钢丝绳拉力试验机设计

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济南大学毕业设计毕业设计题目钢丝绳拉力试验机设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自1002学生杨毓贤学号指导教师李国平二〇一四年五月廿六日-1-济南大学毕业设计-1- 济南大学毕业设计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-23- 济南大学毕业设计ABSTRACTWireropesareflexiblemembersthatarewidelyusedinmanyindustriesandsectorsnowIthashighstrength,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．-23- 济南大学毕业设计目录摘要1ABSTRACT21绪论41.1课题的研究背景41.2钢丝绳拉力试验机的发展状况41.3课题的研究意义51.4课题研究内容52钢丝绳绳拉力试验机械整体设计72.1机械部分设计72.2液压缸的设计83力与位移测量系统103.1载荷测量103.2位移测量114控制系统设计134.1CPU电路设计134.1.18031芯片引脚及功能134.1.2芯片的存储器结构及地址分配134.2存储器扩展电路设计144.3I/O接口电路设计154.4D/A转换电路设计164.5A/D转换电路设计174.6外部电路及通讯接口电路设计185结论21参考文献22致谢23-23- 济南大学毕业设计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。-23- 济南大学毕业设计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术起到了一定的促进作用。1.3课题的研究意义本课题所研究的钢丝绳拉力试验机能够有效的检测钢丝绳的机械性能。现在生产钢丝绳的厂家越来越多，钢丝绳拉力试验机对钢丝绳进行检测，能够公正、公平地比较出各厂家钢丝绳质量的优劣。能够更好的帅选出质量优等的钢丝绳。本课题研究的钢丝绳拉力试验机，结构简单，模拟工况好，能够为以后在钢丝绳性能检测方面的其他研究起到很好的借鉴作用，能够很好的促进钢丝绳性能检测技术和试验机的开发研究。很大程度上减少了因钢丝绳机械性能不合格而引发的安全事故，保护了人们财产安全和切身利益。1.4课题研究内容本课题所研究的钢丝绳拉力试验机是典型的集机械、液压、电气于一体的实验机。钢丝绳拉力试验机设计的主要内容有机架、运动小车、钢丝绳夹具等机械设计，液压缸等液压设计，电气部分包括传感器的选择、采集电路设计等。机械部分：运动小车主要是由滑轮、启动电机组成。其中左端的小车主要是手动控制在机架上运动，启动电机控制一个滑轮。右端小车通过液压控制，钢丝绳固定在小车之间，右端小车运动，钢丝绳被拉伸。钢丝绳夹具固定在运动小车上，由液压缸控制，液压加载能更好的固定钢丝。该试验机采用直接夹持法，钢丝绳夹具一边设计成长凹槽，一边设计成长凸台，使钢丝绳稳稳地夹在夹具上。液压部分：液压缸主要分两部分，一部分控制右端运动小车的运动，一部分控制夹具的加紧。-23- 济南大学毕业设计电气部分：传感器主要有位移传感器和压力传感器，通过传感器，将位移和压力传到微机屏上。并根据需要设计采集电路。-23- 济南大学毕业设计2钢丝绳绳拉力试验机械整体设计2.1机械部分设计机械部分主要包括机架，运动小车，钢丝绳夹具等部分设计。其机构原理图如图2.1所示：图2.1钢丝绳拉力试验机整体图机架主要是由支架、导轨等组成。机架大小为12m*1.2m，高度可根据实际情况来定。导轨安装在支架两侧，导轨是用来使运动小车在机架上滑动。