钢丝绳拉力试验机设计资料Word文档格式.docx

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指导教师李国平

二〇一四年五月廿六日

摘要

钢丝绳是近代工业及工程中应用非常广泛的挠性构件，其拥有高强度、弹性好、自重轻、承受载荷能力强且工作稳定可靠等优点。

现广泛用于建筑、冶金、矿产、旅游、交通等主要的部门和行业。

钢丝绳性能的好坏直接关系人民群众生命财产安全和切身利益，故人们一直在探索如何检测钢丝绳各种性能的试验方法。

防止因钢丝绳断裂而造成安全事故。

本文以检测钢丝绳的机械性能为出发点，提出了研制钢丝绳拉力试验机的设计方案。

钢丝绳拉力试验机的组成主要有机械部分、液压部分、数据采集部分以及数据处理部分等几方面。

本文首先介绍了钢丝绳拉力试验机的机械结构特点，对钢丝绳拉力试验机的功能进行系统的分析，然后设计试验机。

之后进行液压缸的设计，液压缸作为动力系统，能更好的提高系统实验的稳定和精确。

在钢丝绳拉力机械性能的检测过程中，系统采用了压力传感器，使采集信号响应快，分辨率高，线性度好。

在钢丝绳变形量的测量中采用光电编码器，结构简单，测量精确。

最后系统的核心部分采用单片机技术，通过单片机采集钢丝绳的载荷，变形及运动小车的移动位移，并且控制液压系统驱动运动小车在机架上运动。

同时单片机将采数据传送到计算机，计算机分析、处理，绘制曲线，并接受计算机指令，由单片机控制，驱动电机运动等。

本文的研究成果很大程度上促进了钢丝绳性能检测技术的发展，对钢丝绳机械性能检测以及相关设备的研制具有很大的研究价值。

关键词：

钢丝绳；

拉力试验机；

数据采集；

单片机

ABSTRACT

WireropesareflexiblemembersthatarewidelyusedinmanyindustriesandsectorsnowIthashighstrength,goodelasticity,lightweight,strongloadbearingcapacityandstableandreliablework,etc.Anditisnowwidelyusedinconstruction,metallurgy,mining,tourism,trafficandsoon.Thestandorfallofwireropeperformancehasgreateffectsonpeoplebenefitslifeandproperties.Sopeoplehavebeenexploringallkindsofwireropedetectionperformancetestmethodsinordertoavoidaccidentscausedbyfailureofwireropes.Basedonthedetectionofwireropemachineryforthestartingpoint,proposedthedesignschemeinthedevelopmentofthewireropetensiontester.

Tensiletestmachineismadeofmachinery,data-acquisition,data-disposition,servocontrolandothersystem．Thispaperfirstintroducesthemechanicalstructurecharacteristicofwireropetensiontesterandthesystematicanalysistothefunctionofwireropetensiontester,thendesignsthetensiletestingmachine,thendesignsthehydrauliccylinder.Hydrauliccylinderisadynamicsystem,whichcanbetterimprovethesystemstabilityandprecisionofexperiment.Inthewireropetensionperformancemeasurement,Systemusesapressuresensor,whichcanmaketheacquisitionsignalfastresponse,highresolution,goodlinearity.Photoelectricencoderareusedinwireropedeformationmeasurement,anditissimplestructure,measurementprecision.Intheelectricalcontrolpart.Thesystememphasisissinglechiptechnology,Singlechipmicrocomputercollectaloadofsteelwirerope,thecarmovementdisplacementdeformationandmovement,andcontrolthehydraulicsystemtodrivethesportscarmovementontherack.Thecollecteddatatransmittedtoacomputerbythesinglechiptechnologyisdealwith,anddrawingcurves.Anditacceptscomputerinstruction,singlechipmicrocomputercontroltodrivethemotormovement.

Theresearchachievementsofthispaperlargelypromotedthedevelopmentofthewireropedetectiontechnology.Ithasgreatresearchvalueontheperformanceofwireropetestingequipmentdevelopment.

Keywords：

Wireropes;

Tensiletestmachine;

Ata-acquisition;

