=400mm=40cm。
则液压缸实际有效面积为
表4.3缸内径尺寸系列（GB/T2348-1993）
缸内径尺寸系列/mm
8
25
80
（140）
250
（450）
10
32
（90）
160
（280）
500
12
40
100
（180）
320
16
50
（110）
200
（360）
20
63
125
（220）
400
注：
括号内的尺寸为非优先采用尺寸。
4.3液压缸所需的实际流量、压力和功率
如表4.4所示：
表4.4液压缸各阶段的压力、流量和功率
工况
负载F/N
进油腔压力P1/MPa
输入流量Q/（L/min）
输入功率P/kw
计算公式
启动
1222.22
12.7
—
—
加速
1545.53
21.27
—
—
恒速
611.11
11.56
19.6
0.8
保压
3334000
26.5
45.5
0.86
第5章拟定液压系统图
5.1供油系统
从工况图可知，该系统的流量、压力较小，可选用定量泵和溢流阀组成的供油源，实现系统的溢流定压。
如图5-1所示。
图5.1供油系统图
5.2换向系统
根据万能试验机夹头的要求，采用三位四通电磁换向阀来接换回路，其特点是结构简单，换向平稳。
如图5-2所示。
图5.2换向系统图
5.3定位夹紧回路
为保证试件的夹紧力可靠且能单独调节，在该回路上串接单向阀；为保证试件确已夹紧后液压缸才能动作，在夹紧缸进油口处装一压力继电器。
在供油路中添加单向阀（如图5.3虚线圆内所示）。
图5.3液压系统中单向阀和压力继电器的位置
5.4调速回路
为保证在实验过程中液压缸有足够大的压力，因此在油路中采用送油阀和回油阀。
送油阀（如图5-3）亦称溢流节流阀，该阀是控制负荷加载速度的关键单元，试验时可根据实际需要控制阀开度的手柄来调整进入油缸内压力油的流量和压力。
1、进油口2、出油口3、手轮4、送油针5、柱塞6、溢流油7、间隙油
图5.3送油阀
回油阀实际上是开关阀，加荷时将该阀手柄旋紧，切断回油箱的油路，卸荷时则将该手柄旋开，使油液返回油箱。
1、压力传感器2、回油针3、手轮
图5.4回油阀
5.5试验机液压系统
根据供油系统、换向系统、定位夹紧回路、调速回路设计万能试验机液压系统如下图5-5所示。
.
1、过滤网2、液压泵3、送油阀4、回油阀5、溢流阀6、7、三位四通电磁换向阀8、上夹头9、下夹头10、液压缸11、压力传感器12、压力继电器
图5.5试验机液压系统图
第6章选择液压元件
6.1确定液压泵的容量及电动机功率
6.1.1液压泵的工作压力和流量计算
进油路的压力损失取△p=0.3Mpa，回路泄路系数取K=1.1，则液压泵的最高工作压力和流量为：
根据上述计算数据查泵的产品目录，选用PFE型定量叶片泵（其中P=28Mpa，Q=55L/min）。
6.1.2确定驱动电动机功率
由工况图表明，最大功率出现在保压阶段，液压泵总效率η=0.75，则电动机功率为：
6.2确定油管直径
液压系统管路直径和壁厚可通过计算进出液压缸的流量确定。
计算公式为：
q——管道内液压油流量，L/min;
v——管道内液压油流速，m/s。
管道流量Q按12L/min计算，压油罐流速v=3m/s.
取内径为10mm的管道。
吸油管的流速v=1M/s，通过流量为6L/min，则
，取内径为12mm管道。
确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。
6.3确定油箱容积
油箱最主要的作用是储存油液，此外还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。
因此油箱的设计和计算原则是其容积要能够满足液压系统的流量需要，通常按照液压泵从油箱中吸油的最大理论流量来计算。
计算公式V=aq，其中a为经验系数。
表6.1经验系数a的推荐值
系统类型
行走机械
低压系统
中压系统
锻压机械
冶金机械
a
1--2
2--4
5--7
6--12
10
取经验系数a=2，则
V=2Q=2×55L=110L
查液压泵站油箱公称容积系列（表6.2），取油箱整数体积容量为150L。
表6.2液压泵站油箱公称容积系列
液压泵站油箱公称容积系列/L
1
10
50
500
公称容积超过1000L时，应按GB/T321中R10系列查询
2
20
100
1000
2.5
25
150
5
30
200
第7章液压系统的性能验算
7.1液压系统的效率
取泵的效率η=0.75，液压缸的效率η=0.9，回路的效率：
则系统效率：
7.2液压系统的升温
液压传动系统在工作时，有压力损失、容积损失和机械损失，这些损失所消耗的能量多数转化为热量能，使油温升高，导致油的黏度下降、油液变质、机器零件变形等，影响系统的正常工作。
为此，必须控制液压系统升温ΔT在允许范围内。
定量泵的输入功率为：
工进时系统的效率η=0.012，系统发热量为：
取散热系数
，油箱散热
时，计算出油液升温的近似值：
，固合理。
总结
初次接触论文题目感觉并没有那么难，但随着问题的深入，越来越觉得还需要学习很多的东西。
因此本次论文的写作是一个漫长的过程，在这段时间里，我总结出以下经验：
首先，时间节点要把握好。
由于我在校外找到了实习工作，因此大部分时间都需要在公司实习。
而论文的写作也需要花费相当多的精力和时间，因此，既需要合理得安排好时间，又要顾好两边，使实习和论文两不误。
其次，要充分学习和利用数据库资源。
搜集资料时，需要有目的地搜索，大量地翻阅与自己论题有关的文献，认真阅读、做好总结笔记，为论文打下
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