塔式起重機(jī)在生產(chǎn)過程中，都會有一項重要的環(huán)節(jié)就是型式試驗，它可判斷新產(chǎn)品設(shè)計、制造是否成功，是否符合安*要求，是設(shè)計任務(wù)書要求的重要判斷依據(jù)。其中結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試是其中一項很重要的試驗內(nèi)容。下文就是針對塔式起重機(jī)型式試驗中結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試的相關(guān)介紹。
測試工況及載荷
本次型式試驗的樣機(jī)型號為QTZ125，它是一種多用途塔式起重機(jī)，*大工作幅度63m，*大額定起重量8t。
結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試點的選擇
結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試點布置如下，起重臂上被2根拉桿分成的三段部位分別選A-A、C-C和E-E三截面，分別在每一截面的上弦桿和一側(cè)的下弦桿處貼應(yīng)變片1和2、4和5、7和8；在2根拉桿B-B、D-D截面分別貼應(yīng)變片3和6；在上支座F-F截面的兩對角線主弦桿和斜腹桿分別貼應(yīng)變片9、10和11；在下支座G-G截面的兩對角線主弦桿和斜腹桿分別貼應(yīng)變片12、13和14；在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)H-H截面的兩對角線主弦桿和斜腹桿分別貼應(yīng)變片15、16和17；在底架兩對角線支腿上分別貼應(yīng)變片18和19。
結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試原理
本次試驗選擇電阻應(yīng)變片作為結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試傳感器。塔機(jī)測試部位在應(yīng)力的作用下引起應(yīng)變片金屬絲電阻值發(fā)生變化，且電阻值的相對變化與應(yīng)變有如下關(guān)系。
式中：ε——單位應(yīng)變
Μ——電阻絲材料的泊松比
π1——縱向壓阻系數(shù)
E——材料的彈性模量
由上式可知，電阻值的相對變化與電阻絲長度的變化，面積的變化以及電阻率變化有關(guān)，且與應(yīng)變成正比，因此通過測量電阻變化dR/R便可以測量應(yīng)變ε，這是應(yīng)變片的原理，其中，Sg=1+2μ+π1E，稱為應(yīng)變片系數(shù)或靈敏度。
應(yīng)變片電阻值的變化經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換為電壓輸出。選取各橋臂電阻值相等，即R1=R2=R3=R4=R0，本次試驗選用半橋單臂連接，相鄰橋臂溫度補(bǔ)償方案。R1為工作應(yīng)變片電阻值，在工作時隨被測量變化而變化，而應(yīng)變片的電阻值不僅隨著應(yīng)變而且隨著溫度變化而變化，且由溫度變化引起電阻變化的影響很大。由于相鄰兩橋臂電阻的變化所產(chǎn)生的輸出電壓為該兩橋臂各阻值變化產(chǎn)生的輸出電壓之差，利用這個特性，可用來作溫度誤差的自動補(bǔ)償，采用一溫度補(bǔ)償應(yīng)變片R4，它與工作應(yīng)變片一起被配置在一電橋的相鄰兩臂上，兩應(yīng)變片為完全相同的應(yīng)變片，它們分別被粘貼在相同溫度的相同材料上，兩應(yīng)變片由電阻的溫度變化而引起的阻值變化完全相同，這樣將對電橋的輸出電壓無影響，而因正常地輸入載荷引起的阻值變化仍將使電橋失去平衡，從而產(chǎn)生電壓輸出。電橋電源電壓ex為2VDC，設(shè)被測部位產(chǎn)生變形引起的應(yīng)變片電阻值變化量為ΔR，則：
可見，電橋輸出電壓與應(yīng)變片的阻值變化量為單調(diào)線性變化關(guān)系。
儀器采用聚航科技的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀，由于被測塔機(jī)部位機(jī)械應(yīng)變一般在10-6~10-3范圍內(nèi)，而且常規(guī)電阻應(yīng)變片的靈敏度Sg值很小（Sg≈2），所以其電阻值變化范圍也很小，約為10-1~10-4Ω數(shù)量級。應(yīng)變片在受到外力作用下，電橋輸出微小的應(yīng)變電壓，此電壓信號由應(yīng)變放大器實現(xiàn)信號的放大與程控增益，由濾波器完成抗混濾波的功能，通過A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號后，由CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及計算處理，將數(shù)據(jù)保存在存儲器中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和打印，通過usb接口，將數(shù)據(jù)存儲到計算機(jī)上，在控制軟件操控下，可對采集的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)對應(yīng)變和應(yīng)力的測試。
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