5_MN电液伺服压剪试验机...验板式橡胶支座结果偏差分析_王河山.pdf

公路 年月第期 收稿日期：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：电液伺服压剪试验机检验板式橡胶支座结果偏差分析王河山，孙学松，可家乐，杨繁明，李佳腾，吕文志（国家工程橡胶产品质量检验检测中心（河北）衡水市 ；衡水市综合检验检测中心衡水市 ；衡水汇成减隔震科技有限公司衡水市 ）摘要：多年来，桥梁橡胶支座生产企业之间，生产企业与检测单位之间对同一支座产品抗压、抗剪弹性模量检测结果偏差较大。现对不同结构试验机在检测同型号板式橡胶支座时，检测结果偏差较大进行分析。结果表明：在进行抗压弹性模量实验时，上置油缸试验机不装配镶嵌式淬火板时结果偏差在范围内，检测结果稳定；上置和下置油缸试验机在装配镶嵌式淬火板时检测的支座变形比实际大，明显影响检测结果。在进行抗剪弹性模量实验时，试验机在装配斜锯齿形剪切板且剪切浮动车车轮转动时结果偏差在范围内，检测结果稳定。检测结果表明：使用无镶嵌式淬火板、装配斜锯齿形剪切板和剪切浮动车车轮转动的上置油缸试验机检测结果稳定可靠。关键词：板式橡胶支座；支座检测；压剪试验机；丝杠间隙；滑动摩擦；滚动摩擦概述国家工程橡胶产品质量检验检测中心（河北）每年承担国家、省、市桥梁橡胶支座的监督检验任务，同时常年接受委托检验。四柱式 电液伺服压剪试验机（以下简称试验机）是板式橡胶支座（以下简称支座）必备的检验检测设备，支座生产企业用于工艺和质量控制，检测单位用于对支座产品质量的检测判定。按照相关标准要求，一般检测抗压弹性模量和抗剪弹性模量两个指标。在多年的检测中发现，不同厂家的试验机在检验支座时得到的数据差异很大、即使同一厂家生产的试验机也会有很大偏差，最大的可达，对检验结果的判定造成很大困扰（试验机都经过了严格的检定校准）。也就是说同样一件支座产品，在不同的实验室会产生不同的检测数据，有时甚至会导致相反的判定结果。对于支座生产企业影响更大，生产人员无法通过检测数据指导生产，产品质量无法保证。一个重要的事实是：这些试验机都经过法定计量检验机构检定合格，均在有效的检定周期内，因无整机对应的法定检定规程，所以选用国家计量检定规程 拉力、压力和万能试验机（）、光栅式 测微 仪（）为其检定依据。为找出上述检测结果比对差异性大的问题所在，依据交通运输行业标准 公路桥梁板式橡胶支座（）中的抗压、抗剪弹性模量理论计算值为标准值，采用抗压、抗剪弹性模量检测结果偏差为 的 （）型合格支座作为试样（试样仅使用一次，不重复使用），对现行主流 台不同类型的试验机进行检测结果的偏差进行对比分析。试验材料与方案试样选用由橡胶与钢板黏合、硫化而成的公路桥梁板式橡胶支座，见图，型号为 （）型。每台试验机测试块试样。试验所用试验机一共 台，见表，均经法定计量检定机构衡水市综合检验检测中心检定合格，均在有效检定周期内。图板式橡胶支座 年第期王河山等：电液伺服压剪试验机检验板式橡胶支座结果偏差分析表试验机结构特点结构特点 号机 号机 号机 号机 号机 号机 号机 号机 号机 号机油缸上置上置下置下置下置下置下置下置下置下置丝杠装置无无丝杠锁紧丝杠锁紧丝杠顶升丝杠顶升无无无无镶嵌式淬火板无装配无装配无装配无无无无剪切板斜锯齿斜锯齿正锯齿正锯齿沟槽形沟槽形正锯齿沟槽形斜锯齿正锯齿剪切浮动车车轮转动转动转动转动转动转动不转动不转动不转动转动（）抗压弹性模量试验方案：将试样置于承载板中心位置，缓慢加载至压应力 稳压后，对承载板四角安置只位移传感器，以 速率增至平均压应力为 ，持续 ，然后以相同速率将压应力卸至，持续 ，预压次。正式加载以 的速率均匀加载至，持荷 后，采集支座变形量，然后以同样速率每 为一级逐级加载，每级持荷 后，采集支座变形数据直至平均压应力为止。然后以同样速率卸载至压应力为 。加载过程连续进行次，每次间隔 。试样抗压弹性模量标准值见式（）：（）式中：为支座抗压弹性模量，；为支座抗剪弹性模量，一般取值 ；为支座形状系数，应在 范围内。