探析起重機安裝中的應力測試技術

徐黃鎮 沈琪斌

摘 要：目前，起重機在工業生產領域中占有十分重要的地位，且其安全運行及操作性能在很大程度上取決于機械的質量。另外，在起重機安裝中，構件的應力變化會影響到機械的結構穩定。為了提高起重機的安裝質量，本文筆者結合實踐經驗，淺析應力測試技術在起重機安裝中的應用。

關鍵詞：起重機；應力測試；應變片

應力測試技術是一種十分成熟的技術手段，即通過測量機械金屬結構的應變片阻值來得到鋼結構的受力情況，并通過分析判定鋼結構是否會因應力過大而失效，從而評估機械的安全性。目前，應力測試技術在起重機安裝改造中得以廣泛應用。據此，筆者分別從如下方面淺析應力測試技術在起重機安裝中的應用。

1 應變片的布設

在討論應變片的布設前，應先明確應力測試的原理，即：先采用應變片來對構件進行動態或靜態加載，然后再通過測量系統來測定應變值及其變化，具體可用函數式dB/R=K0ε，其中，R表示應變片電阻絲的初始阻值；K0表示應變片電阻絲的敏感系數；ε表示電阻絲受力時的應變值。據此，在布設應變片時，應堅持如下原則：一是將應變片布設在彈性撓曲區、應力集中區及均勻應力區；二是將應變片貼在主梁跨中的最大應力處及最不利工況的最大應力處；三是在受測構件上，沿主應力方向貼片，注意測點的布設要合理及將應變片的粘貼數量控制到最低水平。

綜上，在布設應變片時，應注意如下要點：（1）用放大鏡觀測應變片的外觀是否存在引線焊接不牢、斷絲等缺陷；（2）用萬用表量測應變片的阻值，注意不得觸摸基底，以防污染應變片，同時將同一組應變片的誤差控制在0.1Ω以內；（3）用砂紙或角磨機將試件的表面打磨光滑，并用細砂紙進行粗化處理，使其表面形成45°的交叉網紋，注意在選擇砂紙時，鋁件選用360目及鋼件選用180目，之后再用鋼板直尺、角尺和劃針畫出十字定位線；（4）用鑷子夾取脫脂棉球并蘸丙酮或CCL沿同一方向擦拭試件的表面；（5）確定光滑面為貼面，并先將502膠水滴于應變片的反面，然后再將其快速貼在金屬的反面，注意兩點對齊；（6）將小塊塑料薄膜覆在應變片上并用拇指緊壓受測部位，同時先擠出多余的膠水，再用拇指緊壓應變片約30s，最后再揭掉塑料薄膜；（7）用鑷子撥起應變片的引腳線及用塑料透明膠帶將引腳線和應變片的基底貼緊；（8）先放平引腳線，再將其用塑料透明膠帶固定在基體上，以防引腳線在焊接時發生折斷現象；（9）先將焊錫分別掛在導線和引線的兩端，并保證焊錫徹底融化，以防出現假焊現象；（10）用數字萬用表量測應變片阻值及其與試件的絕緣電阻值，注意當應變片的阻值異常或絕緣電阻<80MΩ時，應先排除問題，再重新貼片；（11）將硅膠、914膠、蜂蠟或凡士林軟膏涂在應變片上，以防其受潮。

2 應力測試

為了探明應力測試技術在起重機安裝中的應用，筆者主要以如下案例展開討論：在某門式起重機的安裝改造中，其起升高度需從先前的15.3m升高到21m，其中主鋼結構是本次改造的重點，即：在主梁與剛性、柔性支腿連接的法蘭面加裝加高節及在支腿間增設工字型斜撐，以保證支腿的強度達到規定值。結合這一案例，筆者分別從如下方面淺析起重機在安裝改造中的金屬結構應力測試。

2.1 測試準備

在應力測試前，應按要求開展如下準備工作：一是在現場測試時，若遇臨時粘貼應變片的情況，應等待30min以后再行測量，注意應變片在完全固化后約10～24h，才能獲得最佳的粘合強度；二是將導線接入應變測試儀中；三是通過將應變儀的指示值歸0來觀察不同測點顯示值在時間尺度上的變化情況，以排除應變片上存在的零點漂移現象；三是在正式測試前，預加載和卸載4～5次，以篩除存在蠕變性和滯后性的應變片，從而保證應變片應變變化與電阻變化的線性關系，注意無論是零點漂移或是蠕變，在排除問題以后，都應重新粘貼應變片。

2.2 應力測試

結合上述案例，在起重機安裝改造的應力測試中，應合理選擇工況，即所選工況應能體現金屬結構的應力情況及其危險點在工況中的實際應力。測試發現，當試驗荷載為35噸時，具體的工況如下：一是小車處在剛性支腿上及清零處理應變片；二是將小車移到主梁的中間位置，并依次開展抓箱、起吊作業和保持靜止，此時選定主梁上翼板跨中的3個測點，其中測試設備為DH3817F。圖1為主梁跨中的應變片布設示意圖。

從《起重機設計規范》中可查得，在本案例中，起重機金屬結構件的工作等級及應力集中等級分別為E6、K3，則構件的疲勞許用應力值為68.3MPa。此時，通過對有限元計算所得應力與實測應力的疊加開展疲勞計算，可得主梁跨中應力的極大值及拉伸疲勞許用應力分別為53.19MPa、126MPa，表明起重機主梁跨中的疲勞強度在改造后滿足實際所需，同時依據《起重機械定期檢驗規則》開展下撓度測量，測得其與剛度要求相符。另外，在最不利工況下，起重機在主梁與支腿的法蘭連接處的最大水平位移測值滿足改造要求。

3 結束語

綜上，在現代化工業生產中，起重機械的安裝質量和操作性能直接決定其在生產中所起到的作用，同時在起重機安裝中，構件的應力變化會對整體結構的穩定性產生重大的影響。因此，為了保證起重機的安裝質量滿足工程所需，則應按需對其金屬結構開展應力測試，從而保證起重機械的整體穩定性及使其功用得以充分發揮，注意在這一過程，應明確應力測試的原理及做好相應的準備工作。

參考文獻

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