125MN熱模鍛壓力機拉桿測試研究

張巧梅

四川德陽二重設計研究院，四川德陽 618000

1 測量設備、元器件及計算公式

1.2.1 應變儀讀數到測試應變的換算

本次拉桿應變片采用半橋接法引入應變儀。應變儀讀數和測試應變的換算如下：

對半橋接法：ε=εi/(1 +μ)

其中：ε為測試應變，εi為應變儀讀數，μ為材料泊松比。

1.2.2 應變到應力以及預緊力的計算

對于125MN模鍛壓機，拉桿為單向應力狀態。根據虎克定律，應力由測試應變表示為：σ=E?ε式中，E為彈性模量（E ≈ 2.1× 105MPa ），為測試應變。

由于拉桿主要段為等截面桿，根據測試得到的應力，可計算出拉桿預緊力為：

1.1 測量設備及元器件

1.1.1 測量設備

本次測試選定了主要的測量設備為江蘇東華測試技術有限公司制造的DH3815靜態應變測試系統。

1.1.2 測量元器件及主要參數

拉桿應變測量主要測量元件為應變片，采用中航工業電測儀器股份有限公司公司制造的高溫應變片BB350-4BB。該型號應變片電阻值350Ω，靈敏系數：K=2.04，使用溫度＜250℃。

1.1.3 應變片傳感器的工藝要求

在測試中應變片的粘貼要符合作為傳感器的粘貼工藝。為此，選用北京化工廠生產的R-1型502高溫膠作為粘膠，按照應變片傳感器的標準工藝要求進行布置。

1.2 計算公式

式中：F0預緊力，σ為軸向應力，A為橫截面積（A前=3138cm2，A 后 =2533cm2）。

2 拉桿應變測試及計算分析

2.1 測點布置

此次應力測試我們采用了靜態應變測量技術，選用二片應變片組成的應變花（90度角），根據設計要求，拉桿應力測點是在四根拉桿中部距二次灌漿面4300mm處布置一組應變片組成半橋，每測點布二組接至靜態應變儀。如下圖所示。

2.2 測試過程

125MN熱模鍛壓力機由左、右側機架、上梁、下機架通過四根拉桿加熱預緊組合而成一個堅實的鑄鋼機架，四根拉桿的預緊力參數測試尤為重要。根據現場裝配過程包含了拉桿的加熱-降溫過程。在整個過程中對拉桿應變進行監控測試，應變值由應變測試系統自動記錄。

現場通過加熱方式使拉桿達到設計要求的伸長量，擰緊螺母后自然降溫，利用拉桿收縮施加預緊力。

2.3 補償及預置平衡

2.3.1 補償

應變的測試主要考慮溫度的補償。但對于拉桿應變片用半橋接法，拉桿應變片采用軸向和徑向成90度的應變花接法，實現溫度應變自補償，溫度應變不影響電橋平衡。

2.3.2 預置平衡與修正的考慮

根據安裝工藝要求，為了消除接觸面初始間隙，對拉桿螺母施加了一定的初始擰緊力矩，裝配測試時以此作為測試初始狀態，各測點可能有一定初始應變，所有測點預調平衡，應變儀讀數歸零。

2.4 測試結果及計算分析

為消除接觸面間隙，在預緊前先給各螺母施加了初始力矩，該過程從11月15日開始，對四根拉桿同時加熱（持續時間超過了14個小時），伸長量達到要求后，擰緊螺母，自然冷卻到常溫，實現拉桿的預緊。

根據降溫較穩定狀態下的測點應變讀數（取穩定時的值），應變實測數據見下表：

2.4.1 取值分析

從上表所測數據中，1號拉桿上的測點1與測點9，2號拉桿上的測點2與測點10的數據差距較大，3號拉桿上的測點3已損壞，4號拉桿上的測點4與測點12的數據相差較小，原因如下：

由于本次加熱的加熱桿總功率不夠、放置不均勻（偏心）和通風狀態不好等，拉桿熱量為此分布嚴重不均，造成出沙孔貼片處300mm直徑范圍內不同位置處溫度差異很大，以致于有些位置溫度過高造成應變片失效或部分失效，從而使得兩組數據的差異也較大。在測試當天晚上，測試人員經過通宵監測，用測溫器測試，發現當加熱快結束時，已加熱14小時，在1號拉桿上的測點1的表面溫度79℃，而測點9的溫度就達到103℃；2號拉桿上的測點2的表面溫度87℃，而測點10的溫度就已達到105℃；3號拉桿上的測點3點處溫度高達120℃，應變片已經失效，而測點11的溫度是92℃；4號拉桿上的測點4點處溫度71度，測點12的溫度是78℃，這組數據就比較接近。經過觀察，在各高溫區的應變片有的部分失效，有的已經損壞，而溫度較低處的應變片是完全正常的。故取采集數據為：1號拉桿測點1；2號拉桿測點2；3號拉桿測點11；4號拉桿測點4。

2.4.2 測試數據及計算數據如下表所示

（()εμε） 應力σ（MPa）拉力（噸）1號（前） 838 655 137 43112號（后） 779 608 128 32383號（后） 800 625 131 33244號（前） 875 684 144 4502拉桿號測量數據iε測試應變

3 主要測試結論及建議

1）前后拉桿預緊力最大分別為4502t、3324t。根據前后拉桿預緊力要求分別為5000t和3900t，結合現場實際情況，根據計算結果，得知預緊力未達到設計要求。2）按照拉桿加熱預緊測試所采用的靜態應變測試法的要求，拉桿預緊時貼片處表面溫度不應超過80℃，加熱預緊所需的加熱棒功率應達到360kW，加熱溫度控制在450℃～470℃，加熱時間應在9h左右即可達到要求的伸長量。一般此類測試在每根拉桿上只需貼一組應變片，而為確保能采集到有效數據及通過兩組數據進行相互驗證，現場測試人員加貼了一組應變片；本次測試貼片嚴格按規范操作。但本次加熱總功率雖經技術人員的改進，也只有228kW，為達到加熱預緊要求的伸長量，加熱溫度后來達到550℃～570℃，加熱時間達14.5h，既沒有滿足加熱溫度控制在450℃，也沒有滿足加熱時間這兩個指標。因此兩組應變片中，有的完全失效，有的部分失效。3）對于實測數據與設計要求偏小約10%～15%的情況，分析如下：根據現場安裝情況，原定應在規定期間完成的預緊，由于加熱桿等原因，經過多次加熱，加熱時去掉了熱電偶，沒有進行溫度控制，致使加熱棒在加熱過程中就已經熔化，拉桿內部局部溫度相當高，后兩次加熱溫度也在550℃以上，多次超過450℃的高溫加熱，不排除可能造成拉桿組織相變，使內應力發生變化，可能是造成預緊力偏小的主要原因。

[1]吳宗岱，陶寶祺主編.應變電測試原理及技術.

[2]邵明亮，李文望主編.機械工程測試技術.

[3]劉鴻文主編.材料力學.