静态压力

静态压力（共4篇）

静态压力 篇1

在交通运输工程、土木工程、地质工程等领域,室内试验得出的一些物理量参数、力学指标等与工程实体反映出的实际情形存在较大差异,需要借助先进的监测技术手段来获取工程实体的第一手资料,从而完善室内试验标准,同时为工程设计提供符合实际的设计参数。目前,关于路基的各种监测,不论是公路还是铁路,绝大多数项目都是针对其动态土压力、路基沉降及路基冻深等方面的研究。例如,石峰等研究了季节性冻土区公路路基动态土应力的变化规律,认为路基土的深度、车速、路面平整度都对路基动态土应力有影响;张玉富等对季节性冻土区冻胀的主要影响因素及其对于冻深的影响规律进行了研究,得出土质、冻胀率及坡向对于路基冻深的影响规律,并提出相关的修正系数;戴惠民等对季节性冻土区公路路基土冻胀的影响因素进行研究,提出常用且易冻胀的粉性土路基潮湿状态模型,并对粉性土路基冻胀模型进行冻胀分类;李宁等对冻土路基温度场、变形场和应力场的耦合进行了分析。上述研究均取得了一些阶段性成果,然而关于道路路基静态土压力与温度场变化规律的监测与分析却很少有人涉及。因此,系统研究温度对路基静态土压力的影响以及不同深度处路基静态土压力随深度的变化规律,显得尤为重要。限于客观条件,尚没有成型的技术方案可供参考,因此,本研究使用振弦式原理的YT-ZX-0301型双膜土压力盒与YT-DY-0102型土壤温湿度计,对路基土的静态土压力、温度及湿度分别进行采集,得到现场实测数据,采用OriginPro8.0软件绘制路基静态土压力与温度间的关系曲线,进一步分析温度对路基静态土压力的影响规律。研究得到路基不同深度处静态土压力与温度的监测结果,可为室内三轴试验围压条件的设计提供参考与指导。

1 监测传感器及其工作原理

1.1 土压力盒

YT-ZX-0301型号的土压力盒是一种测量土压力的振弦式传感器,主要测量软土和回填土中埋设点的土体压力变化,也可测量土体对挡土墙、抗滑桩等表面的接触压力,主要应用于路基、基坑、挡土墙、大坝、隧道矿井等领域。该压力盒的量程为6 MPa,直径12cm,厚度8cm,分辨率0.000 1~0.001 MPa,使用环境温度为-20℃~+80℃,根据张力弦原理制造。使用频率作为输出信号,抗干扰能力强,远距离输送数据产生的误差小;内置温度传感器,对外界温度影响产生的变化进行温度修正;每个传感器内部都有计算芯片,自动对测量数据进行换算,直接输出物理量,减少人工换算失误和误差。全部元器件都进行严格的高低温应力消除测试,增强弦的稳定性和可靠性。另有三防处理,保证在恶劣环境中具有较高的适应性。

1.2 土壤温湿度计

YT-DY-0102型土壤温湿度计通过测量土壤的介电常数,能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量。标定方法采用比较法,测量与土壤本身机理无关的土壤水分体积百分比,土壤温湿度计是将土壤含水量测量与温度测量结合为一体的仪器,可人工读数也可直接挂接系统进行数据自动采集。该土壤温湿度计的量程为0~100%,分辨率为0.01%,其安装采用路基、边坡、待测土壤成型后再钻孔埋入的预埋方式,主要应用于滑坡、路基、农业、基坑、库区、实验室等领域。

2 监测方案设计

分别在长春-双辽高速公路的K37km处与K42km处的行车道划定位置,挖掘1.0 m宽、4.0m深的探井,在路堤坡脚挖掘1.5 m深的小基坑,探井与基坑之间开挖出布线槽。为保证各个土压力盒之间不相互影响,根据理论要求,土压力盒之间的间距需大于6倍土压力盒直径。在K37km处,路堤表面以下1.1m、1.6m、2.4m和3.0m深的位置,分别埋设YT-ZX-0301型双膜土压力盒与YT-DY-0102型土壤温湿度计(见图1)。在K42km处,路堤表面以下0.3m、0.9m、1.7m和2.3m深的位置,分别埋设振弦式YT-ZX-0301型双膜土压力盒与YT-DY-0102型土壤温湿度计(见图2)。

