沈?qū)W軍　郁鋒

摘 要：岸邊集裝箱起重機(jī)是一種大型、高效的集裝箱裝卸機(jī)械 ，從開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試到運(yùn)輸?shù)娜^(guò)程，都必須實(shí)施全面控制，以確保其產(chǎn)品質(zhì)量。拉桿是集裝箱起重機(jī)一個(gè)重要的組成部分，其受力情況直接影響到起重機(jī)正常運(yùn)作。本論文將結(jié)合電阻應(yīng)變測(cè)量原理，介紹其在岸邊集裝箱起重機(jī)拉桿測(cè)試中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電阻測(cè)試技術(shù)；拉桿；電阻應(yīng)變計(jì)；電橋

隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門和科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，在一定程度上也是生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。有利于生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的研究與改進(jìn)；有利于生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化和自動(dòng)化水平的不斷提高。

機(jī)械工程測(cè)試中的電測(cè)法，有電量電測(cè)法和非電量電測(cè)法之分。前者一般屬于電工測(cè)量，而后者則指通過(guò)相應(yīng)的物理效應(yīng)，把待測(cè)的非電量首先轉(zhuǎn)換成某種電量，然后再利用電測(cè)方法進(jìn)行測(cè)量。其中非電量電測(cè)法有著更為寬廣的領(lǐng)域。

1電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理

岸邊集裝箱起重機(jī)每一根前拉桿都必須測(cè)量其應(yīng)變及其拉力。電阻應(yīng)變計(jì)（又稱電阻應(yīng)變片）是拉桿測(cè)試中常用的一種傳感元件。使用中，將應(yīng)變計(jì)貼附在拉桿表面，并配以相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表，就可測(cè)出應(yīng)變或與應(yīng)變有對(duì)應(yīng)關(guān)系的其它非電物理量。

電阻應(yīng)變計(jì)所以能將機(jī)械變形轉(zhuǎn)換為電阻的變化，是以導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)以使用最廣的電阻合金應(yīng)變計(jì)為例，對(duì)其工作原理加以討論。

應(yīng)變靈敏系數(shù)是由制造廠在每批產(chǎn)品中抽取一定數(shù)量的應(yīng)變計(jì)，在專門的標(biāo)定設(shè)備上實(shí)驗(yàn)得到的。

2應(yīng)變計(jì)的分類和選擇

應(yīng)變計(jì)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(zhì)和應(yīng)變計(jì)的形式有關(guān)，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(dǎo)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(yīng)變計(jì)。

（3） 按基底材料的不同?？煞譃榧埢⒛z基和其它基底的應(yīng)變計(jì)。

在使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)的對(duì)象的特點(diǎn)、要求和工作條件來(lái)選擇適用的應(yīng)變計(jì)。這里推薦使用箔式應(yīng)變計(jì)，箔式應(yīng)變計(jì)是用電阻合金做敏感柵，有機(jī)樹(shù)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(shù)、蠕變和機(jī)械滯后均較小，箔柵很薄，其表面積對(duì)截面積之比較絲式應(yīng)變計(jì)大得多，故其接受試件表面變形及散熱能力都比絲式應(yīng)變計(jì)好，因而可保證較高的變形測(cè)量精度。同時(shí)由于其制造的特點(diǎn)，可作成各種形狀的特殊用途應(yīng)變計(jì)。因?yàn)椴綉?yīng)變計(jì)具有上述許多特點(diǎn)，所以目前國(guó)內(nèi)外在應(yīng)變測(cè)量中使用很廣。

