CN102235940A - 大直径螺栓拉力试验机 - Google Patents

Abstract

本发明系一种机械部件的试验测试设备，大直径螺栓拉力试验机，在水平的底座左右两块横梁板(3、10)之间呈矩形排列的四根支撑圆柱(7)支撑连接；在两横梁板(3、10)的板面中心位置，分别相向滑动伸入一侧拉伸拉杆(4)，一侧测试拉杆(13)，端头各自配置一付螺栓拉伸附具(6)；测试拉杆(13)位于横梁板(10)的内侧，穿心缓冲油缸(9)以螺纹形式固定在测试拉杆(13)上，测试拉杆(13)向外侧相继穿过横梁板(10)和穿心压力传感器(11)，由调整套筒(12)以螺纹形式旋转锁紧；拉伸拉杆(4)向外侧穿过横梁板(3)和带缓冲的穿心油缸(2)的轴孔，端部由锁紧螺母(1)以螺旋形式锁紧，计算机对穿心油缸(2)和穿心压力传感器(11)进行控制和记录。本发明填补了在我国大直径螺栓拉力测试装置的空白。

Description

大直径螺栓拉力试验机

技术领域

本发明系一种机械部件的试验测试设备，特别是涉及一种对大直径螺栓进行拉力测试的试验设备。

背景技术

随着经济的高速发展，能源的需求也日益增大，同时，为了保护我们的生存环境和有限的能源资源，新能源和可再生能源的发展已经成为世界各国能源生产的发展方向。作为世界重要的能源生产和消费大国，中国近年来高度重视新能源和可再生能源的发展。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，风力发电产业迅速发展，成为继欧洲、美国和印度之后的全球风力发电主要市场之一，风力发电已经成为我国新能源发展的一个重要方向。目前我国的风力发电装机容量，已经连续三年实现“翻倍增长”，总装机容量目前已居世界第四位。

风力发电的高速发展，对风力发电设备的质量也提出了较高的要求。安全可靠高效的风力发电设备，是风力发电发展的有利保证。风力发电设备的质量检测起着至关重要的作用。作为风力发电设备的关键零部件——风电螺栓的性能检测，更是风电设备质量得以保证的重要环节。

目前，对大直径风电螺栓(例如M30至M80之间)的性能检测，据调查尚处空白状态，国内不但未有专门的检测设备，也没有制定统一的检测标准。目前一些小直径螺栓(一般小于等于M30)，在一些非标的简易设备上进行测试，螺栓的两端由两个燕尾槽机构夹紧，由普通气缸，或者电机施加拉力对两侧进行拉伸，通过拉伸传感元件进行测试。如此装置对于一般小直径，小拉力的螺栓尚能使用应付，但是对于应用于大型，甚至超大型的高空、风能上的螺栓，既难以测试，且测试结果的精度、准确性也存在问题。将会导致对大型工程设备的安全、可靠性带来隐患。

现有技术存在一些如下问题，在大直径螺栓拉力试验机中更要注意和避免。至今没有合适测试大直径螺栓的装置提供，没有平稳、恒定的拉力方式，在试样断裂时后座力极大容易造成安全隐患，加载速率无法精确控制，所有装置未进行连接，故做完一个试件，需要重新装配一次，方可进行下一个试件试验，工作效率较低等等。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对大规格螺栓，直径一般为在M30至M80之间螺栓的抗拉性能测试装置。

本发明的目的由如下结构提供和实现。

大直径螺栓拉力试验机，其特征在于：

在水平的底座左右两侧分别固定一块垂直的横梁板，两块横梁板之间由上下呈矩形排列的四根支撑圆柱支撑连接；

在两横梁板的板面中心位置，分别相向滑动伸入一根拉杆，其中一侧为拉伸拉杆，一侧为测试拉杆，两拉杆的相向端头各自配置一付螺栓拉伸附具；

在测试拉杆位于横梁板的内侧，穿心缓冲油缸以螺纹形式固定在测试拉杆上，测试拉杆向外侧相继穿过横梁板和穿心压力传感器，由调整套筒以螺纹形式旋转锁紧；

测试拉杆的外露端沿轴线设置一齿条，与齿条相啮合配置一个手摇齿轮，手摇齿轮座架固定在底座上；

拉伸拉杆向外侧穿过横梁板和带缓冲的穿心油缸的轴孔，端部由锁紧螺母以螺旋形式锁紧，其中穿心油缸一侧抵压住横梁板的外侧，另一侧顶住锁紧螺母的内侧，穿心油缸左、右两端的进出油口分别与油泵的进出油管连接；

