CN105403459A - 拉力测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉力测试仪，包括环形内套壳体、加压液压油缸、油缸腔、储油腔、压力检测器、位移检测器、以及线两个缆端安全锁帽，所述内套壳体中部中空，加压液压油缸安装在壳体外缘中部，储油腔和油缸腔均同轴安装于加压液压油缸的两侧，相邻腔体之间根据需要进行密封，利用加压液压油缸、储油腔、油缸腔之间压力油作为动力工作介质，压力检测器以及位移检测器分别安装于环形内套壳体的两侧，实时检测压力和位移变化。本测试仪是一种性能稳定、技术先进，自动化水平高，测试精度准确，并有限位过载保护功能的拉力测试仪。

Description

拉力测试仪

技术领域

本发明属于金属和非金属抗拉力试验测试领域，涉及一种拉力测试仪。

背景技术

随着国民经济的发展，拉力试验机技术要求越来越高，以前的试验机采用度盘显示力值，本发明拉力机采用电脑操作，方便更准确。原始的拉力机是机械式的，如英国早在1880年已生产了杠杆重锤式材料试验机，在1908年又生产了螺母、螺杆加载的万能试验机，这些试验机可进行材料的拉伸、压缩、弯曲和扭转等验，但是由于结构复杂，体积庞大，操作繁琐，只能进行静态试验，所以被淘汰。Eiw工业机器人、拉力机、拉力试验机、恒温恒湿试验箱、高低温试验箱-广东越联仪器有限公司

现在国内也有多种多样的的拉力试验机，但都有一个共同的缺点机器庞大，重量在2吨左右，要求固定安装，庞大的体积和自重以及对工况的苛刻要求致使其价格昂贵使用成本极高，锁紧材料所使用的卡具锁具笨重难用。整套设备与显示设备连线众多包括油路连接需要液压管线多根，液压泵站要供电线、液压输出线、回路线、传感器信号线，数据连接线等等。稍有疏忽便会产生油路断开或电路短路及信号中断，使测试中断。进行一次测试需要多人操作才能完成作业，测量出结果需要二个小时左右。

现有拉力试验机械体积庞大，结构复杂，必须配备基础工程即基座(混凝土打桩)加以水平度调整，否则长期放置会使机体产生形变，影响滑枕运行。其施加的最大拉力值100KN-300KN，设备四周还要配备安全挡板，电动泵站液压缸采用3相电动机，对工况要求较高。传统行锁具锁嘴体积庞大，重量在几十公斤，人工操作极其繁琐并不安全，同时，因其采用龙门机构，对被测物体的长度要求极高。

据检索，发现如下与本申请相关的专利文献，选择几个代表性的将其权利要求进行了摘要，具体公开内容如下：

1、专利文献CN102706487A一种拉力检测装置，包括上压板、下压块、成对的螺栓和连接螺杆，在下压块的上侧面上设有连通其左右两侧面的方形槽，上压板和下压块之间通过螺栓固定，方形槽的下侧面和位于其上的上压板的下侧面构成被检固定件上下侧面的压紧面，成对的螺栓分别位于方形槽前后两侧的相对位置上；连接螺杆左端与下压块通过螺纹结构固定，右端与拉力计测量头通过螺纹结构固定，其中心轴线与拉力计测量头中心轴线一致。

2、专利文献CN104132760A一种快拆扣抗拉力检测方法，包括以下步骤：步骤一，预备相互对接的两个对接体，两个对接体上设有与待测快拆扣适配的对接法兰，通过待测快拆扣将两个对接体的对接法兰扣合固连，两个对接法兰的相对面为相互贴合的贴合密封面；步骤二，以设定速度将两个对接体朝相背方向拉动，以使两个对接体上的贴合面封面均速相背运动；步骤三，在将两对接体被拉动至两贴合密封面之间的间隙尺寸为与待测待测快拆扣适。

3、专利文献CN203715134U公开一种钢丝绳的拉力检测装置，其包括监控仪架、拉板架及拉式传感器，所述拉板架和所述拉式传感器位于所述监控仪架内，所述拉式传感器的两端分别与所述监控仪架和所述拉板架相连，所述拉板架的两端分别用于与钢丝绳和所述拉式传感器相连，所述拉板架可在钢丝绳的拉动下沿着所述监控仪架的长度方向移动而拉动所述拉式传感器。

