固定式電子衡器承載力變形量測試的力原理探析

【摘 要】 GB/T 7723-2008《固定式電子衡器》國家標準自2009年9月1日實施，其中在應用的適用性中，新加入了針對衡器承載器提出相對變形量的測試要求，其中涉及到制造大型固定式衡器的鋼材至關重要。本文從材料力學的角度來簡單分析用來制造大型固定式電子衡器的鋼材對該測試的影響程度，并以此分析該項測試在固定式電子衡器型式評價中的現實意義。

【關鍵詞】 鋼材 承載力變形量測試 彈性模量 慣性矩 型式評價

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.04.002

1 概述

GB/T 7723-2008《固定式電子衡器》國家標準自2009年9月1日實施以來，較以前相比最大之變化就是加入了承載力變形量測試的新內容。該國家標準實施至今，對制造大型固定式衡器的生產廠商提出了更為細致和具體的要求，其中最為重要的一點就是對于制造大型固定式衡器的鋼材的選材提出更為規范嚴格的要求；因為在型式評價試驗中，根據承載力變形量測試規定的試驗方法和試驗結論，鋼材的選材有著至關重要的作用。

2 衡器承臺鋼材工作性質

強度、塑性、韌性以及硬度等指標是衡量衡器承臺鋼材本身的金屬特性的重要內容。

2.1 強度

強度是鋼材力學性質的主要檢驗指標。鋼材在靜力載荷作用下產生形變，材料抵抗能力開始喪失，并產生塑性變形應力；當衡器承臺鋼材本身實際載荷達到鋼材的屈服強度點時，材料本身將產生不可恢復的永久性形變。強度在材料力學中用[σ]表示，單位是MPa。

理解衡器承臺鋼材強度的性質，對現實的生產過程有著很現實的意義。

2.2 彈性模量

彈性是承載力變形量測試中關注的重點。衡器承臺鋼材在靜力載荷作用下，鋼材本身應力和應變發生了變化，試驗中產生形變特性的性質稱為彈性。在此形變階段鋼材產生應力和應變的比值即為彈性模量[E]，單位是MPa；公式為：

[E=σε] （[ε]——應變）

彈性模量是衡量承臺鋼材抵抗變形能力的重要指標，有著重要的意義。[E]越大，使其產生一定量彈性形變的應力值越大；在工業生產中所涉及到的領域，彈性模量[E]反映鋼材的強度，是鋼材在受力條件下計算衡器承臺結構變形的重要指標。在制造衡器承臺時常用的碳素結構鋼材Q235B的彈性模量[E]=（2.0～2.1）×105MPa。

2.3 截面軸慣性矩

鋼材慣性矩是一個幾何量，通常被用作描述鋼材截面抵抗彎曲的性質。在GB/T 7723-2008《固定式電子衡器》用[J]表示；慣性矩的國際單位為（m4）。即面積二次矩，也稱面積慣性矩。

對于制造大型衡器的結構不同，使用的鋼材類型結構也是千差萬別，所以鋼材截面軸慣性矩也不盡相同，見圖1。

3 國家標準的要求

GB/T 7723-2008《固定式電子衡器》國家標準中的條款中指出：在現場測試或樣機試驗時，需要首先查閱產品隨機文件，并且了解該測試樣機在加載相應重量載荷后的變形量值。

然后使用規定相應重量的載荷加載至單節承載器的中部，長度符合加載區域規定，寬度與承載器同寬（見圖2），將置于單節承載器中部的高度游標尺或百分表測量出此時的單節承載器的變形量，按單節承載器的尺寸計算出相對變形。

變形量的計算公式如下：

[fmax=qcl3384EJ（8-4γ2+γ3）]

其中：[q]——局部單位長度上的平均載荷；[c]——局部單位長度；[l]——單節承載器兩支撐點間距；[γ]——[cl]；[E]——彈性模量；[J]——截面軸慣性矩。

剛度的計算公式為：剛度=[fmaxl≤1800]或[1600]，根據表1可以得出承載器的變形量試驗是否合格。

4 結論

對于成型的固定式電子衡器，在試驗過程中，彈性模量[E]和截面軸慣性矩[J]為衡器使用鋼材本身材料屬性，其他量均為衡器本身和試驗要求固定值。

從公式中不難看出，彈性模量[E]和截面軸慣性矩 是從選材本身決定變形量[J]的重要依據，所以對于大型固定式衡器的生產廠商提出了更為細致和具體的要求，包括：（1）充分理解GB/T 7723-2008《固定式電子衡器》中的條款；（2）對于制造衡器鋼材的選擇；（3）滿足型式評價對于固定式電子衡器的技術要求。

參考文獻

[1]GB/T 7723-2008 固定式電子衡器[S].

[2]聶毓琴，孟廣偉.材料力學[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]張悅，吳曉杰.鋼結構[M].杭州：浙江大學出版社，2016.

作者簡介

王寶臣，專科，助理工程師，主要從事衡器檢定研究工作。

劉旭，本科，助理工程師，主要從事衡器檢定研究工作。