Vector CSM测量系统在起重机中的应用案例

为了验证零部件的安全性与结构设计的合理性，通常需通过多项测试来评估其性能。在这些测试中，部分零部件将承受直至破坏的极限载荷。这一方法对于承受高机械负载的部件尤为重要，例如商用车辆和工程车辆。通常使用应变片来测量作用在零部件上的力。通过对测量数据的后续分析，可以检查系统是否符合设计目标。

测量载荷以验证结构设计

为确保零部件以最佳方式制造，需要对其进行各种类型应力的全面测试。其目的是在确保足够的安全性和耐用性的同时，在材料和制造成本之间实现适当的平衡。测试分为运行工况下或极限工况下的载荷测量，以及破坏性测试。

在实验应力分析中，应变片是一种常用的数据采集工具。通过在关键结构部位粘贴应变片，并施加载荷直到材料发生疲劳破坏，可开展破坏性测试。工程机械及其部件通常在专用测试中心进行此类实验，以准确评估其最大过载能力。结合应变曲线分析，设计部门可据此验证结构计算结果，从而优化材料选择与结构设计。

大量应变片的高精度同步测量

为提升测试效率并节约成本，必须采用高度协调的测量技术解决方案。同时，需同步采集来自多个应变片的信号，以实现对不同吊臂节段结构中机械应力的精确测量。

为满足应力变化记录的精度要求，每个测量通道的采样率应不低于200Hz。此外，为确保各通道之间的数据同步性，还需具备足够高的总采样带宽。考虑到测试过程中可能出现的瞬时应力峰值，系统的测量范围必须足够大，以完整捕捉峰值信号，避免信号失真或数据丢失。

高效流程，快速获得准确结果

在本次研究中，两台起重机的吊臂各安装了48个应变片。其中一些应变片作为单应变片使用，而另外三个应变片则以应变花的形式粘贴在侧翼中心，用于测量应力曲线。为消除温度干扰，选用了与吊臂材质匹配的自温度补偿型应变片，并连接至STG6 BK20测量模块。CSM提供的应变片传感器电缆在传感器端完成半桥电路的内部补偿。

图1：CSM STG6 BK20测量模块可同步采集来自48个测量通道的数据，所有通道均通过CSMconfig软件完成配置。

该测量模块可将测量信号在内部直接转换为应变，输出单位为μm/m。材料系数与传感器参数可通过CSMconfig软件输入并保存在模块中，从而简化后续数据处理过程。同时，所有48个应变片的数据都是同步采集的。

图2：测量模块与测试样件一同被运输至测试区域。在测试中，样件一端固定，另一端通过升举施加目标载荷。

所有STG6 BK20模块都通过EtherCAT总线进行高速通信，并统一连接至XCP网关。XCP网关作为所有测量模块的EtherCAT主站，确保时间同步，同时支持与Vector vMeasure数据采集软件的无缝集成。

部件在试验台上的运输和测试

测试前，起重机吊臂逐个安装应变片和测量模块，并运送至试验台。为确保流程高效，每当一个吊臂处于测试阶段时，下一件吊臂便已完成准备，实现测试流程的无缝衔接。测试开始前，通过CSMconfig对所有测量通道进行归零校准。

测试过程中，吊臂一端固定于试验平台，另一端逐步施加载荷，加载力通过称重传感器精确测量，直至吊臂发生断裂。所采用的STG6 BK20模块具备充足的测量范围，可覆盖整个加载过程中的应力变化。同时，测试还配备高速摄像机，有助于将断裂过程可视化，为后续的损伤分析提供关键依据。

图3：在Vector CSM测量系统架构下，对起重机吊臂进行实验应力分析。

稳定可靠的测量技术

该测量系统设计紧凑、防护等级高，支持测试准备与执行阶段并行工作，便于与测试样件一同运输至测试现场。

模块化布线与CSMconfig工具可显著提升部署效率。基于EtherCAT总线的高速通信能力，使所有应变片通道可实现毫秒级的同步测量。通过这种方式，可以快速、准确地进行机械载荷的测量。