125MN熱模鍛壓力機(jī)拉桿測試研究

張巧梅

四川德陽二重設(shè)計(jì)研究院，四川德陽 618000

1 測量設(shè)備、元器件及計(jì)算公式

1.2.1 應(yīng)變儀讀數(shù)到測試應(yīng)變的換算

本次拉桿應(yīng)變片采用半橋接法引入應(yīng)變儀。應(yīng)變儀讀數(shù)和測試應(yīng)變的換算如下：

對半橋接法：ε=εi/(1 +μ)

其中：ε為測試應(yīng)變，εi為應(yīng)變儀讀數(shù)，μ為材料泊松比。

1.2.2 應(yīng)變到應(yīng)力以及預(yù)緊力的計(jì)算

對于125MN模鍛壓機(jī)，拉桿為單向應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)虎克定律，應(yīng)力由測試應(yīng)變表示為：σ=E?ε式中，E為彈性模量（E ≈ 2.1× 105MPa ），為測試應(yīng)變。

由于拉桿主要段為等截面桿，根據(jù)測試得到的應(yīng)力，可計(jì)算出拉桿預(yù)緊力為：

1.1 測量設(shè)備及元器件

1.1.1 測量設(shè)備

本次測試選定了主要的測量設(shè)備為江蘇東華測試技術(shù)有限公司制造的DH3815靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)。

1.1.2 測量元器件及主要參數(shù)

拉桿應(yīng)變測量主要測量元件為應(yīng)變片，采用中航工業(yè)電測儀器股份有限公司公司制造的高溫應(yīng)變片BB350-4BB。該型號應(yīng)變片電阻值350Ω，靈敏系數(shù)：K=2.04，使用溫度＜250℃。

1.1.3 應(yīng)變片傳感器的工藝要求

在測試中應(yīng)變片的粘貼要符合作為傳感器的粘貼工藝。為此，選用北京化工廠生產(chǎn)的R-1型502高溫膠作為粘膠，按照應(yīng)變片傳感器的標(biāo)準(zhǔn)工藝要求進(jìn)行布置。

1.2 計(jì)算公式

式中：F0預(yù)緊力，σ為軸向應(yīng)力，A為橫截面積（A前=3138cm2，A 后 =2533cm2）。

2 拉桿應(yīng)變測試及計(jì)算分析

2.1 測點(diǎn)布置

此次應(yīng)力測試我們采用了靜態(tài)應(yīng)變測量技術(shù)，選用二片應(yīng)變片組成的應(yīng)變花（90度角），根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拉桿應(yīng)力測點(diǎn)是在四根拉桿中部距二次灌漿面4300mm處布置一組應(yīng)變片組成半橋，每測點(diǎn)布二組接至靜態(tài)應(yīng)變儀。如下圖所示。

2.2 測試過程

125MN熱模鍛壓力機(jī)由左、右側(cè)機(jī)架、上梁、下機(jī)架通過四根拉桿加熱預(yù)緊組合而成一個堅(jiān)實(shí)的鑄鋼機(jī)架，四根拉桿的預(yù)緊力參數(shù)測試尤為重要。根據(jù)現(xiàn)場裝配過程包含了拉桿的加熱-降溫過程。在整個過程中對拉桿應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)控測試，應(yīng)變值由應(yīng)變測試系統(tǒng)自動記錄。

現(xiàn)場通過加熱方式使拉桿達(dá)到設(shè)計(jì)要求的伸長量，擰緊螺母后自然降溫，利用拉桿收縮施加預(yù)緊力。

2.3 補(bǔ)償及預(yù)置平衡

2.3.1 補(bǔ)償

應(yīng)變的測試主要考慮溫度的補(bǔ)償。但對于拉桿應(yīng)變片用半橋接法，拉桿應(yīng)變片采用軸向和徑向成90度的應(yīng)變花接法，實(shí)現(xiàn)溫度應(yīng)變自補(bǔ)償，溫度應(yīng)變不影響電橋平衡。

2.3.2 預(yù)置平衡與修正的考慮

根據(jù)安裝工藝要求，為了消除接觸面初始間隙，對拉桿螺母施加了一定的初始擰緊力矩，裝配測試時以此作為測試初始狀態(tài)，各測點(diǎn)可能有一定初始應(yīng)變，所有測點(diǎn)預(yù)調(diào)平衡，應(yīng)變儀讀數(shù)歸零。

2.4 測試結(jié)果及計(jì)算分析

為消除接觸面間隙，在預(yù)緊前先給各螺母施加了初始力矩，該過程從11月15日開始，對四根拉桿同時加熱（持續(xù)時間超過了14個小時），伸長量達(dá)到要求后，擰緊螺母，自然冷卻到常溫，實(shí)現(xiàn)拉桿的預(yù)緊。

