测试大作业

1．测试任务

河南永城葛店矿原主井井架高27 m，建于20世纪80年代中期。2024年该矿又在原井架外套一新井架用以加固。现该矿决定将其提升能力增加0.

5t，但对井架的承载能力没有把握，因此对其进行强度检验，根据其检验结果确定改造方案。

井架强度检验包括理论计算和实测两部分。此主井井架结构复杂，两井架间用钢条焊接，斜撑表面焊接了8mm左右厚度的钢板。在理论计算过程中，把新、旧井架分开，分别承受1/2的载荷计算其各杆件受力。

现场实测在正常载荷下各杆件受力，比较两者结果验证理论计算方法的可行性。

2.测试方法。

基于现场工况条件，采用加载方式对井架进行测量。在停车状态下将应变片贴在杆件上，用工字钢将两箕斗在井口捧起，卸掉2根钢丝绳，忽略井架自重产生的应变，将应变仪调零。接着放箕斗、安装钢丝绳，空车运行，记录数据，停车，对罐。

此处采集数据选用cras动态测试软件包，采样频率设定为256 hz,1次采集时间设为256s。该工况下数据作为后续测试的基准，因为其后每组测试都在起始位置(空箕斗对罐)处调零，应变仪测出的应变值需加上第1组数据方是构件在该工况下产生的应变。接着对正常提煤过程进行测量，工况如下：

两空箕斗对罐南箕斗提升、北箕斗下降北箕斗装煤南箕斗下降、北箕斗提升南箕斗装煤、北箕斗卸煤南箕斗卸煤、北箕斗装煤南箕斗卸煤、北箕斗装煤南箕斗装煤、北箕斗卸煤南箕斗卸煤、北箕斗不装煤南箕斗下降、北箕斗提升两箕斗空中对罐。

在该工况下共测试5次，1次测试中每个箕斗提煤2次，得到各点相应的应变变化曲线。

3.传感器的选择及其分布。

3.1传感器的选择。

选用电阻值为120，灵敏系数2.15的箔式电阻应变计，选择依据：①现场工况决定需选用结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，不影响井架后续使用性能的应变计；②电阻应变计在测试中易于多点同步测量和远程测量。

3.2传感器的工作特性分析。

井架在正常工作情况下，所受载荷是交变的，故应变片测试的是动态应变，在此要考虑应变片瞬时测得的应变与被测构件瞬时应变之间的响应关系。

构件应变沿栅长方向传播时应变计的动态响应：

构件应变沿栅长方向按正弦波规律传播时，瞬时t的应变波沿构件分布。

式中—正弦波应变波的最大振幅；

—应变波波长。

由此得应变计栅长中心位置的应变

应变计栅长l范围内的平均应变。

在瞬时 t用代表处，将产生相对误差。由于选用的应变计的栅长l远小于应变波的波长，在此应变计的动态响应误差可以忽略。

3.3传感器的分布。

电阻应变片应布置在理论计算中应力较大处(受载时)和反映应力分布特点的若干位置处。但考虑到现场工况—竖井井架全身用钢板封闭，新、旧井架在天轮下方连接部分也被钢板封闭，最终确定了30个测试点，分别为天轮平台附近12个，斜撑上12个，新旧井架底部各2个，斜撑支护4个。主要测点布置如图1所示：

4.应变测试系统的组成和仪器的调试。

1)每个测点处布置2个互成的应变片，其一沿杆件主应力方向，另一起温度补偿作用，一点处两应变片通过电桥盒接成半桥后，接人ye3817型应变仪调试其信号，后续的数采箱和笔记本电脑，对应变电压信号采样、保存。系统组成如图2所示。

2)测量前：①检测应变片的电阻值，保证应变片的阻值在119.8~120.2；②调整应变仪使其零漂保持在1~5v以内；③以200对应输出值0.35 v为基准，标定各应变仪。

测试中应变仪会因诸多因素出现大数值零漂现象，有时零漂会超过应变仪的最大量程，这时必须及时处理，找出原因。除去贴片工艺间题，产生零漂的主要原因：①应变仪处接地点电位与被测件处地电势存在电位差引发零漂；②外界电磁场的干扰导致大数值零漂产生，影响仪器输出的稳定性。

此次测试时就遇到上述第1种情况，当时应变仪零漂溢满量程，用万用表量井架处与应变仪接地点电势差为5v左右，后将应变仪接地线搭接至井架上，零漂降到5v内，恢复正常。

5.数据处理。

在测试过程中，所获得的信号往往是含有多种频率成分的复杂信号。如此次所采的信号中就包含了应变信号，井架、钢丝绳振动信号，白噪声等。考虑到应变信号频率较低，故可对信号进行适当的滤波处理。

对每个测点的波形图而言，只要其中最大的应变值，但取值时需舍去脉冲干扰信号所产生一些尖峰值。计算各测点应变时，总应变。

式中—该点空箕斗运行时最大应变值；

—该点加载运行时最大应变值。

6.结语。比较两者的计算结果可知：

天轮台附近的计算值与测量值相吻合，因为该处受力简单且受井架自重影响不大。天轮台下方斜撑上测点应变值偏小较大，可知斜撑表面焊接的钢板起到一定作用。新旧井架底部测得的应变值偏小，是因为无法测出井架自重产生的应变。

综合分析可知，理论值与实测数据整体上趋于一致，受载较大点处理论值和实测值相吻合，理论计算方法可行。可用同样的方法对提升量加载后的井架进行受力分析和计算。