3 监测数据处理与分析

长春-双辽高速公路K37km处路基静态土压力与温度监测结果如表1、图3所示。由图1与表1可知,TY-1号土压力盒的埋置深度为1.1m,当温度由23.1℃降至21.5℃,土压力增长6.47kPa,相对增长率为51.76%;当温度由21.5℃降至16.1℃,土压力减小7.15 kPa,相对减小率为37.69%。TY-2号土压力盒埋置深度为1.6m,当温度由20.9℃降至20.1℃,土压力增长3.64kPa,相对增长率为22.97%;当温度由20.1℃降至16.8℃,土压力减小2.26 kPa,相对减小率为11.60%。TY-3号土压力盒埋置深度为2.4 m,当温度由18.4℃降至17.9℃,土压力增长1.36kPa,相对增长率为15.95%;当温度由17.9℃降至17.6℃,土压力减小1.11 kPa,相对减小率为6.09%。当温度由17.6℃降至16.5℃,土压力值出现不同程度的上下波动。TY-4号土压力盒埋设深度为3.0m,当温度由15.7℃降至15.5℃,土压力增长2.51kPa,相对增长率为23.77%;当温度由15.5℃降至15℃,土压力减小2.50kPa,相对减小率为13.17%。

注:数据采集时间(均为下午13:00采集)

从表1与图3可以看出,距离路基顶面较近埋设位置的土压力变化比埋设位置较深的土压力变化明显,埋设位置越靠上,变化幅度越大。换填山皮石附近温度与土压力波动较大,原地基土附近波动较小。图3(c)与图3(d)深度较深,压力值随温度变化无明显规律,图3(d)中温度回升,图形向原点方向折回,出现三角重合部分。

长春-双辽高速公路K42km处路基静态土压力与温度监测结果,如表2和图4所示。由图2和表2可知,TY-5号土压力盒埋置深度为0.3m,当温度由23.6℃降至14.8℃,土压力值均为-143.9kPa。TY-6号土压力盒埋置深度为0.9m,当温度由23.1℃降至20.5℃,土压力增长1.86kPa,相对增长率25.91%;当温度由20.5℃降至16.5℃,土压力减小1.15kPa,相对减小率为12.72%。TY-7号土压力盒的埋置深度为1.7 m,当温度由21.7℃降至20.5℃时,土压力增长1.09kPa,相对增长率为4.40%;当温度由20.5℃降至17.7℃,土压力减小至5.24kPa,相对减小率为20.28%。TY-8号土压力盒的埋设深度为2.3m,当温度由18.9℃降至17.8℃时,土压力增长为0.93kPa,相对增长率为6.99%;当温度由17.8℃降至16.8℃,土压力减小0.54kPa,相对减小率为3.79%。

由表2与图4可知,图4(a)土压力盒接收器损坏,未能获取正常监测数据。从图4(b)~图4(d)可以看出,石灰处治土路基不同深度的静态土压力随温度降低呈现出先增大后减小趋势。埋设深度越深,静态土压力随温度的变化幅度值越小。

注:数据采集时间(均为下午13:00采集)

4 结论

本研究分别对长春-双辽高速公路的换填山皮石与石灰处治土路基断面的静态土压力与温度监测结果进行分析,得出如下结论:

1)YT-ZX-0301型双膜土压力盒与YT-DY-0102型土壤温湿度计可以很好地获取不同时段的静态土压力与温度监测值;

2)换填山皮石路基静态土压力随着温度的降低,先升高后降低,位于深部土层时,规律性不明显;

3)石灰处治土路基断面静态土压力随温度的降低,先升高后降低,埋深越深,变化幅度值越小;

