【正文】 率成正比。選擇多路開關(guān)主要應(yīng)考慮如下因素：要多少通路？是單端還是差動(dòng)？電平高低如何？采用什么方式對(duì)各通路尋址？精度及切換速率等。而當(dāng) INH 為高電平時(shí)，不論C、B、A 為何值 8 個(gè)通道均不同，改變輸入輸出的傳遞方向，則可用做多路開關(guān)或反向開關(guān)。4 選 1 的芯片有 74LS155,8 選 雙 8選 16 選 1 等五種類型。 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱為多路采樣器或多路模擬開關(guān)，當(dāng)有多個(gè)信號(hào)需要檢測(cè)時(shí)，利用多路開關(guān)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)可將各個(gè)輸入信號(hào)一次的或隨機(jī)的連續(xù)接到公用放大器或 A/D 轉(zhuǎn)換器上實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)輸入通道的分時(shí)控制，多路開關(guān)是用來切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵元件，為了 參數(shù)的測(cè)量精度，對(duì)它應(yīng)提出較高的要求，理想的多倫路開關(guān)，其開路電阻無窮大、接通時(shí)的導(dǎo)通電阻應(yīng)為零，此外，還要求切換速度快、噪聲低、壽命長(zhǎng)和工作可靠，控制開關(guān)動(dòng)作所需要消耗的功率要小等等。現(xiàn)分述如下： 信號(hào)處理裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于各種干擾信號(hào)的存在，必須采用濾波器電路來抑制信號(hào)通道中的干擾。隔離放大器的主要作用是：隔離放大器測(cè)量高共模電壓下的低電平信號(hào)、消除各種干擾引起的誤差、避免幾聲失去、保護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)電路。放大器是用來把傳感器送來的信號(hào)從毫伏電平按比例放大到典型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入電平（如慢刻度為 10V） ，可選用一個(gè)具有適當(dāng)閉環(huán)增益的運(yùn)算放大器。這種結(jié)構(gòu)形式較以采樣保持器 A/D 轉(zhuǎn)換器A/D 轉(zhuǎn)換器采樣保持器I/O接口電路CPU采樣保持器A/D 轉(zhuǎn)換器采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換開關(guān)CPUI/O接口電路上兩種多通道形式的速度更慢，但可以節(jié)省硬件，可靠性也差。圖 41 一個(gè)通道設(shè)置一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器框圖 多個(gè)通道共享一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器下圖的多路或隨即地轉(zhuǎn)換機(jī)關(guān)分時(shí)的將各種模擬信號(hào)按順序或隨機(jī)的通過采樣保持器傳送到公用的 A/D 轉(zhuǎn)換器。由于這種結(jié)構(gòu)形式是在每一個(gè)通道上都有的采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，所以允許各個(gè)通道能同時(shí)工作。模擬量輸入通道格局應(yīng)用要求的不同，可以有不同的結(jié)構(gòu)形式。和數(shù)字量（或開關(guān)量）輸入通道就是為此目的而開設(shè)的兩種檢測(cè)通道。經(jīng)比較，本設(shè)計(jì)選擇電阻應(yīng)變式傳感器，其型號(hào)為 JYBY7AY。 壓磁式傳感器電阻應(yīng)變式：測(cè)量范圍寬，精度高，壽命長(zhǎng)，體積小，價(jià)格便宜，可在惡劣的條件下工作，應(yīng)用范圍最廣泛，但有一定的非線性誤差壓阻式：靈敏度高，機(jī)械滯后小，分辨率高，測(cè)量范圍大，體積小，功耗小，使用方便，但有較大的非線性誤差溫度誤差壓電式：線性好，頻響范圍寬，靈敏度高，遲滯小，重復(fù)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，使用方便，無需外加電源，抗聲、磁干擾能力強(qiáng)，溫度系數(shù)低（%.0C ） 。 壓阻式傳感器壓阻式傳感器是用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)而工作的。 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是基于壓電元件的壓電效應(yīng)而工作的。 穩(wěn)定性表示傳感器在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持能參數(shù)的能力，常用給出標(biāo)定的有效期表示穩(wěn)定性。 