160T振動剪切機(jī)【平行刀片剪切機(jī)】【160噸】【說明書+CAD】

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This design content including overall scheme design, shear machine parameter calculation, shear mechanical and electrical machine capacity selection, strength calculation of main components, lubrication method choice. Among them, the parameters are calculated, including the knife cut machines, the calculation of the crankshaft, connecting rod, gear and hydraulic cylinder, piston rod, vibrator reversing valve core and shell design and calculation of the shear machine is the product of steel rolling workshop production, which is typically cut head, cut the tail and cut it into specified length, according to the shape of the cross section of the rolled piece and the requirement for the quality of cut surface, by use of cutting method is different also, shear machine is usually used to cut billet, slab and steel plate and some small steel. Here, according to the given parameters for design and calculation of the 160 t vibration shear machine, thus a better understanding of 160 t vibration shear machine, the design of shearer has certain understanding, deepened to the working principle of shearing machine and shearing machine understanding of design parameters, such as component size, so that to use shear function better in the future.Key Words:Shearing machine,Crank connecting rod mechanism,Vibrator目錄1 緒論11.1 選題背景與目的11.2 國內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀11.2.1 國內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史11.2.2 國內(nèi)剪切機(jī)的研究現(xiàn)狀11.3 設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容22 設(shè)計(jì)方案的確定32.1 方案設(shè)計(jì)參數(shù)32.2 剪切機(jī)的分類32.2.1 平行刀片剪切機(jī)32.2.2 斜刀片剪切機(jī)32.2.3 圓盤式剪切機(jī)42.2.4 飛剪機(jī)42.3 剪切機(jī)工作原理42.3.1 上切式平行刀片剪切機(jī)42.3.2 下切式平行刀片剪切機(jī)52.4設(shè)計(jì)方案的確定53 剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算63.1 剪切機(jī)力能參數(shù)63.1.1 最大剪切力計(jì)算63.1.2 剪切功的計(jì)算63.1.3 剪切過程分析73.2 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)83.2.1 刀片行程83.2.2 刀片尺寸93.2.3 剪切次數(shù)103.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算103.3.1 曲軸偏心距的確定10圖3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖113.3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系113.3.3 剪切力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系123.4 靜力矩的計(jì)算143.5 電機(jī)的選擇和校核143.6 傳動比的計(jì)算153.6.1 總傳動比153.6.2 分配傳動比153.7 傳動裝置動力參數(shù)153.7.1 各軸轉(zhuǎn)速153.7.2 各軸功率163.7.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩163.8 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)173.8.1 皮帶輪的計(jì)算173.8.2 減速器的選用193.9 曲軸與連桿的設(shè)計(jì)233.9.1 曲軸233.9.2 連桿253.10 鍵的選擇計(jì)算263.10.1 小開式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì)263.10.2 大開式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì)273.11 激振器的設(shè)計(jì)計(jì)算273.11.1 確定活塞的直徑和機(jī)殼厚度273.11.2 端蓋螺栓的計(jì)算283.11.3 換向閥設(shè)計(jì)293.11.5 液壓馬達(dá)選擇313.11.6 其他零件設(shè)計(jì)324 設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)性評價334.1 設(shè)備完好率與利用率334.2 設(shè)備的可靠性334.2.1 設(shè)備可靠度的計(jì)算334.2.2 設(shè)備平均壽命344.2.3 機(jī)械設(shè)備的有效度344.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性評價354.3.1 盈虧平衡分析36總 結(jié)38致 謝39參考文獻(xiàn)40第 50 頁遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論1.1 選題背景與目的 用于對軋件進(jìn)行切頭，切尾或剪切成規(guī)定尺寸的機(jī)械稱為剪切機(jī)。剪切機(jī)的用途是用來剪切定尺、切頭、切尾、切邊、切試樣及切除軋件的局部缺陷等等。剪切機(jī)隨著工業(yè)自動化進(jìn)程的深入而得到越來越廣泛的應(yīng)用。近二十年來，國內(nèi)的軋鋼生產(chǎn)得到了長足的發(fā)展，由于市場對產(chǎn)品不斷提出新的要求，生產(chǎn)廠對各種剪切機(jī)的需求也在不斷變化。 