杠桿式測力機新型掛扣式裝配平臺技術研究

王燁宇

(中國飛機強度研究所七室，西安 710065)

0　引言

飛機疲勞強度試驗中有大批量的大噸位測力儀需要計量，測力機在檢定測力儀時，傳統(tǒng)安裝方式已經(jīng)越來越顯得不經(jīng)濟。新型掛扣式裝配平臺通過實踐檢驗，具有安裝簡便、速度快、安全性高、計量準確，受到計量人員的廣泛好評。

1　工作原理及系統(tǒng)簡介

杠桿式測力機是將砝碼產(chǎn)生的重力通過杠桿放大，產(chǎn)生力值的裝置。杠桿式測力機主要由主機、砝碼、杠桿及電氣部分組成。主機部分主要由底座、立柱、主機吊掛、拉平衡機構等組成。底座用于安裝立柱、拉平衡的減速機構等。立柱上裝有平臺，以便固定支點刀的刀墊座。加載過程中，砝碼產(chǎn)生的重力由杠桿放大后，經(jīng)主機吊掛作用在測力儀上，同時通過拉平衡機構使杠桿保持水平，使力垂直作用在測力儀上。拉平衡機構一般由電機經(jīng)減速器減速后，由皮帶輪帶動渦輪付旋轉，從而使渦輪中間的絲杠上下運動，通過主機吊掛將杠桿拉平衡。杠桿是杠桿式測力機的關鍵部件，砝碼產(chǎn)生的重力通過杠桿放大后加到測力儀上。機構主要由杠桿及其上裝的三把刀組成。中間刀為支點刀，支承杠桿使其轉動并承受杠桿、砝碼產(chǎn)生的重力及通過杠桿放大后產(chǎn)生的作用力。短臂刀為力點刀，通過此刀將力加到測力儀上，掛砝碼端的刀為重點刀。砝碼部分主要由支架、砝碼、吊掛、砝碼升降機構等組成。電氣部分主要由電氣控制箱、操作界面等組成。主要功能是，通過程序控制電機控制實現(xiàn)砝碼的加卸、杠桿平衡、砝碼組合及檢定完成后對測力儀的各項指標進行計算等。

2　測力儀的檢定過程

測力儀在安裝平臺固定后，調整杠桿平衡，通過控制臺運行測試程序完成預加載、逐級加載、卸載及數(shù)據(jù)自動采集。然后通過軟件計算出測力儀的靈敏度、直線度、穩(wěn)定度、零點輸出、重復性、滯后性，從而確定出測力儀的精度等級，完成測力儀的檢定工作。

3　原有安裝方式的缺陷

原有杠桿式測力機對測力儀進行檢定時，首先通過固定架的連接螺桿與待測測力儀連接。該種安裝連接方式對于有大批量計量任務單位來說，顯得不太經(jīng)濟合理，在計量實踐中發(fā)現(xiàn)一些不足之處。

1)安裝過程繁瑣。測力儀進行拉向測試時，先將測力儀放置到下固定架上的螺桿上，對正螺扣，旋擰測力儀實現(xiàn)下部連接；接著旋擰上部框架的螺桿，使螺桿與測力儀上部連接；此時還需要通過電機控制絲杠上升從而帶動下固定架及測力儀上升，同時還要旋擰螺桿的上端連接背帽，才能完成測力儀的安裝固定。

2)拆裝空間小、難度大。上螺桿與測力儀及上螺桿與背帽拆裝時，因拆裝空間狹小、尺寸有限，手部難操作，安裝及拆卸過程比較費力。

3)拆裝難控制、存在不安全因素。測力儀從下固定架的螺桿上拆卸時，經(jīng)常出現(xiàn)旋擰測力儀時，螺桿和測力儀同時旋轉，造成螺桿從固定架的螺紋中脫出，計量人員需重新將螺桿擰緊到下固定架中，再次旋卸測力儀；在測力儀脫出螺扣的瞬間，因受工作人員拆卸的旋轉慣性力作用，稍不注意，測力儀就有可能脫手砸落到地面，特別是拆卸大噸位測力儀時(重約25kg)，砸落地面可能傷及附近人員，從而造成安全事故。