分辨率表示輸出量程與滿量程的輸入之比。 其他除了上述一些因素外，應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，中亮起，價(jià)格便宜，易于更換。 精確度傳感器的精確度包括精密度和正確度。線性范圍越寬，則其工作量程越大。如何根據(jù)測(cè)試目的和實(shí)踐條件，合理的選用傳感器時(shí)會(huì)經(jīng)常遇到的問題。在回油路上安裝精過濾器，以清除更細(xì)的顆粒雜質(zhì)，保護(hù)液壓系統(tǒng)的液壓元件不受細(xì)微顆粒的損傷和卡死。各液壓閥的特性如下：表 24 各種閥的特性 輔助元件的選擇 郵箱尺寸的確定油箱的有效容積（油面高度為油箱高度的 80%時(shí)的容積）應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、散熱平衡的原則來計(jì)算，這項(xiàng)計(jì)算在負(fù)載較大時(shí)是必須的，但對(duì)于一般的情況來說，油箱的有效容積可按液壓泵的額定流量來估算，公式為：V=αQV已知所選泵的總流量為 150010=15L參照下表系數(shù)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機(jī)械α 12 24 57 612 10表 25α 系數(shù)的確定取 α=6，故 V=，最后確定郵箱的尺寸為長(zhǎng) L=580mm,寬 S=450mm,高H=370mm。電磁比例閥由壓力閥和移動(dòng)馬達(dá)兩部分組成，當(dāng)壓力閥的線圈通進(jìn)電流時(shí)，彈簧把電磁力傳給錐閥，推力的大小與電流成比例。電磁換向的工作原理為：通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的流動(dòng)方向，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置。根據(jù)實(shí)際選擇 YF 型溢流閥。 溢流閥的選用為了防止壓力過高而損害系統(tǒng)，必須安裝起安全作用的溢流閥。 液壓閥的選用 單向閥的選用單向閥又稱止回閥，它的作用是使油只能從一個(gè)方向通過，而不能反向流動(dòng)。壁厚 δ 至少應(yīng)滿足 δ/D≧1/10,D=160,取 δ=30mm液壓缸的兩腔實(shí)際有效面積為：A 1= D2= 162=?A2= (D2－d 2)= (162－100)= 24?4?取 V=104= 強(qiáng)度校核(1)活塞桿的直徑 d 按下式校核 d≧ 其中 F 為活塞桿上的作用力，[σ]為活塞桿材料的許用應(yīng)力，最小許用4[]a?應(yīng)力為 110Mpad= = d=100[]a符合要求(2)壁厚 δ 按下式校核：δ≧ （ —1）2D[]??PY為缸筒試驗(yàn)壓力，P N為缸的額定壓力，當(dāng) PN16Mpa 時(shí)，取 PY= ,即PY=20=25Mpaδ= = δ=30(1)23???符合要求3. 3 液圧泵的選擇液壓泵在整個(gè)循環(huán)中的最大工作壓力為 20Mpa，進(jìn)油路上的壓力損失為，壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大壓力為 ，則P=20++=21Mpa.液壓泵應(yīng)向液壓缸輸出流量為 計(jì)，則 q=溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為 3 L/min 則液壓泵流量規(guī)格最小為 L/min+3 L/min= L/min性能 外嚙合齒輪泵雙作用葉片泵限壓式變量液壓泵徑向柱塞泵軸向柱塞泵螺桿泵輸出壓力 低壓 中壓 高壓 高壓 高壓 低壓流量調(diào)節(jié) 不能 不能 能 能 能 不能效率 能 較高 較高 高 高 較高輸出流量脈動(dòng)很大 很小 一般 一般 一般 較小自吸特性 好 交差 較差 差 差 好對(duì)油的污染敏感性不敏感 較敏感 較敏感 很敏感 很敏感 不敏感噪聲 大 較大 較大 大 大 最小最后確定選取 10MCY14—1B 軸向柱塞泵，額定壓力為 ,轉(zhuǎn)速1500r/min。 工況分析液壓缸所受外負(fù)載 F=FW+FF+FA式中 FW 是工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中 FW 為 300KNFA 運(yùn)動(dòng)部件速度變化是的慣性負(fù)載，本設(shè)計(jì)中水泥塊從受力到破碎活塞運(yùn)動(dòng)速度為零，F(xiàn) F 是摩擦阻力負(fù)載，本設(shè)計(jì)中 FF f X G f 為靜摩擦系數(shù)，取 ，G 取500NFW 與 FF 相比，可忽略不計(jì)。同時(shí)，采用壓力傳感器對(duì)液壓缸工作腔的油液壓力進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)到的壓力信號(hào)通過 A/D 轉(zhuǎn)換放大器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、放大、并反饋給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械機(jī)構(gòu)傳感器 傳 感 器 傳 感 器 動(dòng)力根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在水泥塊從收力道被壓碎期間，執(zhí)行元件處于準(zhǔn)靜態(tài)，而馬達(dá)的輸出是轉(zhuǎn)矩，可執(zhí)行元件應(yīng)該選液壓缸。