机械式万能试验机的数字化改造研究

摘要

试验检测是学术研究、工程质量保证和施工控制的基本手段；是设计依据参数的基本来源；也可以为工程质量事故调查分析提供分析的重要参考依据。万能试验机是测定材料机械性能的基本设备之一，材料万能试验机可以对各种金属材料及某些非金属材料在常温下进行拉伸、压缩、弯曲强度等强度实验。较早出现的材料万能试验机有机械式、液压式等。随着科学技术的进步，对科学实验的要求也越来越高，特别是实验的精度，实时显示，以及数据处理等方面都有了更高的要求，出现了现代的电子试验机和电液伺服试验机等高端试验机设备，虽然这类试验机性能优越，但是价格相当高，对于中小企业、一般院校和试验机构来说有些承受不起；近年来也有对试验机进行改造的研究，通过文献检索查阅发现，液压式万能试验机的数字化改造研究已经有了一定数量的研究报道。而机械式万能试验机还没有相关的报道。 基于上述原因，本文主要针对机械式万能试验机进行改造研究。本文基于虚拟仪器技术对WJ-10B机械式万能试验做了部分数字化改造研究，通过在机械式万能试验机上加装能够满足试验精度要求的拉、压力传感器，位移、变形引伸计来测量试验机在试验时所施加的载荷以及横梁所移动的位移，并将传感器所测量的数据通过数据采集模块传入计算机中，采用LabVIEW软件编写了虚拟仪器对数据进行显示、分析和处理。通过试验证明该种方案比较简单适用，能够达到对数据的实时采集且操作简单，需要投入的资金也比较少(6000～8000元)，是一种非常好的改造方案，缺点是不能实现自动控制。 另外，本文还对WJ-10B机械式万能试验机进行了的全面数字化改造研究(通过与长春科新公司合作方式)。研究了系统配置的技术方案中单片机性能、PWM控制电路的设计、转速及遥控指令测量电路设计；对计算机控制系统以及主程序开发的研究，并且进行了数学仿真和半实物仿真，效果良好。 改造后的试验机也进行了低碳钢的拉伸实验，其效果总体上达到电子万能试验机的水平，而且在价格上相对低一些，价格3～5万左右，达到预期构想。两种改造方案总体效果与电子万能试验机相接近，使用方便，精度较高，价格较低具有一定的市场前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2机械式万能试验机现状分析

1.3本论文研究内容

第2章机械式万能试验机的部分数字化升级

2.1 WJ-10B型机械式万能试验机的组成

2.1.1加载部分

2.1.2测力部分

2.1.3自动绘图器

2.2部分数字化升级方案

2.3测量装置分析

2.3.1传感器

2.3.2拉、压力传感器

2.3.3位移传感器

2.3.4自制引伸计

2.3.5 4017信号采集仪

2.3.6虚拟仪器

2.4 LabVIEW软件所编写的虚拟仪器

2.5本章小结

第3章万能试验机设备全面改造研究

3.1系统配置技术方案

3.1.1单片机的设置

3.1.2 PWM控制电路设计

3.1.3转速及遥控指令测量电路设计

3.1.4总线设计

3.1.5 LCD显示及参数设置

3.2计算机控制系统研究

3.3控制系统软件设计

3.3.1主程序设计

3.3.2 PID控制研究

3.3.3中断控制

3.4系统仿真

3.4.1数学仿真

3.4.2半实物仿真

3.5达到的技术指标

3.6本章小结

第4章实验测试

4.1低碳钢拉伸实验

4.2 WJ-10B机械式万能试验机部分数字化升级的实验测试

4.2.1试件要求

4.2.2实验方法和步骤

4.2.3低碳钢拉伸实验-部分数字化升级

4.3 WJ-10B机械式万能试验机全面数字化升级的实验测试

4.3.1电子万能试验机的实验步骤：

4.3.2试验数据

4.4部分升级与全面升级的低碳钢拉伸实验比较

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历

附录