論岸橋起重機拉桿應力測試應用

沈學軍　郁鋒

摘 要：岸邊集裝箱起重機是一種大型，高效的集裝箱裝卸機械 ，從開發，設計，制造，安裝，調試到運輸的全過程，都必須實施全面控制，以確保其產品質量。拉桿是集裝箱起重機一個重要的組成部分，其受力情況直接影響到起重機正常運作。本論文將結合電阻應變測量原理，介紹其在岸邊集裝箱起重機拉桿測試中的應用。

關鍵詞：電阻測試技術；拉桿；電阻應變計；電橋

引言

隨著生產和科學技術的發展，現代測試技術在國民經濟各個部門和科學研究各個領域的應用日益廣泛，在一定程度上也是生產和科學技術發展水平的重要標志之一。有利于生產工藝和生產設備的研究與改進，有利于生產過程機械化和自動化水平的不斷提高。

機械工程測試中的電測法，有電量電測法和非電量電測法之分。前者一般屬于電工測量，而后者則指通過相應的物理效應，把待測的非電量首先轉換成某種電量，然后再利用電測方法進行測量。其中非電量電測法有著更為寬廣的領域。

1電阻應變計的工作原理

岸邊集裝箱起重機每一根前拉桿都必須測量其應變及其拉力。電阻應變計（又稱電阻應變片）是拉桿測試中常用的一種傳感元件。實用中，將應變計貼附在拉桿表面，并配以相應的測量儀表，就可測出應變或與應變有對應關系的其它非電物理量。

電阻應變計所以能將機械變形轉換為電阻的變化，是以導體的電阻應變效應為基礎的。現以使用最廣的電阻合金應變計為例，對其工作原理加以討論。

當對一定尺寸的電阻合金絲施加外力。使其變形時，其電阻變化率與應變的關系為

2應變計的分類和選擇

應變計由于用途及使用材料的不同而制成各種形式，一般由基底、敏感柵及引線組成。它的性能與組成部分的材料性質和應變計的形式有關，其種類很多，大致有下列幾種分法：

（1） 按敏感柵材料的種類，可分為金屬和半導體柵兩大類。

（2） 按敏感柵的配置可分為單軸，多軸及特殊型應變計。

（3） 按基底材料的不同。可分為紙基、膠基和其它基底的應變計。

在使用時，應根據被測的對象的特點、要求和工作條件來選擇適用的應變計。這里推薦使用箔式應變計，箔式應變計是用電阻合金做敏感柵，有機樹脂作基底，照相腐蝕而成。其耐久性、耐潮濕和電絕緣性能都較好。橫向系數、蠕變和機械滯后均較小，箔柵很薄，其表面積對截面積之比較絲式應變計大得多，故其接受試件表面變形及散熱能力都比絲式應變計好，因而可保證較高的變形測量精度。同時由于其制造的特點，可作成各種形狀的特殊用途應變計。因為箔式應變計具有上述許多特點，所以目前國內外在應變測量中使用很廣。

3應變計基底材料及粘結劑

應變計基底材料及粘結層主要作用是將機械變形正確的傳遞給敏感柵。

3.1對基底材料和性能的要求為：

（1） 粘結力強，且在一定溫度范圍內不受溫度、潮濕等因素影響。

（2） 干燥或加熱固化時收縮率小。

（3） 固化后吸潮性小，在使用溫度范圍內電絕緣性能好。

（4） 疲勞性能好。

（5） 化學性能穩定，使用期長，保存方便。

（6） 耐霉菌、耐化學藥品性能好，對試件及敏感柵無腐蝕及溶解作用。

（7） 操作簡便、使用方便，對人體無害。

3.2粘結劑的種類

應變計常用的粘結劑多采用合成粘結劑，大致分為有機和無機兩類，無機粘結劑用于高溫應變計的粘貼，常溫和中溫則用有機粘結劑。通常做拉桿測試時所采用的粘結劑一般為502膠水，其主要成分是氰基丙烯酸脂，適用于各種基底應變計的粘貼，使用溫度為-50～80℃。

4應變計的粘貼與防護

應變計的粘貼質量關系著測試精度和測試工作的正常進行，因此使用前應當對應變計和粘貼劑做認真檢查。

4.1試件表面處理

為使應變計牢固的粘貼在試件表面，必須將大于應變計面積2～3倍的位置處理平整光潔、無污染、銹斑及氧化物。并用細砂紙交叉打毛，劃線后（貼正應變計的標計）用浸有丙酮的脫脂棉或紗布清洗干凈，直至脫脂棉擦上去不顯黑跡為止。如環境溫度大，還應對試料加熱烘干，使水分蒸發，然后再貼片。

