塔式起重機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，都會(huì)有一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)就是型式試驗(yàn)，它可判斷新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造是否成功，是否符合安全要求，是設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求的重要判斷依據(jù)。其中結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試是其中一項(xiàng)很重要的試驗(yàn)內(nèi)容。下文就是針對(duì)塔式起重機(jī)型式試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試的相關(guān)介紹。

測(cè)試工況及載荷

本次型式試驗(yàn)的樣機(jī)型號(hào)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(cè)試點(diǎn)的選擇

結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)角線支腿上分別貼應(yīng)變片18和19。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試原理

本次試驗(yàn)選擇電阻應(yīng)變片作為結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試傳感器。塔機(jī)測(cè)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(duì)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(duì)變化與電阻絲長(zhǎng)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(guò)測(cè)量電阻變化dR/R便可以測(cè)量應(yīng)變ε，這是應(yīng)變片的原理，其中，S_g=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(yàn)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(shí)隨被測(cè)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(gè)特性，可用來(lái)作溫度誤差的自動(dòng)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*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*相同，這樣將對(duì)電橋的輸出電壓無(wú)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e_x為2VDC，設(shè)被測(cè)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(jiàn)，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(cè)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S_g值很小（S_g≈2），所以其電阻值變化范圍也很小，約為10^-1~10^-4Ω數(shù)量級(jí)。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(hào)由應(yīng)變放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大與程控增益，由濾波器完成抗混濾波的功能，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)后，由CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及計(jì)算處理，將數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和打印，通過(guò)usb接口，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)上，在控制軟件操控下，可對(duì)采集的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變和應(yīng)力的測(cè)試。

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