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力学计量与测试是近代人类工程文明的基础,计量和测试手段是人类探寻科学世界,发现各种科学规律的第一要素,从经典的牛顿力学到现代的量子力学规律的发现及被人类利用,力学的计量和测试工具都扮演的重要的角色。目前,我国最大的力值试验装置为50MN,计量标准为30MN,建于80年代,对我国航天工业、军事工业、核电工业、冶金工业、水利工程建设、路桥工程建设等诸多领域作出巨大贡献,但随着科学技术的进步,其力值量程、精度及试验功能已经远不能满足我国经济建设和技术发展的需要。 本文通过对中国测试技术研究院30MN叠加式力标准机的现状进行分析,介绍了其机械结构、液压结构、控制部分等,提出了该力标准机控在高压力时油缸压强过高,无法进一步提高力值上限;低力值量程段控制精度较低;力值下限不能延展;控制技术落后等存在的问题。为了解决生产需要,作者就中国测试技术研究院30MN叠加式力标准机进行了改造研究: 1.在液压部分,利用有限元方法分析高压液压缸体的主要受力情况,通过研究应力-应变、应力-位移之间的关系,研究发现,油缸所受发生最大应力和应变处为油缸底部与油缸壁的过度倒角处,适度加大倒角可以减小应力集中。通过理论与实际结合,设计出了更加科学、安全、合理的低压强、高力值的液压油缸,提高油缸所承受最大力值上限的同时也降低了安全隐患。 2.在力源部分,通过对比直流电机和交流电机的优缺点,更换了老式的直流电机,改为新型高效、稳定的交流电机,延展了力标准机可控范围内的力值下限,提高了力值加载效率,减小了力值波动。 3.控制部分,提出了闭环控制的总体方案,设计了控制系统,减小了系统误差及力值波动,降低了人为因素对力值准确度的影响,提高设备整体精度。 本文最后通过不确定度计算得出了本次改造对30MN叠加式力标准机不确定度改善的成果,从计算结果可以看出,本改造取得了比较理想的结果。