CN108181037B - 一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油管接头的测试领域，公开了一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，包括扭矩施加机构，与所述扭矩施加机构的输出端同轴相连的油管接头的外螺纹件，与所述外螺纹件配合的转换接头，所述转换接头包括分离的内螺纹部和圆锥面部，与所述转换接头相连的力传导检测机构，所述力传导检测机构用于传导并检测拧紧过程中外螺纹件对圆锥面部的预紧力，所述力传导检测机构与扭矩施加机构的输出端同轴设置。本发明通过将转换接头的内螺纹部和圆锥面部分离，并且分开固定，利用扭矩施加机构带动外螺纹件转动，与转换接头的内螺纹部配合，再结合力传导检测机构，从而可以直接检测油管接头的预紧力，填补了国内对此项测试的空白。

Description

一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置

技术领域

本发明涉及油管接头的测试领域，特别是一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置。

背景技术

螺纹紧固件连接系统应用最为广泛是螺栓-螺母连接副的形式，多数应用在预紧力作用下，预紧力下的连接可以提高螺栓连接的可靠性，并能增强被连接体的紧密性和刚度。在螺纹紧固件连接系统中，没有预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一般称之为欠拧；但过高的预紧力或者超拧也会导致螺纹连接的失败。

对于油管接头这类特殊结构的螺纹紧固件，比如在制动管中的油管接头，根据德国众的康采恩标准，要求在拧紧一个制动管螺栓时测定在连接中起作用的力和力矩，该力和力矩取决于拧紧扭矩的大小。制动管螺栓的螺栓连接是由螺栓、螺母、带配合件的管路及其表面结构决定的，应在一个适当的试验装置当中测量这些力矩和力，包括预紧力、摩擦扭矩、管扭矩、螺纹扭矩、拧紧扭矩等等。螺旋配对可采用原始螺栓和制动管、由原始材料或经证明具有等值特性的材料制成的螺母，也可以选择使用由替代材料制成的管螺栓和螺母螺纹进行，在这种情况下，在一个原理试验中证明在各自模式中使用的管螺栓-螺母螺纹的表面配对的结果才具有可比较性。目前，国内还没有可以测试这些物理参数特别是预紧力的机器，行业内的企业主要采用韩国制造的机器，利用外螺纹件和带内螺纹孔的铁板螺旋配对来进行各个物理参数的测量，由于采用的是替代材料而非油管接头本身，而油管接头本身的材料和表面处理会对预紧力、摩擦扭矩等参数造成影响，因此，测量结果存在不准确的风险，并且进口设备存在周期长，维修不便等问题。

发明内容

本发明提供一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，解决了现有测量设备主要依靠进口，周期长、维修不便以及测量准确性不高等问题。

本发明可以通过以下技术方案实现：

一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，包括扭矩施加机构，与所述扭矩施加机构的输出端同轴相连的油管接头的外螺纹件，与所述外螺纹件配合的转换接头，所述转换接头包括分离的内螺纹部和圆锥面部，与所述转换接头相连的力传导检测机构，所述力传导检测机构用于传导并检测拧紧过程中外螺纹件对圆锥面部的预紧力，所述力传导检测机构与扭矩施加机构的输出端同轴设置。

进一步，所述力传导检测机构包括依次同轴套装设置的内螺纹部固定件、圆锥面部固定件和力传导杆，所述力传导杆的一端与圆锥面部固定件水平连接，所述力传导杆上套装有力传感器和压力轴承，所述压力轴承用于将外螺纹件对圆锥面部的预紧力传递到第一力传感器上，所述第一力传感器用于测量拧紧过程中外螺纹件对圆锥面部的预紧力。

进一步，所述力传导杆与圆锥面部固定件水平连接的一端设置有深度沿轴向方向延伸的插孔，所述插孔与圆锥面部固定件的一端配合，所述圆锥面部固定件的另一端与圆锥面部配合，所述插孔的径向截面呈C型，垂直于插孔的C型开口处设置有锁紧螺栓，所述力传导杆上设置有圆环板，所述圆环板通过压力轴承与第一力传感器固定在一起。

