专利名称：一种光电复合测力方法
技术领域：
本发明涉及一种光电复合测力方法，属于测力技术领域。
背景技术：
对于一些大型设备或者一些高精度的设备，当想了解这些设备上的作用载荷而在这些设备上又没有预设载荷显示仪器或仪表同时又当这些设备不允许安装现成的传感器或装置时，达到测量目标是十分困难的。例如一些传统的大型轧钢机，轧制力吨位都在千吨左右，对这种轧机进行轧制力测试要加工一个大型的压头，由于尺寸很大，除了加工制作费昂贵，问题还在于对这种压头的标定很难找到大吨位的试验机。另一个典型问题，如2030冷连轧机线上的钢板剪切机，为了选择相匹配的电机，在设计时需要了解剪切力，而这种剪切机结构不但紧凑，而且为曲柄滑块机构，在设备上不可能安放置任何形式的传感器。
发明内容
本发明的目的是为了解决工程测量中，在设备上不可能安装放置任何形式的传感器的测力问题，本发明提出一种光电复合测力方法及系统。
本发明的技术方案是这样来实现的，其方法步骤为
1、在需测的机械设备上取关键零件为对象，加工成光弹性模型，对模型施加作用在机械设备上的相似力，获得相似测点处的零件的形状系数Φ=E2(1+μ)KLKTPMNσO]]>E-零件的弹性摸量；μ-零件的泊松比KL-零件与光弹性模型的形状比；KT-零件与光弹性模型的厚度比；PM-相似力；N-光弹性模型的条纹级数；σo-应力条纹值；2、制作一小薄片，其材质同机械设备关键另件的材质，在小薄片上粘贴精选的电阻应变片，组成测量电桥，接上输入输出信号线；3、将小薄片进行标定，获得标定系数 然后用胶水(或环氧树脂)将小薄片粘贴到关键机械零件的测点处；4、通过关键机械零件上小薄片上的电阻应变片，测得设备工作时的应变值ε；5、由形状系数Φ和应变值ε在乘法器中相乘即P＝Φ×ε，完成机械力的测试。
其工作原理是由在小薄片上的电阻应变片组成测量电桥，如图1所示，设各桥臂满足R1＝R2＝R3＝R4，则读数应变有ε＝2(ε1+ε2)；如测点处在一点应力状态，引入广义虎克定律有ϵ=2(1+μ)E(σ1+σ2);]]>应用光弹性理论，其主应力差线的数学表达式为σ1M-σ2M=Nσo;]]>依照相似理论有Kσ=KpKLKT,]]>于是有σ1-σ2=KpKLKTNσO]]>和ϵ=2(1+μ)EKpKLKTNσO,]]>故P=E2(1+μ)KLKTPMNσOϵ,]]>则P＝Φ×ε，零件形状系数为Φ=E2+(1+μ)KLKTPMNσO.]]>本方法是一种极为有用的测力方法，即对一些超量级的载荷实测，无需要去加工一个昂贵的压力传感器，从而更无需有标定的烦脑。有了光电复合法，只要在现场的受力构件上能测取ε，就可以直接获得工作载荷。这种测量既迅速准确，又省时省钱。
图1为小薄片上粘贴的全桥应变贴片示意图；图2为依依据本方法制成的仪器逻辑设计框图。
具体实施例方式
以2030宝钢冷轧厂2030热轧酸连洗生产线上2030新酸洗平整机组为例。在新酸洗平整机组安装后，经无损探伤发现平整机机架上存在铸造缺陷。由于这样缺陷的存在，使得2030新酸洗平整机的实际工作载荷(即轧制力)要比额定载荷小得多，影响了生产产量和进度。为了对2030平整机机架作出力性评价，首先要知道该平整机的实际工作轧制力。由于在机架上无法安装传统的传感器，为此，采用本方法-光电复合测力方法。按1∶25比例加工光弹性机架模型，通过光弹性分析，找出最佳小薄片的位置，即找到零件受力应力梯度变化不大的部位，如机架立柱；制作一小薄片，其材质和机架立柱相同，为40G，其尺寸长×宽×厚为25×1.2×100(mm)，确定Φ＝12.636×109；在小薄片上粘贴精选的电阻应变片，组成测量电桥，对小薄片进行标定，获得标定系数 然后用502胶水(或环氧树脂)将小薄片粘贴到机架立柱的测点处；测得设备工作时的应变值ε；如图2所示，ε输入信号经放大、A/D转换、乘法器、比较放大、放大驱动器后进入电脑乘法器与由上述所确定的Φ相乘得到轧制力P测＝2500KN，经现场实际测得的轧制力P实＝2520KN。两者误差只有0.8％。而该实际轧制力仅占额定轧制力的25％，所以如果2030平整机机架不存在损伤情况，则机架的轧制潜力是很大的。而后又经过断裂力学分析和有限元计算等，结论是此机架的缺陷不影响机架的强度，该轧机的轧制力可提高到额定的轧制力，从而提高产量，为此得到厂方的认可与好评。
权利要求
1.一种光电复合测力方法，特征在于，其步骤为1)在需测的机械设备上取关键零件为对象，加工成光弹性模型，对模型施加作用在机械设备上的相似力，获得相似测点处的零件的形状系数Φ=E2(1+μ)KLKTPMNσO]]>E-零件的弹性摸量；μ-零件的泊松比KL-零件与光弹性模型的形状比；KT-零件与光弹性模型的厚度比；PM-相似力；N-光弹性模型的条纹级数；σo-应力条纹值；2)制作一小薄片，其材质同机械设备关键另件的材质，在小薄片上粘贴精选的电阻应变片，组成测量电桥，接上输入输出信号线；3)将小薄片进行标定，获得标定系数 然后用胶水(或环氧树脂)将小薄片粘贴到关键机械零件的测点处；4)通过关键机械零件上小薄片上的电阻应变片，测得设备工作时的应变值ε；5)由形状系数Φ和应变值ε在乘法器中相乘即P＝Φ×ε，完成机械力的测量。
全文摘要
本发明涉及一种光电复合测力方法，其步骤为在需测的机械设备上取关键零件，加工成光弹性模型，对模型施加作用与机械设备上的相似力，获得形状系数φ=［E/2(1+μ)］×［K
文档编号G01L1/20GK1529140SQ0315122
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月27日 优先权日2003年9月27日
发明者瞿志豪, 张杏耀, 郁建伟 申请人:上海应用技术学院