CN102095546A - 一种紧固件轴力-扭矩联合试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧固件轴力-扭矩联合试验机，包括主机和微机测控系统，其特征在于所述的主机包括机柜，所述的机柜上从右向左依次设有电机、减速机、扭矩传感器、轴承座、反力框架和负荷传感器。本发明将负荷传感器通过反力框架连接，置于设备的一端，属于负荷传感器外置式结构，有效保护避免传感器受到来自紧固件或夹具的撞击，由此得到的数据更加稳定可靠。由于采用反力框架，不需通过增加或减少垫圈来调整螺栓伸出螺母端的长度。即达到省时、省力、省事的目的。

Description

一种紧固件轴力-扭矩联合试验机

技术领域

本发明涉及有效力矩试验装置，尤其涉及螺栓的有效力矩试验装置，具体地说是一种紧固件轴力-扭矩联合试验机。

背景技术

紧固件虽小，但其在电网中扮演了十分重要角色，小到电力金具，大到输配电线路铁塔、变电构架等，紧固件都是重要的基础零件，其自身质量或安装质量都将直接影响到电网工程的质量和运行安全。由于电网的全天候特点所致，与其他领域使用的紧固件相比，除了通用的技术性能要求外，电网用紧固件的防腐能力也是一个重要的方面。

在各种保护钢基体的涂镀方法中，热浸锌是非常优良的一种。它是在锌呈液体的热状态下，经过了相当复杂的物理、化学作用之后，在钢铁上不仅镀上较厚的纯锌层，而且还生成一种锌一铁合金层。这种镀法，不仅具备了电镀锌的耐腐蚀特点，而且由于具有锌铁合金层。还具有电镀锌所无法相比拟的强耐蚀性和耐候性。因此，热镀锌层紧固件一直是电网输配电线路杆塔及变电站构架设计、安装首选紧固件。

然而，正是这个提高了紧固件防腐性能的热浸镀锌层，因外表相对粗糙，使输配电线路杆塔及变电站构架的安装工艺--几十年来避而不谈：施工所必须的紧固轴力、扭矩系数等参数；使用常规防腐处理的紧固件如发黑、发蓝、电镀锌等均有可参考的施工安装用的紧固轴力、扭矩系数等参数及检验方法。但是，在热镀锌层紧固件的安装预紧方面的研究，却还是一片空白。输配电线路杆塔及变电站构架用紧固件的螺杆除承受剪力，同样需要一定的紧固轴力，紧固轴力可确保增强杆塔或构架各部件联接的可靠性，紧密性和防松能力。紧固轴力在紧固件施工安装时往往通过扭力矩来实现；扭力矩不足欠拧将不能发挥紧固件的作用，会引起延迟松动；扭力矩过大超拧则会引起紧固件延迟断拧，上述两种情况最终都会使得整个杆塔或构架出现松动。所以，如何准确控制热镀锌层紧固件的紧固程度，研究紧固件轴力-扭矩关系参数并应用于现场施工，已成为输配电线路杆塔及变电站构架安装质量等级及安全运行可靠性的关键。

现有的紧固件轴力-扭矩试验机，如中国专利申请CN101776500A公开的紧固件轴力-扭矩联合试验机，参见图1，该试验机主机的机座1’上设有操作箱4’和导轨3’，所述的导轨3’上设有第一车体2’和第二车体18’，所述的第一车体2’设有螺栓夹具6’和负荷传感器7’；所述的第二车体18’上设有传动轴15’，所述的传动轴15’一端设有传力夹具11’、位置传感器12’和扭矩传感器14’，另一端通过减速机连接到伺服电机17’；所述的螺栓夹具6’和传力夹具11依次与所述的传动轴15’同轴设置。

上述紧固件轴力-扭矩联合试验机，安装在车体上的加载机构可以在机座导轨上自由滑动，加载机构由伺服电机带动减速机对试样进行扭转加载，通过传感器测量试样的扭矩值和加紧载荷，试验机的正反加载和停车可人工操控，同时扭转角度由位置传感器检测，检测到的信号传递给处理系统，完成对试样扭转指标的测量及曲线的绘制。

上述紧固件轴力-扭矩联合试验机，有以下几个特点：

1)  内置式轴力传感器

负荷传感器置于被测螺栓和螺母连接处，等效于被连接件，并通过读取压紧力来反映螺栓的紧固轴力。该种连接方式属于轴力传感器内置式，优点在于受力直观、明了，结构简单、紧凑，有效地减轻了主机重量。但比较适合小扭矩试样的测量，如3000Nm。对于大扭矩试样的测量，则在安装和试验过程中容易对轴力传感器产生撞击而影响传感器性能稳定性。