进一步，所述圆锥面部固定件采用十字杆状结构，所述内螺纹部固定件采用套筒结构，所述内螺纹部和圆锥面部均嵌套在内螺纹部固定件里面。

进一步，所述扭矩施加机构包括伺服电机，所述伺服电机的输出轴与带传动机构的一端相连，所述带传动机构的另一端与传动轴的一端相连，所述传动轴的另一端通过联轴器与动态扭矩传感器一端的转动轴相连，所述动态扭矩传感器另一端的转动轴通过夹具套和嵌套在所述夹具套中心的套筒与外螺纹件相连，所述动态扭矩传感器用于测量拧紧过程中的拧紧扭矩，所述套筒用于固定外螺纹件。

进一步，所述带传动机构包括与伺服电机的输出主相连的主传动轮，所述主传动轮通过挠性带与从传动轮相连，所述从传动轮的中心设置有传动轴。

进一步，所述力传导检测机构设置在移动平台上，所述移动平台用于使力传导检测机构沿扭矩施加机构的输出端的中心线的方向移动。

进一步，所述移动平台的侧面设置有油管接头的密封性检测装置，所述移动平台用于使密封性检测装置沿垂直于扭矩施加机构的输出端的中心线的方向移动。

进一步，所述移动平台包括L型基板上，所述L型基板的顶面设置有力传导检测机构，底面设置有一个或多个相互平行的第一滑轨，所述第一滑轨的设置方向与扭矩施加机构的输出端的中心线平行，所述第一滑轨设置在水平基板上，所述水平基板的底面设置有一个或多个相互平行的第二滑轨，所述第二滑轨与第一滑轨的设置方向相垂直，所述第二滑轨设置在底板上。

进一步，所述密封性检测装置包括设置在L型基板的长边侧的气体导入机构，以及设置在L型基板的短边侧的转换接头固定件，所述气体导入机构包括储气罐，所述储气罐的顶端设置有气体导入口和油管连接口，所述气体导入口和油管连接口处均设置有压力传感器，所述转换接头固定件的中心设置有供转换接头通过的通孔，所述通孔的中心位于扭矩施加机构的输出端的中心线上。

本发明有益的技术效果在于：

通过将转换接头的内螺纹部和圆锥面部分离，并且分开固定，利用扭矩施加机构带动外螺纹件转动，与转换接头的内螺纹部配合，再结合力传导检测机构，从而可以直接检测油管接头的预紧力，填补了国内对此项测试的空白，同时，还可以检测出油管接头的摩擦扭矩、管扭矩及密封性，实现了对油管接头的各个有效物理参数的一次性检测，为油管接头的分析提供依据，节省了操作步骤和时间，提高了测试的精确性，另外，整个装置结构紧凑，操作简单，便于普及和推广，对于提高油管接头的质量，科学使用油管接头具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的整体的总体结构示意图；

图2为本发明的整体的轴向剖面示意图；

图3为本发明的油管接头的结构示意图；

图4为本发明的图2中A部分的放大示意图；

图5为本发明的扭矩施加机构和管扭矩检测机构的结构示意图；

图6为本发明的力传导检测机构的结构示意图；

图7为本发明的力传导杆的结构示意图；

图8为本发明的移动平台和密封性检测机构的结构示意图；

其中，1-扭矩施加机构、11-伺服电机、12-带传动机构，13-传动轴、14-联轴器、15-动态扭矩传感器、16-夹具套、17-套筒、2-油管接头、21-外螺纹件、22-转换接头、221-内螺纹部、222-圆锥面部、3-力传导检测机构、31-内螺纹部固定件、32-圆锥面部固定件、33-力传导杆、331-插孔、332-圆环板、34-第一力传感器、35-压力轴承、36-力臂杆、37-第二力传感器、4-管扭矩检测机构、41-油管锁紧夹具、42-第二静态扭矩传感器、5-移动平台、51-L型基板、52-第一滑轨、53-水平基板、54-第二滑轨、55-底板、6-密封性检测装置、61-转换接头固定件、62-储气罐、63-气体导入口、64-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进一步详细说明。