上述三个专利虽然都从不同的层面解决了一些问题，但是其检测的结果不适用于在长期户外或者其操作的便捷有待进一步提高，本申请则从一个全新的角度提供了一种拉力测试装置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种性能稳定、技术先进，自动化水平高，测试精度准确，并有限位过载保护功能的拉力测试仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种拉力测试仪，包括环形内套壳体、加压液压油缸、油缸腔、储油腔、压力检测器、位移检测器、以及线两个缆端安全锁帽，所述内套壳体中部中空，加压液压油缸安装在壳体外缘中部，储油腔和油缸腔均同轴安装于加压液压油缸的两侧，相邻腔体之间根据需要进行密封，利用加压液压油缸、储油腔、油缸腔之间压力油作为动力工作介质，对穿装在壳体内部的线缆两端施加拉力，压力检测器以及位移检测器分别安装于环形内套壳体的两侧，实时检测压力和位移变化。

而且，所述缆端安全锁帽的结构为：包括一中空圆柱形固定套，固定套的一侧內缘同轴制有啮合槽，固定套的另一侧端部上下两侧通过两导柱镜像对称滑动安装两半圆形锁片，在两个半圆形锁片上分别制有轴向导槽，两导柱分别滑动嵌装在两导槽内，在两个半圆形锁片中心处对称制有弧形锁孔，在啮合槽一侧的固定套外缘同轴螺纹啮合安装外套筒。

而且，所述内套壳体、加压液压油缸、油缸腔和储油腔的安装关系为：

在壳体中部外缘同轴安装圆形加压液压油缸，油缸活塞杆上端安装杠杆手柄，手柄一侧安装杠杆手柄支点，活塞杆的下端两侧分别制有进油管道和出油管，在进油管道内安装进油单向阀，出油管道内安装出油单向阀，储油腔安装在加压液压油缸的进油管一侧，且与加压液压油缸同轴紧密相邻，储油腔制有与进油管连通的压力油输出口，油缸腔安装在加压液压油缸出油管一侧，且与加压液压油缸同轴紧密相邻，油缸腔制有与出油管道连通的压力油入口。

而且，所述油缸腔的结构为：油缸腔内同轴安装活塞，压力油填充在活塞与油缸腔形成的密封空间内，压力油的进入推动活塞向外运动，活塞同轴安装活塞推杆，活塞和活塞推杆杆均同轴密封套装在壳体外缘，活塞推杆杆外径小于活塞，在油缸腔的端部安装一环形封口，用于油缸腔的密封，在环形封口与活塞之间的油缸腔内同轴安装活塞归位弹簧。

而且，在加压液压油缸的油缸活塞杆相对应的加压液压油缸另一侧安装截止阀，在油缸腔和储油腔之间连通一泄压通道，泄压通道通过截止阀单向控制压力油由油缸腔向储油腔流动，在截止阀上端部的加压液压油缸外壳以外制有泄压扳手。

而且，所述位移检测器的安装方式为：在环形封口上同轴安装位移检测器，内套壳体端部结束于位移检测器处，位移检测器将实时检测活塞的相对移动长度，然后转换成数字信号输送给采集终端。

而且，在油缸腔侧壁还预留接口。

而且，在活塞端部安装其中一个缆端安全锁帽，用于锁定线缆的一端。

而且，在所述储油腔的端侧同轴安装压力传感器，压力传感器为在本体1:1受力的轮辐压力传感器，在传感器的一侧安装另一线缆端安全锁帽，利用锁帽对压力传感器压力，实时感受线缆受到的拉力。

而且，在两锁片相向内侧对称安装有弹簧，在弹簧内安装一导柱。

本发明的有益效果是：

1、整体性设计：本申请提供的拉力测试仪最大的优点整体性设计，将储油室-加压控制段-储能加压段-压力检测段-位移检测段合理巧妙可靠的设计为一体，去除了外部连线所产生的弊端，信号采集通过WIFI传输省去了复杂连线所需时间并提高了安全可靠性。

2、数据采集网络化：本申请可利用“手持采集终端”集先进技术于一身WIFI及蓝牙通讯技技术完美结合实现了通讯可靠低能耗，可视性好，并能对原始测试数据大量存储量。

3、安全性极高：本申请提供的拉力测试仪具有革命性改变，实现了液压介质储备--加压传递--能量转换--内应力测试--拉伸量测量，设备的“中空”设计更是优点中的优势，设备连接后整体中空，被测物体的断裂过程在完全封闭的状态下进行，众所周知金属断裂时会四下飞溅，并可能同时有金属碎屑溅出，常规拉力实验机械要在周围用以钢丝网片或金属护板做保护，才可保证操作人员安全。