隨著時代的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，鋼鐵行業(yè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展。剪切機(jī)在鋼鐵行業(yè)中一直扮演著重要的角色。在軋件的處理上剪切機(jī)是不可或缺的。剪切機(jī)的工作情況直接影響到整個生產(chǎn)線的工作質(zhì)量和工作效率。特別是在應(yīng)對突發(fā)事故12-切機(jī)更起到了保護(hù)安全生產(chǎn)線的作用。由于其在軋鋼機(jī)械輔助設(shè)備中的重要性，對于剪切機(jī)的技術(shù)改革和創(chuàng)新從來都沒有停止過。本設(shè)計(jì)主要對振動剪切機(jī)進(jìn)行研究。1.2 國內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)剪切機(jī)的發(fā)展歷史 隨著時代的發(fā)展，對于剪切機(jī)的研究速度也在迅速發(fā)展。目前國內(nèi)外有許多質(zhì)量上乘，性能優(yōu)良的剪切機(jī)。我國剪切機(jī)的研制應(yīng)用起步于20 世紀(jì)80 年代中期，主要是作為廢舊金屬加工設(shè)備。原國家計(jì)委在發(fā)展中國鋼鐵工業(yè)中把廢鋼鐵回收加工列入節(jié)能項(xiàng)目, 宏觀政策上鼓勵發(fā)展。當(dāng)時由商業(yè)部和國家物資局從捷克、日本、美國、西德等組織引進(jìn)了部分廢鋼打包機(jī)、剪切機(jī)。首先武裝京、津、滬等大中城市。然后通過技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)合作, 逐步形成了我國廢金屬加工設(shè)備生產(chǎn)體系。1.2.2 國內(nèi)剪切機(jī)的研究現(xiàn)狀 技術(shù)水平是衡量一個企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領(lǐng)先于競爭者的重要指標(biāo)依據(jù)。隨著國內(nèi)液壓剪切機(jī)市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國內(nèi)外液壓剪切機(jī)生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢，對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。 丁時鋒等人針對板料剪切生產(chǎn)線采用人工控制，定長過程耗時過多，鋼板長度尺寸不一致，同時剪切過程總是簡單的重復(fù)勞動，工人勞動強(qiáng)度大等問題，改為繼電器接觸器控制，但控制柜接線復(fù)雜，使用維護(hù)不便。為了解決剪切過程中的板料定長問題，減少加工工時，提高生產(chǎn)效率，同時為了提高生產(chǎn)的自動化程度，并保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，對原系統(tǒng)進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的板料液壓剪切機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，完全解決了剪切過程中板料的定長問題，提高了生產(chǎn)線的自動化程度，并切實(shí)提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。 在棒料剪切機(jī)液壓系統(tǒng)的研究方面，杜詩文等人應(yīng)用液壓大系統(tǒng)建模方法建立了數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了仿真模型，對棒料高速剪切機(jī)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行了建模與仿真研究。實(shí)踐表明：采用液氣聯(lián)合驅(qū)動、徑向夾緊的棒料高速剪切機(jī)，生產(chǎn)效率高，棒料剪切斷面質(zhì)量得到顯著提高。仿真結(jié)果表明：液壓系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性，液壓大系統(tǒng)建模方法與理論可廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)動態(tài)特性分析。 為了解決精軋生產(chǎn)線取料問題，梁春光等人通過對剪切及剪應(yīng)力的分析，同時根據(jù)液壓剪的工作原理，進(jìn)行了HC520-3新型液壓剪主要幾何尺寸及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該液壓剪能快速剪切20mm以下的鉻不銹鋼以及合金鋼等，不但保證了軋材的表面質(zhì)量，還保護(hù)了設(shè)備，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。1.3 設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容 此次本人設(shè)計(jì)的160T振動剪切機(jī)屬于平行刀片剪切機(jī)，它的特點(diǎn)為兩個刀片平行，主要用于橫向熱剪切初軋坯和其它方形及矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機(jī)。有時，也用；兩個成型刀片來冷剪管坯及小型圓鋼等。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括： 1.緒論和總體方案設(shè)計(jì) 2.剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算 2.剪切機(jī)電機(jī)容量的選擇 3.主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算 4.潤滑方法的選擇 5.總圖、部件裝配圖、零件圖的繪制 6.整理說明書并打印 2 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 方案設(shè)計(jì)參數(shù) 此次設(shè)計(jì)的振動剪切機(jī)剪切鋼坯斷面尺寸為115115mm，鋼坯材質(zhì)為20號鋼，剪切溫度為760C，剪切次數(shù)為12-15次/分鐘；激振頻率為400Hz，激振振幅為0.1mm。2.2 剪切機(jī)的分類 根據(jù)剪切機(jī)刀片形狀、配置以及剪切方式等特點(diǎn)，剪切機(jī)可分為平行刀片剪切機(jī)、斜刀片剪切機(jī)、圓盤式剪切機(jī)和飛剪機(jī)。2.2.1 平行刀片剪切機(jī) 平行刀片剪切機(jī)的特點(diǎn)為兩個刀片平行，主要用于橫向熱剪切初軋坯和其它方形及矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機(jī)。有時，也用；兩個成型刀片來冷剪管坯及小型圓鋼等。2.2.2 斜刀片剪切機(jī) 斜刀片剪切機(jī)的兩個刀片中有一個相對于另一刀片是成某一角度傾斜布置的。一般是上刀片傾斜，其傾斜角為16。一般用來橫向冷剪或熱剪鋼板 、帶鋼、薄板坯，故又稱之為鋼板剪切機(jī)。有時也也用來剪切成束的小型鋼材。2.2.3 圓盤式剪切機(jī) 圓盤式剪切機(jī)兩個刀片均呈圓盤狀，用來縱向剪切運(yùn)動中的鋼板，或?qū)摪寮舫烧瓧l一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機(jī)的縱向機(jī)組的作業(yè)線上。