CN111397502B - 一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置，包括用于吸附在缸盖上的吸附组件以及安装在吸附组件上并可绕其与吸附组件连接点旋转的悬臂梁，悬臂梁上还安装有用于测量其与紧固螺栓端面距离的测距传感器，测距传感器随悬臂梁旋转的旋转半径及旋转中心与整圈紧固螺栓所围成圆的半径及圆心一致，测距传感器电连接信号采集系统。利用信号采集系统采集测距传感器的数据，可以获得整圈被装配螺栓伸长量的分散度，找到伸长量较大和较小的螺栓；改进螺栓装配工艺，降低整圈被装配螺栓伸长量的分散度，从而不断提高装配质量。本发明还公开了一种检测方法，实现了大型往复泵活塞缸压盖整圈螺栓紧固前后螺栓伸长量的精确测量。

Description

一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置及方法

技术领域

本发明属于往复泵缸盖装配检测领域，尤其涉及一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置及方法。

背景技术

往复泵依赖活塞缸与活塞的往复运动实现液体增压。大型往复泵活塞缸常采用整圈螺栓将圆柱形缸体和圆形缸盖连接并实现结合面可靠密封。

由于大型往复泵所处的运行环境运行复杂苛刻，不仅要求螺栓有可靠的连接性能和足够的寿命保障，还要经得起苛刻的环境条件和运行载荷变化。例如隔膜泵在输送泥浆时，缸盖的连接螺栓不仅要承受内部固液气混合物的高压，还要承受由于活塞往复运动导致的压力脉动。当缸体和缸盖加工误差较大、螺栓装配工艺不合理时，就会导致整圈螺栓中的个别螺栓受载过大，从而导致其中复杂的振动冲击环境下，过早出现疲劳断裂。

在实际往复泵装配中，缸盖整圈螺栓常采用液压扳手按照一定的顺序和力矩要求预紧，装配精度只能依赖液压扳手的精度，从而导致局部螺栓受载过大、工作过程中过早断裂问题。目前，尚缺乏针对实际大型往复泵的具有可操作性、且具有较高精度的整圈螺栓装配质量检测装置及方法。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何针对大型往复泵缸盖整圈螺栓进行装配质量的检测，并使检测具有可操作性和较高精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置，包括用于吸附在缸盖上的吸附组件以及安装在吸附组件上的悬臂梁，所述悬臂梁可绕其与吸附组件的连接点旋转，所述悬臂梁上还安装有测距传感器，所述测距传感器用于测量悬臂梁与紧固螺栓端面间的距离，所述测距传感器随悬臂梁旋转的旋转半径及旋转中心与整圈紧固螺栓所围成圆的半径及圆心一致，且所述测距传感器电连接信号采集系统。

这样的，悬臂梁通过吸附组件可吸附在缸盖上，且悬臂梁可旋转，旋转时，悬臂梁上的测距传感器一直位于紧固螺栓端面正上方，利用信号采集系统采集测距传感器的数据，可以测得其与紧固螺栓间的距离，多次上紧与紧固螺栓配合的螺母，可测得不同情况下测距传感器与紧固螺栓端面间的距离，从而得到紧固螺栓的相对伸长量，通过伸长量的数据统计分析，获得整圈被装配螺栓伸长量的分散度，找到伸长量较大和较小的螺栓，从而改进螺栓装配工艺，降低整圈被装配螺栓伸长量的分散度，不断提高装配质量，改进时，可以针对伸长量较小的螺栓增加拧紧力矩，对伸长量大的螺栓，在预紧的过程中可以考虑减少适量的拧紧力矩，最后再通过检测装置进行一次检测验证。

作为优化，所述吸附组件包括由三根首尾连接的杆件所组成的呈正三角形的架体，在所述架体的三个角位置底部均固定有用于吸附在缸盖上的磁铁件。

这样的，通过磁铁件与架体构成吸附组件，利用磁铁件的磁性吸附在缸盖上，具有结构简单，方便操作的优点。

作为优化，所述架体上水平设有一连接臂，所述连接臂上开设有轴承安装孔，一垂直于连接臂的转轴通过安装在轴承安装孔内的轴承与连接臂转动连接，所述悬臂梁一端与转轴垂直连接并可随转轴一同旋转，测距传感器连接于悬臂梁另一端。

这样的，通过设立连接臂和转轴，转轴通过轴承与连接臂实现转动连接，而悬臂梁与转轴垂直连接，可实现悬臂梁的旋转运动，使得其上的测距传感器可一直位于整圈紧固螺栓正上方，对紧固螺栓进行测距。

