CN108663201A

CN108663201A - 一种螺栓轴向应力数控加载装置

Info

Publication number: CN108663201A
Application number: CN201810286383.1A
Authority: CN
Inventors: 李玉坤; 于文广; 张彭; 刘欣良; 韩晨玉; 杜世勇; 赵帆
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2018-10-16

Abstract

本发明涉及一种螺栓轴向应力数控加载装置，包括：待测螺栓、角钢支柱实验框架、传力圆盘、传力螺柱、导轨、平面轴承、拉压传感器、液压缸、数控液压系统；待测螺栓的螺帽固定于平面轴承上方，待测螺栓的螺柱依次通过平面轴承、角钢支柱实验框架和上传力圆盘；上传力圆盘、下传力圆盘和4根传力螺柱组成的整体结构可在2根导轨上自由滑动并由导轨来定位；拉压传感器上端与下传力圆盘连接，下端通过传力螺柱与液压缸的活塞杆相连接；基于PLC控制的数控液压系统启动后，液压缸的活塞杆向下移动，依次带动拉压传感器、下传力圆盘和上传力圆盘向下移动，从而实现对待测螺栓的拉伸；拉压传感器实时监测拉力值并将数据传递至数控液压系统。

Description

一种螺栓轴向应力数控加载装置

技术领域

本发明属于数控施力装置领域，具体地，是涉及多种型号螺栓轴向应力的加载装置，用于超声法测量螺栓使用时承受轴向应力，也可用于超声法测量扭力作用下螺栓产生轴向应力。

技术背景

随着社会的发展与科技的进步，螺栓作为连接件，已被广泛应用于机械设备、车辆船舶、飞机卫星、铁路桥梁、建筑结构等领域。而螺栓轴向应力作为影响螺栓性能、寿命、形变的主要因素愈发受到重视。螺栓轴向应力是否超过其规定的承受范围是判定钢结构是否稳定的一个重要因素，目前超声法测量螺栓轴向应力是无损检测领域的热点，但面临着一个关键问题：实验室内缺少合适且便捷的螺栓轴向应力加载装置。

为满足螺栓轴向加载的需要，各科研机构目前多使用万能试验机实现螺栓轴向应力加载。但超声法螺栓无损检测的各类方法都需要在螺栓或螺帽上加持不同的探测装置，当螺栓固定于电子万能试验机的夹具上时，螺帽与夹具间部分空间有限，无法加持体积较大的探测装置，如先把探测装置与螺帽固定再使用夹具固定时易损坏探测装置。此外，万能试验机体积重量等决定了其不易被运输与架设，不便于进行工程实地检验与标定。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种螺栓轴向应力数控加载装置，操作简单、安全可靠、轻小便捷且生产制作成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种螺栓轴向应力数控加载装置，包括：待测螺栓、角钢支柱实验框架、传力圆盘、传力螺柱、导轨、平面轴承、拉压传感器、液压缸、数控液压系统；待测螺栓的螺帽固定于平面轴承上方，平面轴承位于角钢支柱实验框架上方，待测螺栓的螺柱依次通过平面轴承、角钢支柱实验框架和上传力圆盘，其配套螺母位于上传力圆盘下方；上传力圆盘、下传力圆盘和4根100mm传力螺柱组成的整体结构可在2根导轨上自由滑动并由导轨来定位，导轨固定在角钢支柱实验框架上；拉压传感器的配套螺柱穿过下传力圆盘，通过螺母与下传力圆盘连接，拉压传感器下端通过180mm传力螺柱与液压缸的活塞杆相连接；液压缸用托盘托起，托盘由2根120mm螺柱与角钢支柱实验框架下板相连；基于PLC控制的数控液压系统启动后，液压缸的活塞杆向下移动，依次带动180mm传力螺柱、拉压传感器、下传力圆盘、100mm传力螺柱和上传力圆盘向下移动，从而实现对待测螺栓的拉伸；拉压传感器实时监测拉力值并将数据传递至数控液压系统。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：采用上述装置有两种施加轴向力的方式：1、由数控液压系统控制拉力大小，操作简单；2、破坏性实验时非人工近距离操作，安全可靠，不会引发其它意外伤害；3、模拟扭力作用下螺栓产生轴向应力，由扭矩产生轴向力方式更贴合工程实际，减小实验与实际间误差。