4、便携快捷：本申请提供的拉力测试仪体积小巧，一人就能进行携带或移动，一人便可以进行拉力的测试，测量准备时间短，20-30分钟就能测量出结果；设备重量以1.2米为例设备整备包括外包机箱45KG为其他设备重量的1/33,拉力最大输出为150KN-300KN。被测物体在机械内部外部无需安全护网且全封闭操作。

5、适应性强：本申请提供的拉力测试仪的动力方面采用手动、电动两种方式均可，锁具方面以测井电缆12mm锁具为例两侧所应用的“快速锁具”总质量2.5KG，单人操作20-30分钟便可完成整体测试，特殊的机械结构能满足被测物体不同长度的使用要求，专用接管可方便的延长使用高度3M-5M以内机械强度不减，无需重新设计。

6、应用范围广：本申请提供的拉力测试仪整体结构精炼内压可变性强，只要改变液缸活塞受力面积就可实现所需各种拉力的势能，增加主体长度只需加长外部护管，成本极低，实现简单易行。施力方式“手自一体”液缸进液接头连接电动泵站配合便可以完成电动加压。加大“中空”管尺寸便可满足不同直径，不同形状物体连接件的拉力测试，如：安全带整体测试.挂钩强度测试，钢丝绳拉力测试，电缆拉力测试，钢丝拉力测试，螺纹螺杆拉力测试，金属圆钢及异形管材等等各种金属非金属织物等。包络各行各个领域，应用范围及广阔。

7、行业意义重大：本申请提供的拉力测试仪的机械形式必将改变人们对拉力实验机械的认知性，推动整体拉力试验机的工业发展。以石油行业应用，对于我国所从事的石油钻采，测井作业领域更是雪中送炭，大量野外作业的客观条件所限，能有一款体积小巧重量轻便的拉力实验机械，是一直以来被困扰的客观事实，应用于石油领域必将大大增加生产安全性，节省劳动强度节约生产成本，此项发明的大面积推广应必将为祖国石油钻采事业做出极大贡献。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(部分轴向剖视)；

图2为本发明的外部整体示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为缆端安全锁帽的主视图；

图5为缆端安全锁帽的打开示意图；

图6为图4的A-A向剖视图；

图7为缆端安全锁帽的使用示意图；

图8为本申请电子采集终端部分电路原理。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种拉力测试仪，包括环形内套壳体17、加压液压油缸14、油缸腔5、储油腔16、压力检测器18、位移检测器3、以及线两个缆端安全锁帽1、19，所述内套壳体中部中空，用于穿装待测线缆，将电缆密封在壳体内部，保证安全。加压液压油缸安装在壳体外缘中部，储油腔和油缸腔均同轴安装于加压液压油缸的两侧，相邻腔体之间根据需要进行密封，利用加压液压油缸、储油腔、油缸腔之间压力油作为动力工作介质，对穿装在壳体内部的线缆两端施加拉力，随着拉力的增加，至线缆断裂为止，压力检测器以及位移检测器分别安装于环形内套壳体的两侧，实时检测压力变化，检测待测电缆实时收到的拉力和延伸的长度，实时传输给电子采集终端。

其中具体的安装关系为：

在壳体中部外缘同轴安装圆形加压液压油缸(手动)，油缸活塞杆13上端安装杠杆手柄15，手柄一侧安装杠杆手柄支点12，用于杠杆手柄的拉起和下压，活塞杆的下端两侧分别制有进油管道23和出油管21，在进油管道内安装进油单向阀22，出油管道内安装出油单向阀20。储油腔安装在加压液压油缸的进油管一侧，且与加压液压油缸同轴紧密相邻，储油腔用于储存压力油，储油腔制有与进油管连通的压力油输出口。油缸腔安装在加压液压油缸出油管一侧，且与加压液压油缸同轴紧密相邻，油缸腔制有与出油管道连通的压力油入口。

油缸腔内同轴安装活塞7，压力油9填充在活塞与油缸腔形成的密封空间内，压力油的进入推动活塞向外运动，活塞同轴安装活塞推杆2，活塞和活塞推杆杆均同轴密封套装在壳体外缘，活塞推杆杆外径小于活塞，在油缸腔的端部安装一环形封口4，用于油缸腔的密封，在环形封口与活塞之间的油缸腔内同轴安装活塞归位弹簧6。该归位弹簧用于在泄压扳手打开后，泄压通道连通，归为弹簧压缩活塞，将油缸腔内压力油输出至储油腔，同时将活塞归位，进行下一次检测。

本申请的泄压原理为：在油缸活塞杆相对应的加压液压油缸另一侧安装截止阀32，在油缸腔和储油腔之间连通一泄压通道33，泄压通道通过截止阀单向控制压力油由油缸腔向储油腔流动，在截止阀上端部的加压液压油缸外壳以外制有泄压扳手31。