2  由于试样螺栓长度不一，为使试样螺母端伸出的螺栓保留一定的螺距，需增加或减少不同厚度的垫圈，垫圈套在螺栓头定位夹具上。每次调整均要将螺栓头定位夹具取下，大大增加了操作过程的繁琐度。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种适于大扭矩测试，且操作方便的紧固件轴力-扭矩联合试验机。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种紧固件轴力-扭矩联合试验机，包括主机和微机测控系统，其特征在于所述的主机包括机柜，所述的机柜上从右向左依次设有电机、减速机、扭矩传感器、轴承座、反力框架和负荷传感器，其特征在于所述的轴承座上设有与试样螺母配套的接头，所述的扭矩传感器右端通过第一联轴器与所述减速机相连，左端通过第二联轴器与所述接头相连；所述反力框架的底板上设有直线导轨，所述的直线导轨上设有滑块，所述的滑块上设有放置试样螺栓的卡座，所述的卡座的右端设有卡槽，所述的卡座的左端连接一个丝杠，所述反力框架的右端设有垫板支架，所述的负荷传感器设置在反力框架的左端板外侧，所述丝杠的左端穿过所述的反力框架左端板和负荷传感器，其端部设有调节螺母，所述的调节螺母上设有手柄；所述的负荷传感器和扭矩传感器连接到微机测控系统。

本发明的紧固件轴力-扭矩联合试验机，试验时，选择配套垫板并置于垫板支架上。其次螺栓放入卡座内并穿过垫板支架和配套垫板，其中螺栓头置于远离第二联轴器的一端。再将标准垫片套于螺栓杆上，并拧紧螺母。最后将螺母配套接头套在螺母上，螺栓头部用配套垫和配套垫条做周向和轴向固定，试样安装完毕。

按上述方法，完成试样组件装夹后，由于试样螺栓长度不一，为使试样螺母端伸出的螺栓部分长度适中，满足试验标准要求，需移动卡座位置来调节螺栓试样露出螺母端面的长度。卡座的左右移动需通过连接卡座的丝杠的前进或后退。丝杠的前进或后退需通过旋转反力框架左侧调节螺母上的手柄。

由电机带动减速机对试样进行扭转加载，通过扭矩传感器测量试样的扭矩值，负荷传感器测量试样的轴力值，试验机的正反加载和停车可人工操控，检测到的信号传递给处理系统，完成对试样扭转指标的测量及曲线的绘制。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1  将负荷传感器通过反力框架连接，置于设备的一端，属于负荷传感器外置式结构，有效避免传感器受到来自紧固件或夹具的撞击，由此得到的数据更加稳定可靠。特别适用于大规格、高等级紧固件试验，如10000Nm的测试，而该类紧固件在安装和试验过程中对负荷传感器很容易产生撞击从而影响传感器性能稳定性。

2 由于试样螺栓长度不一，为使试样螺母端伸出的螺栓保留2-3个螺距，本发明设计了一个反力框架，通过旋转反力框架左侧螺母上的手柄，带动丝杠的前进或后退，实现卡座的左右移动，从而调节螺栓伸出螺母端的长度。该种方式不需通过增加或减少垫圈来调整螺栓伸出螺母端的长度。即达到省时、省力、省事的目的。

根据本发明，所述的机柜正面设有拉门，其内可放置高压器和其它控制电器，便于调试和维修。

根据本发明，所述的机柜上设有工作平台，所述的电机、减速机、扭矩传感器、轴承座、反力框架和负荷传感器等工作部件均设置在该工作平台上，便于这些部件的安装、调试和操作。

根据本发明，所述的扭矩传感器设置在一个垫块上，垫块固定在机柜的工作平台上，使扭矩传感器能够更好地定位，并保持与扭矩传感器和接头的同轴性。

根据本发明，轴承座的前端设有手控盒，可对主机电源及主机急停进行控制。

附图说明

图1是本现有技术的结构示意图。

图2是本发明主机的结构示意图。

图3是本发明电机减速机段的结构示意图。

图4是本发明扭矩传感器段的结构示意图。

图5是本发明反力框架段的结构示意图。

图6是本发明安装螺栓-螺母组件试样的示意图。

具体实施方式

本发明的紧固件轴力-扭矩联合试验机，包括主机和微机测控系统。

参照图2，所述的主机包括机柜1，所述的机柜1正面设有两个拉门2，机柜1上方设有工作平台3。所述的工作平台3上从右向左依次设有电机减速机段A、扭矩传感器段B和反力框架段C三个部分的机构。