机架两侧开有销控，是用来用销子固定左端运动小车。运动小车如2.2所示：图2.2运动小车运动小车主要是由滑轮、启动电机组成。每一个运动小车四端各有一个滑轮，其中左端的小车主要是手动控制在机架上运动。启动电机连接一个小型减速器控制左端运动小车左上端的滑轮。启动电机由手动控制，连接一个手动操作盒。而左端运动小车两侧各开两个销控，靠销子固定在机架上，实验过程中，左端小车固定不动，右端小车通过液压控制向右运动，钢丝绳由夹具固定在两小车之间，右端运功小车向右运动，钢丝绳被施加载荷，故钢丝绳被拉伸。钢丝绳夹具固定在运动小车上，如图2.3所示。-23- 济南大学毕业设计图2.3钢丝绳夹具钢丝绳夹具夹持钢丝绳的方法主要有浇铸法、缠绕法、套压法、直接夹持法。该试验机采用最简单的直接夹持法，方便可靠。钢丝绳夹具一边设计成长凹槽，一边设计成长凸台，并且夹持部分设计成曲线形，这样能够使钢丝绳稳稳地夹在夹具上。钢丝绳夹具由螺钉固定在运动小车上，并且钢丝绳夹具大小型号并不固定，可以设计各种不同型号的夹具，根据所测钢丝绳的直径，可以随时更换不同的夹具，这样有效的增大了该试验机所测钢丝绳的范围。一端的夹具固定，另一端的夹具由液压缸控制，液压加载稳定可靠，能更好的固定钢丝绳。2.2液压缸的设计液压缸的主要作用是一是控制夹具夹紧，二是控制右端运动小车运动。液压缸采用单活塞式液压缸，如图2.4所示。图2.4液压缸简图该钢丝绳拉力试验机最大负载为F=80KN，所以液压缸的工作压力为P=10MPa。1.当柱塞向右运动时，由F1=P·A1=(P·π·D)/4得出D=0.1m=100mm所以d=0.7D=70mm2.当柱塞向左运动时，-23- 济南大学毕业设计由F2=P×A2=(P·π（D²-d²)/4得出F2=71.4KN3.液压缸的材料选Q235无缝钢，活塞杆材料也选Q235钢。所以公称压力取Pn=25MPn，许用应力(σ)=50MPa。当额定压力一定时，液压缸筒度验压力Py=1.25Pn。液压缸壁厚最薄处δ≥Py·D/2(σ)δ≥0.031m取液压缸壁厚δ=50mm。4.强度校核，直径强度校核[4F/π(σ)]1/2=45.1mm活塞杆的直径d=70mm所以d≥45.1mm所以所计算的液压缸尺寸符合实际应用情况。5.液压缸缸筒的长度可以根据实际情况，即根据工作行程来确定。活塞杆的长度可以根据液压缸缸筒的长度来确定。-23- 济南大学毕业设计3力与位移测量系统位移与力测量系统主要是指将实验过程中的压力、位移等模拟量采集后，然后传送到计算机系统进行存储处理前转换成数字量。该钢丝绳拉力试验机所需要采集的数据主要有：钢丝绳加载测量、运动小车的位移量及钢丝绳的变形量。钢丝绳拉力实验数据采集的过程：1.通过压力传感器将被测载荷，通过光电编码器将位移量转化成电压信号。2.将采集到的电压信号通过光电隔离放大器和A/D转换器，然后把信号传到单片机中。3.通过单片机将数字信号进行处理，然后传到微机系统中。4.通过计算机将处理后的信号进行整体分析。3.1载荷测量拉力实验加载过程中，钢丝绳被拉伸，随着载荷的增加，钢丝绳发生弹性变形，最后断裂。此过程中，所加载的负荷需要被测量，采用压力传感器进行数据收集。压力传感器采用电阻应变式传感器，精度高，方便制造以及结构简单等。压力传感器压力传感器是通过外力使其中的薄片弯曲变形而产生压阻效应。是采用电阻应变原理，其中有四个电阻应变片，分别粘在传感器的弹性梁上，组成电桥平衡电路，原理图如图3.1所示图3.1电桥平衡电路原理图在外力作用下，弹性梁发生弹性变形，而粘贴在其上的电阻应变片也发生变形，电阻应变片变形，其电阻将会改变，采集电路将电阻的变化转化成电压信号，间接地将外力的变化转化成了电压的变化。能够使电桥的输出电压U与弹性梁的所受力即施加载荷F成正比。