125MN热模锻压力机拉杆测试研究

张巧梅

四川德阳二重设计研究院，四川德阳 618000

1 测量设备、元器件及计算公式

1.2.1 应变仪读数到测试应变的换算

本次拉杆应变片采用半桥接法引入应变仪。应变仪读数和测试应变的换算如下：

对半桥接法：ε=εi/(1 +µ)

其中：ε为测试应变，εi为应变仪读数，µ为材料泊松比。

1.2.2 应变到应力以及预紧力的计算

对于125MN模锻压机，拉杆为单向应力状态。根据虎克定律，应力由测试应变表示为：σ=E⋅ε式中，E为弹性模量（E ≈ 2.1× 105MPa ），为测试应变。

由于拉杆主要段为等截面杆，根据测试得到的应力，可计算出拉杆预紧力为：

1.1 测量设备及元器件

1.1.1 测量设备

本次测试选定了主要的测量设备为江苏东华测试技术有限公司制造的DH3815静态应变测试系统。

1.1.2 测量元器件及主要参数

拉杆应变测量主要测量元件为应变片，采用中航工业电测仪器股份有限公司公司制造的高温应变片BB350-4BB。该型号应变片电阻值350Ω，灵敏系数：K=2.04，使用温度＜250℃。

1.1.3 应变片传感器的工艺要求

在测试中应变片的粘贴要符合作为传感器的粘贴工艺。为此，选用北京化工厂生产的R-1型502高温胶作为粘胶，按照应变片传感器的标准工艺要求进行布置。

1.2 计算公式

式中：F0预紧力，σ为轴向应力，A为横截面积（A前=3138cm2，A 后 =2533cm2）。

2 拉杆应变测试及计算分析

2.1 测点布置

此次应力测试我们采用了静态应变测量技术，选用二片应变片组成的应变花（90度角），根据设计要求，拉杆应力测点是在四根拉杆中部距二次灌浆面4300mm处布置一组应变片组成半桥，每测点布二组接至静态应变仪。如下图所示。

2.2 测试过程

125MN热模锻压力机由左、右侧机架、上梁、下机架通过四根拉杆加热预紧组合而成一个坚实的铸钢机架，四根拉杆的预紧力参数测试尤为重要。根据现场装配过程包含了拉杆的加热-降温过程。在整个过程中对拉杆应变进行监控测试，应变值由应变测试系统自动记录。

现场通过加热方式使拉杆达到设计要求的伸长量，拧紧螺母后自然降温，利用拉杆收缩施加预紧力。

2.3 补偿及预置平衡

2.3.1 补偿

应变的测试主要考虑温度的补偿。但对于拉杆应变片用半桥接法，拉杆应变片采用轴向和径向成90度的应变花接法，实现温度应变自补偿，温度应变不影响电桥平衡。

2.3.2 预置平衡与修正的考虑

根据安装工艺要求，为了消除接触面初始间隙，对拉杆螺母施加了一定的初始拧紧力矩，装配测试时以此作为测试初始状态，各测点可能有一定初始应变，所有测点预调平衡，应变仪读数归零。

2.4 测试结果及计算分析

为消除接触面间隙，在预紧前先给各螺母施加了初始力矩，该过程从11月15日开始，对四根拉杆同时加热（持续时间超过了14个小时），伸长量达到要求后，拧紧螺母，自然冷却到常温，实现拉杆的预紧。

根据降温较稳定状态下的测点应变读数（取稳定时的值），应变实测数据见下表：

2.4.1 取值分析

从上表所测数据中，1号拉杆上的测点1与测点9，2号拉杆上的测点2与测点10的数据差距较大，3号拉杆上的测点3已损坏，4号拉杆上的测点4与测点12的数据相差较小，原因如下：

由于本次加热的加热杆总功率不够、放置不均匀（偏心）和通风状态不好等，拉杆热量为此分布严重不均，造成出沙孔贴片处300mm直径范围内不同位置处温度差异很大，以致于有些位置温度过高造成应变片失效或部分失效，从而使得两组数据的差异也较大。在测试当天晚上，测试人员经过通宵监测，用测温器测试，发现当加热快结束时，已加热14小时，在1号拉杆上的测点1的表面温度79℃，而测点9的温度就达到103℃；2号拉杆上的测点2的表面温度87℃，而测点10的温度就已达到105℃；3号拉杆上的测点3点处温度高达120℃，应变片已经失效，而测点11的温度是92℃；4号拉杆上的测点4点处温度71度，测点12的温度是78℃，这组数据就比较接近。经过观察，在各高温区的应变片有的部分失效，有的已经损坏，而温度较低处的应变片是完全正常的。故取采集数据为：1号拉杆测点1；2号拉杆测点2；3号拉杆测点11；4号拉杆测点4。

2.4.2 测试数据及计算数据如下表所示

（()εµε） 应力σ（MPa）拉力（吨）1号（前） 838 655 137 43112号（后） 779 608 128 32383号（后） 800 625 131 33244号（前） 875 684 144 4502拉杆号测量数据iε测试应变

3 主要测试结论及建议

1）前后拉杆预紧力最大分别为4502t、3324t。根据前后拉杆预紧力要求分别为5000t和3900t，结合现场实际情况，根据计算结果，得知预紧力未达到设计要求。2）按照拉杆加热预紧测试所采用的静态应变测试法的要求，拉杆预紧时贴片处表面温度不应超过80℃，加热预紧所需的加热棒功率应达到360kW，加热温度控制在450℃～470℃，加热时间应在9h左右即可达到要求的伸长量。一般此类测试在每根拉杆上只需贴一组应变片，而为确保能采集到有效数据及通过两组数据进行相互验证，现场测试人员加贴了一组应变片；本次测试贴片严格按规范操作。但本次加热总功率虽经技术人员的改进，也只有228kW，为达到加热预紧要求的伸长量，加热温度后来达到550℃～570℃，加热时间达14.5h，既没有满足加热温度控制在450℃，也没有满足加热时间这两个指标。因此两组应变片中，有的完全失效，有的部分失效。3）对于实测数据与设计要求偏小约10%～15%的情况，分析如下：根据现场安装情况，原定应在规定期间完成的预紧，由于加热杆等原因，经过多次加热，加热时去掉了热电偶，没有进行温度控制，致使加热棒在加热过程中就已经熔化，拉杆内部局部温度相当高，后两次加热温度也在550℃以上，多次超过450℃的高温加热，不排除可能造成拉杆组织相变，使内应力发生变化，可能是造成预紧力偏小的主要原因。

[1]吴宗岱，陶宝祺主编.应变电测试原理及技术.

[2]邵明亮，李文望主编.机械工程测试技术.

[3]刘鸿文主编.材料力学.