一種螺釘受力測試的方法

石子貢，劉劍，農(nóng)德海，韋磊，宋少勇

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司挖掘機(jī)研究院，廣西柳州545007）

1 引言

鋼材具有特定的彈性模量，在受到外負(fù)載力的情況下發(fā)生彈性形變，在未發(fā)生塑性變形的情況下，外負(fù)載力撤消后，能夠恢復(fù)原來的形狀。將應(yīng)變片粘貼于鋼材上，施加固定值的力，應(yīng)變片與鋼材產(chǎn)生相同的變形量，反過來如測得應(yīng)變量，同樣可以得到鋼材的形變量，即可得到鋼材實(shí)際受力大小。

2 墊套傳感器設(shè)計(jì)

2.1 墊套選材

42CrMo有較高的疲勞強(qiáng)度和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好，而且無明顯的回火脆性，熱處理后的彈性模量高，選用作為墊套制作材料。

2.2 墊套設(shè)計(jì)計(jì)算

本案舉例測試螺釘規(guī)格為：M20×90-12.9DK，其拉斷力299kN，根據(jù)螺釘外形尺寸及應(yīng)變片外形尺寸設(shè)計(jì)墊套尺寸，如圖1所示：

墊套內(nèi)徑22mm，墊套外徑30mm，

墊套抗壓強(qiáng)度校核：

圖1 墊套設(shè)計(jì)尺寸圖

F=A[δ]=π（322-222）mm2×930MPa=562kN

式中：[δ]——42CrMo材料屈服點(diǎn)強(qiáng)度：930MPa

A——墊套受力面積

抗壓力F=562kN＞299kN

墊套抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于螺栓拉斷力，墊套滿足螺釘被拉斷情況下未發(fā)生塑性變形，滿足測試條件。

3 墊套傳感器參數(shù)標(biāo)定

本文介紹測試螺釘受力的方法，是使用可以測試到形變量的墊套傳感器，裝配于螺釘與油缸端蓋之間。采集形變量，傳輸?shù)诫娔X。經(jīng)過公式計(jì)算后可以直接轉(zhuǎn)換成力的大小。

3.1 傳感器的標(biāo)定

如圖2所示，使用壓力機(jī)加載多組固定值的力在墊套上，采集墊套上應(yīng)變片不同的形變量，即可得到力與形變量的關(guān)系（圖2-a）。油缸上螺釘受力后墊套變形（圖2-b）與壓力機(jī)標(biāo)定墊套原理相同。

圖2 螺釘受力測試方法與墊套受力原理相同

3.2 數(shù)據(jù)采集分析

壓力機(jī)設(shè)定變量的加載力到墊套上，采集到應(yīng)變片相應(yīng)的應(yīng)變量，將力的大小與應(yīng)變量一一對應(yīng)，采集數(shù)據(jù)寫入Excel表格，使用圖表顯示并自動生成趨勢線（多項(xiàng)式），如圖3所示。

圖3 墊套傳感器測試數(shù)據(jù)

3.3 推導(dǎo)公式

決定系數(shù)：R2=（總平方和-殘差平方和）/總平方和；當(dāng)R2=1時，微應(yīng)變數(shù)據(jù)全部落在擬合曲線多項(xiàng)式上。通過數(shù)據(jù)分析，傳感器數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，（R2=0.999），因此，可以進(jìn)行測試和數(shù)據(jù)分析。

傳感器多項(xiàng)式：y=-0.005x2-12.44x+439.9

y——微應(yīng)變，墊套受壓，為負(fù)值

x——壓力值

壓力機(jī)確定了力與應(yīng)變量的關(guān)系，只需采集油缸墊套傳感器的形變量，即可計(jì)算螺釘實(shí)際受力大?。唤舛淮畏匠痰寐葆敶笮椋?/p>

4 測試方案和結(jié)果分析

4.1 測試方案

舉例測試鏟斗油缸螺釘受力，原理如圖4所示：將墊套2裝配于螺釘1與油缸端蓋之間，墊套2的形變會使應(yīng)變片3產(chǎn)生相同的形變，將應(yīng)變片3的模擬信號變量的電阻傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集儀器6，數(shù)據(jù)采集儀6將數(shù)字信號傳輸入筆記本電腦8，筆記本通過相應(yīng)的軟件程序，經(jīng)過公式計(jì)算后將數(shù)據(jù)輸出。

圖4 測試系統(tǒng)框圖

4.2 測試結(jié)果

采集油缸正常循環(huán)作業(yè)數(shù)據(jù)，測試結(jié)果表明，在負(fù)載變化時，可以在電腦中讀取到變量的數(shù)據(jù)，根據(jù)測試數(shù)據(jù)了解到，在油缸伸出到最大行程時，沖擊端蓋螺釘產(chǎn)生的力是最大。單個螺釘受力達(dá)到210kN，再根據(jù)強(qiáng)度比較，螺釘所受的實(shí)際載荷小于螺釘拉斷力，判定螺栓設(shè)計(jì)滿足使用要求。

5 結(jié)論

墊套傳感器可以承受的壓力大于螺釘拉斷力，在測試過程未發(fā)生塑性變形，可以重復(fù)多次使用；可以使用多種測試場合；通過自制傳感器，可以有效測試螺釘受力。