王燁宇

(中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所七室，西安 710065)

0　引言

飛機(jī)疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)中有大批量的大噸位測力儀需要計(jì)量，測力機(jī)在檢定測力儀時(shí)，傳統(tǒng)安裝方式已經(jīng)越來越顯得不經(jīng)濟(jì)。新型掛扣式裝配平臺通過實(shí)踐檢驗(yàn)，具有安裝簡便、速度快、安全性高、計(jì)量準(zhǔn)確，受到計(jì)量人員的廣泛好評。

1　工作原理及系統(tǒng)簡介

杠桿式測力機(jī)是將砝碼產(chǎn)生的重力通過杠桿放大，產(chǎn)生力值的裝置。杠桿式測力機(jī)主要由主機(jī)、砝碼、杠桿及電氣部分組成。主機(jī)部分主要由底座、立柱、主機(jī)吊掛、拉平衡機(jī)構(gòu)等組成。底座用于安裝立柱、拉平衡的減速機(jī)構(gòu)等。立柱上裝有平臺，以便固定支點(diǎn)刀的刀墊座。加載過程中，砝碼產(chǎn)生的重力由杠桿放大后，經(jīng)主機(jī)吊掛作用在測力儀上，同時(shí)通過拉平衡機(jī)構(gòu)使杠桿保持水平，使力垂直作用在測力儀上。拉平衡機(jī)構(gòu)一般由電機(jī)經(jīng)減速器減速后，由皮帶輪帶動(dòng)渦輪付旋轉(zhuǎn)，從而使渦輪中間的絲杠上下運(yùn)動(dòng)，通過主機(jī)吊掛將杠桿拉平衡。杠桿是杠桿式測力機(jī)的關(guān)鍵部件，砝碼產(chǎn)生的重力通過杠桿放大后加到測力儀上。機(jī)構(gòu)主要由杠桿及其上裝的三把刀組成。中間刀為支點(diǎn)刀，支承杠桿使其轉(zhuǎn)動(dòng)并承受杠桿、砝碼產(chǎn)生的重力及通過杠桿放大后產(chǎn)生的作用力。短臂刀為力點(diǎn)刀，通過此刀將力加到測力儀上，掛砝碼端的刀為重點(diǎn)刀。砝碼部分主要由支架、砝碼、吊掛、砝碼升降機(jī)構(gòu)等組成。電氣部分主要由電氣控制箱、操作界面等組成。主要功能是，通過程序控制電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)砝碼的加卸、杠桿平衡、砝碼組合及檢定完成后對測力儀的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算等。

2　測力儀的檢定過程

測力儀在安裝平臺固定后，調(diào)整杠桿平衡，通過控制臺運(yùn)行測試程序完成預(yù)加載、逐級加載、卸載及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。然后通過軟件計(jì)算出測力儀的靈敏度、直線度、穩(wěn)定度、零點(diǎn)輸出、重復(fù)性、滯后性，從而確定出測力儀的精度等級，完成測力儀的檢定工作。

3　原有安裝方式的缺陷

原有杠桿式測力機(jī)對測力儀進(jìn)行檢定時(shí)，首先通過固定架的連接螺桿與待測測力儀連接。該種安裝連接方式對于有大批量計(jì)量任務(wù)單位來說，顯得不太經(jīng)濟(jì)合理，在計(jì)量實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)一些不足之處。

1)安裝過程繁瑣。測力儀進(jìn)行拉向測試時(shí)，先將測力儀放置到下固定架上的螺桿上，對正螺扣，旋擰測力儀實(shí)現(xiàn)下部連接；接著旋擰上部框架的螺桿，使螺桿與測力儀上部連接；此時(shí)還需要通過電機(jī)控制絲杠上升從而帶動(dòng)下固定架及測力儀上升，同時(shí)還要旋擰螺桿的上端連接背帽，才能完成測力儀的安裝固定。

2)拆裝空間小、難度大。上螺桿與測力儀及上螺桿與背帽拆裝時(shí)，因拆裝空間狹小、尺寸有限，手部難操作，安裝及拆卸過程比較費(fèi)力。

3)拆裝難控制、存在不安全因素。測力儀從下固定架的螺桿上拆卸時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)旋擰測力儀時(shí)，螺桿和測力儀同時(shí)旋轉(zhuǎn)，造成螺桿從固定架的螺紋中脫出，計(jì)量人員需重新將螺桿擰緊到下固定架中，再次旋卸測力儀；在測力儀脫出螺扣的瞬間，因受工作人員拆卸的旋轉(zhuǎn)慣性力作用，稍不注意，測力儀就有可能脫手砸落到地面，特別是拆卸大噸位測力儀時(shí)(重約25kg)，砸落地面可能傷及附近人員，從而造成安全事故。