2.2.4 飛剪機(jī) 飛剪機(jī)刀片在剪切軋件時隨軋件一起運(yùn)動。一般用來橫向剪切運(yùn)動中的軋件（鋼坯、鋼板、帶鋼和小型型材、線材等），一般安裝在連續(xù)式軋機(jī)的軋制線上，或橫切機(jī)組在作業(yè)線上。2.3 剪切機(jī)工作原理2.3.1 上切式平行刀片剪切機(jī) 這種剪切機(jī)的特點(diǎn)是下刀固定不動，上刀則是上下運(yùn)動的。剪切軋件的動作則是由上刀來完成的，其剪切機(jī)構(gòu)是由最簡單的曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。剪切時上刀壓著軋件下降迫使擺動臺也下降。當(dāng)剪切完畢時上刀上升時，擺動臺在其平衡裝置作用下也回升至原始位置。此類剪切機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單廣泛用來剪切中小型鋼坯。1-下刀；2-上刀；3-剪切機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)；4-軋件；5-擺動臺圖1.1 上切式平行刀片剪切機(jī)簡圖2.3.2 下切式平行刀片剪切機(jī) 這種剪切機(jī)的特點(diǎn)是：上下刀都運(yùn)動，但剪切軋件的動作由下刀完成，剪切時上刀不會運(yùn)動。由于剪切時下刀臺將軋件抬離輥道（如圖1.2），故在剪切機(jī)后不設(shè)擺動臺。由于以上所述的特點(diǎn)，下切式平行刀片剪切機(jī)普遍用來剪切中型和大型鋼坯和板坯。1-壓板；2-上刀臺；3-下刀臺；4-軋件圖1.2 下切式平行刀片剪切機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖2.4設(shè)計(jì)方案的確定 此次設(shè)計(jì)方案確定為160T振動剪切機(jī)，振動剪切機(jī)又稱沖型剪切機(jī)。傳動原理是由電動機(jī)通過帶輪、曲軸、連桿系統(tǒng)帶動刀桿作往復(fù)運(yùn)動。 振動剪切機(jī)是一種萬能板料加工設(shè)備。 振動剪切機(jī)除具有剪切功能外.還可以進(jìn)行沖孔、落料、沖口、沖栩、壓肋、翻邊、折彎、鎖口等加工，用途非常廣泛.最適用于中小批量和單件板金件的生產(chǎn)。被加工的板料厚度一般小于10 mm。 它的優(yōu)點(diǎn)是，體積小，重且輕.結(jié)構(gòu)簡單。容易側(cè)造.工藝適應(yīng)范圍廣，操作工具簡單。它的缺點(diǎn)是，生產(chǎn)效率較低，剪切和工作時要人工操作，振動和嗓聲大，加工精度不高。3 剪切機(jī)參數(shù)計(jì)算3.1 剪切機(jī)力能參數(shù)3.1.1 最大剪切力計(jì)算 在設(shè)計(jì)剪切機(jī)時，首先要根據(jù)所剪切最大鋼坯斷面尺寸來確定剪切機(jī)的最大剪切力。最大剪切機(jī)可由下式計(jì)算： （3.1）式中 K對于小型剪切機(jī)，取K=1.3 被剪金屬在相應(yīng)溫度下最大單位剪切抗力；N/mm， F被剪金屬原始橫斷面面積mm = =1.51MN 3.1.2 剪切功的計(jì)算 當(dāng)不考慮刀片磨鈍等因素時，可按下式計(jì)算 （3.2）式中 F被剪金屬原始橫斷面面積mm h被剪金屬原始橫斷面高度mm a稱為單位剪切功，查表得a=47則 A=Fha =11511511547 =71.48kNm3.1.3 剪切過程分析 經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)證實(shí)：剪切過程由壓入變形和剪切滑移兩個階段組成，剪切過程的實(shí)質(zhì)是金屬塑性變形的過程。如圖3-1所示，當(dāng)上剪刃下移與軋件接觸后，剪刃便開始壓入軋件，由于P在開始階段較小，在軋件斷面上產(chǎn)生的剪切力小予軋件本身的抗剪能力，因此軋件只產(chǎn)生局部塑性變形，故這一階段稱為壓入變形階段。隨著上剪刃下移量增加，軋件壓入變形增大，力P也不斷增加。當(dāng)剪刃壓入到一定深度，軋件的局部壓入變形阻力與剪切斷面的剪切力達(dá)到相等，剪切過程處于由壓入變形階段到剪切滑移階段的臨界狀態(tài)。當(dāng)大于軋件本身的抗剪能力時，軋件沿著剪切面產(chǎn)生相對滑移，開始了真正的剪切，這一階段稱為剪切滑移階段。在剪切滑移階段，由于剪切斷面不斷變小，剪切力也不斷變小直至軋件的整個截面被剪斷為止，完成一個剪切過程。當(dāng)剪刃壓入軋件后，上下剪刃對軋件的壓力P形成一力偶Pa，此力偶使軋件轉(zhuǎn)動，但在軋件轉(zhuǎn)動過程中，將遇到剪刃側(cè)面給軋件以側(cè)推力T，則上下剪刃的側(cè)推力又構(gòu)成另一力偶Tc，隨著刀片的逐漸壓入，軋件轉(zhuǎn)動角度不斷增大當(dāng)轉(zhuǎn)過一個角度，兩力矩平衡，便停止轉(zhuǎn)動。即 Pa=Tc （3.3） 假設(shè)在壓入變形階段，沿面積x和0.5z上的單位壓力均勻且相等，則 （3.4） （3.5）式中 z剪刃壓入軋件的深度。圖3.1 平行刃剪切機(jī)剪切過程受力分析 在此，為了使側(cè)推力減小，減小刀架滑板的磨損和傾斜角度，故選擇有壓板剪切=510 T（0.10.18）P 取=8刀片切入深度為： z=2htan =2115tan8 =3.67mm3.2 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)3.2.1 刀片行程 刀片行程是剪切機(jī)最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它決定了剪切機(jī)的高度。在剪切能力允許的范圍內(nèi)，它也決定了剪切的軋件最大斷面高度。刀片行程根據(jù)軋件最大斷面高度、剪切終了時刀片的重疊量以及下刀片與輥道表面的距離等參數(shù)，計(jì)算公式如下： （3.6）式中：H刀片行程； h被軋軋件最大斷面高度； f軋件上表面與壓板間距離； q壓板下表面與上刀的距離； q下刀低于輥道表面的距離； S 上下刀片重疊量。已知 h=115mm取 f=50mm q=15mm q=10mm S=10mm則根據(jù)式（3.6） H=115+50+15+10+10=200mm3.2.2 刀片尺寸 刀片尺寸包括刀刃長度l，刀片橫斷面高度h及寬度b。這些尺寸可以根據(jù)被切鋼坯最大斷面尺寸來選取。1.刀片尺寸中最重要的是刀片長度l。由于該剪切機(jī)主要用于剪切方形鋼坯，屬于小型剪切機(jī)。 其計(jì)算公式為： l=(34)bmax （3.7） 式中：被剪軋件（鋼坯）橫截面最大寬度。 已知： =115mm 則有： l=(34)=345460mm 取 l=450mm2.刀片高度的確定及刀片斷面寬度： h=(0.651.5)h （3.8） b=h/(2.53) （3.9） 已知h=115mm 則 h=(0.651.5)h =（0.651.5）115 =74.75172.5mm 取 h=150mm 則 b=150/（2.53）=5060mm 取 b=50mm3.2.3 剪切次數(shù) 根據(jù)已知，剪切次數(shù)為12-15次/分3.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算3.3.1 曲軸偏心距的確定 對曲柄連桿機(jī)構(gòu)，曲軸偏心距R是刀片行程H的一半。 R=H/2 =200/2 =100mm圖3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖3.3.2 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系 根據(jù)上圖刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖,曲軸偏心距R,AB表示連桿長度，當(dāng)A點(diǎn)轉(zhuǎn)到上極限位置點(diǎn)時，上刀架處于處；當(dāng)A點(diǎn)轉(zhuǎn)到下極限位置點(diǎn)時，上刀架移到。