落锤标定系统研究

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1、万方数据落锤标定系统研究熊家泽，于嘉军z甘海仁3王建华，(1、首钢贵阳特殊钢有限公司，贵州贵阳550005；2、贵州大学机械工程学院．贵州贵阳550005；3、长沙矿冶研究院有限责任公司。湖南长沙410012)摘要：本文阐述了落锤试验的原理。确定了合理的落锤结构，进行了标定试验和波形分析．确定了应力标定系数，并和以往试验结果进行了比较，证实了系统和方法的可行性。关■词：钎钢；落锤；标定中圈分类号：’I玛06．2文献标志码：A1动态标定的目的和原理钎钢在实际工作和高频试验中的应力历程均是随时间快速变化的动态应力，其测试均需在动态应力试验系统上进行。为

2、了确定动态应力测试输出量化值，I(一般为电压)所代表的应力值必须对同一试验系统进行标定，即测试在标准(已知)输入应力仃B下输出量化值。从而得出应力标定系数(单位量化值所代表的应力)：B，=叮0n在动态应力试验中。根据测试得出的实际量化值‰乘以标定系数，即可得到试验动态应力听=8抑。为了使标定结果更为准确．标定装置产生的动态应力特征(幅值及其波形)应尽量接近真实应力特征。在钎钢动态应力测试中，一般采用国际标准所建议的落锤标定。由落锤自给定高度撞击测杆，给出其产生最大应力的计算值【11：F一矿=砂一E，c·yP=砂一鲁、／2兽^U式中砂。——最大应力系

3、数E——弹性模量g——重力加速度C——波速JIl——落锤高度弘一落锤末速度2落锤标定试验台(a)(b)图1落锤试验台的两种形式(a)中心钢绳导向(b)钢管导向在钎钢试验中，常用的落锤试验台有中心钢绳导向和钢管导向两种形式(图1)：中心钢绳导向充分利用了中空钢中心有孔的科技重大专项项目：2011年贵州省科技厅科技重大专项资助项目6006)凿岩机械气动工具。2012(3)(项目编号：黔科合重大专项字【2011】万方数据特点，对中性较好，但拆卸更换试件比较麻烦；钢管导向靠钢管的内壁导向，在其上端常附设落锤释放机构，使用和更换试件方便，但需要人工对中，对中

4、性稍差，考虑我们试验时更换试件的要求，选用钢管导向。3落锤结构3．1落锤断面在钎杆动态试验中，一般采用和试件等直径(断面波动惯量相等)的落锤进行标定，此时钎杆试件入射应力波为矩形波。测试最大应力波可有波顶多个采样点用统计方法准确地获得，此时得到的应力标定系统具有较高的精度，其波值系数．，．一l—l甲“一-i；万一T式中R——试件和落锤断面的波动惯量比，尺=l采用钢管导向标定系统。很难做到钢管内径和试件直径相等。一般采用比试件直径大的落锤。或有导向环的等直径落锤进行标定。此时由于应力波在落锤和试件界面透反射的影响，其入射应力波形将变得比较复杂，其最大

5、应力峰值为一尖峰。目前试验系统采用有导向环的等直径落锤，其波值系数须由计算确定。3-2落锤长度L落锤长度L的选择要考虑下述三方面的因素：(1)在可能的情况下，落锤质量应尽量接近实际工作中与(凿岩机)冲击能相当；同时，足够的落锤质量亦保证了落锤有足够的重力下落，减少了摩擦等阻力的影响，使标定结果更为真实。(2)由于我们按一维波动方程计算，应保证足够落锤长径比r(落锤长度，落锤直径)，一般取r≥5以符合一维波的传播规律，减少横向效应的影响，避免出现波在传播过程中的弥散。(3)落锤长度￡不应超过测杆(试件)长度Z的1，2一l，3伍≤怩～们)以避免杆端反射

6、波对入射波的影响，保证测试结果的正确。由于试件为Z=400I砌～500mm，这一点尤为重要，故三一般不应超出200H珊。综合考虑上述因素。选用落锤结构如图2所示：A—A圈2落锤结构落锤采用台式结构．由细长的杆体和两个凸台构成。柄体和试件的直径相等，以使其入射波形尽量接近矩形，减少波长，避免反射波的叠加；两个凸台的外径和导管内径相凿岩机械气动工具。2012(3)万方数据匹配，用于落锤的导向，台宽砷尽量取窄(却=12mm)，并做成齿形，以减少其波动惯量及其引发的透、反射影响。落锤总长度150IIlm一200Il肌，满足小于l，2试件长度(Z=450咖，

7、抛=225mm)的要求。4落锤入射应力波值系数的确定入射应力波形函数crf(t)采用波值系数表达式：卫套可R(t)Z口k式中crR广一刚体活塞撞击钎杆(试件)产生的最大应力值：F‰=一妥％落锤为双台圆柱形状，其应力波透射、反射情况比较复杂。一般将落锤划分为若干等间距的界面，采用数值计算方法【11，得到试件入射应力波形如图3所示：O246SlOl2141618∞222126篮30323436勰柏42时间l(22．35)l2345678910ll1213141516171819加Zl朋3试件入射应力波形其波形特点：1．入射应力为一阶梯波，其各阶持续时间

8、为应力波在台部往返传播的时间△“=勉p，C：2x0．0l狮100=4．706斗s2．由于落锤柄部和试件等直径．其头二阶应力