作为优化，所述信号采集系统包括前置放大器、信号采集仪和工控机，测距传感器为电涡流位移传感器，其依次与前置放大器、信号采集仪和工控机电连接。

这样的，通过前置放大器、信号采集仪和工控机组成的信号采集系统对测距传感器的数据进行采集，统计分析出所需的螺栓伸长量分散度。

作为优化，所述转轴穿过轴承内圈并与其固定连接，所述悬臂梁上开设穿孔，并套设在转轴上，在转轴上还套设有上压板和下压板，上压板和下压板分别位于悬臂梁外侧和连接臂外侧以将悬臂梁压紧在连接臂上。

本发明还提供了一种复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测方法，采用所述的往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置进行检测，包括以下步骤：

步骤a：先将整圈紧固螺栓从缸体上的螺纹孔由内侧旋至缸体外侧，且紧固螺栓旋入到底后，再将缸盖上的通孔与各个紧固螺栓一一对应，通过螺母与紧固螺栓的配合将缸盖锁紧到缸体上，最后施加10%的额定扭矩按预设加载顺序逐个旋紧螺母，将此时的螺栓作为初始伸长状态；

步骤b：将所述的往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置安装到缸盖上，使得吸附组件吸附在缸盖上，且悬臂梁的旋转中心位于整圈紧固螺栓所围成的圆的中心；

步骤c：手动低速旋转悬臂梁，在旋转过程中，通过信号采集系统采集测距传感器记录的各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤d：在步骤c采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以30%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤e：在步骤d采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以60%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤f：在步骤e采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以100%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤g：当步骤f完成后，统计10%、30%、60%、100%额定扭矩状态下对应的各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离，分别记为d1、d2、d3、d4，取△d1=d1-d2，△d1表示紧固螺栓在30%额定扭矩下的伸长量，取△d2=d1-d3，△d2表示紧固螺栓在60%额定扭矩下的伸长量，取△d3=d1-d4，△d3表示紧固螺栓在100%额定扭矩下的伸长量，对各个紧固螺栓的△d1、△d2、△d3进行统计学分析，获得整圈螺栓杆部伸长量的分散度。

这样的，通过该方法，实现了大型往复泵活塞缸压盖整圈螺栓旋紧前、旋紧后螺栓伸长量的精确测量，从而为准确获得整圈螺栓的伸长量和伸长量的分散度评估提供了保障，为装配工艺优化提供了必须的原始数据，具有结构简单、成本低、测量精度高、可重复性强的优点。

附图说明

图1是本发明实施例检测装置的俯视图；

图2是本发明实施例检测装置的侧视图；

图3是本发明实施例检测装置的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1至图3，一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置，包括用于吸附在缸盖2上的吸附组件以及安装在吸附组件上的悬臂梁6，所述悬臂梁6可绕其与吸附组件的连接点旋转，所述悬臂梁6上还安装有测距传感器7，所述测距传感器用于测量悬臂梁与紧固螺栓1端面间的距离，所述测距传感器7随悬臂梁6旋转的旋转半径及旋转中心与整圈紧固螺栓所围成圆的半径及圆心一致，且所述测距传感器7电连接信号采集系统。

这样的，悬臂梁通过吸附组件可吸附在缸盖上，缸盖通过整圈螺栓与缸体8紧固连接，且悬臂梁可旋转，旋转时，悬臂梁上的测距传感器一直位于紧固螺栓端面正上方，利用信号采集系统采集测距传感器的数据，可以测得其与紧固螺栓间的距离，多次上紧紧固螺栓，可测得不同扭矩情况下测距传感器与紧固螺栓间的距离，从而得到不同扭矩情况下紧固螺栓的相对伸长量，通过伸长量的数据统计分析，获得整圈被装配螺栓伸长量的分散度，找到伸长量较大和较小的螺栓；改进螺栓装配工艺，降低整圈被装配螺栓伸长量的分散度，从而不断提高装配质量。

作为优化，所述吸附组件包括由三根首尾连接的杆件所组成的呈正三角形的架体4，在所述架体4的三个角位置底部均固定有用于吸附在缸盖上的磁铁件3。

这样的，通过磁铁件与架体构成吸附组件，利用磁铁件的磁性吸附在缸盖上，具有结构简单，方便操作的优点。

作为优化，所述架体4上水平设有一连接臂5，所述连接臂5上开设有轴承安装孔，一垂直于连接臂5的转轴5.2通过安装在轴承安装孔内的轴承5.3与连接臂5转动连接，所述悬臂梁6一端与转轴5.2垂直连接并可随转轴一同旋转，测距传感器连接于悬臂梁另一端。