附图说明

图1是螺栓轴向应力数控加载装置示意图；

图2是角钢支柱实验框架示意图；

图3a是螺栓轴向应力数控加载装置内部结构正视图；

图3b是螺栓轴向应力数控加载装置内部结构侧视图；

图4是液压缸示意图；

图中：1、待测螺栓；2、平面轴承；3、角钢支柱实验框架；4、上传力圆盘；5、100mm传力螺柱；6、下传力圆盘；7、导轨；8、180mm传力螺柱；9、拉压传感器；10、液压缸；11、120mm螺柱；12、托盘；13、加强板；14、PC端；15、PLC；16、油箱；17、油泵；18、溢流阀；19、换向阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，螺栓轴向应力数控加载装置，包括：待测螺栓1、平面轴承2、角钢支柱实验框架3、上传力圆盘4、100mm传力螺柱5、下传力圆盘6、导轨7、180mm传力螺柱8、拉压传感器9、液压缸10、120mm螺柱11、托盘12、加强板13、PC端14、PLC15、油箱16、油泵17、溢流阀18、换向阀19。

如图1和图3a所示，待测螺栓1的螺帽位于平面轴承2上，平面轴承2位于角钢支柱实验框架3的上板上面，用于减少摩擦；待测螺栓1的螺柱依次通过平面轴承2、角钢支柱实验框架3与上传力圆盘4，其配套螺母位于上传力圆盘4下方；上传力圆盘4与下传力圆盘6通过四根100mm传力螺柱5相连接，每根100mm传力螺柱5上下两端各有2个螺母，将上传力圆盘4和下传力圆盘6固定；可通过调整100mm传力螺柱5上的螺母来调节上传力圆盘4和下传力圆盘6的水平度，保证待测螺栓1所受拉力平行于螺栓栓体轴线；同时可通过调整100mm传力螺柱5上的螺母将上传力圆盘4上下移动进而调整待测螺栓1的有效夹紧长度；其中上传力圆盘4、下传力圆盘6和100mm传力螺柱5组成的整体结构可在2根导轨7上自由滑动并由导轨7来定位。

如图3a和图3b所示，拉压传感器9的配套螺柱穿过下传力圆盘6，通过螺母与下传力圆盘6连接；180mm传力螺柱8上端与拉压传感器9通过螺纹连接，下端与液压缸10的活塞杆相连接；液压缸10用托盘12托起，托盘12用软质可变形钢片制成，以预留弯曲形变余量，托盘12由2根120mm螺柱11与角钢支柱实验框架3下板相连。

如图2所示，角钢支柱实验框架3的上板和下板通过4根角钢焊接在一起，下板上方焊接有加强板13，用于增加下板强度，下板下方焊有4根角钢支腿；上板中间大圆孔用于通过待测螺栓1，下板中间大圆孔用于通过120mm螺柱11；上板两侧小孔和下板两侧小孔同轴同心，用于通过导轨7。

如图1所示，数控液压系统包含PC端14、PLC15、油箱16、油泵17、溢流阀18、换向阀19；油泵17、溢流阀18、换向阀19和拉压传感器9分别与PLC15连接，PLC15与PC端14连接；PC端14发出指令，油泵17启动，油泵17输出的压力油从油箱16流出，首先流经溢流阀18从而实现对油压大小的控制，其次通过换向阀19调控液压油的流动方向来实现液压缸10活塞杆的运动方向；液压缸10活塞杆向下移动时，实现对待测螺栓的拉伸，拉压传感器9实现对拉力的实时监测并将数据传递至PC端14，当达到设定拉力时，PC端14对油泵17发出指令。

螺栓轴向应力数控加载装置的工作原理如下：在PC端14上设置拉力值，PC端14发出指令，油泵17启动，油泵17输出的压力油从油箱16流出，依此流经溢流阀18和换向阀19，进入液压缸10，油压转换为液压缸10中活塞杆的拉力，从而驱动液压缸10的活塞杆向下移动，液压缸10的活塞杆带动180mm传力螺柱8向下移动，180mm传力螺柱8带动拉压传感器9向下移动，拉压传感器9带动上传力圆盘4、下传力圆盘6和100mm传力螺柱5组成的整体结构向下移动，从而实现对待测螺栓1的拉伸；拉压传感器9实时监测拉力值并将数据传递至PC端14，当达到设定拉力时，PC端14对油泵17发出指令，保持拉力值不变。

