電測法工程應(yīng)用實例

關(guān)于電測法工程應(yīng)用實例第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日1例1內(nèi)河碼頭纜車輪壓檢測及統(tǒng)計分析

在我國《港工載荷規(guī)范》修訂工作中，需要對港口現(xiàn)有港工機械的載荷分布進行跟蹤監(jiān)測和統(tǒng)計分析，以便對港口基礎(chǔ)設(shè)施的載荷設(shè)計做出科學(xué)規(guī)定。纜車是我國內(nèi)河港口斜坡式客貨碼頭常用的裝卸與交通機械，它通過鋼纜由卷揚機帶動，在斜坡軌道上升將作業(yè)，見圖1-1。圖1-1內(nèi)河碼頭1.1概述重慶朝天門客貨碼頭第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2

纜車的種類繁多，按輪數(shù)分，有4輪、6輪、8輪，最多有18輪。按支撐形式分，有彈性支撐、剛性支撐。見圖1-2。軌基的形式有架空梁式（圖1-1）和斜坡式（圖1-2）。抽樣檢測工作必須囊括典型纜車類型和軌基。圖1-2纜車類型彈支四輪車彈支十八輪車剛支四輪車第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日3

由于是現(xiàn)場跟蹤測量，采用電測法。對于彈性支撐纜車，用位移傳感器測量支撐彈簧的變位來換算輪壓；而對于剛支纜車，需要設(shè)計專用載荷傳感器來測量軸承座與車架間的壓力，然后由輪部的平衡條件換算輪壓。自重輪壓在起點單獨測量，處理時與動態(tài)輪壓疊加。輪壓檢測原理方塊圖如圖1-3所示。1.2輪壓測量方案圖1-3輪壓檢測原理方塊圖

為了簡化，在推導(dǎo)輪壓換算公式時，作了如下基本假定：

1.2.1輪與軸、輪與軌以及軸承與擋板之間均為理想光滑面接觸；

1.2.2因纜車運行速度緩慢，軌道起伏曲率很小，慣性力可忽略不計。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日41.3載荷傳感器設(shè)計

設(shè)計在剛支纜車軸承座凹腔內(nèi)安裝的多彈性元件在荷傳感器，它由6只圓柱形元件和一塊基板構(gòu)成，傳感器的安裝不應(yīng)影響纜車的安全和正常作業(yè)，見圖1-4。應(yīng)變計的布置及橋路如圖1-5所示，采用串并聯(lián)線路。1-41-5第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日51.4傳感器材料基板材料：Q235彈性元件材料：40Cr

彈性模量：206GPa；泊松比：0.3；比例極限：650MPa；設(shè)計傳感器量程：8T；考慮僅有3只彈性元件受力的最壞情況，彈性元件量程為2.67T，按過載率100%，設(shè)計元件直徑：D=10.50±0.02mm；熱處理：850℃油淬，370℃鹽爐回火。應(yīng)變計類型：膠基箔式，阻值：110歐姆。粘接劑：熱固化JSF-2酚醛類膠第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日61.5應(yīng)變讀數(shù)與載荷的關(guān)系由應(yīng)變計串并聯(lián)時的關(guān)系，可以導(dǎo)出這是一種線性關(guān)系。其中為各彈性元件所受壓力之合力。（1-1）第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日71.6傳感器靈敏度由（1）式，傳感器的理論靈敏度最大應(yīng)變輸出1000微應(yīng)變。這里沒有考慮應(yīng)變計串并聯(lián)引起的橋臂電阻值變化和長導(dǎo)線影響。實際的橋臂阻值應(yīng)為330歐姆，導(dǎo)線長度為100米。這些因素的影響將減小應(yīng)變讀數(shù)，實際靈敏度應(yīng)比計算結(jié)果大，需要通過標(biāo)定實驗確定。實驗表明，傳感器具有很好的線性，使用實際要采用的儀器系統(tǒng)和長導(dǎo)線，標(biāo)定出的靈敏度為圖1-5使用過的載荷傳感器實物第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日81.7纜車輪壓及不均勻系數(shù)統(tǒng)計分析結(jié)果1-1

