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，可通過應力測試測得吊具危險截面處的應變應力及其分布規(guī)律。本文主要采用電阻應變測量法測試內(nèi)燃機車吊具應力。

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在橫梁底部，以求結(jié)構(gòu)簡單。本設計為了提高吊具的穩(wěn)定性，將連接銷設在橫梁中部，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，我們采用電阻應變測量法對該吊具進行應力測試。

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?。↘=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力，P_x引起剪應力。根據(jù)強度理論求出主應力σ_主=90.5N/mm².

4. 計算各點應力

σ_Ⅰ=90.26，σ_Ⅱ=90.54，σ_Ⅲ=-69.89，σ_Ⅳ=-69.53，σ_Ⅴ=33.68。

電阻應變測量方案

測試前，先將被測部位表面打磨光滑，然后粘貼應變片，涂上樹脂密封，再用屏蔽導線連接應變儀。當?shù)蹙呤芰r，電阻應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。只要測定出應變片電阻值的變化，就可將其轉(zhuǎn)換成構(gòu)件的應變值。

測試儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應變儀、JHDY動態(tài)應變儀。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，應變片布置成兩組等角三角形的應變花，通過測試應變花某點三個方向應變的大小，來確定測點的主應力及其方向。*一組應變花的編號為13、14、15，測試數(shù)據(jù)完整，第二組應變花的編號為19、20、21，測試數(shù)據(jù)不完整；其他各點都是單片組。

測試計算應力與設計計算應力的比較見下表1

1. 本試驗主要測試吊柱彎臂部分內(nèi)側(cè)的應變值，因此應變花主要布置在吊柱內(nèi)側(cè)的縱向中心線上，計算出拉應力分別為75.44N/mm²。二、三號吊柱上的29、30和31應變片分別在內(nèi)、外側(cè)的縱向中心線上。測得的拉應力分別為88.83、74.14（N/mm²）；壓應力分別為46.81、41.81（N/mm²），應力值都小于材料的選用應力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計是安全可靠的。原設計安全系數(shù)為2.4，與實測數(shù)據(jù)相接近，作為起重機具設計取值并不算高，說明吊具的設計是合理的。

2. 4、5、6、7、9、10、11、12應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力值皆高于中心線上應變花部位的應力值，說明蓋板與腹板的焊縫上存在應力集中，而且由上往下應力值呈遞增趨勢，符合機件彎曲部位易產(chǎn)生應力集中的規(guī)律。上述各部位的應力值均超過了材料的許用應力，特別是7和12的應力值*大?？梢娫O計彎曲部分的內(nèi)圓弧半徑偏小，需適當加大。

3. 電阻應變法只能測試構(gòu)件表面的應變，對構(gòu)件內(nèi)部的應力分布情況必須借助于力學理論來分析。

4. 從一號吊柱的應變花上測算得的應力與三號吊柱32號應變片上測算得到應力值接近，與二號吊柱上30號應變片上測算得到的應力值相差較多，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位應變片上測算的主應力*大達90.82N/mm²，而許用應力為93.95N/mm²，說明此處強度設計安全可靠，腹板厚度16mm選取得當。從外側(cè)蓋板上29和31位應變片上測算得到的壓應力值遠小于設計計算值及許用值，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. 由應變花測算得主應力方向與吊柱縱向中心線偏差4.14°，這固然與應變花粘貼的相對位置誤差有關(guān)，但偏差太大，不可忽視。除在設計或制造中，應嚴格控制各構(gòu)件的形位公差外，在使用時應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)應是有效數(shù)據(jù)。

由上述實驗驗證，電阻應變測量法可用于工裝構(gòu)件的強度分析。可解決工裝粗大笨重，提高工裝設計水平。