压力传感器选用TYC301-S型，主要技术指标如表3.1所示：表3.1TYC301-S技术指标型号TYC301-S-23- 济南大学毕业设计供电电压（V）9～12灵敏度（mv/v）2.0±0.02安全过载（%额定载荷）150温度零点飘零（%FS/10℃）0.03工作温度（℃）-35～+65输入阻抗（MΩ）700±7输出阻抗（MΩ）700±7精度等级C2综合误差（%FS）0.03采用电阻应变式压力传感器，安装方便，结构简单，抗干扰性强等。在实验过程中，压力传感器与钢丝绳位于同一直线上，能够使传感器所受压力与钢丝绳所受载荷达到一致，提高测量的精度。压力传感器所产生的电压信号必须经过带通滤波器过滤，将无用的信号过滤掉，然后经过信号放大电路将微弱的电压信号放大，然后才能传送到A/D转换器中。传感器所产生信号经路如图3.2所示：图3.2信号滤波及放大3.2位移测量在拉伸试验过程中，随着对钢丝绳施加的载荷越来越大，钢丝绳也会不断地伸长，直到钢丝绳被拉断。此过程中，钢丝绳的伸长量需要被测量，即伸长量测量使用光电编码器。光电编码器主要是间接地测量钢丝绳的伸长量，输出的是与钢丝绳伸长量成对应的脉冲个数。然后进行转换，通过计算机进行处理。光电编码器采用增量式，其中有一码盘式位移-角度-数字检测软件。实验过程中，码盘旋转，输出一系列脉冲，然后用计数器进行计数，最后转化成角位移量。增量式光电编码器：码盘、光源、光电检测元件、检测光栅以及转换电路等几部分，如图3.3所示：-23- 济南大学毕业设计图3.3增量式光电编码器在码盘上有缝隙，缝隙节距相等，形状为辐射状。每两缝隙间为一个固定的增量周期。与码盘上相对应，在检测光栅上同样有两组透光缝隙，是用来阻挡或通过光电检测元件和光源之间的光线。其缝隙节距与码盘上缝隙节距相等，两组缝隙相差1/4节距，使输出信号相差90°电度角的相位。，光电编码器安装在液压缸柱塞杆右端的小车上，另一端由线连在支架上，线连在码盘上，在钢丝绳拉力试验过程中，液压缸向右运动，线带动码盘转动，而检测光栅不动，光线透过两者上的缝隙照射在光电检测器件上，因此检测器件将输出两组相差90°的相位，电信号近似正弦波。光电编码器检测角位移时分辨率为θ=360°/2n。N是计数器输出二进制数码的位数，通过对θ计数，就可以得到总的角位移Nθ，有L=NθR得出总的位移量与计数脉冲个数N成正比。工作原理如图3.4所示：图3.4位移光电编码器工作原理位移光电编码器直接接在单片机上，信号通过单片机处理后，在上位PC机上显示。光电编码器与单片机连接如图3.5所示：图3.5位移光电编码器与单片机连接-23- 济南大学毕业设计4控制系统设计本钢丝绳拉力试验机控制系统主要是采用单片机控制系统与上位PC机相结合的控制系统。该试验机的所有试验都是由控制系统来完成，以单片机为控制中心，由PC发出指令，控制整个试验的运行。4.1CPU电路设计该钢丝绳拉力试验机的控制系统主要是采用单片机技术，单片机集成度高，集片内存储器、片内输入输出部件和CPU于一体，现广泛应用于数控机床等各方面。该系统采用MCS-51系列单片机8031，价格低、使用灵活，但8031片内无ROM，需扩展ROM。4.1.18031芯片引脚及功能8031芯片具有40跟引脚，其引脚图如图4.1.1所示：图4.1.18031芯片引脚其中I/O端口P0.0—P0.7是一个8位漏极开路的双向I/O端口，在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口（在此时内部上拉电阻有效）；P1.0—P1.7是带内部上拉电阻的8位双向I/O通道，专供用户使用；P2.0—P2.7为一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A8—A15.RXD为串行输入口，TXD为串行输出口，T0、T1为定时器外部输入，WR外部数据存储器写入选通，RD外部数据存储器读入选通，INT0、INT1外部中断。