沈?qū)W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(fā)，設(shè)計，制造，安裝，調(diào)試到運輸?shù)娜^程，都必須實施全面控制，以確保其產(chǎn)品質(zhì)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(jié)合電阻應(yīng)變測量原理，介紹其在岸邊集裝箱起重機拉桿測試中的應(yīng)用。

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

引言

隨著生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代測試技術(shù)在國民經(jīng)濟各個部門和科學研究各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，在一定程度上也是生產(chǎn)和科學技術(shù)發(fā)展水平的重要標志之一。有利于生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的研究與改進，有利于生產(chǎn)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(yīng)的物理效應(yīng)，把待測的非電量首先轉(zhuǎn)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(lǐng)域。

1電阻應(yīng)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(yīng)變及其拉力。電阻應(yīng)變計（又稱電阻應(yīng)變片）是拉桿測試中常用的一種傳感元件。實用中，將應(yīng)變計貼附在拉桿表面，并配以相應(yīng)的測量儀表，就可測出應(yīng)變或與應(yīng)變有對應(yīng)關(guān)系的其它非電物理量。

電阻應(yīng)變計所以能將機械變形轉(zhuǎn)換為電阻的變化，是以導體的電阻應(yīng)變效應(yīng)為基礎(chǔ)的。現(xiàn)以使用最廣的電阻合金應(yīng)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(yīng)變的關(guān)系為

2應(yīng)變計的分類和選擇

應(yīng)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(zhì)和應(yīng)變計的形式有關(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。

（3） 按基底材料的不同。可分為紙基、膠基和其它基底的應(yīng)變計。

在使用時，應(yīng)根據(jù)被測的對象的特點、要求和工作條件來選擇適用的應(yīng)變計。這里推薦使用箔式應(yīng)變計，箔式應(yīng)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(shù)、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(yīng)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(yīng)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(yīng)變計。因為箔式應(yīng)變計具有上述許多特點，所以目前國內(nèi)外在應(yīng)變測量中使用很廣。

3應(yīng)變計基底材料及粘結(jié)劑

應(yīng)變計基底材料及粘結(jié)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(jié)力強，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） 化學性能穩(wěn)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(jié)劑的種類

應(yīng)變計常用的粘結(jié)劑多采用合成粘結(jié)劑，大致分為有機和無機兩類，無機粘結(jié)劑用于高溫應(yīng)變計的粘貼，常溫和中溫則用有機粘結(jié)劑。通常做拉桿測試時所采用的粘結(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)變計的粘貼，使用溫度為-50～80℃。

4應(yīng)變計的粘貼與防護

應(yīng)變計的粘貼質(zhì)量關(guān)系著測試精度和測試工作的正常進行，因此使用前應(yīng)當對應(yīng)變計和粘貼劑做認真檢查。

4.1試件表面處理

為使應(yīng)變計牢固的粘貼在試件表面，必須將大于應(yīng)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(yīng)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(huán)境溫度大，還應(yīng)對試料加熱烘干，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)變計背面，晾干后將502均勻的涂于應(yīng)變計背面，將應(yīng)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(zhì)量檢查

首先檢查應(yīng)變計是否貼正，是否貼牢，有無氣泡和發(fā)皺現(xiàn)象。然后用萬用表檢查應(yīng)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(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， 則說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)法補救，不能補救則重新貼片。

4.4導線處理

（1）應(yīng)變計引線的固定 為防止應(yīng)變計引線被拉斷，應(yīng)設(shè)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?；蛴霉潭ǘ俗悠迟N在適當位置進行連接。

（2）導線的選擇 應(yīng)變計的與儀器之間所用導線應(yīng)根據(jù)試驗要求和使用環(huán)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(chǎn)生過多的氧化物或損壞應(yīng)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(yīng)變計的防護 對于粘貼良好的應(yīng)變計必須有可靠的防護措施，否則無法保證應(yīng)變計的正常工作。應(yīng)變測量的要求應(yīng)變計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)采取妥善的防護措施，使潮氣、水、油與應(yīng)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(huán)氧樹脂防潮劑、合成橡膠防潮劑

5電阻應(yīng)變測量電路

測量電路的作用是將應(yīng)變計的電阻變化轉(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(yīng)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(yīng)變測量儀器和應(yīng)變測量中。起重機拉桿應(yīng)力測試大都使用橋式應(yīng)變測量電路。

應(yīng)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(shù)等目的，必須合理安排應(yīng)變計在橋路中的位置。

電橋由一片應(yīng)變計和三個固定電阻組成時，當對應(yīng)變計R1施加應(yīng)變ε時，如電橋為全等臂電橋，應(yīng)變計靈敏系數(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(yīng)在相鄰橋臂用同樣的應(yīng)變計做補償臂，（如下圖）。當機械應(yīng)變和溫度影響同時加于應(yīng)變計時，如（ΔR1/R1）T =（ΔR2/R2）T（由于所用應(yīng)變計溫度系數(shù)相同，并且處于同一溫度場）時，溫應(yīng)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(diào)式拉桿（矩形螺紋調(diào)節(jié)或鉸點偏心軸調(diào)整）進行測量。測量時將前大梁處于水平狀態(tài)，在拉桿上貼應(yīng)變電阻片測出前后左右拉桿組的應(yīng)力值，如果受力不均勻，應(yīng)進行調(diào)整。

6電阻應(yīng)變儀的類型及原理

應(yīng)變計將機械應(yīng)變變換成電阻的變化，再經(jīng)過測量電路（如電橋）轉(zhuǎn)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(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，用以測量靜應(yīng)變。當多點測量時必須配用多點預調(diào)平衡箱，以解決接點和預調(diào)平衡問題，其中又分為手動預調(diào)平衡和切換（如YJ-5型、YJB-1型）及自動預調(diào)平衡和切換（如YJZ-4型）兩類。岸橋起重機拉桿應(yīng)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(shù)出版社，2001（11）.

[2]張秉榮，李澤培主編.工程力學.北京：機械工業(yè)出版社，1994（05）

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