4)通过对换填山皮石与石灰处治土路基断面的监测结果对比分析,得出前者的静态土压力受温度影响比后者大的结论。

摘要：对长春-双辽高速公路K37km处换填山皮石断面与K42km处石灰土处置断面的土压力与温度监测结果进行分析,利用OriginPro8.0软件分析路基不同埋置深度处静态土压力随温度的变化规律。研究结果表明:随着温度的降低,路基静态土压力呈现先增后减的趋势,在K37km处静态土压力随温度的平均变化率为1.64;而K42km处静态土压力随温度的平均变化率为0.60。对比两处断面的监测结果可知,在静态土压力方面,换填山皮石断面比石灰处置土断面对温度的敏感性更高。

关键词：道路工程,路基,静态土压力,温度

参考文献

[1]石峰,刘建坤,房建宏,等.季节性冻土地区公路路基动应力测试[J].中国公路学报,2013,26(5):15-20.

[2]张玉富,于天来.季冻区路基土冻胀主要影响因素对冻深的影响规律[J].森林工程,2014,30(3):131-135.

[3]戴惠民,乐鹏飞,王兴隆,等.季冻区公路路基冻胀土冻胀性的研究[J].中国公路学报,1994,7(2):2-8.

[4]李宁,徐彬,陈熊飞.冻土路基温度场、温度场和应力场的耦合分析.[J].中国公路学报,2006,19(3):1-7.

[5]交通部公路科学研究院.公路土工试验规程:JTG E40-2007[S].北京:人民交通出版社,2007.

[6]曾辉,余尚江.岩土压力传感器匹配误差的计算[J].岩土力学,2001,22(3):99-105.

[7]卢治松.路基高边坡预应力锚索跟管施工技术探讨[J].交通科技与经济,2015,17(3):85-87.

静态压力容器内壁的腐蚀与保护 篇2

1 金属腐蚀的种类及特点

由于金属腐蚀的现象与腐蚀机理是比较复杂的, 因此金属腐蚀的分类方法也是多种多样的, 一般可按金属腐蚀过程的历程、温度和破坏形式分为三大分类体系。但是它们往往是互相联系的。

1.1 根据腐蚀的历程分类

根据腐蚀过程的历程特点, 可将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两类。具体的金属材料是按哪一种机理进行腐蚀, 主要取决于金属所接触的介质种类。

1.1.1 化学腐蚀

化学腐蚀是指金属表面与非电解质介质直接发生纯化学反应而引起的破坏, 其腐蚀的特点是在反应过程中没有电流产生。化学腐蚀又分为:a.气体腐蚀:金属在干燥空气中 (表面没有湿气冷凝) 或高温气体作用下的腐蚀。b.金属在非电解质溶液中的腐蚀金属在不导电的液体中发生的腐蚀。

1.1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏, 其腐蚀的特点是在反应过程中有电流产生。电化学腐蚀服从电化学动力学的基本规律。

电化学腐蚀是最普通、最常见的腐蚀形式。例如金属在各种电解质溶液中的腐蚀, 以及化工、冶金生产中金属结构在绝大多数介质中的腐蚀均属于电化学腐蚀。

1.2 根据腐蚀的温度分类

金属在相同的环境介质条件下, 由于环境温度不同, 其腐蚀反应类型和腐蚀速度也大不相同, 通常高温环境能加速腐蚀的过程。根据腐蚀环境温度, 可把金属腐蚀分为两大类, 常温腐蚀与高温腐蚀。

1.2.1 常温腐蚀

常温腐蚀是指在常温条件下, 金属与环境介质发生化学或电化学反应引起的破坏。常温腐蚀到处可见, 金属在干燥的大气中腐蚀是一种化学反应, 金属在潮湿大气或常温下的酸、碱、盐等化工产品中的腐蚀, 则是一种电化学反应的破坏 (也可称为湿腐蚀) 。