根據(jù)降溫較穩(wěn)定狀態(tài)下的測點(diǎn)應(yīng)變讀數(shù)（取穩(wěn)定時的值），應(yīng)變實(shí)測數(shù)據(jù)見下表：

2.4.1 取值分析

從上表所測數(shù)據(jù)中，1號拉桿上的測點(diǎn)1與測點(diǎn)9，2號拉桿上的測點(diǎn)2與測點(diǎn)10的數(shù)據(jù)差距較大，3號拉桿上的測點(diǎn)3已損壞，4號拉桿上的測點(diǎn)4與測點(diǎn)12的數(shù)據(jù)相差較小，原因如下：

由于本次加熱的加熱桿總功率不夠、放置不均勻（偏心）和通風(fēng)狀態(tài)不好等，拉桿熱量為此分布嚴(yán)重不均，造成出沙孔貼片處300mm直徑范圍內(nèi)不同位置處溫度差異很大，以致于有些位置溫度過高造成應(yīng)變片失效或部分失效，從而使得兩組數(shù)據(jù)的差異也較大。在測試當(dāng)天晚上，測試人員經(jīng)過通宵監(jiān)測，用測溫器測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加熱快結(jié)束時，已加熱14小時，在1號拉桿上的測點(diǎn)1的表面溫度79℃，而測點(diǎn)9的溫度就達(dá)到103℃；2號拉桿上的測點(diǎn)2的表面溫度87℃，而測點(diǎn)10的溫度就已達(dá)到105℃；3號拉桿上的測點(diǎn)3點(diǎn)處溫度高達(dá)120℃，應(yīng)變片已經(jīng)失效，而測點(diǎn)11的溫度是92℃；4號拉桿上的測點(diǎn)4點(diǎn)處溫度71度，測點(diǎn)12的溫度是78℃，這組數(shù)據(jù)就比較接近。經(jīng)過觀察，在各高溫區(qū)的應(yīng)變片有的部分失效，有的已經(jīng)損壞，而溫度較低處的應(yīng)變片是完全正常的。故取采集數(shù)據(jù)為：1號拉桿測點(diǎn)1；2號拉桿測點(diǎn)2；3號拉桿測點(diǎn)11；4號拉桿測點(diǎn)4。

2.4.2 測試數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù)如下表所示

（()εμε） 應(yīng)力σ（MPa）拉力（噸）1號（前） 838 655 137 43112號（后） 779 608 128 32383號（后） 800 625 131 33244號（前） 875 684 144 4502拉桿號測量數(shù)據(jù)iε測試應(yīng)變

3 主要測試結(jié)論及建議

1）前后拉桿預(yù)緊力最大分別為4502t、3324t。根據(jù)前后拉桿預(yù)緊力要求分別為5000t和3900t，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得知預(yù)緊力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2）按照拉桿加熱預(yù)緊測試所采用的靜態(tài)應(yīng)變測試法的要求，拉桿預(yù)緊時貼片處表面溫度不應(yīng)超過80℃，加熱預(yù)緊所需的加熱棒功率應(yīng)達(dá)到360kW，加熱溫度控制在450℃～470℃，加熱時間應(yīng)在9h左右即可達(dá)到要求的伸長量。一般此類測試在每根拉桿上只需貼一組應(yīng)變片，而為確保能采集到有效數(shù)據(jù)及通過兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行相互驗(yàn)證，現(xiàn)場測試人員加貼了一組應(yīng)變片；本次測試貼片嚴(yán)格按規(guī)范操作。但本次加熱總功率雖經(jīng)技術(shù)人員的改進(jìn)，也只有228kW，為達(dá)到加熱預(yù)緊要求的伸長量，加熱溫度后來達(dá)到550℃～570℃，加熱時間達(dá)14.5h，既沒有滿足加熱溫度控制在450℃，也沒有滿足加熱時間這兩個指標(biāo)。因此兩組應(yīng)變片中，有的完全失效，有的部分失效。3）對于實(shí)測數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求偏小約10%～15%的情況，分析如下：根據(jù)現(xiàn)場安裝情況，原定應(yīng)在規(guī)定期間完成的預(yù)緊，由于加熱桿等原因，經(jīng)過多次加熱，加熱時去掉了熱電偶，沒有進(jìn)行溫度控制，致使加熱棒在加熱過程中就已經(jīng)熔化，拉桿內(nèi)部局部溫度相當(dāng)高，后兩次加熱溫度也在550℃以上，多次超過450℃的高溫加熱，不排除可能造成拉桿組織相變，使內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，可能是造成預(yù)緊力偏小的主要原因。

[1]吳宗岱，陶寶祺主編.應(yīng)變電測試原理及技術(shù).

[2]邵明亮，李文望主編.機(jī)械工程測試技術(shù).

[3]劉鴻文主編.材料力學(xué).