伸縮臂是鑿巖臺(tái)車(chē)的主要承載部件，在工作中,它不僅要支承鑿巖臺(tái)車(chē)伸縮臂上各部件的重量，還要承受油缸的驅(qū)動(dòng)載荷、巖石通過(guò)減震裝置傳遞的支反力、緩沖力和工作載荷等的作用。伸縮臂對(duì)保證鑿巖臺(tái)車(chē)整機(jī)使用壽命和可靠性方面起著非常重要的作用，但在使用中鑿巖臺(tái)車(chē)伸縮臂常達(dá)不到預(yù)期的使用壽命，出現(xiàn)裂紋和斷裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了鑿巖臺(tái)車(chē)的使用壽命和工作可靠性。因此，對(duì)伸縮臂進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試是很重要的。本文采用鉆孔法測(cè)殘余應(yīng)力，分析研究殘余應(yīng)力對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)伸縮臂的強(qiáng)度的影響。
試件介紹
測(cè)試前，將鑿巖臺(tái)車(chē)伸縮臂試件外表面打磨光滑，使試件表面的初始應(yīng)力均勻分布；選擇便于加載的伸縮臂試件部位施加載荷，預(yù)制殘余應(yīng)力和用鉆孔法測(cè)殘余應(yīng)力；鑿巖臺(tái)車(chē)伸縮臂材料為16Mn，彈性模量E=210GPa，屈服極限=296MPa，泊松比μ=0.33.
預(yù)制殘余應(yīng)力
鑿巖車(chē)伸縮臂材料為16Mn，由材料的σ-ε曲線可知，欲使試件產(chǎn)生1200με，給試件加載預(yù)制殘余應(yīng)力時(shí)應(yīng)注意，F(xiàn)必須足以達(dá)到使材料屈服，但是F又不能太大，以避免試件破壞。實(shí)驗(yàn)中用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)施加載荷，用測(cè)量傳感器測(cè)量加載力，用靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變。
殘余應(yīng)力測(cè)試
鉆孔法測(cè)殘余應(yīng)力可分為通孔和盲孔二種方式。一般對(duì)于薄壁零件采用通孔，本實(shí)驗(yàn)采用該種方法。
我們用一組不同直徑的鉆頭對(duì)試件表明的殘余應(yīng)變作了測(cè)試，得到εa、εb、εc三個(gè)方向的應(yīng)變值與鉆孔直徑的關(guān)系如表
表1是剛鉆完孔后所測(cè)得的應(yīng)變和冷卻后穩(wěn)定的應(yīng)變值與鉆孔直徑之間的關(guān)系。從上述數(shù)據(jù)可以得到結(jié)論：隨著鉆孔直徑的增大，應(yīng)變值隨之增大，在鉆孔直徑較小時(shí)，應(yīng)變值隨直徑的變化比較緩慢。但當(dāng)鉆孔直徑大于4.5mm時(shí)，應(yīng)變值就急劇上升，顯然這時(shí)用鉆孔法測(cè)得的應(yīng)變值已不能反映試件本身由于鉆孔后所釋放的殘余應(yīng)變情況，而更多地反映了鉆削力和鉆削熱所引起的應(yīng)變情況。因此，選擇較小直徑的鉆頭可以確保測(cè)試的精度。但是鉆孔直徑又不能太小，否則所釋放的應(yīng)變值將會(huì)很小，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的目的。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們?cè)谠囼?yàn)中選擇的鉆頭直徑為3.5mm，選取r=3.0mm。
結(jié)論
1. 用鉆孔法測(cè)試鑿巖車(chē)伸縮臂表面的殘余應(yīng)力，其影響誤差的因素有很多的，其中對(duì)鉆孔直徑的選擇是非常重要的。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)薄壁零件鉆孔的鉆頭直徑可取壁厚1-1.2倍，本次實(shí)驗(yàn)中采用的鉆頭直徑是3.5mm，是壁厚的1.19倍。
2. 由表2可知，實(shí)驗(yàn)求得的殘余應(yīng)力值是49.6MPa，而由理論分析求得的殘余應(yīng)力值是54.5MPa，因此可以求得用鉆孔法測(cè)試鑿巖臺(tái)車(chē)的殘余應(yīng)力與彈塑性理論計(jì)算的殘余應(yīng)力相差11%左右。所以鉆孔法測(cè)殘余應(yīng)力在鑿巖臺(tái)車(chē)上的應(yīng)用是可行的。