1.2.2 高温腐蚀

高温腐蚀是指在高温条件下, 金属与环境介质发生化学或电化学反应引起的破坏。通常, 在腐蚀过程中把温度超过100℃的腐蚀规定为高温腐蚀范畴。如金属在高温下混合气体中的腐蚀 (也可称为干腐蚀) , 液态金属腐蚀, 熔盐腐蚀等都属于高温腐蚀。

1.3 根据腐蚀的破坏形式分类

金属腐蚀通常是从金属表面开始的, 然后逐渐往金属内部发展使金属的外形或内部结构遭到破坏。因此, 根据金属腐蚀破坏形态的基本特征, 可将金属腐蚀分为全面腐蚀、局部腐蚀和应力与环境介质共同作用下的腐蚀。

全面腐蚀是指腐蚀作用遍布整个金属表面上和连成一片的腐蚀破坏。根据金属表面各部分金属腐蚀速度是否相同, 全面腐蚀又可分为均匀腐蚀和不均匀腐蚀。局部腐蚀是指腐蚀作用仅局限在金属表面的某一区域, 而表面的其他部分几乎未被破坏。

从腐蚀形态的性质上看, 局部腐蚀比全面腐蚀有更大的危害性, 而且更难以预测。这是由于无法或难以估计其腐蚀速度, 常常引起设备、机器、工具等意外或过早的损坏, 甚至造成灾难性的事故。

2 预防腐蚀的一般方法及特点

根据压力容器不同的用途和所处的介质、温度和压力情况, 在压力容器的制作过程中, 选择不同的材料组成耐蚀合金, 或在金属中添加合金元素, 提高其耐蚀性, 可以防止或减缓金属的腐蚀。

2.1 涂层保护

从腐蚀角度保护金属材料最简单易行的方法是将材料与腐蚀环境隔离。例如有机涂料、无机物的搪瓷等涂覆金属表面以使材料与腐蚀环境隔绝。大致有三种主要的阻挡层或复合阻挡层:惰性的或基本上是惰性的, 缓蚀的, 以及牺牲性的。目前常用的涂层有氧化物涂层、铬酸盐涂层、无机涂层、有机涂层、金属镀层、复合涂层等。涂层防腐的优点是工艺简单, 适应性广, 费用低, 资源丰富, 操作方便, 金属消耗少, 适用于各种结构, 缺点是维护周期短, 维护劳动量大。

2.2 电化学保护

电化学保护防腐的优点是保护期适中, 设备少而保护面积大, 且效果很好, 缺点是水线部位效果差, 耗用一定电能 (金属) , 适于水下保护。

2.2.1 金属镀层

用电镀法在金属的表面涂一层别的金属或合金作为保护层。电镀时借助于电解作用, 在金属制件表面上沉积一薄层其他金属的方法。包括镀前处理 (除油、去锈) 、镀上金属层和镀后处理 (钝化、去氢) 等过程。电解时, 将金属制件作为阴极, 所镀金属作为阳极, 浸入含有镀层成分的电解液中, 并通入直流电, 经过一段时间即得沉积镀层。

电镀防腐的优点是保护周期长, 维护工作量小, 适用于面积不大及环境恶劣、维护困难的结构, 缺点是工艺复杂, 投资较大, 要有专用设备。

2.2.2 阳极保护

它是指用阳极极化的方法使金属钝化, 并用微弱电流维持钝化状态, 从而保护金属。具体实施时, 可把准备保护的金属器件作阳极, 以石墨为阴极, 通入大小一定的电流密度, 并使阳极电位维持在钝化区间, 这样金属器件就得到了保护。化学工业主要利用金属或各种合金制作反应器和油罐, 因此, 阳极保护法在化工生产中的应用十分广泛。

2.2.3 阴极保护

它是使金属体阴极极化以保护其在电解质中免遭腐蚀的方法。若阴极电势足够负, 金属就可以不氧化 (溶解) , 即达到完全的保护。阴极极化可用两种办法实现:a.外加电流法:在电解质中加入辅助电极, 连接外电源正极, 而将需要保护的金属基体连接外电源负极, 然后调节所施加的电流, 使金属达到保护所需的阴极电势。更多的是用大功率恒电势仪控制被保护金属的电势。b.牺牲阳极法:在金属基体上附加更活泼的金属, 在电解质中构成短路的原电池, 金属基体成为阴极, 而活泼金属则成为阳极, 并不断被氧化或溶解掉。