-23- 济南大学毕业设计4.1.2芯片的存储器结构及地址分配8031芯片内部无程序存储器，只有256字节的数据存储器，地址从00H-FFH。8031芯片内部256字节的空间被分成两部分，其中内部数据存储器，地址为00H-FFH，特殊功能寄存器的地址为80H-FFH。在内部数据存储器中的00H-FFH为四个工作寄存器区，每个区都有8个8位寄存器。用来暂存运算中的中间结果以提高运算速度。位寻址区，CPU即可对其执行按字节操作，又可对其中每个单元的8位二进制代码执行按位操作。数据缓冲区，在此区可设置堆栈。8031芯片内部没有程序存储器，且仅有128字节的数据存储器，因而在组成控制系统时可以根据需要扩展外部程序存储器和外部数据存储器。最多能扩展64K程序存储器和64K数据存储器，且为独立编址，故分配比较自由。4.2存储器扩展电路设计单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑，对于简单的应用场合，用一片8031外扩展一片EPROM就能满足功能的要求。8031的程序存储器的寻址空间为64K字节，8031片内部带ROM，用作程序存储器的器件为EPROM。本系统选用ROM芯片为2764（8K×8），其为28脚双列直插式扁平封装芯片，引脚向下兼容。由于单片机8031芯片的P0是分时传送低8位地址和数据线，故8031扩展系统中一定要有地址锁存器，本系统所选的地址锁存器为74LS373，其为带三态缓冲输出的8D触发器。由于8031芯片内部RAM只有128字节，远远不能满足系统的需求，故需扩展片外的数据存储器RAM。该系统所选用的RAM芯片为6264（8K×8），6264采用CMOS工艺由单+5V供电，存取时间为150-200ns，采用28脚双列直插式扁平封装。图4.2为8031芯片与74LS373,2764,6264连接：-23- 济南大学毕业设计图4.28031芯片与74LS373,2764，6264连接该系统8031单片机已扩展程序存储器和数据存储器，能够有效地把外部地址空间分配给这些芯片。并用使程序存储器各芯片之间，数据存储器各芯片之间（包括I/O口芯片）地址互相不重叠，以使单片机访问外部存储器时，避免发生冲突，当8031数据总线分时地与各个外围芯片进行数据传送时，首先要进行片选，而当片内有多字节单元时，还要进行片内地址选择。故单片机许连接一个地址译码器，本方案地址译码器选择全地址译码器74LS138，输入端占用3根最高位地址线，剩余的13跟低位地址线可作为片内地址线。74LS138译码器的8根输出线分别对应8个8K字节的地址空间。74LS138与8031连接如图4.3所示：图4.374LS138与8031,2764,6264连接-23- 济南大学毕业设计4.3I/O接口电路设计8031单片机共有四个8位并行接口，但可供用户使用的只有两个，因此大部分应用系统中都需要扩展I/O口芯片。该方案选用的外围接口芯片为8255,8255为可编程的通用并行接口电路（3个8为口）。8255为可编程输入输出接口芯片，具有3个8位的并行I/O口，分别为PA，PB，PC口，其中PC口又可分为高4位（PC7-PC4）和低4位（PC3-PC0），它们都可通过软件编程来改变I/O口的工作方式，8255芯片可与8031直接接口。8031与8255A芯片接口电路如图4.4所示：图4.48031与8255接口图4.4D/A转换电路设计计算机控制整个系统的运行，而计算机输出的处理后的数字量，需要转换成模拟量，以实现连续变化的模拟量控制，即数/模转换（简称D/A）。D/A转换器选择并行D/A转换器。该系统采用的D/A转换器为DAC0832D/A转换器。DAC0832本身是输出电流型的，当D/A转换结果需要电压输出时，可在DAC0832的Io1，Io2输出端加接一个运算放大器，将电流信号转化成电压输出。