砼回弹仪弹击拉簧失效分析

　　砼回弹仪是利用回弹法无损检测工业与民用一般建筑物混凝土的抗压强度的一种仪器。其工作原理是用弹簧驱动弹击锤, 通过弹击杆弹击试样表面所产生的瞬时弹性形变的恢复力, 从而带动指针弹回并指示出回弹距离, 以回弹值作为评定混凝土抗压强度的相关指标之一, 其检测结果反映的是混凝土试件硬度与强度间的相关关系。

　　弹击拉簧是回弹仪的核心部件, 其性能特性主要靠弹击拉簧体现。现在就通过使用最广泛的中型回弹仪(ZC3-A、HT225/A)弹击拉簧的失效做以下分析。

　　一、弹击拉簧受力分析(如图1所示)

　　由于弹簧丝具有螺旋升角α, 故在通过弹簧轴线的截面上, 弹簧丝的截面应呈椭圆形, 该截面上作用着力F及扭矩因而在弹簧丝的法向截面上作用有横向力Fcosα、轴向力Fsinα、弯矩M=Tsinα及扭矩T′=Tcosα。弹击拉簧的工作长度仪器本身就作了限定, 所以弹簧受力都在额定范围内, 其应力不会引起弹簧损伤。

　　二、弹击拉簧螺旋升角分析

　　GB/T4357- 1989中规定: 弹簧的螺旋升角一般为α=5°～9°, 因此, 判断弹簧是否失效最直接的方法就是判断弹簧的螺旋外角是否超出了此范围; 如果超出了此范围, 则必须更换弹击拉簧。通过万工显或万能角度尺可以直接测得回弹仪弹击拉簧的螺旋升角, 实测的结果一般在6°左右。

　　三、弹击拉簧刚度及有效圈数分析

　　弹簧刚度是表征弹簧性能的主要参数, 它表示使弹簧产生单位变形时所需要的力。刚度愈大, 需要的力愈大, 则弹簧的弹力就愈大。在大多数普通弹簧的生产中, 工厂加工出来的弹簧, 其刚度都要比设计值稍大一些, 以保证弹力在弹性极限范围内。

　　1.通过理论数据求得弹簧刚度及有效圈数

　　圆柱螺旋弹击拉簧受载后的轴向变形量L, 可根据材料力学关于圆柱螺旋弹簧变形量的公式求得, 即

　　式 中 : n———弹 簧 的 有 效 圈 数 ; d———弹 簧 丝 直 径 ;G———弹簧材料的切变模量; C———弹簧材料的旋绕比( 或弹簧指数); D———弹簧中径; kF———弹击拉簧刚度。

　　弹击拉簧材料是65Mn, 其中G、C通过GB/T4357- 1989查得: G=82000MPa, C=8; JJG817- 1993《混凝土回弹仪》检定规程给出了弹击拉簧标准刚度kF=785.0N·m-1和弹击拉簧工作长度L=61.5mm。

　　2.通过实测数据求得弹簧刚度及有效圈数

　　利用回弹仪弹击拉簧检定仪测量的实际数据, 如表 1所示。

　　通过以上的计算, 砼回弹仪弹击拉簧的有效圈数应为(12～13)圈。在调试圈数时, 如果弹簧工作圈数在 12 圈以内, 回弹仪的率定值还达不到规程要求的 80±2, 即证明弹击拉簧已经失效, 此时只能更换弹簧。