4)安裝拆卸時(shí)間長、影響計(jì)量工作效率。由于以上三項(xiàng)原因，一臺測力儀從測試完畢開始拆卸到換裝好另一臺測力儀，需花費(fèi)較長時(shí)間。

5)測力儀零位平衡調(diào)整與檢定時(shí)零位不同，影響計(jì)量準(zhǔn)確性。零位平衡調(diào)整時(shí)，測力儀通過螺桿懸掛于上固定架，下端與下固定架脫開來調(diào)整杠桿平衡。測力儀檢定過程中，零位平衡時(shí)，因測力儀下端與下固定架螺紋連接不能脫開，而是背帽與上固定架脫開來采集零位數(shù)據(jù)，此時(shí)測力儀承受微量壓向載荷。從而造成零點(diǎn)位測試數(shù)據(jù)失真。

根據(jù)測力儀的力學(xué)原理及數(shù)據(jù)處理的端點(diǎn)直線法，測力儀的螺紋安裝平臺測試時(shí)會造成測力儀零位測試數(shù)據(jù)失真，從而影響測力儀的線性度及靈敏度。

為了克服這種安裝方式的不足，我所設(shè)計(jì)出新型掛扣式安裝方式代替原有螺紋安裝方式，實(shí)際使用效果良好。

4　新型掛扣式裝配平臺

掛扣式裝配平臺應(yīng)用到杠桿式測力機(jī)上，能夠解決杠桿式測力機(jī)螺紋連接的裝配平臺的不足，將計(jì)量工作推上一個(gè)新臺階。

新型掛扣式裝配平臺上下接頭由原雙頭螺桿連接改為與測力機(jī)連接為螺紋形式連接，而與測力儀的連接為掛扣式連接方式，改變原測力儀與裝配平臺的直接連接為間接連接方式。螺桿連接式安裝平臺和新型掛扣式裝配平臺分別如圖1和圖2所示。新型掛扣式快裝頭如圖3所示。

圖1　螺桿連接式安裝平臺示意圖

圖2　新型掛扣式裝配平臺示意圖

圖3　新型掛扣式快裝頭零件圖

新型掛扣式裝配平臺的優(yōu)點(diǎn)：

1)測力儀安裝方式簡潔。測力儀與連接桿連接后，直接扣掛到裝配平臺的掛扣槽內(nèi)，安裝簡潔便利。

2)無安裝空間限制。測力儀與連接桿的連接快捷方便，不受安裝平臺上的空間限制，也不會出現(xiàn)螺紋難旋擰等。

3)測力儀拆裝方便。拆卸時(shí)僅需啟動(dòng)裝配平臺的上升按鍵使工作臺上升少許，計(jì)量人員即可將測力儀方便地退出裝配平臺的扣槽，放置地面，然后退出連接桿，安全便捷，徹底解決了原裝配平臺拆卸時(shí)下螺桿聯(lián)動(dòng)缺陷和脫扣瞬間測力儀失穩(wěn)的安全隱患。

4)基本無輔助工作時(shí)間，效率高。一個(gè)測力儀測試完畢取下后，可直接扣掛另一臺測力儀，進(jìn)行檢定，整個(gè)換裝過程不到一分鐘。原安裝平臺換裝一次至少要6～10min，按檢定一臺測力儀1h計(jì)，可提高工作效率10%以上。

5)消除系統(tǒng)誤差，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。新型裝配平臺中測力儀與上下固定架連接均為掛扣式，零位平衡可輕松調(diào)節(jié)。同時(shí)零位數(shù)據(jù)測試時(shí)，測力儀與下固定架完全脫開，保證零位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。從而保證測力儀的線性度及靈敏度的可靠性。

5　設(shè)計(jì)簡要說明

新型掛扣式裝配平臺的快裝頭及連接桿材質(zhì)選用30CrMnSi，具有較高的強(qiáng)度，安全系數(shù)n取3，連接桿與快裝頭的接觸面取值滿足測力機(jī)的最大量程時(shí)材質(zhì)許用應(yīng)力的要求。同時(shí)，快裝頭的掛扣槽采用小角度的喇叭口設(shè)計(jì)，中心與連接桿同徑，即保證測試時(shí)測力儀受力的同心性。同時(shí)方便測力儀的安裝及拆卸。

6　結(jié)束語

新型掛扣式裝配平臺系統(tǒng)的成功運(yùn)用，能完全消除測力儀拆裝時(shí)的安全隱患，具有省時(shí)、省力、方便及保證計(jì)量的準(zhǔn)確性等特性。極大地減輕了測試計(jì)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為計(jì)量工作的環(huán)境安全提供有力的保障措施，同時(shí)有效地提高了計(jì)量工作效率，保證測力儀的有效計(jì)量，對計(jì)量任務(wù)較多的單位按期完成計(jì)量工作提供強(qiáng)有力的保障。

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