隨著機(jī)車車輛產(chǎn)品的不斷發(fā)展，對(duì)工裝的要求越來越高，吊具的安全也越來越重視。在機(jī)車車輛制造業(yè)中，多半使用兩臺(tái)吊車配備一套吊具同步進(jìn)行抬車、落車作業(yè)。吊具在起吊的瞬間承受沖擊載荷，其值大于實(shí)際載荷。為了驗(yàn)證強(qiáng)度是否符合要求，斷面形狀是否合理，可通過應(yīng)力測(cè)試測(cè)得吊具危險(xiǎn)截面處的應(yīng)變應(yīng)力及其分布規(guī)律。本文主要采用電阻應(yīng)變測(cè)量法測(cè)試內(nèi)燃機(jī)車吊具應(yīng)力。

吊具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

吊具為龍門式剛性骨架結(jié)構(gòu)，吊具的橫梁及吊柱皆為鋼板焊接箱形結(jié)構(gòu)，兩根吊柱通過吊環(huán)螺栓懸掛在橫梁上，吊柱可左右擺動(dòng)，吊環(huán)螺母與橫梁支承面間裝有止推軸承，使吊柱能繞鉛垂方向旋轉(zhuǎn)。使用吊具時(shí)，將吊柱旋轉(zhuǎn)90°，以使吊柱彎臂部分不碰及車體。吊具到位后，將吊柱轉(zhuǎn)回，把臂彎上凸出的銷子鉤入機(jī)車牽引拉桿座上的抬車孔內(nèi)，找正位置后即可起吊。U形吊環(huán)與橫梁由四根拉桿連接。多數(shù)吊具的拉桿與橫梁之間的連接銷都設(shè)在橫梁底部，以求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)為了提高吊具的穩(wěn)定性，將連接銷設(shè)在橫梁中部，并適當(dāng)加大連接銷之間的尺寸。為了限制拉桿擺動(dòng)的幅度，使吊車的吊鉤能方便的鉤住U形吊環(huán)，在橫梁上方焊有限位擋塊。一般吊具的彎臂部分為實(shí)體鍛件，加工后與吊柱鉚接在一起，也有用螺栓連接的。本設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕自重，改用整體箱型焊接彎臂。對(duì)實(shí)際構(gòu)件的幾何形狀、受力條件作了簡(jiǎn)化，結(jié)果是否符合實(shí)際情況，還需通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。為此，我們采用電阻應(yīng)變測(cè)量法對(duì)該吊具進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。

吊具受力分析

1. 額定載荷，吊車的額定起重力為490332N。吊具的額定載荷等于吊車的額定起重力減去吊具的自重。

2. 計(jì)算載荷。吊具承受動(dòng)載荷，動(dòng)載系數(shù)K按中級(jí)工況選?。↘=1.3），Q_計(jì)=K•Q_額=637432N。

3. 受力分析，以吊柱為例，吊柱為二力桿件，所受之力為P（載荷），p’（吊環(huán)螺栓反力）。將P分解為P_x和P_y，P_x=38301.2N，P_y=316413.2N。P_y作用在C-D截面上，使C-D截面承受彎曲與拉伸組合應(yīng)力，P_x引起剪應(yīng)力。根據(jù)強(qiáng)度理論求出主應(yīng)力σ_主=90.5N/mm².

4. 計(jì)算各點(diǎn)應(yīng)力

σ_Ⅰ=90.26，σ_Ⅱ=90.54，σ_Ⅲ=-69.89，σ_Ⅳ=-69.53，σ_Ⅴ=33.68。

電阻應(yīng)變測(cè)量方案

測(cè)試前，先將被測(cè)部位表面打磨光滑，然后粘貼應(yīng)變片，涂上樹脂密封，再用屏蔽導(dǎo)線連接應(yīng)變儀。當(dāng)?shù)蹙呤芰r(shí)，電阻應(yīng)變片的金屬絲的長(zhǎng)度和斷面即發(fā)生改變，引起其電阻值的變化。只要測(cè)定出應(yīng)變片電阻值的變化，就可將其轉(zhuǎn)換成構(gòu)件的應(yīng)變值。

測(cè)試儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀、JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。儀器精度高、測(cè)量準(zhǔn)確。

在被測(cè)試的橫梁、吊柱、拉桿上共布置38片應(yīng)變片。對(duì)兩套吊具的4根吊柱測(cè)試了其中的3根，共布片22片。重點(diǎn)測(cè)試一號(hào)吊柱，布片18片，二號(hào)、三號(hào)吊柱各布片2片，每點(diǎn)各測(cè)3次。具體測(cè)點(diǎn)位置見下圖。

測(cè)試數(shù)據(jù)討論

在一號(hào)吊柱的彎臂上方，應(yīng)變片布置成兩組等角三角形的應(yīng)變花，通過測(cè)試應(yīng)變花某點(diǎn)三個(gè)方向應(yīng)變的大小，來確定測(cè)點(diǎn)的主應(yīng)力及其方向。*一組應(yīng)變花的編號(hào)為13、14、15，測(cè)試數(shù)據(jù)完整，第二組應(yīng)變花的編號(hào)為19、20、21，測(cè)試數(shù)據(jù)不完整；其他各點(diǎn)都是單片組。