由计算机根据预设程序，对穿心油缸进行进油、保压、放油，对穿心压力传感器的应变数据进行采集、记录、绘制。

进一步，在测试拉杆或/和拉伸拉杆位于螺栓拉伸附具与横梁板之间，固定一块导向板，导向板的外圈开设四个导向孔与支撑圆柱滑动配合。

进一步，在测试拉杆或/和拉伸拉杆位于螺栓拉伸附具与横梁板之间，固定一套抱箍，抱箍由一对内凹轮滚动支撑在位于下部的两根支撑圆柱上。

进一步，所述横梁板的厚度为大于等于25毫米，横梁板呈矩形，矩形边长为1.2至2米。

进一步，在所述支撑圆柱的直径150至300毫米。

进一步，所述横梁板在厚度方向，至少以两排地脚螺栓与底座连接固定。

进一步，所述螺栓拉伸附具为呈横置圆筒形，沿轴线直径的上半部分为开口，圆筒的一侧为拉伸端，另一侧为被测螺栓连接端，被测螺栓连接端为端面开设螺栓孔，螺栓孔的直径大于被测螺栓直径，小于被测螺栓的螺栓帽，且连接端的螺栓孔为向上开口的上通孔。

作为拉伸试验机，重要的是设置、选择合适的拉伸动力，本发明选用了双作用穿心油缸。

液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说液体各处的压强是一致的，这样在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，能够保持液体的静止，通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。

作为液压油缸的一种实施例是千斤顶，结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。液压千斤顶分为通用和专用两类。专用液压千斤顶使专用的张拉机具，专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束，它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是沿拉伸机轴心有一穿心孔道，钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚锚固。

本发明主要采用的是类似液压双作用穿心式千斤顶原理的双向穿心油缸，通过对油缸两端不同进油口的进油、保压、放油，实现本拉力试验机的拉伸试验。采用双向穿心油缸可以方便地实现进出往返拉伸，加载和卸载压力，而且受力在一要轴线上，拉伸速度可显示，拉伸速率可控制，便于计算机的采用和控制。

本发明设置了一个较大体积的框架形基架，进行安装和开展试验，一些追加的从属技术特征加固了机架的强度和刚性，可以满足对大直径螺栓的拉伸试验的条件。

本发明采用了穿心压力传感器，装配容易，与受力方向位置在一根轴上，传感精度高、稳定、可靠，且数据便于计算机采集和处理。

本发明的主要优越性和优点为：

采用卧式框架结构，并加装液压缓冲装置。卧式空间框架结构主要由底座、前后横梁、支撑圆柱、导向、专用加载空心油缸、专用高精度空心传感器、静拉伸试验装置等组成；前后横梁横梁、支撑圆柱、静拉伸试验装置和加载油缸组成一个闭合的加载空间，加载油缸立于主机前横梁，并与静拉伸试验装置连接。另外，导向连接到静拉伸试验装置，保证拉伸试验过程中的同心度和防止加载油缸活塞旋转。这样就为在试验过程中实现加载试验提供了基础条件。

可靠的加荷装置：加载油缸是主机的主要部分，采用无泄漏、低摩擦密封结构，保证加载油缸工作过程中无泄漏，另外，油缸带有缓冲，能够在螺栓破断时，起到缓冲作用，减少元器件因冲而损坏。

精确的试验力测量装置：采用穿心压力传感器负荷传感器直接测力，试验力测量不受机械装置、加载油缸摩擦力等因素影响，有效测量范围大、精度高；

采用单一穿心油缸前置，单一空心负荷传感器后置的方式，避免了液压控制不稳定，拉力载荷精度低的问题。

采用液压系统及活塞导向装置，保证了加载速率的精确控制，并做到了螺母保载试验所需的峰值保载的技术要求。

液压系统：作为向主机提供液压动力的超高压液压源，主要为加载油缸提供液压动力，包括专用的油泵电机组、高精度滤油器、安全阀、换向阀、溢流阀等。

导向装置：能够保证在整个试验过程避免试样发生扭转，保持同心度。

该工装的采用实现了拉力和保载试验的同时进行，避免了工装的频繁更换，提高了工作效率。

代表了控制系统发展的水平的PC机全数字采集处理系统，实现了试验力、试验进程的全过程显示和采集，具有试验力，峰值、试验曲线的屏幕显示功能，使系统具有最大的灵活性。

增加全数字采集及强电控制系统(包括计算机、PCI插卡式全数字程控放大器、强电控制系统、数据采集装置、专用软件)，自动完成试验数据的采集及处理，消除人工数据采集的误差，试验结果更加准确可靠。