3應(yīng)變計(jì)基底材料及粘結(jié)劑

應(yīng)變計(jì)基底材料及粘結(jié)層主要作用是將機(jī)械變形正確的傳遞給敏感柵。

3.1對(duì)基底材料和性能的要求為：

（1） 粘結(jié)力強(qiáng)，且在一定溫度范圍內(nèi)不受溫度、潮濕等因素影響。

（2） 干燥或加熱固化時(shí)收縮率小。

（3） 固化后吸潮性小，在使用溫度范圍內(nèi)電絕緣性能好。

（4） 疲勞性能好。

（5） 化學(xué)性能穩(wěn)定，使用期長(zhǎng)，保存方便。

（6） 耐霉菌、耐化學(xué)藥品性能好，對(duì)試件及敏感柵無(wú)腐蝕及溶解作用。

（7） 操作簡(jiǎn)便、使用方便，對(duì)人體無(wú)害。

3.2粘結(jié)劑的種類

應(yīng)變計(jì)常用的粘結(jié)劑多采用合成粘結(jié)劑，大致分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑用于高溫應(yīng)變計(jì)的粘貼，常溫和中溫則用有機(jī)粘結(jié)劑。通常做拉桿測(cè)試時(shí)所采用的粘結(jié)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(yīng)變計(jì)的粘貼，使用溫度為-50-80℃。

4應(yīng)變計(jì)的粘貼與防護(hù)

應(yīng)變計(jì)的粘貼質(zhì)量關(guān)系著測(cè)試精度和測(cè)試工作的正常進(jìn)行，因此使用前應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)變計(jì)和粘貼劑做認(rèn)真檢查。

4.1試件表面處理

為使應(yīng)變計(jì)牢固的粘貼在試件表面，必須將大于應(yīng)變計(jì)面積2～3倍的位置處理平整光潔、無(wú)污染、銹斑及氧化物。并用細(xì)砂紙交叉打毛，劃線后（貼正應(yīng)變計(jì)的標(biāo)計(jì)）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(huán)境溫度大，還應(yīng)對(duì)試料加熱烘干，使水分蒸發(fā)，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(yīng)變計(jì)背面，晾干后將502均勻的涂于應(yīng)變計(jì)背面，將應(yīng)變計(jì)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(zhì)量檢查

首先檢查應(yīng)變計(jì)是否貼正，是否貼牢，有無(wú)氣泡和發(fā)皺現(xiàn)象。然后用萬(wàn)用表檢查應(yīng)變計(jì)有無(wú)壓壞斷絲。最后用高阻表檢查柵絲與試件的絕緣（一般應(yīng)在500兆歐以上）。然后接通靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，用鉛筆頭上的橡皮輕按片柵，靜態(tài)應(yīng)變儀若有數(shù)字跳動(dòng)， 則說(shuō)明被按處柵絲下面有氣泡或剝離層等缺陷。經(jīng)檢查不合格者應(yīng)查明原因設(shè)法補(bǔ)救，不能補(bǔ)救則重新貼片。

4.4導(dǎo)線處理

（1）應(yīng)變計(jì)引線的固定為防止應(yīng)變計(jì)引線被拉斷，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行保護(hù)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(dāng)位置進(jìn)行連接。

（2）導(dǎo)線的選擇應(yīng)變計(jì)的與儀器之間所用導(dǎo)線應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)要求和使用環(huán)境加以選擇。

（3）導(dǎo)線的焊接導(dǎo)線接頭處多用錫焊，一般用熔點(diǎn)約180°C左右的錫焊，焊接要迅速準(zhǔn)確，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免產(chǎn)生過(guò)多的氧化物或損壞應(yīng)變計(jì)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(yīng)變計(jì)的防護(hù)對(duì)于粘貼良好的應(yīng)變計(jì)必須有可靠的防護(hù)措施，否則無(wú)法保證應(yīng)變計(jì)的正常工作。應(yīng)變測(cè)量的要求應(yīng)變計(jì)電路與試件間有較高而穩(wěn)定的絕緣電阻，一般為200兆歐以上，動(dòng)態(tài)可略低，靜態(tài)應(yīng)較高。為了保持恒定的絕緣應(yīng)采取妥善的防護(hù)措施，使潮氣、水、油與應(yīng)變計(jì)隔絕。目前采用的防護(hù)劑大致有：①中性凡士林；②石蠟涂劑；③環(huán)氧樹(shù)脂防潮劑；④合成橡膠防潮劑。

