起重机轮压测试方法研究

一、开题依据（课题的研究意义，国内外研究现状分析，附主要参考文献）

研究意义

起重运输机械车轮是承载起重机自身及吊载重量、传递载荷的重要部件，起重机轮压的大小直接影响基础的设计、制造。在理论设计初期，起重机轮压的确定都是建立在理论计算，并且以安全系数的方法，增大起重机使用的安全裕度，也增大了起重机的实际轮压，随着港口、造船、钢铁等工业的进步和发展，大型、超大型起重机的使用也越来越广泛。超大型的起重机重达几千吨，使用的车轮上百只，直接、精确测量起重机的轮压，对起重机理论计算，承载基础的设计提供重要的数据参考。

当前，中国经历了经济飞速发展的时间段，各行各业发展非常迅速，当然，起重机械行业也并不例外。设计方法、制造工艺较西方发达国家相比，依然存在差距，致使起重机粗、大、重。行业内的绝大多数企业设计能力低下、生产装备陈旧、管理不善等诸多问题，起重机械的生产企业大部分依然处于粗放型的生产模式。也正是这种大规模的生产模式，为现在存在的环境、社会问题火上浇油。可持续发展、科学发展观、节能减排一直是国家重要的方针、政策内容，大型、重载的起重机械对能源的消耗不可小觑，因此对起重机械的精确计算，对其自身的减重，电能消耗的降低，基础建设耗材的降低，其效益是可预见的。起重机车轮轮压作为直接反应起重机对承载基础作用效应的重要参数，也是起重机设计的首要依据。因此科学、合理、准确的轮压测试数据对起重机的精确设计、计算有着非常重要的意义。

起重机轮压是车轮对轨道的压力，是起重机的重要参数。是由设计人员根据起重机的重量、额定载荷、跨度、移动小车位置等利用平衡条件计算出来的。实际情况，轮压的分配与结构和基础的刚度、结构的制造精度和轨道的平行度有关，然这些因素的相互作用对轮压的影响是无法测定的。因此，理论计算出的起重机车轮轮压是不准确的，只能将其作为设计之初的理论猜想，但是正确与否，需要经过试验、测试来进行验证，从而提高起重机轮压理论计算的精度，为更多的起重机型储备数据，为承载基础及起重机设计提供科学、合理的数据支撑。因此研究一种方便、直接测试大型起重机轮压的方法或设备是极其有必要的。

国内研究现状

目前，起重机轮压测试还没有制定标准，也没有标准的方法，也因此少有企业对轮压测试提出要求，仅仅是在技术资料中表明最大轮压。在起重机发展的历史长河中，也有研究人员对这方面进行了关注，主要有2种测试起重力轮压方法的论文。第一种：通过使用压力传感器及千斤顶顶升起重机运行机构平衡梁，这种方法需要对运行机构零部件进行拆卸、重物移动，多人配合，效率低下，测得的数据还需要根据支撑位置进行轮压计算，是一种间接测试方法，测试成本较大；第二种：采用在轨道侧贴应变片，起重机空载自重挤压轨道，通过空载自重标定应变变形，起重机满载后测量总应变反推起重机轮压。这种实验方法相对较方便，应变片贴片工艺要求较高，但是起重机空载自重由铭牌读取，这本来就是理论计算值，与真实值存在差异，差异大小具有不可确定性，这种方法，也是一种间接测试的方法。因此，更直接、简便、精确的轮压测试方法是有必要的。

参考文献

[3].《起重机设计手册》（第二版）编委会.起重机设计手册.中国铁道出版社，2013.

二、研究方案（研究目标、研究内容、技术路线和拟解决的关键问题、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析）

2.1研究目标：

（1）一种方便、直接测试起重机轮压的试验方法

研究制定一种完善、便捷、高效、准确的大型起重机轮压测试的方法。试验方法过理论分析、其它方法比对验证新研制的试验方法的准确、可靠性。测试方法应能不影响起重机的正常工作、减少测试时的辅助人员、设备，及时准确的获取起重机轮压。

（2）一套基于测试方法的测试仪器、设备及传感元器件

基于起重机轮压理论计算及理论测试方法的研究，开发一套由压力测试传感器、测试设备、仪器组成的测试系统。

2.2 研究内容：

计算机软件建模，对传感器进行有限元分析，掌握传感器受压后应力、应变情况。传感器需要承受大吨位的载荷，还需要传感器的外形尺寸较小，以方便起重机的车轮直接滚动至传感器的顶部，传感器受到的压应力非常大，要求传感器具有高强度、高耐磨性。信号、数据采集系统通过对比信号对其进行计算，得出起重机轮压。

研究内容主要包括以下方面：

(一) 传感器模型建立，有限元模型分析

之前，没有结构尺寸小、承受大载荷的压力传感器的经验，无法了解此类传感器在大载荷情况下应力及应变情况，通过三维制图软件，建立传感器力学模型，对其进行有限元分析。得出传感器在受压过程中的应力、应变大小。

(二) 起重机轮压测试传感器设计

（1）传感器外形设计。传感器的外形设计主要考虑起重机车轮能直接开上传感器的顶面，因此要求其设计成为扁平状的结构形式。

（2）传感器材料选择。传感器因需要设计得很小，且承受大吨位载荷的压力，其本身的强度及耐磨性要非常好，因此需要选择高强材料，并且经过不断的试验、比对及时调整材料的选择。

(三) 数据采集系统的开发

传感器受到车轮的碾压，要求传感器与外接设备进行良好的信号、数据通讯。外接设备按照设定频率进行信号采集，数据运算，得出压力值。

(四) 测试系统试验

传感器的外形设计，传感器信号采集、放大、信号传输，需要完美的整合，传感器的设计得当、得出数据的准确性、可靠性需要经过反复的试验，并进行反复的设计修正。设计初期，在实验室内，通过万能试验机对传感器及数据采集系统进行反复试验。

2.3拟解决的关键科学问题：

（1）传感器的材料选择；

（2）小尺寸传感器结构模型设计；

（3）测试系统正确性、准确性的验证。

2.4研究方案与技术路线

采用成熟技术和攻关相结合、商用软件和自主开发相结合的方针，突出重点、主攻核心技术和关键技术难点。

图1本研究技术路线图

（1）在充分调研的基础上，立足大型起重机的特点，合理运用新技术和新方法，通过三维实体建模软件建立传感器几何模型；

（2）制作传感器实物，利用万能材料试验机，对传感器进行压缩试验，检查传感器受压后与有限元分析结构进行对比；

（3）在传感器中埋设电信号传输部件，及电信号放大、无线发射装置；

（4）外设装置，接收传感器电信号，数据整理、运算、显示结果；

（5）软件管理系统对采集到的信号进行管理、运算、显示；

（6）通过万能试验机，对传感器进行反复压缩试验，测试系统的显示值与试验机加载力进行比对、校验。