参照附图1、图2、图3和图4，本发明提供了一种用于油管接头螺纹紧固件的测量装置，包括扭矩施加机构1，与扭矩施加机构1的输出端同轴相连的油管接头2的外螺纹件21，与外螺纹件21配合的转换接头22，该转换接头22包括分离的内螺纹部221和圆锥面部222，与转换接头22相连的力传导检测机构3，该力传导检测机构3用于传导并检测拧紧过程中外螺纹件21对圆锥面部222的预紧力和摩擦扭矩，在外螺纹件21内部设置有油管23，该油管23的一端穿过扭矩施加机构1与外螺纹件21相连，另一端与管扭矩检测机构4相连，该管扭矩测量机构4用于检测拧紧过程中导入到油管23中的管扭矩，该力传导检测机构3、管扭矩检测机构4与扭矩施加机构1的输出端同轴设置，这样，可以实现一台装置同时对油管接头2的各个有效物理参数的检测，节省了操作和时间，提高了效率。

参照附图5，该扭矩施加机构1包括伺服电机11，该伺服电机11的输出轴与带传动机构12的一端相连，该带传动机构12的另一端与中空的传动轴13的一端相连，传动轴13的另一端通过联轴器14与动态扭矩传感器15一端的转动轴相连，该动态扭矩传感器15另一端的转动轴通过夹具套16和嵌套在夹具套16中心的套筒17与外螺纹件21相连，该动态扭矩传感器15用于测量拧紧过程中的拧紧扭矩，并且其中心设置有供油管通过的通孔，如果本发明的装置不包括管扭矩的测量，传动轴13和动态扭矩传感器15可以不采用中空的结构。

该夹具套16的一端与动态扭矩传感器15另一端的转动轴相连，另一端与套筒17相连，该套筒17用于固定外螺纹件21，可以采用史丹利的套筒，根据不同尺寸的外螺纹件选择套筒的尺寸，这样，夹具套16就可以做成一个固定尺寸，类似于利用电动枪和与之配合的内六角工具对内六角螺栓进行拆卸或安装的结构，从而节省制作各种尺寸的夹具套16以适应套筒17。

该带传动机构12包括与伺服电机11的输出轴相连的主传动轮，该主传动轮通过挠性带与从传动轮相连，该从传动轮的中心设置有传动轴13，该挠性带与主传动轮、从传动轮可以采用摩擦带传动或者啮合带传动。

参照附图6，该力传导检测机构3包括依次同轴套装设置的内螺纹部固定件31、圆锥面部固定件32和力传导杆33，该力传导杆33的一端与圆锥面部固定件32水平连接，在力传导杆33上套装有第一力传感器34和压力轴承35，该压力轴承35用于将外螺纹件21对圆锥面部222的预紧力传递到第一力传感器34上，该第一力传感器34用于测量上述预紧力。

该力传导杆33的一端与力臂杆36的一端垂直连接，两者可以通过平键、花键等类似的结构相连接，该力臂杆36的另一端与第二力传感器37相接触，该第二力传感器37用于测量拧紧过程中外螺纹件21对圆锥面部222的摩擦扭力，可以水平放置也可以竖直放置，根据实际需要而定，然后根据扭矩的计算公式，结合力臂杆36的长度就能得到外螺纹件21对圆锥面部222的摩擦扭矩；或者可以采用其他方式实现对上述摩擦扭矩的测量，比如力臂杆36的另一端固定，在力传导杆33的表面粘贴有多个应变片，利用应变片测量拧紧过程中由于外螺纹件21对圆锥面部222的摩擦扭矩，对力传导杆33造成的机械形变，再通过一些电路转换也能得到摩擦扭矩；又比如在力传导杆33的另一端直接套装第一静态扭矩传感器38，这样，就可以利用第一静态扭矩传感器38直接测量测量拧紧过程中外螺纹件21对圆锥面部222的摩擦扭矩。

参照附图7，该力传导杆33的一端设置有深度沿轴向方向延伸的插孔331，该插孔331与圆锥面部固定件32的一端配合，该圆锥面部固定件32的另一端与圆锥面部221配合，该插孔331的径向截面呈C型，垂直于插孔331的C型开口处设置有锁紧螺栓，在力传导杆33上设置有圆环板332，该圆环板332通过压力轴承35与第一力传感器34固定在一起。