5電阻應(yīng)變測(cè)量電路

測(cè)量電路的作用是將應(yīng)變計(jì)的電阻變化轉(zhuǎn)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(jì)式電路和橋式電路兩種，前者多用于振動(dòng)和沖擊等高速變化的應(yīng)變測(cè)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(jìn)行高精度的測(cè)量，因而廣泛用于各類型應(yīng)變測(cè)量?jī)x器和應(yīng)變測(cè)量中。起重機(jī)拉桿應(yīng)力測(cè)試大都使用橋式應(yīng)變測(cè)量電路。

應(yīng)變電橋由四個(gè)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(hào)同值、異號(hào)同值及比例作用。為有效的利用電橋特性達(dá)到補(bǔ)償溫度、提高靈敏度及消除非因數(shù)等目的，必須合理安排應(yīng)變計(jì)在橋路中的位置。

電橋由一片應(yīng)變計(jì)和三個(gè)固定電阻組成時(shí)，當(dāng)對(duì)應(yīng)變計(jì)R1施加應(yīng)變?chǔ)艜r(shí)，如電橋?yàn)槿缺垭姌?，?yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)為K，輸入電壓為ei則電橋輸出電壓Δe可按下式計(jì)算

Δe=ei *R1/4R1=eiKε

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(yīng)在相鄰橋臂用同樣的應(yīng)變計(jì)做補(bǔ)償臂，（如下圖）。當(dāng)機(jī)械應(yīng)變和溫度影響同時(shí)加于應(yīng)變計(jì)時(shí)，如（ΔR1/R1）T =（ΔR2/R2）T（由于所用應(yīng)變計(jì)溫度系數(shù)相同，并且處于同一溫度場(chǎng)）時(shí)，溫應(yīng)影響即可消除。橋路中R1稱工作片，R2稱補(bǔ)償片。

計(jì)算方法

F=*E*A

F 為拉力

為拉桿受力產(chǎn)生的應(yīng)變

E 為鋼結(jié)構(gòu)的彈性模量

A為拉桿的橫截面積

雙拉桿的岸橋，前后拉桿對(duì)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(diào)式拉桿（矩形螺紋調(diào)節(jié)或鉸點(diǎn)偏心軸調(diào)整）進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)將前大梁處于水平狀態(tài)，在拉桿上貼應(yīng)變電阻片測(cè)出前后左右拉桿組的應(yīng)力值，如果受力不均勻，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

6電阻應(yīng)變儀的類型及原理

應(yīng)變計(jì)將機(jī)械應(yīng)變變換成電阻的變化，再經(jīng)過(guò)測(cè)量電路（如電橋）轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。但此時(shí)的電壓或電流信號(hào)是很微弱的，必須進(jìn)一步放大，才能以足夠的功率推動(dòng)指示或記錄儀器，將其記錄下來(lái)。專門用來(lái)完成這一任務(wù)的裝置就是電阻應(yīng)變儀。

靜態(tài)電阻應(yīng)變儀：工作頻率為0赫，用以測(cè)量靜應(yīng)變。當(dāng)多點(diǎn)測(cè)量時(shí)必須配用多點(diǎn)預(yù)調(diào)平衡箱，以解決接點(diǎn)和預(yù)調(diào)平衡問(wèn)題，其中又分為手動(dòng)預(yù)調(diào)平衡和切換（如YJ-5型、YJB-1型）及自動(dòng)預(yù)調(diào)平衡和切換（如YJZ-4型）兩類。岸橋起重機(jī)拉桿應(yīng)力測(cè)試通常采用的型號(hào)為YJ-26型。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣國(guó)仁主編.岸邊集裝箱起重機(jī).湖北：湖北科學(xué)技術(shù)出版社.2001.11.

[2] 張秉榮、李澤培主編.工程力學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1994.5.

[3] 沈久珩主編.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社.1985.5.