測(cè)試計(jì)算應(yīng)力與設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)力的比較見下表1

1. 本試驗(yàn)主要測(cè)試吊柱彎臂部分內(nèi)側(cè)的應(yīng)變值，因此應(yīng)變花主要布置在吊柱內(nèi)側(cè)的縱向中心線上，計(jì)算出拉應(yīng)力分別為75.44N/mm²。二、三號(hào)吊柱上的29、30和31應(yīng)變片分別在內(nèi)、外側(cè)的縱向中心線上。測(cè)得的拉應(yīng)力分別為88.83、74.14（N/mm²）；壓應(yīng)力分別為46.81、41.81（N/mm²），應(yīng)力值都小于材料的選用應(yīng)力93.95（N/mm²），實(shí)際安全系數(shù)平均為2.8，從而證實(shí)吊具的強(qiáng)度設(shè)計(jì)是安全可靠的。原設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2.4，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相接近，作為起重機(jī)具設(shè)計(jì)取值并不算高，說明吊具的設(shè)計(jì)是合理的。

2. 4、5、6、7、9、10、11、12應(yīng)變片布置在一號(hào)吊柱內(nèi)側(cè)蓋板的兩側(cè)邊緣處，測(cè)算出這些部位的應(yīng)力值皆高于中心線上應(yīng)變花部位的應(yīng)力值，說明蓋板與腹板的焊縫上存在應(yīng)力集中，而且由上往下應(yīng)力值呈遞增趨勢(shì)，符合機(jī)件彎曲部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中的規(guī)律。上述各部位的應(yīng)力值均超過了材料的許用應(yīng)力，特別是7和12的應(yīng)力值*大。可見原設(shè)計(jì)彎曲部分的內(nèi)圓弧半徑偏小，需適當(dāng)加大。

3. 電阻應(yīng)變法只能測(cè)試構(gòu)件表面的應(yīng)變，對(duì)構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力分布情況必須借助于力學(xué)理論來分析。

4. 從一號(hào)吊柱的應(yīng)變花上測(cè)算得的應(yīng)力與三號(hào)吊柱32號(hào)應(yīng)變片上測(cè)算得到應(yīng)力值接近，與二號(hào)吊柱上30號(hào)應(yīng)變片上測(cè)算得到的應(yīng)力值相差較多，其比值接近1.2:1。這種現(xiàn)象說明四根吊柱上負(fù)荷的不均勻性。因此，設(shè)計(jì)吊具時(shí)，必須充分考慮載荷的不均勻分布。本實(shí)驗(yàn)將載荷的不均勻系數(shù)放在安全系數(shù)中考慮。

5. 在吊柱的腹板上測(cè)試四點(diǎn)，其中1、3位受拉，2、8位受壓。由表1中看處，從1、3位應(yīng)變片上測(cè)算的主應(yīng)力*大達(dá)90.82N/mm²，而許用應(yīng)力為93.95N/mm²，說明此處強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全可靠，腹板厚度16mm選取得當(dāng)。從外側(cè)蓋板上29和31位應(yīng)變片上測(cè)算得到的壓應(yīng)力值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)計(jì)算值及許用值，安全系數(shù)分別高達(dá)4.8和5.4，顯然選材不夠合理，外側(cè)蓋板的厚度*全可以減薄一些。

6. 由應(yīng)變花測(cè)算得主應(yīng)力方向與吊柱縱向中心線偏差4.14°，這固然與應(yīng)變花粘貼的相對(duì)位置誤差有關(guān)，但偏差太大，不可忽視。除在設(shè)計(jì)或制造中，應(yīng)嚴(yán)格控制各構(gòu)件的形位公差外，在使用時(shí)應(yīng)注意吊具的位置要對(duì)正，避免吊具歪斜，受力不均。

7. 試驗(yàn)中注意了起吊平穩(wěn)，從記錄的波形曲線分析，起吊瞬間雖有沖擊，但振幅不大。

8. 本文所討論的內(nèi)容，只限于對(duì)吊具的強(qiáng)度檢驗(yàn)，而吊具的安全性不僅與吊具的強(qiáng)度有關(guān)，還與吊具的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等其他一些因素有關(guān)。

9. 箱型焊接彎臂結(jié)構(gòu)與整體鍛造的彎臂結(jié)構(gòu)相比，無論是在材料的利用上還是在加工的工時(shí)上都是節(jié)省的。

10. 實(shí)驗(yàn)中儀器的零點(diǎn)漂移值較大，并不是應(yīng)變片有問題，而是測(cè)試儀器受環(huán)境因素的干擾引起的，但零點(diǎn)漂移由一定的規(guī)律，因此，三組數(shù)據(jù)應(yīng)是有效數(shù)據(jù)。

由上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，電阻應(yīng)變測(cè)量法可用于工裝構(gòu)件的強(qiáng)度分析。可解決工裝粗大笨重，提高工裝設(shè)計(jì)水平。