试样实测抗压弹性模量计算见式（）：（）式中：为 试 样 实 测 的 抗 压 计 算 值，精 确 至；、为 级试验荷载下的压应力和累积压缩应变值；、为 级试验荷载下的压应力和累积压缩应变值。（）抗剪弹性模量试验方案：将试样放于试验机承载板中心位置，使支座顺其短边方向受剪，将压应力以 的速率连续增至平均压应力，以 的速率连续施加水平剪应力至，持荷 ，然后以同样速率卸载至剪应力为 ，持荷 ，记录初始值，每一加载循环自 开始，每级剪应力增加 ，持荷 后，采集支座变形数据，至 为止。然后以同样速率卸载至剪应力 。加载过程持续进行次，每次间隔 。试样抗剪弹性模量计算见式（）：（）式中：为试样的抗剪计算值，精确至；、为 级试验荷载下的剪应力（）和累积剪切应变值；、为 级试验荷载下的剪应力（）和累积剪切应变值。抗压弹性模量检测结果偏差统计与分析根据 公 路 桥 梁 板 式 橡 胶 支 座（）规定，板式橡胶支座抗压弹性模量检测结果与标准值偏差规定在 范围内可判定该支座为合格。（）、号试验机抗压弹性模量检测结果及与标准值偏差见表。号机和 号机抗压弹性模量检测结果与标准值偏差分别为和，均在 范围内，符合标准要求。、号机为不同厂家上置油缸试验机，见图。号机无镶嵌式淬火板，由于支座是橡胶产品，每台橡胶支座在制作过程中橡胶密度有微量的不同和钢板的位置存在微量的差异，所以在检测结果上存在的与标准值偏差，属于正常范围内的偏差。号机装配镶嵌式淬火板，试样装配有镶嵌式淬火板时，在施加竖向作用力时，上下压板呈现“上凹下陷”的现象，测得支座的变形量比实际值大，导致出现较大负偏差。表、号机抗压弹性模量检测结果及偏差试样编号 号机 号机检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差标准值 图上置油缸试验机（）下置油缸试验机 号机抗压弹性模量检测结果及与标准值偏差，见表。号机、号机、号机、号机检测结果与标准值偏差分别为：、，试 样 检 测 结 果 与 标 准 值 偏 差 在 范围内，均符合标准要求。号机为下置油缸试验机并配有丝杠锁紧装置，无镶嵌式淬火板，号机装配镶嵌式淬火板。对、号机与标准值偏差差异性大进行分析，下置油缸试验机在配有丝杠锁紧装置时，无法完全消除丝杠间隙，导致在试验时丝杠间隙亦被计入支座变形量中，从而出现负偏差；试验机装配镶嵌式淬火板时，在施加竖向作用力时，上下压板呈现出“上凹下陷”的现象，测得支座的变形量比实际值大，导致、号机之间偏差过大。表 号机抗压弹性模量检测结果及偏差试样编号 号机 号机 号机 号机检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差标准值 、号试验机装配了丝杠顶升装置，号机无镶嵌淬火板，号机装配镶嵌淬火板。检测结果出现负偏差的原因是丝杠顶升装置无法完全消除丝杠间隙，且镶嵌淬火板后同样测得支座变形量比实际值大。下置油缸试验机与丝杠间隙见图。图下置油缸试验机与丝杠间隙（）下置油缸试验机 号机抗压弹性模量检测结果及标准值偏差见表，号机的号和号试样、号机的号试样检测结果与标准值偏差大于，不符合标准要求，其余试样检测结果与标准值偏 差均 在 范 围 内，符 合 标 准 要 求。号机为不同厂家制造下置油缸试验机，其无丝杠锁紧装置、无丝杠顶升装置、无镶嵌式淬火板，因不同厂家所使用的丝杠直径、刚度、螺距不一致，检测结果与标准值偏差最大。因此，检测时不建议使用下置油缸试验机且无丝杠锁紧装置、无丝杠顶升装置、无镶嵌式淬火板的试验机。抗剪弹性模量检测结果偏差统计与分析根据 公 路 桥 梁 板 式 橡 胶 支 座（）规定，板式橡胶支座抗剪弹性模量检测结果与标准值偏差规定在 范围内可判定该支座为合格。（）目前试验机剪切板主流形状有斜锯齿形剪切板、正锯齿形剪切板和沟槽形剪切板，种剪切板形状见图。抗剪试验机与抗压试验机编号相同，抗剪试验只需保持支座所受竖向压应力为 ，与试验机是否上置或下置油缸、有无丝杠锁紧装置 公路 年第期 年第期王河山等：电液伺服压剪试验机检验板式橡胶支座结果偏差分析表 号机抗压弹性模量检测结果及偏差试样编号 号机 号机 号机 号机检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差标准值 或丝杠顶升装置及有无镶嵌式淬火板无关。