由于DAC0832是双缓冲器，因此其硬件接口简单。DAC0832与8031主机的硬件接口电路如图4.5所示：-23- 济南大学毕业设计图4.58031与DAC0832硬件接口电路4.5A/D转换电路设计在做钢丝绳拉力实验过程中，由压力传感器所采集的载荷大小和由光电编码器所采集的脉冲，由于所得到的的模拟电压信号非常微弱，并且信号中肯定含有多种干扰信号。所以需要通过放大、滤波、转换等通过电路处理后才能传到计算机进行处理。在数据采集过程中使用AD转换芯片ADC0809，ADC0809由8路多路开关和8位A/D转换以及能兼容的控制逻辑的CMOS组件的微处理机组成。该转换器为逐次逼近式，与单片机直接进行接口。ADC0809A/D转换器的应用  输出锁存器与单片机直接相连。开始OE信号为低电平，ST信号也为低电平。A，B，C端口能够接收所要转换的地址。在ST端，会给出相应的正脉冲信号。是否转换完毕，根据EOC信号判断。当EOC与OE同为高电平，转换的数据此时被单片机所获取。ADC0809A/D转换器与单片机的连接如图4.6所示：-23- 济南大学毕业设计图4.6DAC0809与8031硬件接口电路4.6外部电路及通讯接口电路设计单片机控制左侧运动小车的移动，运动小车由电机带动，整个外部接口与单片机接口相连，外部接口主要有：手动操作盒、调速器接口、位移光电编码器、限位开关等。1、操作盒左侧小车的移动，以及钢丝绳夹具的夹紧与松开，除了PC机可以控制外，主要是利用手动操作盒上的按钮来控制。手动操作盒上通过插口进行检测，手动操作盒与单片机的连接如下图所示。手动操作盒6个按钮，操作方式为：快进、快退、上夹紧、上松开、下夹紧、下松开。2、光电编码器光电编码器的主要作用是进行位移测量，主要是测量右侧运动小车的移动距离，从而转化成钢丝绳的伸长量。光电编码器与单片机的连接如下图所示。光电编码器主要是通过脉冲的数量来计算运动小车的位移量。光电编码器、手动操作盒与单片机连接方式如图4.7所示-23- 济南大学毕业设计图4.7手动操作盒，位移光电编码器与8031连接电路3.限位开关行程限位开关的主要作用是当右侧的运动小车在液压缸的控制下向右移动时，如果超出指定的移动范围，限位开关通过单片机发出指令，驱动液压系统停止运行。钢丝绳拉力试验机拥有两个限位开关。限位开关如图4.8所示。图4.8限位开关计算机与外部设备的通讯有串行接口和并行接口，该钢丝绳拉力试验机中单片机与计算机的通讯运用串行通讯。单片机将收集处理后的数据输送到PC机当中，然后由PC机进行整理和处理，同时PC机通过单片机在控制整个系统的运行。1.RS-232标准总线该钢丝绳拉力试验机串行通讯主要运用RS-232标准总线。RS-232-23- 济南大学毕业设计接口信号线功能如表4.6所示：表4.6RS-232接口信号线功能9芯引脚25芯引脚信号功能信号方向对DTE对DCE1GND保护地32TXD数据发送出入23RXD数据接收入出74RTS请求发送出入85CTS允许发送入出66DSRDCE就绪入出57SGND信号地18DCD接收信号选择入出420DTRDTE就绪出入922RI振铃指示2.MAX202电平转换芯片单片机与就PC机串行通讯主要是单片机串行数据接口与PC机RS-232串行接口进行的。单片机信号电平为TTL电平，而RS-232信号电平为标准电平，所以两者之间需要通过MAX202电平转换芯片来进行电平转换。PC机与单片机串行接口连接如图4.9所示：图4.9PC及与8031串行接口连接电路-23- 济南大学毕业设计5结论本课题对钢丝绳拉力试验机的研究与应用主要是对钢丝绳的机械性能进行检测，能够公平公正地筛选出质量优秀的钢丝绳，能够对各钢丝绳生产厂生产的钢丝绳进行有效的检测，为钢丝绳的检测技术提供了有效的科学依据。