因此，點(diǎn)間的距離對于曲軸連桿式剪切機(jī)就是上刀片行程H； 取上刀架最高位置點(diǎn)為計(jì)算原點(diǎn)，此時曲軸轉(zhuǎn)角=0，據(jù)圖中的幾何關(guān)系，刀片的行程H與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系為： （3.10） 經(jīng)一系列關(guān)系轉(zhuǎn)換，可得式 ： （3.11）式中，K為刀片行程與偏心距的比值； H上刀片行程，由上刀片下死點(diǎn)計(jì)算； 曲柄轉(zhuǎn)角，由曲柄上死點(diǎn)位置起計(jì)算； 連桿系數(shù)，=R/L,取=1/9，L=R/=100/1/9=900 。3.3.3 剪切力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系 當(dāng) =0.3時,有最大剪切力 H=h+s-h =115+10-0.3x115 =90.5mm K=H/R =90.5/100 =0.905 根據(jù)式（3.11） 得=109.6 與 的關(guān)系： （3.12） 根據(jù)式（3.12） =7.0 當(dāng)剪切開始時的曲軸轉(zhuǎn)角 此時上刀片剛與鋼坯接觸，=0，剪切力P=0。根據(jù)式 (3.6) H=h+s-h =115+10 = 125mm K=H/R =125/100 =1.25 則根據(jù)式（3.11） 得=87.2 根據(jù)式（3.12） 當(dāng)剪切剪斷時的曲軸轉(zhuǎn)角，此時=0.72；根據(jù)式（3.6）得 H=h+s-h =115+10-0.72x115 = 42.5mm K=H/R =42.5/100 =0.425根據(jù)式（3.11） 得=127.63.4 靜力矩的計(jì)算 本設(shè)計(jì)中，由于只用到平均靜力矩Mm，故需要計(jì)算平均靜力矩。由剪切功確定平均靜力矩； =A180/() （3.13）式中： A 剪切功，此處用最大剪切功即可滿足，A=0.07148MNm； 完成一次剪切偏心軸的實(shí)際工作角度，當(dāng)剪切115x115mm鋼坯時，=127.6。 根據(jù)式（3-17） =A180/() =0.07148x180/（127.6-87.2） =0.101kNm 3.5 電機(jī)的選擇和校核 預(yù)選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為750r/min，則總傳動比i=750/15=50 式中曲柄軸上平均靜力矩，kNm； 預(yù)選電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min; 電動機(jī)過載系數(shù)，取=1.5; i總傳動比。 所以，選擇電機(jī)為Y315L28，表3.1為其詳細(xì)性能參數(shù)表3.1 電機(jī)參數(shù)電機(jī)銘牌額定轉(zhuǎn)速效率功率質(zhì)量Y315L28740r/min93.3%110KW1230kg3.6 傳動比的計(jì)算傳動裝置的總傳動比可根據(jù)電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速求出 （3.14）圖3.3 傳動裝置簡圖3.6.1 總傳動比 總傳動比可由電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n電和曲軸轉(zhuǎn)速n確定 =740/15 =49.333.6.2 分配傳動比 總傳動比為每一級傳動比的乘積 為帶傳動傳動比為一級減速機(jī)傳動比為開式齒輪傳動比，根據(jù)文獻(xiàn)7表17-9取=3，=4，=4.11 即i=3x4x4.11=49.323.7 傳動裝置動力參數(shù)3.7.1 各軸轉(zhuǎn)速 根據(jù)已求得的傳動比求得各軸轉(zhuǎn)速： =740r/min =n1/i1=740/3=246.67r/min =n2/i2=61.66r/min =n3/i3=15r/min3.7.2 各軸功率 由文獻(xiàn)7表17-9取得傳動效率： 由傳動效率求得各軸傳遞的功率為：=105.76kW=105.76x0.95=100.47kW=100.47x0.97x0.97=94.53kW=87.11kW3.7.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式 T=9.55P/n (3.15) 求得 =9.55105.761000/740=1364.88Nm =9.55100.471000/246.67=3889.77Nm =9.5594.531000/61.66=14640.96Nm =9.5587.111000/15=55460.03Nm運(yùn)動和動力參數(shù)結(jié)果如表3.2：表3.2 運(yùn)動和動力參數(shù)軸號功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/（Nm）轉(zhuǎn)速n/（r/min）1105.761364.887402100.473889.77246.67394.5314640.9661.66487.1155460.03153.8 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.8.1 皮帶輪的計(jì)算1.確定計(jì)算功率 計(jì)算功率是由傳遞的功率P和帶的工作情況系數(shù)決定的： (3.16) 取=1.3 則根據(jù)式(3.16) =110x1.3=143kW2.選擇V帶的帶型 根據(jù)計(jì)算功率=143kW和轉(zhuǎn)速=740r/min，從文獻(xiàn)13圖8-11選取普通V帶帶型為D。3.初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑為=375mm，則帶速 （3.17） =x375x740/60000 =14.52m/s 則大帶輪的直徑為=400x3=1125mm，根據(jù)文獻(xiàn)13表8-8圓整取=1120mm4.確定中心距a，并選擇V帶的基準(zhǔn)長度(1）一般初選的中心距為 （3.18） 則 1046.5mm2990mm 初選=1200mm(2）計(jì)算相應(yīng)的帶長 由文獻(xiàn)13表8-2選取=5000mm(3） 計(jì)算中心距及其變動范圍 =a-0.015 =1193.61mm =a+0.03 =1418.61mm (4)驗(yàn)算小帶輪上的包角 =180-57.3（1120-375）/1268.61 =146.3590(5)確定帶的根數(shù)z 圓整取z=9 式中 單根V帶額定功率，由文獻(xiàn)14表8-4a查得=16.27kW； 單根V帶額定功率的增量，由文獻(xiàn)14表8-4b查得=2.19kW； 包角修正系數(shù)，查文獻(xiàn)14表8-5取 =0.91； 帶長修正系數(shù)，查文獻(xiàn)14表8-2取=0.96。5.帶輪的設(shè)計(jì) 常用的帶輪材料為HT150或HT200，大小帶輪均采用輪輻式。3.8.2 減速器的選用1.選用減速器的公稱輸入功率 (3.20) 式中 機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算功率； 負(fù)載功率； 工況系數(shù)，由文獻(xiàn)5表16-2-8查得=2； 安全系數(shù)，查文獻(xiàn)5表16-2-9得 =1.4； 減速器公稱輸入功率，kW。 