该内螺纹部固定件31采用套筒结构，圆锥面部固定件32采用十字杆状结构，这样，将分离的内螺纹部221和圆锥面部222同时嵌套在内螺纹部固定件31里面，十字杆状结构的圆锥面部固定件32的一端插入圆锥面部222里面，另一端插入力传导杆33的插孔331内，利用锁紧螺栓将两者锁紧固定在一起，而当被检测的油管接头的圆锥面部222的尺寸变化时，仅需要更换十字杆状结构的圆锥面部固定件32即可，而对于圆锥面部固定件32，只要改变十字杆状结构的一端的外径就可以满足对多种不同尺寸的油管接头的检测，既节约成本，又可以扩展整个装置的应用范围。

参照附图5，该管扭矩检测机构4包括油管锁紧夹具41，与油管锁紧夹具41相连的第二静态扭矩传感器42，该油管锁紧夹具42和第二静态扭矩传感器42的中心均设置有供油管23通过的通孔，这样，油管23就可以通过油管锁紧夹具42直接固定在第二静态扭矩传感器42，从而实现对管扭矩的测量。

另外，参照附图1、图2和图8，整个力传导检测机构3设置在移动平台5上，通过移动平台5可以使力传导检测机构3沿扭矩施加机构1的输出端的中心线的方向移动，随着扭矩施加机构1带动外螺纹件21转动，通过移动平台5使力传导检测机构3中的内螺纹部221与外螺纹件21配合旋入，直至接触到圆锥面部222，从而完成整个测量过程。利用本发明的测量装置能够测量预紧力、拧紧扭矩、摩擦扭矩、管扭矩，根据德国大众的康采恩标准的PV3227章，就可以计算出螺纹扭矩，从而完成所有有效物理参数的测量。

参照附图8，在移动平台5的侧面设置有油管接头2的密封性检测装置6，该移动平台6用于使密封性检测装置6沿垂直于扭矩施加机构3的输出端的中心线的方向移动，利用移动平台5使力传导检测机构3和密封性检测装置两个相互垂直的方向的移动，便于完成对油管接头2的另一性能参数密封性的测试，从而在同一装置上实现对多个参数的测量。

参照附图8，该移动平台5包括L型基板51，在L型基板51的顶面设置有力传导检测机构3，底面设置有一个或多个相互平行的第一滑轨52，比如两个，第一滑轨52的设置方向与扭矩施加机构1的输出端的中心线平行，第一滑轨52设置在水平基板53上，在水平基板53的底面设置有一个或多个相互平行的第二滑轨54，比如两个，第二滑轨54与第一滑轨52的设置方向相垂直，第二滑轨54设置在底板55上，这样，利用相互垂直设置的第一滑轨52和第二滑轨54实现设置在L型基板51上的力传导检测机构3和密封性检测装置6的两个方向的移动。

参照附图8，该密封性检测装置6包括设置在L型基板51的长边侧的气体导入机构，以及设置在L型基板51的短边侧的转换接头固定件61，该气体导入机构包括储气罐62，在储气罐62的顶端设置有气体导入口63和油管连接口，在气体导入口63和油管连接口处均设置有压力传感器64，该转换接头固定件61的中心设置有供转换接头22通过的通孔，该通孔的中心位于扭矩施加机构1的输出端的中心线上，这样，将待测的油管接头2的相关部件安装在对应的位置上，利用扭矩施加机构1自动将外螺纹件21和转换接头22配合旋紧，再通过气体导入口63将气体导入储气罐62，查看气体导入口和油管连接口处设置的压力传感器64的检测数值是否相同，就可以判定待测的油管接头2是否漏气。