2.2.4 缓蚀剂保护

加入到一定介质中能明显抑制金属腐蚀的少量物质称为缓蚀剂。缓蚀剂的防蚀机理可分为促进钝化、形成沉淀膜、形成吸附膜等。钝化促进型的缓蚀剂有铬酸盐、亚硝酸盐, 由于它们有强的氧化能力, 促进钢铁材料钝化。形成沉淀膜的典型缓蚀剂有聚磷酸盐、聚硅酸盐、有机磷酸盐等, 它们与腐蚀生成物或环境中存在的Ca2+、Mg2+等离子形成沉淀膜, 从而抑制腐蚀。形成吸附膜的缓蚀剂多数是有机物, 物理吸附或化学吸附在金属表面形成单分子层或多分子层吸附膜, 将金属表面与腐蚀环境隔开。

缓蚀剂防腐的优点是可以有效的降低甚至消除腐蚀, 防止脆裂脆断事故的发生, 避免产品污染, 防止传热损失, 缺点是技术要求高且不成熟, 缺乏规范性和可比性。

2.3 管理维护

除了采用相关措施预防压力容器的腐蚀之外, 最根本的还应该注重压力容器的维护。化工企业要严格执行有关压力容器使用法规, 根据压力容器检修的有关规定, 做好定期检查、取样, 掌握压力容器在运行中缺陷的发展和腐蚀情况, 对发现的问题及时采取补救措施, 防止设备继续腐蚀, 延长使用寿命, 确保压力容器的安全运行与维护。

结束语

一种新型受电弓静态压力检测方案 篇3

轨道交通电力机车是通过受电弓从接触网获取电能来驱动牵引电机运行的, 因此受电弓的性能好坏直接影响了电力运行的可靠性和效率[1]。列车高速运行时, 受电弓与接触线间要维持合适的接触压力。当接触压力过小时, 易造成离线并产生拉弧;当接触压力过大时, 接触线抬升量过大, 使接触线局部弯曲并引起疲劳损伤, 同时使接触线和滑板磨耗增大, 严重时造成弓网事故[2]。

目前, 我国对受电弓接触压力检测主要是采用弹簧拉力计手动测量, 这种检测技术相对落后, 检测效率低、精度低、准确性差。较为先进的受电弓检测系统是受电弓微机测试系统。该类型测试系统设备间的有线连接使得测试系统庞大, 每次操作都需要麻烦地接线和拆线工作, 不能满足各种情况下的测试要求, 也造成了测试工作量的增大[3]。与此同时, 国外的受电弓接触压力动态监测设备, 设备造价较高, 维护困难, 而且功能单一[4]。

本文在现有的受电弓检测仪测试原理的基础上, 研制出一种小巧的、使用和移动较为方便的受电弓检测仪。这样受电弓可以不用取下, 在车顶上直接进行检测、调整即可。而且可以为操作以及操作人员提供更好的安全性和更高效的工作效率。

二、检测方案

本文设计方案是由电葫芦通过固定销固定在受电弓底架上, 电葫芦的吊钩与测力仪的测试挂钩相勾连, 而测力仪是通过自制的挂钩挂在受电弓碳滑板下面的横梁上, 至此, 从剖面上形成了一个封闭的三角形。组装好进行检测时, 受电弓处于升弓到最高位状态, 此时, 控制电葫芦, 使其匀速拉下受电弓弓头, 测力计动态测量的拉力即为受电弓的静态力, 根据生产的实际情况, 只需选取三个高度, 分别为2m、1.5m、1m, 在这三个高度时分别读出显示数据, 或直接用测力仪的内部存储功能进行记忆, 测试完成, 操作电葫芦使受电弓自由匀速升到最高位置, 取下检测设备, 结束检测。