也就是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵 [1]。電機(jī)驅(qū)動(dòng)：輸出力小，控制性能好，可精確定位。2總體方案的確定說明微機(jī)控制恒應(yīng)力水泥壓力試驗(yàn)機(jī)作為一種機(jī)電一體化產(chǎn)品不外乎由以下組成部分：圖 11 機(jī)電一體化系統(tǒng)圖 力的選擇按動(dòng)力源的不同可分為：液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)三種。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的比例控制，來達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢 業(yè) 論 題 目 微機(jī)控制恒應(yīng)力水泥試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)設(shè) 07Q1 學(xué) 生 楊志罡 學(xué) 號(hào) 20223006121 指導(dǎo)教師 王新華 二〇一一 年 五 月二十六日摘 要全自動(dòng)水泥試驗(yàn)機(jī)是一種機(jī)電化產(chǎn)品。其工作過程為：首先由計(jì)算機(jī)發(fā)給控制器試驗(yàn)信號(hào)，控制器對(duì)液壓缸進(jìn)行檢測(cè)，把檢測(cè)到的電壓信號(hào)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換和放大后傳給計(jì)算機(jī)。機(jī)電一體化的本質(zhì)是將電機(jī)技術(shù)引用到機(jī)械控制中，即“利用傳感器檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，將檢測(cè)到的信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)得到的能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)算的運(yùn)動(dòng)的控制型號(hào)” 。本設(shè)計(jì)在綜合這兩種方法優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上采用了直接數(shù)字控制技術(shù)的常用方法，并用微機(jī)對(duì)流體控制元件實(shí)現(xiàn)嵌入式的數(shù)字控制從而使水泥壓力試驗(yàn)機(jī)的工作性能得到改善，能很好的滿足現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥檢測(cè)的要求。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)：氣體壓力小，輸出力小，若需要輸出較大的力，則結(jié)構(gòu)尺寸過大，且氣體壓縮性大，阻尼效果差，精確定位困難，低速不易控制。所以本設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)。按輸出運(yùn)動(dòng)的不同，可將液壓執(zhí)行元件分為三類：液壓缸、液壓馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，由計(jì)算機(jī)給控制器發(fā)出試驗(yàn)信號(hào)，控制器控制電液比例閥開口度的大小，再由電液比例閥來控制液壓缸對(duì)試件進(jìn)行加載。電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源液壓泵提供能量，液壓泵作為機(jī)械能—液壓能的轉(zhuǎn)換元件給系統(tǒng)提供液壓能源；單向閥用來防止油液對(duì)泵的反響沖擊；溢流閥作為系統(tǒng)的安全閥，在系統(tǒng)過載時(shí)提供安全保護(hù)作用；換向閥用來使油液換向；電液比例閥作為系統(tǒng)加載的控制元件，控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出；壓力傳感器作為檢測(cè)元件，將液壓缸工作腔的壓力信號(hào)通過 A/D 放大反饋給計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；液壓桿作為液壓能—機(jī)械能轉(zhuǎn)換元件，對(duì)試件進(jìn)行輸出加載。 