Claims

1.一种螺栓轴向应力数控加载装置，包括：待测螺栓、角钢支柱实验框架、传力圆盘、传力螺柱、导轨、平面轴承、拉压传感器、液压缸、数控液压系统；待测螺栓的螺帽固定于平面轴承上方，平面轴承位于角钢支柱实验框架上方，待测螺栓的螺柱依次通过平面轴承、角钢支柱实验框架和上传力圆盘，其配套螺母位于上传力圆盘下方；上传力圆盘、下传力圆盘和4根100mm传力螺柱组成的整体结构可在2根导轨上自由滑动并由导轨来定位，导轨固定在角钢支柱实验框架上；拉压传感器的配套螺柱穿过下传力圆盘，通过螺母与下传力圆盘连接，拉压传感器下端通过180mm传力螺柱与液压缸的活塞杆相连接；液压缸用托盘托起，托盘由2根120mm螺柱与角钢支柱实验框架下板相连；基于PLC控制的数控液压系统启动后，液压缸的活塞杆向下移动，依次带动180mm传力螺柱、拉压传感器、下传力圆盘、100mm传力螺柱和上传力圆盘向下移动，从而实现对待测螺栓的拉伸；拉压传感器实时监测拉力值并将数据传递至数控液压系统。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓轴向应力数控加载装置，其特征在于，待测螺栓的螺帽位于平面轴承上，平面轴承位于角钢支柱实验框架的上板上面，用于减少摩擦；待测螺栓的螺柱依次通过平面轴承、角钢支柱实验框架与上传力圆盘，其配套螺母位于上传力圆盘下方；上传力圆盘与下传力圆盘通过四根100mm传力螺柱相连接，每根100mm传力螺柱上下两端各有2个螺母，将上传力圆盘和下传力圆盘固定；可通过调整100mm传力螺柱上的螺母来调节上传力圆盘和下传力圆盘的水平度，保证待测螺栓所受拉力平行于螺栓栓体轴线；同时可通过调整100mm传力螺柱上的螺母将上传力圆盘上下移动进而调整待测螺栓的有效夹紧长度；其中上传力圆盘、下传力圆盘和100mm传力螺柱组成的整体结构可在2根导轨上自由滑动并由导轨来定位。

3.根据权利要求2所述的一种螺栓轴向应力数控加载装置，其特征在于，拉压传感器的配套螺柱穿过下传力圆盘，通过螺母与下传力圆盘连接；180mm传力螺柱上端与拉压传感器通过螺纹连接，下端与液压缸的活塞杆相连接；液压缸用托盘托起，托盘用软质可变形钢片制成，以预留弯曲形变余量，托盘由2根120mm螺柱与角钢支柱实验框架下板相连。

4.根据权利要求3所述的一种螺栓轴向应力数控加载装置，其特征在于，角钢支柱实验框架的上板和下板通过根角钢焊接在一起，下板上方焊接有加强板，用于增加下板强度，下板下方焊有根角钢支腿；上板中间大圆孔用于通过待测螺栓，下板中间大圆孔用于通过120mm螺柱；上板两侧小孔和下板两侧小孔同轴同心，用于通过导轨。

5.根据权利要求4所述的一种螺栓轴向应力数控加载装置，其特征在于，数控液压系统包含PC端、PLC、油箱、油泵、溢流阀、换向阀；油泵、溢流阀、换向阀和拉压传感器分别与PLC连接，PLC与PC端连接；PC端发出指令，油泵启动，油泵输出的压力油从油箱流出，首先流经溢流阀从而实现对油压大小的控制，其次通过换向阀调控液压油的流动方向来实现液压缸活塞杆的运动方向；液压缸活塞杆向下移动时，实现对待测螺栓的拉伸，拉压传感器实现对拉力的实时监测并将数据传递至PC端，当达到设定拉力时，PC端对油泵发出指令。