則根據(jù)式（3.20） =100.47x2x1.4 =281.316kW 按i=4，及=246.67r/min；查表16-2-4：ZDY 400 =750r/min =844kW 當(dāng)n1=246.67r/min時，折算功率為 =844x246.67/750=297.84kW 則 =281.316kW=297.84kW，可以選用ZDY 400減速器2.校核熱平衡許用功率 （3.21） 式中 計(jì)算熱功率，kW； 環(huán)境溫度系數(shù)，查文獻(xiàn)5表16-2-10得 =1.65或1.3 載荷率系數(shù)，查文獻(xiàn)5表16-2-10得 =1 公稱功率利用系數(shù)，查文獻(xiàn)5表16-2-10得 =1.55 、分別為無冷卻裝置和有冷卻裝置減速機(jī)熱功率查文獻(xiàn)5表16-2-7得=415kW =1000kW 則根據(jù)式（3.21） =100.47x1.3x1x1.55 或=100.47x1.65x1.55 =202.44kW 或=256.95kW 可知=256.95=415kW，因此可以選定ZDY 400型減速器，采用油池潤滑，不需冷卻。3.8.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 選用直齒圓柱齒輪傳動由文獻(xiàn)13表10-1選擇小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS;大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，8級精度。1.選取小齒輪齒數(shù)為=36，則大齒輪齒數(shù) =36x4.11=147.96 圓整為149 2.開式齒輪按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算(1)計(jì)算公式為 (3.22)式中 K載荷系數(shù)，初選1.3； 齒型系數(shù)，由文獻(xiàn)13表10-5查得=2.46 =2.1480； 應(yīng)力校正系數(shù)，由文獻(xiàn)13表10-5查得=1.654 =1.8292； 齒寬系數(shù)，表文獻(xiàn)1310-7查得=0.5；(2） 由文獻(xiàn)13取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4求得 =314.29MP =249.71MP(3) 計(jì)算出大小齒輪的 并加以比較。 =2.461.654/314.29=0.01295 =2.14081.8292/249.71=0.01568 大齒輪的數(shù)值大(4) 已知傳遞的轉(zhuǎn)矩為=14640.96x10Nmm，設(shè)計(jì)計(jì)算 =9.13mm 取標(biāo)準(zhǔn)值=12mm 則 mm (5)計(jì)算齒寬 =0.5x432=216mm (6)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 齒高 =2.25x12=27mm b/h=8.004(7)計(jì)算圓周速度v (8)計(jì)算載荷系數(shù) (3.23)式中 使用系數(shù)，由文獻(xiàn)13表10-2查得為1.75； 動載系數(shù)，由文獻(xiàn)13圖10-8查得為1.1； 直齒輪， =1； 由表10-4插值求得 =1.26； =2.4235(9)按實(shí)際載荷數(shù)算得分度圓直徑 (10)計(jì)算模數(shù) =204.961/20=14.48mm 取m=14mm(5)幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑 =1436=504mm =14914=2086mm中心距 a=1295mm齒寬 b=0.5508=254mm取=254mm，=260mm3.9 曲軸與連桿的設(shè)計(jì)3.9.1 曲軸 曲軸式剪切機(jī)上傳遞運(yùn)動的主要零件，工作時既受彎矩又受扭矩作用，而且所受的力不斷變化，工作情況比較復(fù)雜。所以無論在設(shè)計(jì)、制造和使用方面都應(yīng)給予特別注意。 曲軸分類：剪切機(jī)的曲軸形狀可分為偏心軸、單曲軸、雙曲軸。偏心軸在上切式鋼坯剪切機(jī)上用的很廣泛，單曲軸用于結(jié)構(gòu)剪切機(jī)，而雙曲軸通常用于斜刀片剪切機(jī)上。中小型的曲軸材料通常用45鋼或40Cr鋼，也可用35SiMn鋼代替。在這里選擇40Cr，其=500Mpa。 為了保證其強(qiáng)度和韌性，曲軸的鍛造比取2.53，。在曲軸粗車之后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，加熱到800820后油冷至550680回火，使金屬組織均勻和細(xì)化。再熱處理后，要從曲軸兩端取樣，進(jìn)行材料機(jī)械性能試驗(yàn)。為了延長使用壽命，在軸頸部位，特別是圓角處，要求用滾子碾壓強(qiáng)化。曲軸與其他零件有相對運(yùn)動的部位需要精車，表面粗糙度為0.8。軸的曲柄部位承受很大的作用力和沖志載荷，加工不允許有刀痕、裂紋和摺疊等缺陷。軸上有孔，軸表面開有曲形油溝，便于潤滑。1.曲軸的主要尺寸：圖3.4 曲軸計(jì)算簡圖 曲軸軸頸直徑的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可根據(jù)剪切機(jī)最大剪切力Pmax按軋鋼機(jī)械理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（下冊）表11-4所列的經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行驗(yàn)算校核。據(jù)表11-4經(jīng)驗(yàn)公式，=1510kN ，此處取=400mm （0.550.77）=240mm =（0.650.0.68）=200mm 根據(jù)設(shè)計(jì)的開式齒輪，段軸長=260mm，直徑=230mm；段安裝滑動軸承，長度=240mm段為過渡軸取=260mm，=360mm；段安裝滑動軸承，長度取=200mm；段為偏心部分，偏心距R=100mm，長度取=230mm。2.曲軸滑動軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算 選擇對開式徑向滑動軸承，已知=1.51MN,軸頸直徑=240mm,=400mm，轉(zhuǎn)速n=15r/min（1）寬經(jīng)比B/d：低速重載的軸承，為提高軸承整體剛性，小徑軸承寬經(jīng)比取為1，大徑軸承寬經(jīng)比取為2，則=240mm，=200mm。（2）計(jì)算軸頸圓周速度=240x15/60000=0.1884m/s=400x15/60000=0.314m/s（3）軸承工作壓力 =1510000/(0.24x0.24)=26.22MPa =1510000/(0.4x0.4)=9.44MPa（4）計(jì)算軸承的pv(MPa.m/s)值 26.22x0.1884=4.94Mpa.m/s 9.44x0.314=2.96Mpa.m/s（5）選擇軸瓦材料 查文獻(xiàn)4表8-2-5，在保證pp，vv,pvpv條件下，選定軸承材料ZCuPd30(30鉛青銅)（6）選定潤滑方式 0.4192 0.542根據(jù)文獻(xiàn)4表17-3-11，決定采用脂潤滑（7）滑動軸承脂潤滑的選擇 根據(jù) =26.22MPa，=9.44MPa，=0.1884m/s，=0.314m/s由表17-3-13選擇1號鈣-鈉基脂3.9.2 連桿 連桿式將曲柄軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)樯系杜_的往復(fù)運(yùn)動的一個主要零件，連桿比試決定連桿長度的主要參數(shù)，當(dāng)?shù)镀谐滔嗤?