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巴克豪森噪声法与应力测试法在起重机械轮压检测中的应用比较

添加时间:2017/02/22
  摘要:主要介绍了巴克豪森噪声法与应力测试法在起重机轮压检测中的应用,通过在QD15型号通用桥式起重机上的实验比对,得出起重机械轮压的变化规律。
  
  关键词:起重机械;轮压;巴克豪森噪声法;应力测试法
  
  0引言
  
  起重机械轮压是起重机的重要参数,也是工业厂房和轨道基础的主要设计载荷和依据,是起重机、轨道和地基设计的关键参数[1].轮轨接触力是港口起重机设计的重要参数,轮轨接触问题是一种接触边界、材料、几何高度非线性的行为。轮轨系统是起重机的关键部件,起重机的脱轨安全、牵引、制动和轮轨的磨损、疲劳等问题与轮轨的接触力有密切关系[2].目前起重机械大量应用于核电、港口、造纸、垃圾处理等行业,且越来越大型化,工作条件也更加苛刻,这些都对起重机械的基础理论研究、设计、制造提出了更高的要求[1].
  
  1巴克豪森噪声法
  
  巴克豪森噪声法在材料微观结构、应力分布和缺陷检测方面具有结构简单、便捷可靠以及非接触测量等独特优势,在全球范围内已在航空航天、铁路、汽车和机械设备等众多领域有广泛的应用。其原理是铁磁性材料在外磁场的作用下会发生磁化,在铁磁质受到磁化达到饱和的过程中,铁磁材料的磁化过程即铁磁性材料微观结构发生改变是不连续的,当有外加交变磁场作用时,被测材料的磁畴沿外加磁场作用方向发生90°或180°反转或者使磁畴壁移动,铁磁性材料在磁化的过程中磁畴会发生同向排列,相邻的两个磁畴反转彼此摩擦并发生振动,就会产生振动和电磁噪声,使材料内部产生一系列突变阶跃式的电磁脉冲信号,即巴克毫森磁噪声,如图1所示,该信号与磁畴的性状和磁畴壁移动所受的阻力有关。这些因素会受到来自被测区域的应力场、塑变、晶粒取向及各种结构不均匀性等微观因素的影响。通过对巴克毫森噪声进行分析,能够获得材料表面和内部的微观结构和应力状态等材料特性。
  
  巴克豪森效应原理图
  
  采用磁传感器来检测不同时间点被测零部件表面的巴克豪森噪声等磁场响应的分布情况,并转换为随时间变化的数据,进而经过时域、频域的特征分析进行数据融合,最终可以得到各零部件应力分布情况以及形态和位置分布信息。
  
  2应力测试法
  
  电阻应变片是利用导体或半导体的电阻应变效应进行检测的传感器。将应变片无间隙地贴在试件上,使之随着试件的应变一起伸缩,这样里面的金属箔材也会随之伸长或缩短,很多导体和半导体在发生机械变形或伸长和缩短时其电阻值会发生改变,这就是电阻应变效应,通过测量电阻应变片电阻的变化即可测定试件的应变。测试时,用粘合剂将应变片无间隙地贴在被测试件表面,当试件发生形变时,应变片的敏感栅同试件一起变形,其电阻也就发生变化,然后经测量电桥使电阻值的变化转换成电压信号并加以放大,最后经指示器或记录器显示出与荷载成比例变化的曲线,通过标定就可以得到应力值的大小。
  
  利用电阻应变片间接电测法,车轮是起重机和轨道之间的传力零件,应力测试轮压,就是利用起重机车轮压过轨道时,作用于轨道上的力使轨道产生应变,将电阻应变片粘在被测车轮走过的轨道侧面,当车轮走过时应变片随着轨道一起变形,应变片的电阻值发生相应的变化,动态信号测试分析系统将电阻变化转换成应变值,依据实验室轮压-应变标定曲线将应变换算成轮压[3].
  
  3实验比对
  
  在QD15型号通用桥式起重机上,分别施加15t、10t、5t、0t的载荷,采用巴克豪森原理及应力测试仪测得特征值,如图2所示。观察起重机导轨上对称两个位置点应变计测量的应变值,并进行比对,如表1、图3所示。
  
  实验比对
  
  MBN特征值与载荷关系
  
  MBN测试特征值
  
  应变仪测试结果:
  
  (1)应变仪测量通道:北88通道,南89通道,如图4所示。
  
  (2)贴片位置:轨道中和轴。
  
  (3)实验过程:12~83s,满载15.08t;301~690s,载荷10.02t;820s至最后,载荷5.06t.
  
  应变仪测量通道示意图
  
  如图5、图6所示,小车车轮同侧一前一后,89为前,88为后。载荷由15t降至10t、5t降至0t.Y1、Y2为应变值,如表2所示。
  
  89通道应变波形图
  
  88通道应变波形图
  
  通道应变量测试值
  
  4结语
  
  巴克豪森法具有精度高、检测速度快等优点,但测试数据受到被测量构件的表面粗糙度、氧化皮厚度,选用的激励磁场强度、激励信号的频率,材料化学成分、金相组织、热处理及冷加工过程的影响。
  
  电阻应变传感器具有输出线性好、精度高等优点,并且耐久性好,体积小,质量轻,价格低廉,使用方便;适用温度范围宽,不仅能测量静态,而且对动态和冲击都有优良的响应性。但电阻应变片容易受环境(如温度、湿度、化学腐蚀等)影响,寿命短。此外,应变片粘结质量的高低受制于操作者的熟练程度、粘结剂的种类、粘结的牢固程度等因素,粘结也费时费力,不利于提高生产效率。
  
  通过对巴克豪森噪声法与应力测试法在起重机械轮压检测中的应用比较可知,这两种方法在检测手段上具有一定的互补性:巴克豪森噪声法表征内部应力的大小,应力测试法比较直观。巴克豪森噪声法测试仪器的特征值随载荷改变的变化有规律,与应力应变的变化规律基本一致,有效分辨率约为1.5t.
  
  [参考文献]
  
  [1]杨长骙。起重机械[M].北京:机械工业出版社,1981.
  [2]沈志云,张卫华,金学松,等。轮轨接触力学研究的最新进[J].中国铁道科学,2001,22(2):1-14.
  [3]袁桂芳,张旻媛,张一辉,等。简便实用的起重机大车轮压测定方法[J].起重运输机械,2014(10):26-30.

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