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d由于負(fù)載最大為 250KN，常用液壓缸的機(jī)械效率 η 為 —，取 η=，查表，液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞桿 d 的關(guān)系可知：受壓縮，工作壓力 P (Mpa)活塞桿受力情況受拉伸P≦5 5≦P≦7 P≧7活塞桿直徑d()D （）D(0..)D 表 32 液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞桿 d 的關(guān)系計(jì)算液壓缸面積： = [(P1－P 2)D2+ P2 d2]= F?4?得 P1 D2= D2=D= =.圓整為標(biāo)準(zhǔn)值為 D=160mm , d=== , d=100mm對(duì)于中壓系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)的載荷不大，轉(zhuǎn)速很高，對(duì)中的同軸度誤差要求很高，為了補(bǔ)償液壓泵和電動(dòng)機(jī)在安裝時(shí)兩周的同軸度誤差，常選用彈性聯(lián)軸器，其特點(diǎn)是傳遞的補(bǔ)償范圍很大，轉(zhuǎn)速較高，彈性好，能緩沖轉(zhuǎn)矩急劇變化引起的振動(dòng)，能補(bǔ)償軸向定位，故選用 HL1 型彈性柱銷聯(lián)軸器。從經(jīng)濟(jì)型和安裝方便上考慮，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的 S 型直通式單向閥—S10AK1. 其最高壓力為 ,其額定流量為 10260L/min,公稱直徑為 630。隨著進(jìn)油口壓力的提高，當(dāng)液壓力大于彈簧力時(shí)，錐閥開啟，多余的油液流回油箱，使進(jìn)油壓力穩(wěn)定在調(diào)定值?，F(xiàn)在簡(jiǎn)單介紹經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電磁換向閥。 電液比例閥的選擇比例閥一般具有壓力補(bǔ)償性能，所以它的輸出壓力和流量可以不受負(fù)載的影響。由于電磁閥是本設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵閥，故選擇 BYFB10H4,其最大壓力為,額定流量為 2—500L/min。為了不影響液壓泵的吸油能力，過濾器通油能力最好大于泵流量的 2 倍，故選 WU—16180 型的網(wǎng)式過濾器。序號(hào) 元件名稱 額定流量L/min調(diào)壓范圍 規(guī)格1 單向閥 15 S10AK12 溢流閥 40 732 YFL10K3 換向閥 60 WE6G51OAQ22050Z44 電液比例閥 2—500 BYFB10H44 傳感器的選擇 傳感器的選用原則工程上通常是直接作用于被測(cè)量，能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為同種或別種量輸出的器件為傳感器。 線性范圍任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。為了保證傳感器在應(yīng)用中具有高的可靠性，必須選用條件適宜傳感器。傳感器處于測(cè)試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實(shí)反映被測(cè)量值對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)有直接影響。 靈敏度是傳感器的輸出增量與輸出之比?？捎眯?zhǔn)數(shù)據(jù)與響應(yīng)行程書粗豪平均值之間的某個(gè)最大偏差值，對(duì)滿聯(lián)成輸出的百分比表示。 電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻應(yīng)變式壓力傳感器時(shí)利用彈性敏感元件將北側(cè)里、壓力轉(zhuǎn)化為應(yīng)變、唯一等，然后通過粘貼與其表面的電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為位電阻值的變化，由轉(zhuǎn)化電路（通常為電橋輸入電壓或電流信號(hào)）阻值的變化為：ΔR/R(1+2u) ε式中 ε—敏感柵響應(yīng)變化，ε=Δ/l。特點(diǎn)：線性好，頻響范圍寬，靈敏度高，遲滯小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，使用方便，抗聲、磁干擾能力強(qiáng)要求后綴具有高的輸入阻抗，應(yīng)用低電容、低噪聲、高電阻電纜，需老化處理以提高其穩(wěn)定性。 壓磁式傳感器在機(jī)械力的作用下，鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)力變化，使其磁道發(fā)生變化，當(dāng)鐵磁材料制成的壓磁元件線圈時(shí)期磁道率變化將引起線圈電感和阻抗變化，當(dāng)壓磁元件同時(shí)饒有一二次線圈并在一次線圈加以激勵(lì)電壓時(shí)，磁道率變化將導(dǎo)致線圈系數(shù)變化從而使輸出電勢(shì)變化。但精度較低（約 1%） ，反應(yīng)速度較低。5 過程通道的一般結(jié)構(gòu)形式 過程通道的設(shè)計(jì)過程通道包括模擬量輸入電路、模擬量輸出通道和數(shù)字量輸入