参照图3，所述的电机减速机段A包括电机(4)和减速机(5)，电机(4)的左侧轴伸端24通过第一联轴器6与扭矩传感器8相连。所述的电机(4)选用伺服电机，具有智能化的自动调整增益、高速高响应、超低振动的特点。减速机(5)选用行星齿轮减速机，较普通减速机具有磨损小、体积小、高效率等优点。

参照图4，所述的扭矩传感器段B包括扭矩传感器(8)和轴承座(10)。所述的轴承座10上设有与试样螺母配套的接头12，轴承座10的前端设有手控盒11。所述的扭矩传感器8设置在一个垫块7上，所述垫块7固定在工作平台3上。所述的扭矩传感器8右端转轴26通过第一联轴器6与所述减速机5的轴伸端24相连，左端通过第二联轴器9与所述接头12相连。

参照图5，所述反力框架包括底板13、前后两个侧板16、左端板20和右端板27，所述反力框架的底板13上设有直线导轨18，所述的直线导轨18上设有滑块17，所述的滑块17上设有放置试样螺栓的卡座15，所述的卡座15的右端设有卡槽25，所述的卡座15的左端连接一个丝杠19，所述反力框架的右端板27上设有垫板支架14，所述的负荷传感器21设置在反力框架的左端板20外侧，所述丝杠19的左端穿过所述的反力框架左端板20和负荷传感器21，其端部设有调节螺母22，所述的调节螺母22上设有手柄23；

所述的所述反力框架也可以不设右端板27。所述的垫板支架14也可直接固定在反力框架的前后侧板16之间。

所述的负荷传感器21、扭矩传感器8和电机4连接到微机测控系统。

参照图6，按以下方法安装试样螺栓-螺母组件试样：先将试样螺栓28放入卡座15内并穿过垫板支架14，其中试样螺栓头置于远离第二联轴器9的一端。其次将配套垫片29插入试样螺栓头与卡座15之间，防止试样螺栓右移。再用配套垫条30插入卡座14，固定试样螺栓头，防止试样螺栓头转动。再选择配套垫板31，将标准垫片32置于配套垫板31的容置槽内，并拧紧试样螺母33。最后将接头12套在试样螺母33上，试样安装完毕。

按上述方法，完成试样组件装夹后，由于试样螺栓长度不一，为使试样螺母端伸出的螺栓部分长度适中，实现配套插头对试样螺母的固定，故需移动卡座位15置来紧固试样螺栓一端。通过旋转反力框架左侧调节螺母上的手柄23，实现卡座15的左右移动，加载时确保调节螺母紧贴负荷传感器21，直至根据试验标准的规定值对试样组件产生一定的夹持载荷。

由电机4带动减速机5对试样进行扭转加载，通过扭矩传感器测量试样的扭矩值和加紧载荷，试验机的正反加载和停车可人工操控，检测到的信号传递给处理系统，完成对试样扭转指标的测量及曲线的绘制。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种紧固件轴力-扭矩联合试验机，包括主机和微机测控系统，其特征在于所述的主机包括机柜(1)，所述的机柜(1)上从右向左依次设有电机(4)、减速机(5)、扭矩传感器(8)、轴承座(10)、反力框架和负荷传感器(21)，其特征在于所述的轴承座(10)上设有与试样螺母配套的接头(12)，所述的扭矩传感器(8)右端通过第一联轴器(6)与所述减速机(5)相连，左端通过第二联轴器(9)与所述接头(12)相连；所述反力框架的底板(13)上设有直线导轨(18)，所述的直线导轨(18)上设有滑块(17)，所述的滑块(17)上设有放置试样螺栓的卡座(15)，所述的卡座(15)的右端设有卡槽(25)，所述的卡座(15)的左端连接一个丝杠(19)，所述反力框架的右端设有垫板支架(14)，所述的负荷传感器(21)设置在反力框架的左端板(20)外侧，所述丝杠(19)的左端穿过所述的反力框架左端板(20)和负荷传感器(21)，其端部设有调节螺母(22)，所述的调节螺母(22)上设有手柄(23)；所述的负荷传感器(21)和扭矩传感器(8)连接到微机测控系统。

2.如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的机柜(1)正面设有拉门(2)。

3.如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的机柜(1)上设有工作平台(3)。

4.如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的扭矩传感器(8)设置在一个垫块(7)上。

5.如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于轴承座(10)的前端设有手控盒(11)。

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