为了进行位移检测器，在活塞杆的外缘，在环形封口上同轴安装位移检测器，为了便于活塞伸缩，内套壳体端部结束于位移检测器处。位移检测器将实时检测活塞的相对移动长度，然后转换成数字信号输送给采集终端。在活塞端部安装其中一个缆端安全锁帽，用于锁定线缆的一端。

本申请在液缸进油端还预留接口8，在条件允许的情况下，可以配接小型液压电动泵站使用。

本申请在需要密封的时候使用密封垫，如在油缸腔于内套壳体之间安装密封圈11，其余密封不再赘述，可以根据需要设置。

为了实现压力检测，在储油腔的端侧同轴安装压力传感器，压力传感器为在本体1:1受力的轮辐压力传感器，在传感器的一侧安装另一线缆端安全锁帽，利用锁帽对压力传感器压力，实时感受线缆受到的拉力，将受拉力情况真实输出数字信号输送给采集终端。

所述两个缆端安全锁帽的具体结构如下：

包括一中空圆柱形固定套1-10，固定套中空通道1-12用于穿过线缆2-1，固定套的一侧內缘同轴制有啮合槽1-13，用于连接检测仪的两端，固定套的另一侧端部上下两侧通过两导柱1-2镜像对称滑动安装两半圆形锁片1-5，在两个半圆形锁片上分别制有轴向导槽1-3，两导柱分别滑动嵌装在两导槽内，在两个半圆形锁片中心处对称制有弧形锁孔1-11，导槽能够使两个在半圆形锁片产生径向移动，然后将线缆端头嵌装到锁孔内，当两个锁片锁紧相对时，线缆端部的端头2-2正好被两个半圆形锁片的弧形锁孔锁住，不能轴向移动；

在啮合槽一侧的固定套外缘同轴螺纹啮合安装外套筒1-6，外套筒外缘同轴固装防滑橡胶外套1-7，外套筒用于将两个两半圆形锁片进行径向固定，防止两个两半圆形锁片向径向两侧滑出，在两半圆形锁片的外缘径向固装两限位螺丝1-1，用于限制外套筒的移动位移。

在两半圆形锁片的端面分别固装两个固定螺丝1-4，用于固定端外壳2-3，防止线缆断裂产生迸溅伤人。

为了实现两个半圆形锁片的径向相对的自动弹开，在两锁片相向内侧对称安装有弹簧1-8，为了使弹簧不偏移距离，在弹簧内安装一导柱1-9。

缆端安全锁帽的使用方法为：将环形内套壳体端部和活塞的活塞推杆端部分别制有螺纹，将二者的端部的螺纹同轴啮合在固定套啮合槽1-13内，将锁帽固定在两端，进一步将线缆的两端固定。

圆形加压液压油缸的工作原理：杠杆手柄、油缸、油缸活塞杆、进、出油单向阀泵。如提起手柄使活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀打开，通过吸油管从储油箱中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道输入油缸腔。再次提起手柄吸油时，单向阀自动关闭，使油液不能倒流，从而保证高压腔室内压不变。不断地往复扳动手柄使活塞移动从而完成使油缸加力过程。如果打开截止阀，油缸腔的油液通过管道、截止阀流回储油腔。

利用液压传动原理：利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，油缸输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道及单向阀，推动大活塞形成一个向外的力，将被测力电缆或钢丝由机械本体两端安全帽两件专用“卡具”固定就形成了对油缸向外使力的拉动作用，使用在本体1:1受力的轮辐压力传感器将受拉力情况真实输出数字信号，位移测量装置其精度为0.01mm，在油缸向外移动时实时记录位置移动情况并输出数字信号。本申请中主体外壳结构采用全铝合金制造，分为储油室，加压控制段，储能加压段，压力检测段，位移检测段。设备连接后整体中空，中间空体可容纳直径30MM以内的各种材料，材料的拉伸破断过程全部在机械结构内部，操作人员的安全性能够充分得到保障。储油腔室本体又是整体结构的受力部分本体外层材料用硬铝合金管制造，精密加工端部用螺纹进行连接，两端配合高精度定位止口。中间配合厚壁合金管材并加以可靠的密封构件。