4)安裝拆卸時間長、影響計量工作效率。由于以上三項原因，一臺測力儀從測試完畢開始拆卸到換裝好另一臺測力儀，需花費較長時間。

5)測力儀零位平衡調整與檢定時零位不同，影響計量準確性。零位平衡調整時，測力儀通過螺桿懸掛于上固定架，下端與下固定架脫開來調整杠桿平衡。測力儀檢定過程中，零位平衡時，因測力儀下端與下固定架螺紋連接不能脫開，而是背帽與上固定架脫開來采集零位數(shù)據(jù)，此時測力儀承受微量壓向載荷。從而造成零點位測試數(shù)據(jù)失真。

根據(jù)測力儀的力學原理及數(shù)據(jù)處理的端點直線法，測力儀的螺紋安裝平臺測試時會造成測力儀零位測試數(shù)據(jù)失真，從而影響測力儀的線性度及靈敏度。

為了克服這種安裝方式的不足，我所設計出新型掛扣式安裝方式代替原有螺紋安裝方式，實際使用效果良好。

4　新型掛扣式裝配平臺

掛扣式裝配平臺應用到杠桿式測力機上，能夠解決杠桿式測力機螺紋連接的裝配平臺的不足，將計量工作推上一個新臺階。

新型掛扣式裝配平臺上下接頭由原雙頭螺桿連接改為與測力機連接為螺紋形式連接，而與測力儀的連接為掛扣式連接方式，改變原測力儀與裝配平臺的直接連接為間接連接方式。螺桿連接式安裝平臺和新型掛扣式裝配平臺分別如圖1和圖2所示。新型掛扣式快裝頭如圖3所示。

圖1　螺桿連接式安裝平臺示意圖

圖2　新型掛扣式裝配平臺示意圖

圖3　新型掛扣式快裝頭零件圖

新型掛扣式裝配平臺的優(yōu)點：

1)測力儀安裝方式簡潔。測力儀與連接桿連接后，直接扣掛到裝配平臺的掛扣槽內，安裝簡潔便利。

2)無安裝空間限制。測力儀與連接桿的連接快捷方便，不受安裝平臺上的空間限制，也不會出現(xiàn)螺紋難旋擰等。

3)測力儀拆裝方便。拆卸時僅需啟動裝配平臺的上升按鍵使工作臺上升少許，計量人員即可將測力儀方便地退出裝配平臺的扣槽，放置地面，然后退出連接桿，安全便捷，徹底解決了原裝配平臺拆卸時下螺桿聯(lián)動缺陷和脫扣瞬間測力儀失穩(wěn)的安全隱患。

4)基本無輔助工作時間，效率高。一個測力儀測試完畢取下后，可直接扣掛另一臺測力儀，進行檢定，整個換裝過程不到一分鐘。原安裝平臺換裝一次至少要6～10min，按檢定一臺測力儀1h計，可提高工作效率10%以上。

5)消除系統(tǒng)誤差，確保數(shù)據(jù)準確可靠。新型裝配平臺中測力儀與上下固定架連接均為掛扣式，零位平衡可輕松調節(jié)。同時零位數(shù)據(jù)測試時，測力儀與下固定架完全脫開，保證零位數(shù)據(jù)準確性。從而保證測力儀的線性度及靈敏度的可靠性。

5　設計簡要說明

新型掛扣式裝配平臺的快裝頭及連接桿材質選用30CrMnSi，具有較高的強度，安全系數(shù)n取3，連接桿與快裝頭的接觸面取值滿足測力機的最大量程時材質許用應力的要求。同時，快裝頭的掛扣槽采用小角度的喇叭口設計，中心與連接桿同徑，即保證測試時測力儀受力的同心性。同時方便測力儀的安裝及拆卸。

6　結束語

新型掛扣式裝配平臺系統(tǒng)的成功運用，能完全消除測力儀拆裝時的安全隱患，具有省時、省力、方便及保證計量的準確性等特性。極大地減輕了測試計量人員的勞動強度，為計量工作的環(huán)境安全提供有力的保障措施，同時有效地提高了計量工作效率，保證測力儀的有效計量，對計量任務較多的單位按期完成計量工作提供強有力的保障。

[1]洪寶林.力學計量.原子能出版社,2002

[2]杜燕斌.能力驗證在質量體系中的運用和方法.工業(yè)計量，2012(3)

[3]蔣雯.設計理念—觀念引導設計.機電工程技術，2012(9)

[4]董效林.構建企業(yè)計量(檢驗)管理體系.計量技術，2012(7)