趙學龍，吳海艷，唐 斌，王海庭

(廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州545007)

隨著經濟的發(fā)展，工程機械在中國得到廣泛應用。在礦山、在碼頭、在建筑工地、在道路兩旁，到處都能看到裝載機、挖掘機等工程機械的身影。而在國外，一種集成了裝載機和挖掘機功能的產品也得到廣泛使用，每年的銷量占工程機械產品中的前列，這就是挖掘裝載機[1]。

柳工順應市場需求開發(fā)了多款挖掘裝載機，并配備了多種作業(yè)裝置，伸縮斗桿就是其中的一種作業(yè)裝置。應變電測技術廣泛應用于各種工程結構、機械設備及其模型的應力應變、受力和變形等的測量[2]。本文在伸縮斗桿設計中應用了應變電測技術，用應變測試結果指導伸縮斗桿的設計改進，提高了改進的有效性。

1 應變電測基本原理

應變電測法是用電阻應變儀測量布置在測點處的電阻應變片中的電阻變化，以確定測點處的應變，然后運用應力、應變分析的知識，確定構件的應力情況。電阻應變片(簡稱為應變片或電阻片)有多種形式，常溫下用的應變片有絲繞式和箔式兩種[3]。

在測量應變時，先用特種膠水將應變片粘貼在構件的欲測部位上。當該處沿應變片的縱向發(fā)生正應變ε時，應變片也隨之變形，電阻柵的電阻R相應發(fā)生變化。實驗表明，在一定范圍內，電阻柵的電阻變化率ΔR/R與正應變ε成正比。

即

式中，

ε為應變片縱軸向的應變值；

R為電阻柵的初始電阻值；

ΔR為電阻柵電阻值的改變量；

K為比例常數，其值與電阻柵的材料和構造有關。R和K的值均由制造廠家標明。

2 EDAQ測試系統簡介

英國NCODE公司的EDAQ測試系統是一個基于微處理器的數據采集系統，設計用于在各種測試環(huán)境中實現便攜式的數據采集。經過專門設計的硬件和軟件，使得該測試系統尤其適應工程機械的惡劣的現場工況，在國外大型工程機械公司中得到廣泛應用。

EDAQ測試系統由基本層和擴展層組成，通過疊加不同的板層，測試系統的功能得到擴展。根據不同的測試用途，用戶可添加擴展層板到測試系統中，這些擴展層板有：低電平板層、高電平板層、溫度板層、數字信號板層、電橋板層等。

3 測試方案

應變測試一般分為靜態(tài)應變測試和動態(tài)應變測試兩種類型。靜態(tài)應變測試可以與有限元分析進行對比，國內外研究表明其相互誤差在工程計算可接受的范圍內，在國內外得到廣泛應用。本文所提到的挖掘裝載機由于其機器尺寸較大，為實現其挖掘裝置的靜態(tài)應變測試，需要建設占地較大的挖掘裝置實驗平臺，投資數額很大，其可實現條件暫時不具備。

EDAQ測試系統只需要一臺功能完整的挖掘裝載機整機，這對整機生產商是非常容易的。EDAQ測試系統在現場工況下的系統穩(wěn)定性很高、測試結果較可靠，而且動態(tài)應變測試工況與機器工作的真實工況更接近。于是根據現有條件，用EDAQ測試系統進行伸縮斗桿的現場工況下的動態(tài)應變測試成為合適的選擇。

3.1 測試工況

由于EDAQ測試系統能夠可靠地在工地條件下記錄數據，基本不影響機器的正常工作，測試系統的電源可以由被測試機器的蓄電池充當，測試時間長短取決于測試系統所配備的存儲卡大小。一般說來，16個通道的應變數據測試時間可以長達幾個小時。

我們選擇斗桿伸出狀態(tài)和斗桿縮回狀態(tài)兩種狀態(tài)，令機器在基本平坦的原生土上挖掘作業(yè)，挖掘時間30分鐘，測試系統連續(xù)記錄下各通道的動態(tài)應變信號，該信號在專業(yè)查看軟件上顯示出來的是一條上下波動的曲線。挖掘原生土工況是挖掘裝置最普遍的工況。選擇30分鐘的原因是挖掘作業(yè)具有相似性，約1分鐘可完成一個作業(yè)循環(huán)，30個循環(huán)已足夠進行數據分析了。

工況一：伸縮斗桿伸出狀態(tài)，連續(xù)挖掘30分鐘的深坑。

工況二：伸縮斗桿縮回狀態(tài)，連續(xù)挖掘30分鐘的深坑。

3.2 測點布置

測試系統標準配置16個應變測試通道，由于其中3號和8號通道有故障，用到其余的14個測試通道。為減少測試過程中的錯誤，測點編號與通道號一致，圖1是伸縮斗桿上各測點布置圖。

圖1 測點布置圖

4 測試結果及分析

各通道的測試結果為一段時間內的動態(tài)應變數據，將這14個測點兩種工況全部顯示出來需要28張圖片，是比較占用紙張的，因此將各測點在兩種工況下的最大值予以匯總，就形成表1所示結果。

表1 測試結果匯總表

測試結論：

（1）測點2、10、14作為普通測點而測試結果偏大，后續(xù)需要改進設計，其余普通測點的應變數值滿足要求。

（2）通過測試，了解了一些關鍵焊縫處的應變數值。限于目前的認識水平，焊縫測點的應變數值不作為設計改進的依據。

5 設計改進

根據改進后的設計制造部件，并裝配到試驗樣機上。并參照原來的測試點布置測點，進行應力應變測試。由于原來的測點5、11、12、13、16處應變數據不大，因而略去不測，這樣共有9個應變測試點。用同樣的操作手在同樣的場地在斗桿伸出狀態(tài)挖掘半小時，改進前后測試結果對比如表2所示。

表2 改進前后測試結果對比表

6 結束語

EDAQ測試系統是一種能夠適應現場惡劣環(huán)境的便攜式綜合測試系統，系統的穩(wěn)定性，結果的可靠性很高。柳工在結構件設計改進中應用了EDAQ測試系統的動態(tài)應變測試功能，取得了較好的實踐效果。

[1]汪錫齡.剖析“兩頭忙”—挖掘裝載機技術及市場發(fā)展評析[J].建筑機械，2005（3）：28-31.

[2]張如一，沈觀林，李朝弟.應變電測與傳感器[M].北京：清華大學出版社，1998.

[3]畢勤勝，李紀剛.工程力學[M].北京：北京大學出版社，2007.