本申请还能配备电子采集终端部分(电路原理见附图8)，专为本仪器设计，外部采用方便手持式设计，显示部分采用4.7寸工业串口液晶屏，多窗口显示设置界面，内置7.4V锂离子充电电池，可以同时对位移信号和拉力信号进行采集，液晶屏上显示实时曲线，窗口数字显示当前数字值，选用16位AD采集处理器，配合STM32微处理器组成其核心功能，并加以存储器以保存测试数据，支持通用PC设备直接调取存储数据，同时通过采集终端内置WIFI设备将采集数据无线远传至PC机，免去复杂连线工艺。专用通道安全可靠，PC端将得到全部放大后的曲线值及窗口数据，并可同时完成存储，打印。

压力传感器、位移传感器采集的数据给MCPU，通过处理器处理后，将其显示在液晶显示器上，再将其输送至存储备份模块存储，然后再将其输出给PC机，或者用无线网发给终端，或者采用两者结合的方式，发给我不同的采集终端，所有设备采用锂电池供电，或者采用充电模块供电。

Claims (10)

1.一种拉力测试仪，其特征在于：包括环形内套壳体、加压液压油缸、油缸腔、储油腔、压力检测器、位移检测器、以及线两个缆端安全锁帽，所述内套壳体中部中空，加压液压油缸安装在壳体外缘中部，储油腔和油缸腔均同轴安装于加压液压油缸的两侧，相邻腔体之间根据需要进行密封，利用加压液压油缸、储油腔、油缸腔之间压力油作为动力工作介质，对穿装在壳体内部的线缆两端施加拉力，压力检测器以及位移检测器分别安装于环形内套壳体的两侧，实时检测压力和位移变化。

2.根据权利要求1所述的拉力测试仪，其特征在于：所述内套壳体、加压液压油缸、油缸腔和储油腔的安装关系为：

在壳体中部外缘同轴安装圆形加压液压油缸，油缸活塞杆上端安装杠杆手柄，手柄一侧安装杠杆手柄支点，活塞杆的下端两侧分别制有进油管道和出油管，在进油管道内安装进油单向阀，出油管道内安装出油单向阀，储油腔安装在加压液压油缸的进油管一侧，且与加压液压油缸同轴紧密相邻，储油腔制有与进油管连通的压力油输出口，油缸腔安装在加压液压油缸出油管一侧，且与加压液压油缸同轴紧密相邻，油缸腔制有与出油管道连通的压力油入口。

3.根据权利要求1或2所述的拉力测试仪，其特征在于：所述油缸腔的结构为：油缸腔内同轴安装活塞，压力油填充在活塞与油缸腔形成的密封空间内，压力油的进入推动活塞向外运动，活塞同轴安装活塞推杆，活塞和活塞推杆杆均同轴密封套装在壳体外缘，活塞推杆杆外径小于活塞，在油缸腔的端部安装一环形封口，用于油缸腔的密封，在环形封口与活塞之间的油缸腔内同轴安装活塞归位弹簧。

4.根据权利要求1或2所述的拉力测试仪，其特征在于：在加压液压油缸的油缸活塞杆相对应的加压液压油缸另一侧安装截止阀，在油缸腔和储油腔之间连通一泄压通道，泄压通道通过截止阀单向控制压力油由油缸腔向储油腔流动，在截止阀上端部的加压液压油缸外壳以外制有泄压扳手。

5.根据权利要求1或2所述的拉力测试仪，其特征在于：所述位移检测器的安装方式为：在环形封口上同轴安装位移检测器，内套壳体端部结束于位移检测器处，位移检测器将实时检测活塞的相对移动长度，然后转换成数字信号输送给采集终端。

6.根据权利要求1或2所述的拉力测试仪，其特征在于：在油缸腔侧壁还预留接口。

7.根据权利要求1或2所述的拉力测试仪，其特征在于：在活塞端部安装其中一个缆端安全锁帽，用于锁定线缆的一端。

8.根据权利要求1或2所述的拉力测试仪，其特征在于：在所述储油腔的端侧同轴安装压力传感器，压力传感器为在本体1:1受力的轮辐压力传感器，在传感器的一侧安装另一线缆端安全锁帽，利用锁帽对压力传感器压力，实时感受线缆受到的拉力。

9.根据权利要求1所述的拉力测试仪，其特征在于：所述缆端安全锁帽的结构为：包括一中空圆柱形固定套，固定套的一侧內缘同轴制有啮合槽，固定套的另一侧端部上下两侧通过两导柱镜像对称滑动安装两半圆形锁片，在两个半圆形锁片上分别制有轴向导槽，两导柱分别滑动嵌装在两导槽内，在两个半圆形锁片中心处对称制有弧形锁孔，在啮合槽一侧的固定套外缘同轴螺纹啮合安装外套筒。

10.根据权利要求9所述的拉力测试仪，其特征在于：在两锁片相向内侧对称安装有弹簧，在弹簧内安装一导柱。