采用专用工装(包括拉伸附具、前后穿心连接拉杆、锁紧螺母、空间调整垫块)，极大地降低了劳动强度，提高了工作效率。

本发明实现了稳定、可靠、精确、安全、方便地对大直径螺栓进行拉力试验，且能由计算机进行控制和记录，填补了在我国大直径螺栓拉力测试装置的空白。

附图说明

图1为本发明大直径螺栓拉力试验机的一种实施方式，从水平方向观看的配置结构视图；

图2为本发明大直径螺栓拉力试验机的一种实施方式，从上往下方向观看的配置结构视图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图1的B-B剖视图；

图5为图1的C-C剖视图。

图中1是锁紧螺母，2是穿心油缸，3是横梁板，4是拉伸拉杆，5是抱箍，6是螺栓拉伸附具，7是支撑圆柱，8是螺栓拉伸附具，9是穿心缓冲油缸，10是横梁板，11是穿心压力传感器，12是调整套筒，13是测试拉杆，14是齿条，15是手摇齿轮，16是手摇齿轮座架，17是地脚螺栓，18是地脚接板，19是内凹轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

大直径螺栓拉力试验机，在水平的底座左右两侧分别固定一块垂直的横梁板3、10，两块横梁板3、10之间由上下呈矩形排列的四根支撑圆柱7支撑连接；

在两横梁板3、10的板面中心位置，分别相向滑动伸入一根拉杆，其中一侧为拉伸拉杆4，一侧为测试拉杆13，两拉杆的相向端头各自配置一付螺栓拉伸附具6；在测试拉杆13位于横梁板10的内侧，穿心缓冲油缸9以螺纹形式固定在测试拉杆13上，测试拉杆13向外侧相继穿过横梁板10和穿心压力传感器11，由调整套筒12以螺纹形式旋转锁紧；测试拉杆13的外露端沿轴线设置一齿条14，与齿条14相啮合配置一个手摇齿轮15，手摇齿轮座架16固定在底座上；拉伸拉杆4向外侧穿过横梁板3和带缓冲的穿心油缸2的轴孔，端部由锁紧螺母1以螺旋形式锁紧，其中穿心油缸2一侧抵压住横梁板3的外侧，另一侧顶住锁紧螺母1的内侧，穿心油缸2左、右两端的进出油口分别与油泵的进出油管连接；由计算机根据预设程序，对穿心油缸2进行进油、保压、放油，对穿心压力传感器11的应变数据进行采集、记录、绘制。

在测试拉杆13或/和拉伸拉杆4位于螺栓拉伸附具8与横梁板10或/和横梁板3之间，固定一块导向板，导向板的外圈开设四个导向孔与支撑圆柱7滑动配合。本方案导向板结构简单，即外围四个孔滑套在支撑圆柱7，中间开孔固定在拉杆上，防止拉杆下垂影响测试精度。

在测试拉杆13或/和拉伸拉杆4位于螺栓拉伸附具8与横梁板10或/和横梁板3之间，固定一套抱箍5，抱箍5由一对内凹轮19滚动支撑在位于下部的两根支撑圆柱7上。本结构装配容易，内凹轮19架设在两根支撑圆柱7上，能起到与上述相同效果。

所述横梁板3、10的厚度为大于等于25毫米，横梁板3、10呈矩形，矩形边长为1.2至2米。所述支撑圆柱7的直径150至300毫米。由此可对大直径螺栓试验提供较强的基座。

所述横梁板3、10在厚度方向，至少以两排地脚螺栓与底座连接固定。增加基座的刚性、强度和稳定性。

所述螺栓拉伸附具6为呈横置圆筒形，沿轴线直径的上半部分为开口，圆筒的一侧为拉伸端，另一侧为被测螺栓8连接端，被测螺栓8连接端为端面开设螺栓孔，螺栓孔的直径大于被测螺栓8直径，小于被测螺栓8的螺栓帽，且连接端的螺栓孔为向上开口的上通孔。配置如此结构的螺栓拉伸附具6，装配螺栓容易，且可以附加加长套，所述加长套的结构与螺栓拉伸附具6相同，两侧各连接一过渡螺栓接长，使得整个试验机可以适应更大尺寸范围的螺栓进行测试试验。