經(jīng)檢驗，不均勻系數(shù)不拒絕正態(tài)分布，輪壓不拒絕極值Ⅰ型分布。統(tǒng)計結(jié)果如表1-1至1-4所示。本結(jié)果為《規(guī)范》中對纜車載荷的規(guī)定提供了科學(xué)依據(jù)。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日91-2第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日101-31-4第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日11實例二V形拌粉機疲勞裂因分析及其加固2.1概述

“V型拌粉機”是某電池廠自行設(shè)計的拌粉機械，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。設(shè)備在連續(xù)運行七個月后，在主動端軸筒與外殼連接前、后加勁肋焊縫處出現(xiàn)裂紋，破壞顯然是由疲勞引起的，但疲勞破壞的原因是殼體本身設(shè)計強度不足，還是因腐蝕減小了殼體壁厚所致，需要進行實驗研究。由于要進行現(xiàn)場試驗，采用電測法。V型旋轉(zhuǎn)殼攪拌軸入出料口裂紋主動端圖2-1拌粉機結(jié)構(gòu)及裂紋位置第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日122.2實驗方案

由于測量對象為旋轉(zhuǎn)件，且情況特殊，需要根據(jù)設(shè)備實際情況自制集流器。本實驗為強度校核性實驗，測點選在危險區(qū)，即加勁肋前緣焊縫焊趾處，通過布置分別垂直和平行于焊縫方向的梯度應(yīng)變計，通過二次曲線擬合與外推插值計算測定焊趾處正應(yīng)變，確定兩個方向的正應(yīng)力（圖2-2）；在靠近焊趾處沿與焊縫成±45°方向布置應(yīng)變計近似測定剪應(yīng)力（圖2-3）。使用補償塊補償，502粘接劑。每次實驗針對同一工況（實際裝粉重量）。實驗對未投入使用的設(shè)備進行。2.2.1應(yīng)變計布置123567圖2-2測正應(yīng)力41234567圖2-3測剪應(yīng)力第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日132.2.2測量分析及儀器系統(tǒng)應(yīng)變計集流器Y6D-3A型動態(tài)應(yīng)變儀SC16A光線示波器半橋應(yīng)變波高計算機計算應(yīng)力與疲勞校核數(shù)據(jù)輸入手工分析圖2-4測量分析方框圖第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日14總長度：L=142.5mm絕緣筒外經(jīng)：D=298mm絕緣筒內(nèi)經(jīng)：d=260mm環(huán)外經(jīng)：D’=286mm環(huán)皮寬度：b=3.5mm環(huán)皮厚度：t=0.3mm環(huán)間距：a=3.5mm拉線長度：l=800mm通道數(shù)：18（可同時進行6點測量，與應(yīng)變儀通道數(shù)對應(yīng)）材料：絕緣筒用聚氯乙烯塑料板材粘合后進行加工；環(huán)、拉線用BQe2銅箔帶；引出線、短接線用屏蔽線。絕緣電阻：環(huán)間大于500兆歐，環(huán)與機體間大于500兆歐。2.3集流器的構(gòu)造與性能2.3.1構(gòu)造2.3.2噪聲測定圖2-5自制拉線式集流器的構(gòu)造圖圖2-6集流器噪聲測量

用補償塊上的應(yīng)變計構(gòu)成半橋，記錄各組通道（每組3個通道）的接觸電阻變化。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日152.3應(yīng)變曲線的分析

試驗時在圖2-1所示的殼體起始位置調(diào)節(jié)儀器平衡，開機時記錄曲線。曲線分析時，測量殼體旋轉(zhuǎn)到1/4和3/4周期位置的應(yīng)變波高，計算時從中扣除集流器在相應(yīng)位置的噪聲波高，以此作為測點的實際應(yīng)變波高。圖2-7應(yīng)變波形分析方法?周?周?周?周(a)測點應(yīng)變波(b)接觸電阻變化第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日162.4應(yīng)力計算