，而連桿比不同時，曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力情況就不同，連桿比（）小的剪切機(jī),設(shè)備高度低、剛性好，但曲柄軸扭矩大，刀臺的側(cè)向推力大，影響軋件的剪切質(zhì)量。 由于是小型剪切(1.6MN),選=L/r=9，此時L=900mm，r=100mm連桿式剪切機(jī)中承受全部工作負(fù)荷的重要部件，通常用ZG35制成。=400Mpa據(jù)式 =P/(cos-sin) (3.24)此時，=7 =P/(cos-sin) =1510/（cos7-0.1sin7） =1536KN連桿橫截面積 =1536x1000/400000000 =3840mm =70mm 取連桿直徑為100mm3.10 鍵的選擇計(jì)算3.10.1 小開式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì)1.根據(jù)小開式齒輪軸直徑d=160mm，由機(jī)械設(shè)計(jì)表6-1中選擇平鍵截面尺寸為b=40mm，高度h=22mm，由輪轂寬度并參考鍵的長度系列選取鍵的長度L=250mm ,采用普通圓頭平鍵。2.小開式齒輪鍵連接強(qiáng)度校核由表6-2查得p=90MPa，鍵的工作長度l=L-b=210mm，接觸高度k=0.5h=11mm =79.2MPa=90MPa可見連接的強(qiáng)度合適，標(biāo)記為：鍵40x250GB/T 1096-20033.10.2 大開式齒輪軸上的鍵的設(shè)計(jì)1.根據(jù)大開式齒輪軸直徑d=230mm，由文獻(xiàn)13表6-1中選擇平鍵截面尺寸為b=56mm，高度h=32mm，由輪轂寬度并參考鍵的長度系列選取鍵的長度L=320mm ，采用圓頭普通平鍵。2.大開式齒輪鍵連接強(qiáng)度校核由表6-2查得p=90MPa，鍵的工作長度l=L-b=mm，接觸高度k=0.5h=16mm =114.17MPa=90MPa可見連接的強(qiáng)度不夠，因此改為雙鍵，相隔120度布置。此時l=1.5x320=396mm，可得 =76.11MPa=90MPa3.11 激振器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.11.1 確定活塞的直徑和機(jī)殼厚度1.根據(jù)激振頻率f=400Hz，激振振幅A=0.1mm，預(yù)選流量q=200L/min，油壓為10MPa 中文譯文 標(biāo)題:數(shù)控簡單剪切儀動態(tài)土壤測試作者:果皮,Pendo M,輝西斯圖爾特,喬納森P,加州大學(xué)洛杉磯分校Venugopal,拉維,Sysendes公司。出版日期:01-01-2007系列:加州大學(xué)洛杉磯先前發(fā)表的作品發(fā)布信息:加州大學(xué)洛杉磯先前發(fā)表的作品,加州大學(xué)洛杉磯附加信息:版權(quán)2007年,ASTM,http:/journalsip.astm.org/原始引用:果皮,斯圖爾特,摩根,d.h。,Venugopal,r .(2007)?！皵?shù)控簡單剪切設(shè)備動態(tài)土壤測試”,Geotech。測試日報,ASTM,30(5),368 - 377。數(shù)控剪切裝置簡單動態(tài)土壤測試文摘:我們描述的特征簡單剪切裝置能力運(yùn)用現(xiàn)實(shí)的多向地震荷載對土標(biāo)本。這個裝置,文中稱為數(shù)控簡單剪切(直流ss)裝置,包括功能,如伺服液壓控制的驅(qū)動和真正的數(shù)字控制克服控制的局限性,一些之前的動態(tài)土壤測試機(jī)器。該設(shè)備是顯示有能力正弦和寬帶的復(fù)制命令信號在一個廣泛的頻率和振幅,雖然設(shè)備有限控制能力非常小的命令位移(少于大約0.005毫米)。小變形限制結(jié)果從噪聲介紹了控制系統(tǒng)的反饋信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。我們證明,雙向命令信號準(zhǔn)確地傳授與最小交叉耦合,結(jié)果從一個創(chuàng)新的多輸入多輸出的數(shù)字控制系統(tǒng)。這個功能的設(shè)備演示一系列寬帶測試標(biāo)本非飽和土受到uni -和雙向勵磁。關(guān)鍵詞:數(shù)字控制,簡單的剪切、動態(tài)土壤測試、多向加載介紹直接簡單的剪切設(shè)備已經(jīng)成功運(yùn)用多年來描述靜態(tài)和動態(tài)土屬性。這測試方法往往是首選當(dāng)它是可取的標(biāo)本來體驗(yàn)光滑、連續(xù)的旋轉(zhuǎn)主應(yīng)力方向在剪切。初始應(yīng)力可以應(yīng)用模擬靜態(tài)字段條件當(dāng)鋼絲增強(qiáng)利用膜,減少橫向變形樣品(即。,NGI-type配置,Bjerrum和Landva1966)。也許最常見的應(yīng)用程序的簡單剪切試驗(yàn)對仿真的垂直(或近垂直)剪切波傳播通過土柱。優(yōu)點(diǎn)和局限性簡單的剪切測試相對于其他類型的實(shí)驗(yàn)室測試描述了在其他地方,這里不再重復(fù)(比如,菜的et al。1972;沈et al。1978;薩達(dá)et al。1982;Vucetic和拉卡斯提花1982;1985;Budhu Bhatia et al。1985;Amer et al。1987;Airey和木材1987;Budhu和Britto 1987;雅et al。1993)。最簡單的剪切設(shè)備運(yùn)行在一個水平方向并應(yīng)用諧波載荷頻率一般慢于動態(tài)過程,如地震搖晃(如。,Tatsuoka和銀1981;Doroudian和Vucetic 1995;和Pfender Lefebvre 1996;瑞艾莫和種子1997;Kusakabe et al。1999年,Hazirbaba和Rathje 2004)。雖然總是有近似參與應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室土壤特性測量對現(xiàn)場條件,對現(xiàn)有設(shè)備無法提供快速、多向加載介紹進(jìn)一步的錯誤未知的意義當(dāng)實(shí)驗(yàn)室測量土壤屬性用于工程模擬。一個數(shù)量的簡單剪切設(shè)備已經(jīng)被發(fā)展調(diào)查土壤響應(yīng)多向加載(如。,石原和山崎1980;雅et al。1993;DeGroot et al . 1996)。加州大學(xué)伯克利分校的雙向循環(huán)簡單剪切(UCB-2D)裝置是值得注意的,因?yàn)樗黠@減少了機(jī)械合規(guī)問題,導(dǎo)致相對最高/基地帽搖擺在早期的設(shè)備(如。,石原和山崎1980;石原和“1988)。另一個顯著的特點(diǎn)UCB-2D設(shè)備是燃燒室壓力控制,方便背壓飽和。校長UCB-2D設(shè)備本身的限制,早期的設(shè)備,是他們無法應(yīng)用地震像寬帶裝貨嗎在快速位移率。這種限制也存在對大多數(shù)單向簡單剪切設(shè)備。其原因是雙重的:(1)氣動加載系統(tǒng)使用一個可壓縮流體(即。、空氣)其中介紹了重大錯誤的反饋回路在高頻段;和(2)數(shù)字監(jiān)督模擬控制器被雇用這有效地限制處理速度和成熟的控制算法。當(dāng)然,振動臺和離心機(jī)實(shí)驗(yàn)都能使用多方向的地震像加載到土壤模型(即。,派克et al。1975;1998年andYanagisawa Jafarzadeh的說法;Kutter 1995;威爾遜et al . 2004)。然而,直接測量土壤元素的響應(yīng)(例如,剪切應(yīng)力剪切應(yīng)變關(guān)系、體積應(yīng)變和孔隙水壓力)在這些類型的實(shí)驗(yàn)需要密集的儀表數(shù)組,可以影響響應(yīng)他們的目的是措施,從而使復(fù)雜數(shù)據(jù)解釋(如。