Singlechip．

目录

摘要1

ABSTRACT2

1绪论4

1.1课题的研究背景4

1.2钢丝绳拉力试验机的发展状况4

1.3课题的研究意义5

1.4课题研究内容5

2钢丝绳绳拉力试验机械整体设计7

2.1机械部分设计7

2.2液压缸的设计8

3力与位移测量系统10

3.1载荷测量10

3.2位移测量11

4控制系统设计13

4.1CPU电路设计13

4.1.18031芯片引脚及功能13

4.1.2芯片的存储器结构及地址分配13

4.2存储器扩展电路设计14

4.3I/O接口电路设计15

4.4D/A转换电路设计16

4.5A/D转换电路设计17

4.6外部电路及通讯接口电路设计18

5结论21

参考文献22

致谢23

1绪论

1.1课题的研究背景

钢丝绳广泛的应用是因为其强度高、弹性好、自重轻、承受载荷能力强、工作平稳可靠以及可在高速环境下工作且无噪音等优点。

在建筑、冶金、矿产、旅游、交通等主要的行业和部门中得到了广泛的应用。

然而像其他构件一样，在使用过程中，钢丝绳同样也会发生腐蚀，疲劳，甚至断裂等现象。

近几年因钢丝绳突然断裂而造成的安全事故经常发生，2003年1月，某工厂职工在车间用塔吊运送电解槽阴极内村，当阴极内衬被运到东风卡车上方时，由于钢丝绳过载断裂，砸中卡车，车辆报废，所幸没有人员伤亡。

2004年12月，某海港船停泊码头在进行吊运扇贝过程中，也是由于吊臂钢丝绳过载，其突然断裂，吊臂坠落，船上四人被砸中，当场死亡三人，重伤一人，而其抢救无效后也死亡。

类似由于钢丝绳机械性能出现问题而导致的安全事故还有很多很多。

由此看来，钢丝绳的安全性能好坏，关系到人民群众的生命财产安全和切身利益。

所以要防止因钢丝绳性能问题造成安不必要的安全事故，改进其设计和制造的质量是关键所在。

很多标准都会影响钢丝绳质量，钢铁冶炼水平是否达到标准，钢丝生产和钢丝绳捻制过程工艺是否合理，质量检测和管理措施是否恰当等等。

同时做钢丝绳机械性能的试验,是用来检验钢丝绳质量是否合格的有效措施，间接地防止了不必要事故的发生。

由此可见,探索该如何检验钢丝绳机械安全性能的试验方法成为钢丝绳生产和工作过程中非常重要的步骤。

1.2钢丝绳拉力试验机的发展状况

在钢丝绳刚出现不久后，用来检测钢丝绳机械性能好坏的各种实验机也应运而生。

钢丝绳被技术检测后，其机械安全性能得到不断地提高。

虽然目前国内外很多公司及生产厂家都在对钢丝绳拉力试验机研究和生产，但目前国内外对钢丝绳试验机并没有完全定型的结构,大多数试验机仅仅是为了需要而针对性的生产，目前国内外最常见的试验机形状上一种是卧式钢丝绳拉力试验机，一种是立式钢丝绳拉力试验机，主要是根据试验机的主动轮和试验轮安装方位的不同而分的。

卧式拉力试验机主动轮和实验轮水平安装,故称卧式。

其主要是采用液压系统或是电动的方式对钢丝绳施加载荷。

液压系统传动平稳，测量精确，但液压系统在操作和维护方面没有电动加载方便，所以现在大多数的卧式拉力试验机都采用电动加载。

相比比立式拉力试验机，卧式试验机可以施加更大的载荷,所以卧式拉力试验机一般都是用来做直径为3Omm以上的钢丝绳拉力试验。

立式拉力试验机实验轮和主动轮上下安装,故称立式。

立式试验机一般都是采用电动驱动方式来加载，主动轮由电机带动，可以上下反复运动,把祛码不断地添加在实验轮下端，钢丝绳受到足够的载荷，从而钢丝绳不断地被加载。

在钢丝绳使用时间不断增长，钢丝绳会因不断地加载而不断地伸长,其上的张力就会慢慢变小,为了能让它的张力保持稳定,通过不断地增加祛码来进行保持，立式拉力试验机因施加载荷相比卧式拉力试验机而言要小的多，做实验的钢丝绳只用为直径30mm以下。

除了传统的卧式和立式两种拉力试验机外，还有很多试验机是为了某种特定地环境而设计的试验机，这类试验机被称为专项试验机，由于其使用范围被限制，通用性很小，所以不易推广。

传统的卧式和立式拉力试验机虽然应用范围比较广，但这两种试验机的模拟工况较差，所以所测得的数据与实际环境下钢丝绳的性能有很大得差别。

而且大多数传统的拉力试验机结构设计复杂并且测量范围很小，不仅增加了制造成本更加限制了钢丝绳的检测。

而专项的拉力试验机，虽然设计简单，但应用范围太窄，更不易推广。

基于上述拉力试验机的种种不足，新型试验机是结合立式试验机和卧式试验机的有点于一体，结构简单，载荷范围大，模拟工况好，测量计算精确等等。

并且该试验机采用计算机测控系统，结合单片机，数据采集卡等更为准确地获取实验数据。

总之本课题所设计的钢丝绳拉力试验机是集传统的试验机和专项试验机于一体的新型钢丝绳拉力试验机。

对钢丝绳的机械性能检测技