在本发明的试验机实施例中，采用如下数据：

试验机规格：6000kN、最大试验载荷：6000kN、拉伸试样：200-1000mm、油缸活塞行程：200mm、试样夹持：螺栓M45-M80、油缸活塞最大移动速率：50mm/min、传感器与放大器：穿心负荷传感器，插装在PC机内多通道程控放大器，实现自动换档，自动调零、标定、配置液压加载装置、配置液压系统、配置PC机全数字采集处理系统、主体结构：空间卧式框架型式、预留电气功率：约11kW、试验机加载和卸载时力平稳、试验机有保证作业安全的液压安全阀、电流过载保护、欠电压保护、急停保护、过载保护、活塞行程保护及急停开关、主机外形尺寸约：4500mm×1200mm×1500mm。

本发明的试验机，适宜采用发明专利申请号201010130596.9的《一种大规格螺栓拉伸测试设备的夹具结构》，一种大规格螺栓拉伸测试设备的夹具结构，包括拉伸测试设备左、右两个拉伸杆和被测试螺栓，其特征在于：在左、右拉伸杆上分别固定连接测试夹具，被测试螺栓穿入左、右测试夹具的圆孔中，螺栓头和螺母分别倒扣两侧测试夹具的挡板；或者，被测试螺栓经过加长套和过渡螺栓，分别倒扣两侧测试夹具的挡板。本发明的大直径螺栓拉力试验机配置该夹具结构，可以很方便地安装待测试的大直径螺栓，可以很方便地对较大直径变化的大直径螺栓进行测试。

Claims (7)

1.大直径螺栓拉力试验机，其特征在于：

在水平的底座左右两侧分别固定一块垂直的横梁板(3、10)，两块横梁板(3、10)之间由上下呈矩形排列的四根支撑圆柱(7)支撑连接；

在两横梁板(3、10)的板面中心位置，分别相向滑动伸入一根拉杆，其中一侧为拉伸拉杆(4)，一侧为测试拉杆(13)，两拉杆的相向端头各自配置一付螺栓拉伸附具(6)；

在测试拉杆(13)位于横梁板(10)的内侧，穿心缓冲油缸(9)以螺纹形式固定在测试拉杆(13)上，测试拉杆(13)向外侧相继穿过横梁板(10)和穿心压力传感器(11)，由调整套筒(12)以螺纹形式旋转锁紧；

测试拉杆(13)的外露端沿轴线设置一齿条(14)，与齿条(14)相啮合配置一个手摇齿轮(15)，手摇齿轮座架(16)固定在底座上；

拉伸拉杆(4)向外侧穿过横梁板(3)和带缓冲的穿心油缸(2)的轴孔，端部由锁紧螺母(1)以螺旋形式锁紧，其中穿心油缸(2)一侧抵压住横梁板(3)的外侧，另一侧顶住锁紧螺母(1)的内侧，穿心油缸(2)左、右两端的进出油口分别与油泵的进出油管连接；

由计算机根据预设程序，对穿心油缸(2)进行进油、保压、放油，对穿心压力传感器(11)的应变数据进行采集、记录、绘制。

2.根据权利要求1所述大直径螺栓拉力试验机，其特征在于在测试拉杆(13)或/和拉伸拉杆(4)位于螺栓拉伸附具(8)与横梁板(10)或/和横梁板(3)之间，固定一块导向板，导向板的外圈开设四个导向孔与支撑圆柱(7)滑动配合。

3.根据权利要求1所述大直径螺栓拉力试验机，其特征在于在测试拉杆(13)或/和拉伸拉杆(4)位于螺栓拉伸附具(8)与横梁板(10)或/和横梁板(3)之间，固定一套抱箍(5)，抱箍(5)由一对内凹轮(19)滚动支撑在位于下部的两根支撑圆柱(7)上。

4.根据权利要求1所述大直径螺栓拉力试验机，其特征在于在所述横梁板(3、10)的厚度为大于等于25毫米，横梁板(3、10)呈矩形，矩形边长为1.2至2米。

5.根据权利要求1或4所述大直径螺栓拉力试验机，其特征在于所述横梁板(3、10)在厚度方向，至少以两排地脚螺栓与底座连接固定。

6.根据权利要求1所述大直径螺栓拉力试验机，其特征在于在所述支撑圆柱(7)的直径150至300毫米。

7.根据权利要求1所述大直径螺栓拉力试验机，其特征在于所述螺栓拉伸附具(6)为呈横置圆筒形，沿轴线直径的上半部分为开口，圆筒的一侧为拉伸端，另一侧为被测螺栓(8)连接端，被测螺栓(8)连接端为端面开设螺栓孔，螺栓孔的直径大于被测螺栓(8)直径，小于被测螺栓(8)的螺栓帽，且连接端的螺栓孔为向上开口的上通孔。

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