本课题所研究的钢丝绳拉力试验机是集传统钢丝绳拉力试验机与专项拉力试验机于一体的新型钢丝绳拉力试验机，对钢丝绳机械性能检测技术和试验机的研究很好地起到了借鉴作用，有效地促进了检测技术的完善发展。本课题主要是对钢丝绳拉力试验机的机械结构进行设计，动力系统采用液压系统，并进行设计，数据采集系统以及单片机与PC机控制系统的设计。主要完成了以下工作：1.有效地分析了传统钢丝绳拉力试验机的不足，并以此为出发点设计新型钢丝绳拉力试验机，对机械结构和特点进行方案设计，采用液压系统进行驱动，对液压缸进行设计。2.设计了实验过程所进行的载荷测量和位移测量的方法，压力传感器和光电编码器的选择。3.单片机控制系统的设计，主要有CPU电路部分的设计、存储器电路设计、I/O接口电路设计、D/A转换电路设计、A/D转换电路设计、外部接口及通讯接口设计。该钢丝绳拉力试验机目前运行良好，能够准确地采集钢丝绳所受载荷以及钢丝绳的伸长量，并且所有数据都能够通过PC机窗口进行显示，PC系统能够对所采集的数据进行有效的分析和处理。该钢丝绳拉力试验机可操作性强，模拟工况良好，测量范围广，有很好的实用价值。-23- 济南大学毕业设计参考文献[1]姚立峰,保尔,王玉明.液压钢丝绳拉力试验台的设计与制造[J].新疆油田机械.2010,2(5):1-3.[2]陈中谋.电子式拉力试验机测控系统设计与研究[D].扬州大学硕士论文.2010,5(20):18-25.[3]王家莲,王厚友.微机屏显式钢丝绳拉力试验机的研制[J].济南试金集团.2008,5(2):2-5.[4]梁秀满,王振东,郝志刚.2000kN钢丝绳拉力测控系统[J].河北理工大学.2008,6(1):3-4.[5]乌慧霞,何丽,郭海森.卧式拉力试验机的研制及钢丝绳拉伸试验方法探讨[J].济南试金集团.2011,1(6):1-4.[6]李永胜.钢丝绳试验台结构设计与强度分析[D].哈尔滨工程大学硕士论文.2008,2:1-65.[7]周春明.钢丝绳疲劳试验机[J].ChinaElevator,2007,7:68-70.[8]卢尚礼.液压万能试验机在钢丝绳检验中的应用改进[J].金属制品.2004,10:49-50.[9]周强,陶德馨,肖汉斌.新型钢丝绳一滑轮综合性能实验机的开发.实验技术与管[J].2003,11:33-35[10]郑文纬,吴克坚.机械原理(第七版).高等教育出版社.200l,6:443-452[11]成大千.机械设计手册(单行本).机械传动.化学工业出版社.2005,l:3-14[12]黄步云,张德馨.钢丝绳检验实用手册.煤炭工业出版社.1999,6:45-51[13]杨丽萍.建筑用钢丝绳的检验.物理测试.1998,4:38-39[14]国家标准局.起重机械用钢丝绳检验和报废使用规范.中华人民共和国国家标准GB5972一86,57-60[15]Becker,K.:Onthefatiguestrengthofwirerope.OIPEECRoundTabl1977[G],Luxembourg,Chaps.2008,6(2)1-15[16]Wang,R.C.andMcKewan,W.M.:WireRopes,ElementsandDefinitions[G],OIPEECBulletinNo.81.Reading,June2001,pp.1-59-23- 济南大学毕业设计致谢感谢李国平老师毕业设计过程中对我的指导和关心，从课题提出，机械结构设计思路，数据采集，电路设计思路以及论文的书写都有着李老师的心血和关怀，李老师的创新精神，广博的知识，严谨的治学，一丝不苟的作风以及高效的实践技术对我的毕业设计都产生了很大的影响，让我受益匪浅，在此我再次对李老师表示最真诚的感谢。　在此，还要感谢跟我在一起做毕业设计的同学们，在你们的帮助和支持，我战胜毕业设计中每一个困疑惑和困难。　　最后，再次向所有对我支持、关心和帮助的每一位老师和同学表示最真诚的感谢！-23-