由波形分析得到的應(yīng)變波高，和標(biāo)定應(yīng)變以及靈敏系數(shù)修正公式，可得各測點實際應(yīng)變，然后通過二次曲線擬合插值計算圖2-8危險區(qū)應(yīng)力分布圖(a)1/4周期(b)3/4周期得焊趾處測點o的應(yīng)變，再由胡克定律便可計算焊趾處測點的應(yīng)力，結(jié)果從略。在1/4和3/4周期位置的危險區(qū)應(yīng)力分布如圖2-8所示。（2-1）第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日17由于殼體為材料為Q235，適合使用最大剪應(yīng)力理論進行疲勞校核，疲勞判據(jù)為2.5疲勞校核其中校核結(jié)果如表2-1所示。（2-2）第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日18表3-1危險區(qū)測點的疲勞校核測點主變應(yīng)力幅疲勞校核11990N21120N32710N41860N52990N61660N71210N878.60Y91520N102810N113120N122500N132160N141030Y第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日192.5加固措施

由分析結(jié)果知，V型拌粉機外殼產(chǎn)生疲勞破壞的原因，主要是殼體在加勁肋的強迫作用下發(fā)生過大反復(fù)翹曲變形，導(dǎo)致殼體局部抗疲勞強度嚴(yán)重不足。必須采取加固措施，一方面應(yīng)局部增大殼體的抗彎剛度，另一方面是減小連接加勁肋的剛度，以降低加勁肋前緣應(yīng)力水平，以提高殼體的抗疲勞性能。采取的措施是，用一塊與殼體等厚的橢圓形Q235板材焊在殼體上以增大其厚度，并通過搭焊延長加勁肋以減小其剛度。如圖2-8所示。采取加固措施后，再次對新的危險區(qū)進行應(yīng)力測量，校核其疲勞強度，各測點處均滿足疲勞強度要求(略)。圖2-8拌粉機殼體的加固措施第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日20實例三防砸背甲沖擊試驗標(biāo)準(zhǔn)研究3.1概述“防砸背甲”是礦工井下作業(yè)時必備的安全防護裝備（圖3-1）。一般的防砸背甲都具有結(jié)構(gòu)簡單、輕便附體、造價低廉等優(yōu)點。為了嚴(yán)格控制此類產(chǎn)品的質(zhì)量，國家勞動部對勞?？蒲胁块T下達(dá)了制定防砸背甲產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)，要求對防砸背甲的規(guī)格、技術(shù)要求、試驗方法和檢測規(guī)則等作出明確規(guī)定。本項課題僅限于對背甲沖擊試驗方法和檢驗背甲是否合格的技術(shù)指標(biāo)進行研究。如何從礦工井下作業(yè)的具體情況出發(fā)，合理制作沖擊試驗?zāi)Ｐ褪潜卷椦芯康年P(guān)鍵。圖3-1常見的幾種防砸背甲第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日213.2基本假設(shè)

人體受落物沖擊時，所感受的沖擊力不僅與落物質(zhì)量、硬度、沖擊面大小有關(guān)，也與人體體型、姿態(tài)和反應(yīng)能力等多種因素有關(guān)。為了簡化問題，保證試驗?zāi)Ｐ?、方法和結(jié)果的安全可靠，可從最不利情況來考慮，首先作出如下假設(shè)：

(1)落物足夠硬，且為點沖擊；沖擊點在人體腰椎部，且椎骨處于水平狀態(tài)；

(2)人體受沖擊時，無整體移動，椎骨僅產(chǎn)生微小的橫向撓曲和局部壓縮變形。以基本假設(shè)為前提，問題轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計合理的“人體”試驗?zāi)Ｐ?，選擇恰當(dāng)?shù)哪Ｐ筒牧虾瓦m用的儀器系統(tǒng)；然后根據(jù)人體椎骨的耐受力，和試驗測定出的落錘重量、高度與“感受力”之間的關(guān)系，制定合理的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。3.3儀器系統(tǒng)根據(jù)實驗室條件，本試驗采用圖3-2所示儀器系統(tǒng)：如果有條件，理想儀器系統(tǒng)如圖3-3所示。圖3-2實際使用的儀器系統(tǒng)人體模型拉壓力傳感器動態(tài)應(yīng)變儀光線示波器落錘背甲圖3-3理想儀器系統(tǒng)人體模型壓電式力傳感器峰保型電荷放大器落錘背甲第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日223.4“人體”腰模

