钢丝绳拉力试验机的设计与研究

摘要

钢丝绳力学性能的好坏对安全生产尤为重要，为了准确地研究钢丝绳的实际性能就需要专用的试验机。本课题就是应某索具企业的需求设计一套拉力试验设备，主要用于高强度钢丝绳的出厂检测。针对本课题主要完成的工作内容以及相应的研究结论有: (1)通过查阅大量相关文献，了解国内外大型拉力试验机的结构特点，确定本文钢丝绳拉力试验机的设计方案。为了应对钢丝绳等较长试件的检测，该拉力试验设备采用组装式框架结构，并且依据钢丝绳试件的几何尺寸和力学性能，确定框架结构的基本设计参数。 (2)利用SolidWorks软件对钢丝绳拉力试验机的主机框架、横梁结构以及液压缸等部件进行三维建模，并通过有限元分析软件ANSYS对试验机中关键承载部件进行分析。其中主机框架所受的最大应力值远远超出了材料的屈服强度，并且最大变形量也不符合企业标准。依据分析结果对框架结构进行局部优化，优化后框架的最大应力为342.86MPa，最大变形量为4.268mm。从仿真结果看，符合强度和刚度要求。 (3)根据技术要求完成试验机液压系统的设计，其中包括液压原理图的绘制、液压元件的选型、主要集成块的设计与分析。在对集成块内流场分析的过程中，探讨了钻孔后的刀尖角区域对流体流动性能的影响。同时对试验机上主要液压元件Moog伺服阀进行深入分析与研究，并且比较准确地分析出射流管偏转角度与恢复压力之间的函数关系。 (4)利用AMESim软件对拉力试验机的液压系统进行建模与仿真，并引入PID控制算法，得到与基本要求相符的动态性能。围绕本文拉力试验机的液压系统进行实验研究，选择实验室的伺服比例试验台为测试平台，分别以比例溢流阀、Moog伺服阀为研究对象，通过实验来检验仿真模型的准确性。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2钢丝绳机械性能的检验方法

1．2．1钢丝绳的拆股试验

1．2．2钢丝绳整绳拉伸试验

1．3拉力试验机的发展与现状

1．4本课题的研究意义及内容

第2章钢丝绳拉力试验装置机械结构设计

2．1钢丝绳拉力试验机概述

2．1．1基本构成以及工作原理

2．1．2基本技术要求

2．1．3典型试验要求

2．2机械系统方案确定

2．2．1机械结构设计概述

2．2．2机械结构设计方案

2．3机械结构设计

2．3．1液压缸安装框架设计

2．3．2中间框架设计

2．3．3拉杆及螺母设计

2．3．4其余结构设计

2．3．5钢丝绳拉力试验机的三维建模

2．4有限元分析及结构优化

2．4．1 ANSYS Workbench有限元分析

2．4．2焊接分析

2．4．3主机框架的有限元分析

2．4．4主机框架的结构优化

2．5本章小结

第3章钢丝绳拉力试验装置液压系统设计

3．1液压系统的基本要求及设计计算

3．1．1液压系统基本要求

3．1．2液压系统的总体布置

3．1．3液压缸的设计计算

3．1．4液压回路设计

3．1．5液压源的设计

3．2液压系统中主要集成块的设计、分析及优化

3．2．1主要集成块的设计

3．2．2主要集成块的分析和优化

3．2．3液压站三维模型

3．3本章小结

第4章试验机中伺服阀的动特性研究

4．1 Moog D661伺服阀的工作原理

4．2 Moog D661伺服阀前置级流场数值模拟

4．2．1计算流体力学基础介绍

4．2．2射流管前置级的静态特性

4．2．3射流管前置级流场几何模型的建立

4．2．4流场模型网格划分和仿真参数的设置

4．2．5射流管前置级流场仿真结果分析

4．3伺服阀力矩马达数学模型的搭建

4．3．1磁路模型

4．3．2电路模型

4．3．3衔铁组件的数学模型

4．3．4力矩马达方框图以及各系数值

4．4射流管伺服阀的AMESim模型

4．4．1 AMESim软件介绍

4．4．2射流管前置级的AMESim模型

4．4．3 D661伺服阀滑阀组件的AMESim模型

4．4．4 Moog D661射流管式伺服阀的整体建模

4．5本章小结

第5章液压系统的建模与仿真

5．1机械系统模型

5．2液压系统模型

5．2．1液压动力源建模

5．2．2比例溢流阀建模

5．3液压系统仿真

5．3．1 PID控制策略的选择

5．3．2钢丝绳拉力试验机的AMESim模型

5．4本章小结

第6章液压系统的实验研究

6．1试验准备

6．1．1试验台介绍

6．1．2控制系统介绍

6．2试验方案确定

6．2．1液压系统的加载试验

6．2．2 Moog伺服阀控制液压缸试验

6．3试验结果分析

6．3．1加载试验结果分析

6．3．2阀控液压缸试验结果分析

7．1本文结论

7．2展望

参考文献

致谢

附录