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

吊具結(jié)構(gòu)特點

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,，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,，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)簡單,。本設(shè)計為了提高吊具的穩(wěn)定性,，將連接銷設(shè)在橫梁中部，并適當加大連接銷之間的尺寸,。為了限制拉桿擺動的幅度,，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)計為簡化結(jié)構(gòu),，減輕自重,，改用整體箱型焊接彎臂。對實際構(gòu)件的幾何形狀,、受力條件作了簡化,，結(jié)果是否符合實際情況，還需通過實驗來驗證,。為此,，我們采用電阻應(yīng)變測量法對該吊具進行應(yīng)力測試。

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. 計算載荷,。吊具承受動載荷,，動載系數(shù)K按中級工況選取（K=1.3）,，Q_計=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)強度理論求出主應(yīng)力σ_主=90.5N/mm².

4. 計算各點應(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)變測量方案

測試前,，先將被測部位表面打磨光滑，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?shù)蹙呤芰r，電阻應(yīng)變片的金屬絲的長度和斷面即發(fā)生改變,，引起其電阻值的變化,。只要測定出應(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,。

測試儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀,、JHDY動態(tài)應(yīng)變儀。儀器精度高,、測量準確,。

在被測試的橫梁、吊柱,、拉桿上共布置38片應(yīng)變片,。對兩套吊具的4根吊柱測試了其中的3根，共布片22片,。重點測試一號吊柱,，布片18片，二號,、三號吊柱各布片2片,，每點各測3次。具體測點位置見下圖,。

測試數(shù)據(jù)討論

在一號吊柱的彎臂上方,，應(yīng)變片布置成兩組等角三角形的應(yīng)變花，通過測試應(yīng)變花某點三個方向應(yīng)變的大小,，來確定測點的主應(yīng)力及其方向,。*一組應(yīng)變花的編號為13、14,、15,，測試數(shù)據(jù)完整，第二組應(yīng)變花的編號為19,、20,、21，測試數(shù)據(jù)不完整,；其他各點都是單片組,。

測試計算應(yīng)力與設(shè)計計算應(yīng)力的比較見下表1

1. 本試驗主要測試吊柱彎臂部分內(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,，計算出拉應(yīng)力分別為75.44N/mm²,。二、三號吊柱上的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）,，實際安全系數(shù)平均為2.8,，從而證實吊具的強度設(shè)計是安全可靠的。原設(shè)計安全系數(shù)為2.4,，與實測數(shù)據(jù)相接近,，作為起重機具設(shè)計取值并不算高，說明吊具的設(shè)計是合理的,。

2. 4,、5、6,、7,、9、10,、11,、12應(yīng)變片布置在一號吊柱內(nèi)側(cè)蓋板的兩側(cè)邊緣處，測算出這些部位的應(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，符合機件彎曲部位易產(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?？梢娫O(shè)計彎曲部分的內(nèi)圓弧半徑偏小，需適當加大,。

3. 電阻應(yīng)變法只能測試構(gòu)件表面的應(yīng)變,，對構(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. 從一號吊柱的應(yīng)變花上測算得的應(yīng)力與三號吊柱32號應(yīng)變片上測算得到應(yīng)力值接近,，與二號吊柱上30號應(yīng)變片上測算得到的應(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荷的不均勻性,。因此,，設(shè)計吊具時，必須充分考慮載荷的不均勻分布。本實驗將載荷的不均勻系數(shù)放在安全系數(shù)中考慮,。

5. 在吊柱的腹板上測試四點,，其中1、3位受拉,，2,、8位受壓。由表1中看處,，從1,、3位應(yīng)變片上測算的主應(yīng)力*大達90.82N/mm²，而許用應(yīng)力為93.95N/mm²,，說明此處強度設(shè)計安全可靠,，腹板厚度16mm選取得當。從外側(cè)蓋板上29和31位應(yīng)變片上測算得到的壓應(yīng)力值遠小于設(shè)計計算值及許用值,，安全系數(shù)分別高達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)變花粘貼的相對位置誤差有關(guān)，但偏差太大,，不可忽視,。除在設(shè)計或制造中，應(yīng)嚴格控制各構(gòu)件的形位公差外,，在使用時應(yīng)注意吊具的位置要對正,，避免吊具歪斜，受力不均,。

7. 試驗中注意了起吊平穩(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，只限于對吊具的強度檢驗,，而吊具的安全性不僅與吊具的強度有關(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上都是節(jié)省的,。

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

由上述實驗驗證,，電阻應(yīng)變測量法可用于工裝構(gòu)件的強度分析?？山鉀Q工裝粗大笨重,，提高工裝設(shè)計水平。