模型設(shè)計要考慮簡單、便于檢驗單位實施，設(shè)計的“腰?！庇苫炷粱A(chǔ)、拉壓力傳感器、“脊椎骨”、“里脊”、“腰側(cè)軟組織”和木托架組成（圖3-3）。模型的主要材料（從安全考慮，采用彈性模量高于腰部組織的軟性材料）：“脊椎骨”——紅松木（6×4×35cm）；椎骨突出部分——硬聚氯乙烯塑料（1×1.5cm）；“里脊”——毛氈（1.2至1.3cm）；“軟組織”——海棉（37×12×5cm）由人造革包裹。圖3-3“試驗腰膜”的結(jié)構(gòu)第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日233.5試驗方法

選擇剛性較大、固有頻率較高的測力傳感器，以避免信號頻率接近傳感器固有頻率產(chǎn)生共振所產(chǎn)生的誤差。本試驗采用的傳感器測力范圍為20KN，固有頻率約130kHz，遠(yuǎn)大于預(yù)估沖擊力頻率200Hz；示波器振動子的頻率也不必選擇太高的，一是能保證靈敏度，二是能濾掉由于椎骨振動造成的高頻毛刺，便于波形分析。試驗時采用FC6-2500振子。試驗時，事先估計最大沖擊力，選擇合適的應(yīng)變儀衰減檔以保證沖擊力波形處于記錄紙寬度之內(nèi)。根據(jù)工地作業(yè)現(xiàn)場調(diào)查，選擇20N錘重、1m落高作為試驗條件比較合適。另外，從點沖擊最壞情況考慮，落錘為半圓球沖擊面。人體受沖擊力作用的損傷程度，不僅與沖擊力大小有關(guān)，還與沖擊時間有關(guān)。設(shè)示波圖波高為hmax，單位波高代表的力為f，則最大沖擊力（3-1）

設(shè)拍攝波形所用的時標(biāo)周期為T，在記錄紙上的相應(yīng)長度為L；從沖擊力等于錘重到?jīng)_擊力達(dá)到峰值所經(jīng)歷的時間為△t，相應(yīng)記錄紙長度為△l，則

因沖擊為瞬態(tài)過程，應(yīng)選擇盡可能高的紙速，本試驗選擇最大速度5000mm/s，相應(yīng)時標(biāo)周期為T=0.01s。（3-2）第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日243.6傳感器的標(biāo)定3.6.1靜標(biāo)定

靜標(biāo)定是為確定（3-1）中的f。本試驗在萬能試驗機進行，標(biāo)定結(jié)果為：應(yīng)變儀衰減檔在“1”時，f=1kN/cm；衰減“3”時，f=3kN/cm。靜標(biāo)定后，儀器靈敏度、振動子等一律不再更動，維持靜標(biāo)定狀態(tài)測量沖擊力。3.6.2動標(biāo)定

為進一步驗證靜標(biāo)定結(jié)果是否適用本試驗，還需對傳感器進行動標(biāo)定。動標(biāo)定試驗在自制沖擊試驗臺上進行，儀器狀態(tài)與靜標(biāo)定時相同。圖3-4沖擊試驗臺架

對于不同落錘高度，從記錄的沖擊力波形可得到實測值Pmax和△t，由實際錘重W、落錘高度H和實測的時間△t，代如下式可計算理論最大沖擊力PTmax。[1]莊德恩,《試驗應(yīng)力分析的若干問題及方法》,科學(xué)出版社,1979.P76.（3-3）動標(biāo)定試驗結(jié)果如圖3-5所示，可以看出，Pmax與PTmax的相對誤差相當(dāng)微小，均不超過1%。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日25圖3-5傳感器動標(biāo)定試驗結(jié)果3.6樣品試驗結(jié)果對圖3-1所示3種典型產(chǎn)品進行試驗，試驗結(jié)果如表3-1所示。第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日26背甲的構(gòu)造試樣編號背甲腰節(jié)中點受沖擊背甲腰節(jié)中點受沖擊Pmax（N）△t（s）Pmax（N）△t（s）層壓板硬甲12mm厚紅色粘彈性緩沖墊（圖1右）1-165500.0041462000.003791-258000.0040557000.003721-370000.0040264000.00364層壓板硬甲8mm厚百色粘彈性緩沖墊（圖1中）2-187000.0026075000.002502-287000.0022772000.002712-393000.0023972000.002482-496000.0023276500.002692-596900.0022479500.002642-696900.0022573000.00272白塑料軟甲8mm厚百色粘彈性緩沖墊（圖1左）3-169000.0027069000.00237表3-1防砸