微型电葫芦可以使设计的检测设备体积小、重量轻, 搬动便携, 使用可靠, 并且采用220V的单相电源, 应用方便。电葫芦还带有限位器, 确保操作的安全性。

测力仪的选用可以给检测仪的实现提供高精度高分辨率, 其示数误差仅为0.1N, 足以满足检测的需要。测力仪的数据记忆功能方便了操作人员的数据记录, 只需简单的操作, 即可使测试的数据自动存储到仪器内部, 储存的记忆资料在关机后也可保存, 且机器可存储128个数据, 实现多次测量, 然后再进行数据输出。此种方案的检测方式, 还可以提供比较式检测, 即设定上下两个极限值, 检测时, 超过整定值时, 测力仪会自动报警, 此为简化的检测方式。方案中的同步检测为设备未来的扩展提供了可能, 将测力仪连接到电脑上, 使用电脑上的同步显示测试力曲线软件, 可保存、打印, 做各种分析。

三、方案的可行性

忽略在检测过程中牵引电机的震动, 假设砝码上升为匀速运动, 对装置进行准确性校验, 具体方案如下:

1.起吊40 N砝码至1 m处, 记录测量仪器数据, 观察机构整体工作情况, 重复3次。

2.起吊80 N砝码至1 m处, 记录测量仪器数据, 观察机构整体工作情况, 重复3次。

3.起吊120 N砝码至1 m处, 记录测量仪器数据, 观察机构整体工作情况, 重复3次。

4.起吊160 N砝码至1 m处, 记录测量仪器数据, 观察机构整体工作情况, 重复3次。

填写以下表格 (表1) :

可行性分析结果:

检测设备满足设计总体要求, 工作正常, 能够实际用于受电弓静态压力检测, 可行性分析通过。

四、实验及数据

检测方案可行性分析通过后, 为进一步掌握测量仪器的使用性能, 防止可能突发的意外状况;同时也为了使分析结果更加客观并更具有说服力, 对1∶1受电弓模型进行静态压力测量, 校验设备的准确性、可靠性和稳定性。

上海地铁运行检修车间在进行受电弓静态压力检测时, 只选取三个固定高度点来测量, 三个固定高度点分别为2m、1.5m、1m, 弹簧测力计钩住受电弓下拉, 依次到达三个固定高度点, 若所测力均在120±7 N范围内, 则表明受电弓静态压力正常;反之, 受电弓需进行调整。

根据以上原理, 在覆盖原有检测点的基础上, 选取五个固定高度点来进行测量, 五个高度点分别为2.0m、1.7m、1.5m、1.3m、1.0m, 从而使测量结果更准确, 受电弓在实际运行中更可靠。

测量结果如下:

对以上数据进行分析, 数据总体范围在117.3N～128.3 N之间, 基本都能符合受电弓静态压力要求, 但出现8个“硬点”, 即数值大于127 N, 硬点率达到16%, 可能的原因如下:

1.操作不熟练, 受电弓匀速下降过程控制不到位, 在个别点上出现抖动现象。

2.在弹簧和压缩气缸的配置上, 模型与真实受电弓间存在差异。

3.受电弓模型长时间闲置, 缺乏维护, 需要调整。

虽然硬点率偏高, 但并不对测量的准确性产生影响。因为测量的目的是通过显示的具体数据判断受电弓是否需要调整:若数据在合理范围120±7 N内, 则不需要调整;反之, 则需要进行调整。

五、受电弓故障及检修分析

(一) 检测时升降弓过程

升弓时, 当压缩空气经缓冲阀进入升弓气缸后, 气缸内活塞移动带动活塞杆缩回, 降弓弹簧受压。同时活塞杆拉动下杆下端, 下臂杆上端沿顺时针方向向上升起, 处于压缩状态的升弓弹簧释放压力, 进一步推动下臂杆作顺时针转动, 带动活动构架升起。

检测时降弓过程为被动, 在弓头施加以向下的压力, 受电弓活动构架在外力作用下落下, 迫使下臂杆下端做逆时针转动, 从而使活塞杆推动活塞, 降弓弹簧被迫暂时释放压力。