因此，抗剪弹性模量试验只需选用不同剪切结构（剪切板形状、剪切浮动车车轮是否转动），即 号机配置有斜锯齿形剪切板、剪切浮动车车轮转动，号机配置有斜锯齿形剪切板、剪切浮动车车轮不转动，号机配置有正锯齿形剪切板、剪切浮动车车轮转动，号机配置有正斜锯齿形剪切板、剪切浮动车车轮不转动，号机配置有沟槽形剪切板、剪切浮动车车轮转动，号机配置有沟槽形剪切板、剪切浮动车车轮不转动。图种剪切板形状（）不同剪切板形状、号试验机抗剪弹性模量检测结果及与标准值偏差见表，号机、号机、号机检测结果与标准值偏差分别为：、，与标准值偏差在 范围内，均符合标准要求。试验机在剪切浮动车车轮可以转动的情况下，号机配有斜锯齿形剪切板的稳定性最佳，与标准值偏差最小；采用正锯齿形剪切板的 号机时，锯齿造成支座上下保护层出现不同程度的破损，造成支座剪切形变变小，因此，出现的正偏差；采用沟槽形剪切板的 号机，剪切板与支座之间发生不同程度的相对滑动，支座的变形量相对 号机支座的变形量更小，导致出现的与标准值偏差。因此，在剪切浮动车车轮转动的情况下，选择斜锯齿形剪切板最佳。（）剪切浮动车车轮不转动情况下（号）试验机检测结果及与标准值偏差见表，号机号试样，号机号、号、号试样，号机号、号、号、号 试 样 检 测 结 果 与 标 准 值 偏 差 大 于，不符合标准要求，其余试样检测结果与标准表不同剪切板形状试验机抗剪弹性模量检测结果及偏差试样编号 号机 号机 号机检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差标准值 值偏差均在 范围内，符合标准要求。经分析，在剪切浮动车车轮不转动时，车轮与光杠之间由原本可忽略不计的滚动摩擦转变为力值较大的滑动摩擦，力学传感器将该滑动摩擦力一并计入剪切力中，以致剪切力增大，致使在支座变形量一定时，抗剪弹性模量检测结果与标准值偏差出现 以上的正偏差。斜锯齿形剪切板比正锯齿形剪切板和沟槽形剪切板的抗剪弹性模量与标准值偏差小，因为采用锯齿形剪切板时，支座不会出现表皮破损和相对滑动等正常变形之外的变形量。表 号机抗剪弹性模量检测结果及偏差试样编号 号机 号机 号机检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差检测值 与标准值偏差标准值 建议（）在生产和检测过程中采用上置油缸结构的试验机配置斜锯齿式剪切板，减小因试验机结构造成的检验结果偏差；（）对正在使用的下置油缸结构试验机，加装丝杠锁紧装置或顶升装置，以减小因试验机结构造成的检验结果偏差；（）对上下压板镶嵌有淬火板结构的试验机进行确认，淬火板是否与上下压板贴实，镶嵌淬火板是否出现“上凹下陷”现象，尽量减小因试验机结构造成的检验结果偏差；（）设备使用过程中，及时检查剪切浮动车车轮是否可正常转动，并及时进行维护；（）剪切试验操作过程中，确认剪切夹持装置与剪切板之间是否留有间隙，并保持水平平行。结语（）上置油缸试验机在无镶嵌式淬火板时检测抗压弹性模量与标准值偏差在，偏差最小。下置油缸试验机配有丝杠锁紧或丝杠顶升装置时，虽无法消除丝杠间隙，检测结果较上置油缸试验机时与标准值偏差较大，对比下置油缸试验机无丝杠锁紧装置或丝杠顶升装置时与标准值偏差小。（）上置油缸试验机与下置油缸试验机在配有镶嵌式淬火板后，在施加竖向作用力时，上下压板呈现“上凹下陷”的现象，测得支座的变形量比实际值大，导致抗压弹性模量与标准值偏差出现较大负偏差。（）试验机装配斜锯齿形剪切板和剪切浮动车车轮转动时测得抗剪弹性模量与标准值偏差最小。正锯齿形和沟槽形剪切板会造成支座滑动，使变形量变小，剪切板浮动车车轮不转动时，车轮与光杠之间由原本可忽略不计的滚动摩擦转变为力值较大的滑动摩擦，力学传感器将该滑动摩擦力一并计入剪切力中，以致剪切力增大，致使在支座变形量一定时，抗剪弹性模量与标准值偏差偏大。（）检测抗压、抗剪弹性模量时，采用无镶嵌式淬火板，装配斜锯齿形剪切板且剪切浮动车车