4.2貼片

用脫脂棉蘸丙酮擦洗處理好的貼片表面及應變計背面，晾干后將502均勻的涂于應變計背面，將應變計找正位置貼上。然后墊上一層玻璃紙，用手指滾壓趕出氣泡，使片貼牢。

4.3貼片質量檢查

首先檢查應變計是否貼正，是否貼牢，有無氣泡和發皺現象。然后用萬用表檢查應變計有無壓壞斷絲。最后用高阻表檢查柵絲與試件的絕緣（一般應在500兆歐以上）。然后接通靜態電阻應變儀，用鉛筆頭上的橡皮輕按片柵，靜態應變儀若有數字跳動， 則說明被按處柵絲下面有氣泡或剝離層等缺陷。經檢查不合格者應查明原因設法補救，不能補救則重新貼片。

4.4導線處理

（1）應變計引線的固定 為防止應變計引線被拉斷，應設法進行保護固定，一般常溫下可在引線下面粘貼一層橡皮膏（氧化鋅橡皮膏或其他絕緣膠帶），然后在引線上再蓋一層使引線固定。或用固定端子片粘貼在適當位置進行連接。

（2）導線的選擇 應變計的與儀器之間所用導線應根據試驗要求和使用環境加以選擇。

（3）導線的焊接 導線接頭處多用錫焊，一般用熔點約180℃左右的錫焊，焊接要迅速準確，時間不宜過長，以免產生過多的氧化物或損壞應變計的基底和絲柵。焊完要用丙酮酒精等溶劑將焊劑清洗干凈。

（4）應變計的防護 對于粘貼良好的應變計必須有可靠的防護措施，否則無法保證應變計的正常工作。應變測量的要求應變計電路與試件間有較高而穩定的絕緣電阻，一般為200兆歐以上，動態可略低，靜態應較高。為了保持恒定的絕緣應采取妥善的防護措施，使潮氣、水、油與應變計隔絕。目前采用的防護劑大致有：中性凡士林、石蠟涂劑 、環氧樹脂防潮劑、合成橡膠防潮劑

5電阻應變測量電路

測量電路的作用是將應變計的電阻變化轉換成電壓或電流的變化，以便于放大或記錄，常用的電路有電位計式電路和橋式電路兩種，前者多用于振動和沖擊等高速變化的應變測量，后者因其精度高，制作較易，又便于配合放大電路和記錄器進行高精度的測量，因而廣泛用于各類型應變測量儀器和應變測量中。起重機拉桿應力測試大都使用橋式應變測量電路。

應變電橋由四個橋臂組成，可以采用單臂、雙臂或四臂工作，各臂往往受到同號同值、異號同值及比例作用。為有效的利用電橋特性達到補償溫度、提高靈敏度及消除非因數等目的，必須合理安排應變計在橋路中的位置。

電橋由一片應變計和三個固定電阻組成時，當對應變計R1施加應變ε時，如電橋為全等臂電橋，應變計靈敏系數為K，輸入電壓為ei則電橋輸出電壓Δe可按下式計算

此種橋路中，不能消除溫度影響，故很少采用。如要消除溫度影響，應在相鄰橋臂用同樣的應變計做補償臂，（如下圖）。當機械應變和溫度影響同時加于應變計時，如（ΔR1/R1）T =（ΔR2/R2）T（由于所用應變計溫度系數相同，并且處于同一溫度場）時，溫應影響即可消除。橋路中R1稱工作片，R2稱補償片。

雙拉桿的岸橋，前后拉桿對大梁自重的分配一般是6：4（前拉桿為6，后拉桿為4）。在同組拉桿中，左右拉桿受力偏差約為±10%。通常要用可調式拉桿（矩形螺紋調節或鉸點偏心軸調整）進行測量。測量時將前大梁處于水平狀態，在拉桿上貼應變電阻片測出前后左右拉桿組的應力值，如果受力不均勻，應進行調整。

6電阻應變儀的類型及原理

應變計將機械應變變換成電阻的變化，再經過測量電路（如電橋）轉換成電壓或電流的變化。但此時的電壓或電流信號是很微弱的，必須進一步放大，才能以足夠的功率推動指示或記錄儀器，將其記錄下來。專門用來完成這一任務的裝置就是電阻應變儀。

靜態電阻應變儀：工作頻率為0赫，用以測量靜應變。當多點測量時必須配用多點預調平衡箱，以解決接點和預調平衡問題，其中又分為手動預調平衡和切換（如YJ-5型、YJB-1型）及自動預調平衡和切換（如YJZ-4型）兩類。岸橋起重機拉桿應力測試通常采用的型號為YJ-26型。

參考文獻：

[1]蔣國仁主編.岸邊集裝箱起重機.湖北：湖北科學技術出版社，2001（11）.

[2]張秉榮，李澤培主編.工程力學.北京：機械工業出版社，1994（05）

[3]沈久珩主編.機械工程測試技術.北京：冶金工業出版社，1985（05）.