(二) 静态压力超出偏差范围的主要原因

1. 季节性温度变化比较大。

热胀冷缩等现象比较明显, 致使弹簧工作状态不稳定。应采取的措施是, 检查调整弹簧拉伸力。

2. 车顶受电弓固定螺栓未紧固。

由于受电弓固定在B车车顶的固定螺栓未固定住, 从而使螺栓随着车辆的震动而松动, 使受电弓的接触压力超出所要求的范围。应采取的措施是, 转动调节螺钉, 使接触压力在正确的范围。

3. 受电弓内部摩擦太高。

在检测降弓时, 活塞、轴承、弹簧等部件的摩擦力过大, 使测量的静态压力值超过正确的范围。应采取 (下转第41页) (上接第44页) 的措施是, 检查受电弓的损坏情况, 更换损坏零部件, 清洗轴承并加润滑脂, 或更换有故障轴承。

4. 最低位置受电弓静态压力超出公差范围。

上升和下降速度突然变化。调节节流阀“升-降”, 使工作压力正常。

5. 受电弓在低位压力增大或不能下降到最低。

静止位下降控制杆的调节螺丝没紧固好。转动调节螺丝, 使控制杆的螺丝固定。

六、结语

受电弓与接触网之间的良好配合是城市轨道交通车辆正常受流和安全行驶的保证, 虽然在列车运行中随着车速的变化弓网之间的压力是在不断地改变, 但静态的压力检测对保证受电弓与接触网之间的良好配合起着很重要的作用, 电葫芦方案使这一静态压力检测更加精准, 更加科学化, 同时也减少了工人的工作强度。这样对受电弓的日常维护和提高受电弓的使用寿命也有很大的帮助。但该方案还有很多需要改进的地方, 如在测力时测力计上的数据会有波动等, 我们相信在不断的改造与创新中这项检测方案将会更加完善。

摘要：轨道车辆受电弓受流性能的好坏直接影响到车辆的安全运行, 因此对受电弓与接触网之间的压力提出更高的要求。文章介绍一种新型受电弓静态压力常规检测方案, 并对受电弓压力未在标准范围内产生的原因进行分析。

关键词：受电弓,弓网压力,静态压力检测

参考文献

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[2]吴海.受电弓正反向运行对弓网接触压力的影响[J].科技情报开发与经济, 2009 (, 26) .

[3]赵明桂.便携式受电弓检测仪的研制[D].北京:北京交通大学, 2010.

静态压力 篇4

对于一些尺寸和形状趋向标准化和系列化的冲压件,通常适合用高速压力机进行生产,以降低成本、提高劳动生产率[1]。由于压力机不断向高速化和重型化发展,对曲轴的要求也越来越高,曲轴作为压力机的重要零件之一,用来传递运动和动力,在工作过程中,既作高速运转,又要传递较大的扭矩,其刚度和强度在压力机的运转中起到重要作用[2]。由于曲轴承受复杂的交变载荷,容易产生疲劳失效,因而设计时越来越受到重视。本文对某高速机床曲轴进行有限元分析,为优化设计提供可靠的理论依据。该曲轴是由两根曲轴通过联轴器连接,四个支承点支撑在机身上,结构如图1所示。

1 静态分析

1.1理论计算

该高速压力机是双点压力机,取其中一个曲轴,建立力学模型如图1所示。通过查阅相关资料[3],通常作用在曲轴上的力可视为均布载荷,支点的距离可看成作用在支撑颈端部r+0.1d处,曲轴材料QT750-4,材料特性:弹性模量E=1.69×1011Pa,泊松比μ=0.305,材料密度ρ=7090kg/m3。建立计算简图如图2所示。

其中曲轴的基本尺寸参数为:

C-C截面的弯矩为弯扭联合作用,但由于弯矩比扭矩大得多,故忽略扭矩计算出的应力比考虑扭矩时只差3%(曲柄转角在公称压力角的情况下)和5%(曲柄转角在90°情况下),故