本发明通过将转换接头的内螺纹部和圆锥面部分离，并且分开固定，利用扭矩施加机构带动外螺纹件转动，与转换接头的内螺纹部配合，再结合力传导检测机构，从而可以直接检测油管接头的预紧力，填补了国内对此项测试的空白，同时，还可以检测出油管接头的摩擦扭矩、管扭矩及密封性，实现了对油管接头的各个有效物理参数的一次性检测，为油管接头的分析提供依据，节省了操作步骤和时间，提高了测试的精确性，另外，整个装置结构紧凑，操作简单，便于普及和推广，对于提高油管接头的质量，科学使用油管接头具有重要意义。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，其特征在于：包括扭矩施加机构，与所述扭矩施加机构的输出端同轴相连的油管接头的外螺纹件，与所述外螺纹件配合的转换接头，所述转换接头包括分离的内螺纹部和圆锥面部，与所述转换接头相连的力传导检测机构，所述力传导检测机构用于传导并检测拧紧过程中外螺纹件对圆锥面部的预紧力，所述力传导检测机构与扭矩施加机构的输出端同轴设置，

所述力传导检测机构设置在移动平台上，所述移动平台用于使力传导检测机构沿扭矩施加机构的输出端的中心线的方向移动，所述移动平台的侧面设置有油管接头的密封性检测装置，所述移动平台用于使密封性检测装置沿垂直于扭矩施加机构的输出端的中心线的方向移动，

所述力传导检测机构包括依次同轴套装设置的内螺纹部固定件、圆锥面部固定件和力传导杆，所述力传导杆的一端与圆锥面部固定件水平连接，所述力传导杆上套装有力传感器和压力轴承，所述压力轴承用于将外螺纹件对圆锥面部的预紧力传递到第一力传感器上，所述第一力传感器用于测量拧紧过程中外螺纹件对圆锥面部的预紧力。

2.根据权利要求1所述的用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，其特征在于：所述力传导杆与圆锥面部固定件水平连接的一端设置有深度沿轴向方向延伸的插孔，所述插孔与圆锥面部固定件的一端配合，所述圆锥面部固定件的另一端与圆锥面部配合，所述插孔的径向截面呈C型，垂直于插孔的C型开口处设置有锁紧螺栓，所述力传导杆上设置有圆环板，所述圆环板通过压力轴承与第一力传感器固定在一起。

3.根据权利要求2所述的用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，其特征在于：所述圆锥面部固定件采用十字杆状结构，所述内螺纹部固定件采用套筒结构，所述内螺纹部和圆锥面部均嵌套在内螺纹部固定件里面。

4.根据权利要求1所述的用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，其特征在于：所述扭矩施加机构包括伺服电机，所述伺服电机的输出轴与带传动机构的一端相连，所述带传动机构的另一端与传动轴的一端相连，所述传动轴的另一端通过联轴器与动态扭矩传感器一端的转动轴相连，所述动态扭矩传感器另一端的转动轴通过夹具套和嵌套在所述夹具套中心的套筒与外螺纹件相连，所述动态扭矩传感器用于测量拧紧过程中的拧紧扭矩，所述套筒用于固定外螺纹件。

5.根据权利要求4所述的用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，其特征在于：所述带传动机构包括与伺服电机的输出主相连的主传动轮，所述主传动轮通过挠性带与从传动轮相连，所述从传动轮的中心设置有传动轴。

6.根据权利要求1所述的用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，其特征在于：所述移动平台包括L型基板上，所述L型基板的顶面设置有力传导检测机构，底面设置有一个或多个相互平行的第一滑轨，所述第一滑轨的设置方向与扭矩施加机构的输出端的中心线平行，所述第一滑轨设置在水平基板上，所述水平基板的底面设置有一个或多个相互平行的第二滑轨，所述第二滑轨与第一滑轨的设置方向相垂直，所述第二滑轨设置在底板上。

7.根据权利要求6所述的用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置，其特征在于：所述密封性检测装置包括设置在L型基板的长边侧的气体导入机构，以及设置在L型基板的短边侧的转换接头固定件，所述气体导入机构包括储气罐，所述储气罐的顶端设置有气体导入口和油管连接口，所述气体导入口和油管连接口处均设置有压力传感器，所述转换接头固定件的中心设置有供转换接头通过的通孔，所述通孔的中心位于扭矩施加机构的输出端的中心线上。