,困難et al . 2005)。 圖1應(yīng)用的能力,可靠程度的控制,多向加載在一個很寬的頻率范圍內(nèi),土壤元素在實(shí)驗(yàn)室是至關(guān)重要的推進(jìn)我們的根本理解動態(tài)土壤屬性。例如,寬帶裝載能力是需要調(diào)查率影響土壤手稿收到2006年3月1日,1月28日發(fā)表2007年,2007年5月在線發(fā)表。1研究生研究員,副教授和副主席,分別土木工程系&大學(xué)環(huán)境工程加利福尼亞,洛杉磯,5731年洛杉磯消沉大廳CA 90095。2工程師,指數(shù)失效分析,320年,200套房,歐文戈達(dá)德,CA92618年。3創(chuàng)始人和高級咨詢顧問工程師,Sysendes,Inc .,1804 m,套件4、蒙特利爾、QC H3H 1硅陶瓷、加拿大的觀點(diǎn)和結(jié)論包含在本文檔的作者和不應(yīng)被解釋為一定代表官方的政策,明示或暗示,美國政府。巖土測試日報,卷。30,5號紙ID GTJ100518可以在www.astm.org368年版權(quán)2007年由ASTM國際,100年巴爾港驅(qū)動器,PO Box,西Conshohocken C700,PA 19428 - 2959。屬性,人們知道這是重要的對于粘土(如。,Lefebvre和Pfender 1996;Sheahan et al . 1996)。此外,效果剪切速率和2 d裝載在孔隙壓力生成或體積改變行為,或兩者兼而有之,是了解較少,需要進(jìn)一步調(diào)查一些土壤類型。為了滿足這些研究需要,一個簡單的剪切設(shè)備現(xiàn)場數(shù)控與能力室壓力控制和多向激勵一直發(fā)達(dá)。這個裝置,文中稱為現(xiàn)場數(shù)控簡單剪切(直流ss)裝置合并功能,如伺服液壓控制的驅(qū)動和真正的數(shù)字控制克服的局限性先前的動態(tài)土壤測試機(jī)器。結(jié)果是一個真正獨(dú)特的簡單剪切裝置的功能應(yīng)用寬帶(地震像)位移要求土壤標(biāo)本在兩個方向,用最小的交叉耦合水平運(yùn)動。在本文中,我們描述這個裝置和它的功能動態(tài)土壤測試。物理描述直流ss裝置機(jī)械設(shè)計(jì)的直流ss裝置使用了UCB-2D的裝置作為一個原型(面包師et al . 1993)。這個直流ss裝置是專為了保留的主要特征UCB-2D設(shè)備如包含細(xì)胞壓力的目的背壓飽和,有限的機(jī)械遵守尊重對簡單剪切邊界條件(如。,頂部和基板“搖擺”),和雙向加載功能。除了這些特性,直流ss裝置結(jié)合了幾種改進(jìn)設(shè)計(jì)相對于UCB-2D裝置包括:我使用一個三郵報框架與高績效跟蹤軸承(容納垂直位移的頂罩),以進(jìn)一步降低搖擺;二世一個伺服液壓控制的控制系統(tǒng),使高頻率加載;iii雙重軸負(fù)載細(xì)胞獲得職位摩擦剪切載荷的測量。圖1顯示了大會的直流ss裝置。照片的直流ss設(shè)備顯示在圖2。直流黨衛(wèi)軍的設(shè)備是用來測試圓柱土壤標(biāo)本與直徑10.2厘米或更少。這個標(biāo)本是位于相對嚴(yán)格的底部和頂部帽(圖1、圖2(b)和通常局限由一線增強(qiáng)膜。見圖2(c),水平(頂部和底部)面臨的標(biāo)本被限制的帽子,它含有細(xì)磨石epoxied變成一個休會覆蓋整個臉的帽子除了保持嘴唇的鋁在邊緣。這些帽子提供一個“摩擦”表面同時使排水進(jìn)入多孔石頭如果石頭不飽和(石頭可以飽和對不排水試驗(yàn))。這個上蓋/樣品/下蓋堆棧頂部之間的位置和底部適配器板圖1所示。底部帽適合一個休息在底部適配器板。適配器板頂部輕輕地降低,這樣休息在頂端的適配器板適合舒適地覆蓋在頂蓋。頂部和底部帽是緊緊在各自的適配器板由三個固定螺絲在每個板。一旦樣品是獲得兩個適配器板之間,三個LVDTs間距分布樣品安裝在頂部適配器板和固定在板通過螺釘。這個標(biāo)本是然后合并垂直應(yīng)力和準(zhǔn)備剪切載荷。圖2頂部適配器板是一種垂直表,進(jìn)而是附加到一個垂直負(fù)載細(xì)胞(圖1)。垂直負(fù)載轉(zhuǎn)移到標(biāo)本通過垂直表,這是附加的三個等距線性幻燈片。每個三個線性幻燈片附屬于一個單獨(dú)的帖子,有效防止側(cè)運(yùn)動和搖擺的垂直表(因此,實(shí)際上無花果。1原理的直流ss裝置在加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校。果皮ET AL。在數(shù)控簡單剪切儀369來說,標(biāo)本)。這是一個重要的三郵報框架改善UCB-2D設(shè)備,雇傭了一個懸臂系統(tǒng)(垂直表附加到一對跟蹤軸承沿相同的墻)。負(fù)載應(yīng)用于垂直表由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在主框架之外。一個重要的功能的設(shè)備,直流黨衛(wèi)軍留存從UCB-2D裝置是其雙向加載功能。橫向剪切載荷應(yīng)用在該基地的標(biāo)本通過兩個獨(dú)立控制的水平表。底部水平表安裝在線性幻燈片附加到主框架的裝置,這表是只自由移動一個水平方向。上層水平表也安裝在線性幻燈片,這樣運(yùn)動上層表是完全垂直于下表。兩個水平表可以控制產(chǎn)生凈合成的運(yùn)動底部適配器板在任何水平方向。加載應(yīng)用較低水平表通過螺紋棒相連致動器,可以應(yīng)用張力和壓縮。有一個tensioncapable輥之間連接上層表及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)以適應(yīng)垂直位移下表。負(fù)載應(yīng)用到表loadcells來衡量安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)和表之間。負(fù)荷測量由loadcells不相同,那些傳授標(biāo)本由于摩擦而在線性的幻燈片。這個巨大的摩擦加載系統(tǒng)中的表征,觀察到相當(dāng)小(大約2.2 N)。這一點(diǎn)的重要性摩擦負(fù)載取決于什么類型的測試,是理想的。這種摩擦負(fù)載將產(chǎn)生不準(zhǔn)確的(大約0.3 kPa10.2厘米直徑試樣),代表比例可以忽略不計(jì)的剪切應(yīng)力對大多數(shù)應(yīng)用程序。然而,如果很低應(yīng)力測量是必要的,帖子摩擦剪切應(yīng)力可以通過使用一個雙軸loadcell測量。這種雙軸loadcell適合在頂部之間適配器板和垂直表,一個空間,否則占用墊塊。這種雙軸loadcell能夠測量兩個垂直和剪切載荷同時以最小的相聲這些通道之間。然而,存在的雙軸loadcell介紹系統(tǒng)遵從性(即搖擺和垂直變形),可能是重要的在大中型菌株。因此,大多數(shù)測試執(zhí)行沒有雙軸loadcell到位。三LVDTs(線性可變差動傳感器),安裝頂部和底部之間的適配器板,用于測量垂直標(biāo)本變形。這些位置的LVDTs最小化錯誤由于機(jī)械合規(guī)。這三個LVDTs是用,這樣相對搖擺的標(biāo)本在兩個方向的加載可以測量。三LVDTs數(shù)據(jù)的平均值定義試樣高度在一個測試。水平變形是衡量兩個LVDTs安裝在水平表在嗎正交的方向。設(shè)備的直流黨衛(wèi)軍下運(yùn)作的“應(yīng)變控制”的條件下,這意味著表位移控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)力量必須實(shí)現(xiàn)這些位移測量。這個運(yùn)動,可以傳授表是有限的不同方面的控制系統(tǒng)對不同頻段。在低頻率f0 24赫茲,限制因素是峰致動器位移umax = 51毫米。