代入基本参数可得:

弯曲应力为

代入基本参数可得:

式中:Pg———公称压力,N;

dA———曲柄颈直径,m;

la———曲柄颈长度,m;

r———圆角半径,m。

B-B截面为扭弯联合作用,但扭矩比弯矩大得多,故可以只计算扭矩的作用。截面公式为:

代入基本参数可得:

式中:d0———支撑颈直径,m;

mg———公称当量力臂,m;

WP———扭转截面系数,m3;

R———曲柄偏心半径,m;

λ———连杆系数;

μ———摩擦系数,μ=0.04~0.06,此处取0.05;

dB———球头直径,m;

αg———公称压力角,下死点时为起始点0°,此处取下死点附近20°计算。

设计时,需使计算的弯曲应力σ和剪应力τ 分别小于需用的弯曲应力[σ]和剪应力[τ],即

按照参考文献[3],并参考现有压力机的应力数值,许用应力推荐如下:

式中:[σ]、[τ]———许用弯曲应力和许用剪应力,MPa;

σ———屈服极限,MPa;

n———安全系数,对于刚度要求高的曲轴取上限值3.5。

按照上式计算,C-C截面、B-B截面所需材料的屈服极限分别为167MPa、162MPa,所以按此安全系数的材料的屈服强度至少为167MPa。

1.2有限元计算分析

1.2.1三维模型及边界条件处理

运用三维Solidworks建立曲轴的三维模型并导入分析软件中,如图3所示,然后对其进行材料属性的添加和网格划分,在曲轴的支撑端添加固定约束,曲拐部分添加工作载荷[4],在装有大齿轮的一端施加扭矩,结果如图4所示。

1.2.2静态结果分析

曲轴强度分析主要分析曲轴的应力,在此基础上计算曲轴的疲劳强度。由上述理论分析得出,曲轴的强度分析可以通过经验法或者二维有限元算法来校核,但结果很难看出曲轴在工作状态下,各部分应力的变化情况[5,6]。因此,建立三维模型进行有限元计算,便于直观分析曲轴的应力。

曲轴应力分布如图5所示,曲轴最大应力发生在支承颈靠近曲拐的一端,最大为159.92MPa,整体应力在18~71MPa;曲轴变形如图6所示,最大变形发生在曲柄和曲拐上,最大变形值为0.194mm。

2动态分析

曲轴在工作过程中不断受到复杂的冲击载荷,随之产生横向、纵向和扭转振动,当某一激励力的频率和曲轴其中一阶固有频率相同或相近时,产生共振,会导致曲轴疲劳断裂[7,8]。因此,曲轴的振动分析,特别是低阶模态对曲轴的设计和分析具有一定的参考价值。表1为曲轴的前六阶模态,其中n为模态的阶次,w为曲轴的固有频率,A为曲轴的振幅。

图7~12为曲轴的振型图,一阶振型曲轴前后部分弯曲摆动,联轴器部分的摆动使联轴器与曲轴接触处应力增大,给连接带来安全隐患;二阶振型与一阶类似,只是方向是上下摆动;三阶振型是沿着轴向扭曲,该振型同样给连接部分带来安全隐患,使曲轴与联轴器之间的销轴应力很大,因此,设计时要计算销轴的应力,保证设计的可靠性;四阶和五阶的振型类似,为左右曲轴的曲拐扭转变形;六阶振型为联轴器部分的扭转同时带动曲轴的弯曲变形,该振型的危害是不仅增大了连接部分的应力,还影响曲轴的刚度,从而影响机床精度,设计时应高度重视。

3结论

(1)通过有限元分析可以看出,曲轴最大应力为142.96MPa,应力最大出现在支承颈靠近曲拐的一端,根据理论计算,材料的屈服强度至少为167MPa,证明有限元分析与经验计算的一致性;而材料QT750-4的屈服强度为420MPa,应力值小于许用应力,曲轴强度符合要求;由于曲轴支承颈和曲柄颈容易产生疲劳,设计时需加以注意。