在中間頻率0.24 Hzf15赫茲,限制因素是流量的能力伺服閥的Qmax = 158立方厘米/秒。在頻率f15赫茲,的制約因素是壓力能力的液壓泵pmax = 21 MPa。的情況下諧波控制信號,這些數(shù)量可以與相關(guān)的峰值表動作如下:U(t) = D sin（wt） umax (1)u (t) = D w cos（wt） Qmax/A (2)u (t) = D w2sin（wt）pmaxA/m (3) 圖3在ut及其衍生產(chǎn)品描述表位移,速度,和加速度,一個是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的橫截面積20.3平方厘米,m是表質(zhì)量5.7公斤,和頻率表運(yùn)動(按弧度/秒)。相應(yīng)的峰值位移值,速度和加速度給出了圖3?？刂葡到y(tǒng)能產(chǎn)生任何運(yùn)動,是在的限制線在圖3。油柱的理論頻率的致動器表系統(tǒng)給出了孔蒂和特龍貝蒂(2000):哪里是體積彈性模量的液壓流體1.7106 kPa嗎和V是原油的體積是463立方厘米的致動器。身體上,油柱頻率代表自然頻率的三液壓執(zhí)行器系統(tǒng),它可以被可視化為表質(zhì)量與彈簧連接有一個剛度定義的油柱在致動器室。對于命令信號頻率油柱頻率附近,表現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是有限的由于共振行為(如。,孔蒂和特龍貝蒂2000)。直流ss控制系統(tǒng)如圖4中,數(shù)字控制系統(tǒng)的直流黨衛(wèi)軍設(shè)備有兩個目的。第一個是提供控制信號直接驅(qū)動,驅(qū)動液壓作動器servovalves為每個軸(直接驅(qū)動servovalves有機(jī)載控制器,糾正跟蹤誤差在控制信號在開車前液壓致動器)。第二個目的是獲得LVDTs數(shù)據(jù)和loadcells。這里指的物理設(shè)備作為直流黨衛(wèi)軍是最初開發(fā)了一個基于pc的數(shù)字監(jiān)督模擬控制系統(tǒng)。這個控制系統(tǒng)使用PID(比例-積分導(dǎo)數(shù))控制算法,跑在一個Windows操作系統(tǒng)。主要問題控制系統(tǒng)延時處理過程中的反饋信號從儀器(如(LVDT)和一代的命令信號。這限制了設(shè)備的能力,準(zhǔn)確復(fù)制一些命令信號。這些問題尤其急性加載功能涉及快速度和2 d搖動。圖4該系統(tǒng)已成功用于以前的測試(例如,用力的et al。2004;重?fù)鬳t al。2005),盡管這些應(yīng)用程序涉及單向震動和1.0赫茲加載頻率,所以控制問題相關(guān)的基于pc的系統(tǒng)沒有顯著的?？刂葡到y(tǒng)目前設(shè)備使用一個系統(tǒng)所為硬實(shí)時數(shù)字控制。主要區(qū)別基于pc的數(shù)字控制是控制功能被實(shí)現(xiàn)在控制器板相對于個人電腦操作系統(tǒng)。這使保證采樣頻率的內(nèi)部反饋回路的5 kHz使用位移反饋水平LVDTs,而基于pc的數(shù)字監(jiān)督模擬控制系統(tǒng)通常不能可靠地執(zhí)行計(jì)算需要復(fù)雜的控制反饋采樣頻率高于200赫茲,根據(jù)處理器時鐘速度,控制算法復(fù)雜,數(shù)量的后臺進(jìn)行由個人電腦操作系統(tǒng)等。數(shù)字控制系統(tǒng)利用兩個dSPACE DS1104控制器板。每個板包含一個PowerPC 603 e處理器,四個16位2 s模擬數(shù)字(A / D)轉(zhuǎn)換器,四個12位A / D轉(zhuǎn)換器800 ns和8個16位位十年代數(shù)模轉(zhuǎn)換(D / A)轉(zhuǎn)換器,除了其他輸入/輸出端口。這兩個板安裝在在一個PCI插槽主機(jī)電腦但運(yùn)行他們自己的實(shí)時內(nèi)核(即。,一個操作系統(tǒng)專門針對控制功能)獨(dú)立于主機(jī)電腦的操作系統(tǒng)。一個PID控制算法實(shí)現(xiàn)了兩個基于pc和硬實(shí)時數(shù)字控制。這被稱為隨后隨著“PID控制器”。收益為PID控制器是調(diào)諧為獲得最佳性能試錯用階梯函數(shù)命令信號。PID控制器的輸出是一個數(shù)字電壓命令,發(fā)送到一個穆格公司電壓放大器通過的D / A頻道在dSPACE板。電壓放大器,反過來,發(fā)送一個電壓驅(qū)動信號到適當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)伺服閥。見圖5(一個)、PID控制的兩個軸都是獨(dú)立的,從而控制系統(tǒng)作為一個整體無法補(bǔ)償對于交叉耦合效應(yīng)(即：影響,運(yùn)動沿一個軸在運(yùn)動沿著第二軸)。圖5為了減少交叉耦合效應(yīng),數(shù)字控制系統(tǒng)是通過引入一個多輸入多multipleoutput增強(qiáng)(MIMO)控制算法與PID控制器的接口。見圖5(b),該控制器采用線性差動變換器反饋兩軸和生成一個補(bǔ)償指令信號對于每個PID控制器,考慮到交叉耦合效果?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為一個離散狀態(tài)空間系統(tǒng)使用LQG(線性二次-高斯)最優(yōu)控制方法(富蘭克林et al . 1990)。這方法需要估計(jì)的數(shù)量,反映四個經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)屬性。這是通過使用N4SID系統(tǒng)識別算法(Van Overschee和德沼澤1995)系統(tǒng)辨識算法操作輸入-輸出數(shù)據(jù)序列;用于此目的的數(shù)據(jù)是兩個不相關(guān)的隨機(jī)輸入(生成的PID控制器)和相應(yīng)的線性差動變換器輸出信號。結(jié)合MIMO的控制算法,以及兩個PID控制器是指后來的“mimo PID”控制器。設(shè)備配置的直流黨衛(wèi)軍,MIMO算法可以打開或關(guān)閉。因此,要么PID或mimo PID嗎數(shù)字控制的實(shí)驗(yàn)是可能的。數(shù)據(jù)采集功能無論是模式總結(jié)如下:輸入運(yùn)動時間步:不實(shí)用的下限;數(shù)量的輸入運(yùn)動數(shù)據(jù)點(diǎn):不實(shí)用的上限;反饋采樣頻率(即。,內(nèi)部頻率對反饋回路):5 kHz;數(shù)據(jù)記錄頻率:上界是5 kHz,可以downsampled作為需要。直流ss系統(tǒng)性能性能的評價系統(tǒng)的直流黨衛(wèi)軍(即。,控制器,泵、致動器、伺服閥),兩個諧波和寬帶地震輸入運(yùn)動被指定為PID控制器和的控制器和由此產(chǎn)生的mimo pid反饋信號測量。單向測試進(jìn)行評估性能每個軸的獨(dú)立,并提供基線結(jié)果相互影響的評估。雙向加載軸之間的交叉耦合進(jìn)行評估。鳴謝開發(fā)的設(shè)備支持直流黨衛(wèi)軍職業(yè)美國國家科學(xué)基金會的資助下,第二個作者(NSF獲獎號:9733113),亨利Samueli學(xué)校的工程和應(yīng)用科學(xué)大學(xué)洛杉磯分校和美國地質(zhì)調(diào)查顯示,國家地震災(zāi)害減少計(jì)劃,獎號。1434 - hg - 98 gr - 00037、05 hqgr0050。這種支持是感激地承認(rèn)。這個觀點(diǎn)和結(jié)論包含在這個文檔是作者的,不應(yīng)該解釋為一定代表官方的政策,要么表示或暗示,美國政府。帕特里克m史密斯和哈羅德卡斯珀是感謝他們的相當(dāng)大的貢獻(xiàn)發(fā)展的物理設(shè)備。我們感謝三匿名評論者對他們有用的手稿評論。