这样的，通过设立连接臂和转轴，转轴通过轴承与连接臂实现转动连接，而悬臂梁与转轴垂直连接，可实现悬臂梁的旋转运动，使得其上的测距传感器可一直位于整圈紧固螺栓正上方，对紧固螺栓进行测距。

作为优化，所述信号采集系统包括前置放大器9、信号采集仪10和工控机11，测距传感器为电涡流位移传感器，其依次与前置放大器、信号采集仪和工控机电连接。

这样的，通过前置放大器、信号采集仪和工控机组成的信号采集系统对测距传感器的数据进行采集，统计分析出所需的螺栓伸长量分散度。

作为优化，所述转轴5.2穿过轴承5.3内圈并与其固定连接，所述悬臂梁6上开设穿孔，并套设在转轴上，在转轴上还套设有上压板5.1和下压板5.4，上压板5.1和下压板5.4分别位于悬臂梁外侧和连接臂外侧以将悬臂梁压紧在连接臂上，在本实施例中，所述悬臂梁可设为三个，上下叠合套设在转轴上，且三个悬臂梁间间隔120°设置，在每个悬臂梁上均可设置测距传感器进行检测，在转一圈对整圈螺栓进行检测时，同时旋转3个悬臂梁，可一步得出三组数据，提高测距的精度，实际操作中也不局限于1个或3个悬臂梁。

本发明还提供了一种复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测方法，采用所述的往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置进行检测，包括以下步骤：

步骤a：先将整圈紧固螺栓从缸体上的螺纹孔由内侧旋至缸体外侧，且紧固螺栓旋入到底后，再将缸盖上的通孔与各个紧固螺栓一一对应，通过螺母与紧固螺栓的配合将缸盖锁紧到缸体上，最后施加10%的额定扭矩按预设加载顺序逐个旋紧螺母，将此时的螺栓作为初始伸长状态；

步骤b：将所述的往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置安装到缸盖上，使得吸附组件吸附在缸盖上，且悬臂梁的旋转中心位于整圈紧固螺栓所围成的圆的中心；

步骤c：手动低速旋转悬臂梁，在旋转过程中，通过信号采集系统采集测距传感器记录的各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤d：在步骤c采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以30%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤e：在步骤d采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以60%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤f：在步骤e采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以100%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤g：当步骤f完成后，统计10%、30%、60%、100%额定扭矩状态下对应的各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离，分别记为d1、d2、d3、d4，取△d1=d1-d2，△d1表示紧固螺栓在30%额定扭矩下的伸长量，取△d2=d1-d3，△d2表示紧固螺栓在60%额定扭矩下的伸长量，取△d3=d1-d4，△d3表示紧固螺栓在100%额定扭矩下的伸长量，对各个紧固螺栓的△d1、△d2、△d3进行统计学分析，获得整圈螺栓杆部伸长量的分散度。

这样的，通过该方法，实现了大型往复泵活塞缸压盖整圈螺栓预紧前、预紧后螺栓伸长量的精确测量，从而为准确获得整圈螺栓的伸长量和伸长量的分散度评估提供了保障，为装配工艺优化提供了必须的原始数据，具有结构简单、成本低、测量精度高、可重复性强的优点。

Claims (5)

1.一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置，其特征在于：包括用于吸附在缸盖上的吸附组件以及安装在吸附组件上的悬臂梁，所述悬臂梁可绕其与吸附组件的连接点旋转，所述悬臂梁上还安装有测距传感器，所述测距传感器用于测量悬臂梁与紧固螺栓端面间的距离，所述测距传感器随悬臂梁旋转的旋转半径及旋转中心与整圈紧固螺栓所围成圆的半径及圆心一致，且所述测距传感器电连接信号采集系统。

2.根据权利要求1所述的一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置，其特征在于：所述吸附组件包括由三根首尾连接的杆件所组成的呈正三角形的架体，在所述架体的三个角位置底部均固定有用于吸附在缸盖上的磁铁件。

3.根据权利要求2所述的一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置，其特征在于：所述架体上水平设有一连接臂，所述连接臂上开设有轴承安装孔，一垂直于连接臂的转轴通过安装在轴承安装孔内的轴承与连接臂转动连接，所述悬臂梁一端与转轴垂直连接并可随转轴一同旋转，测距传感器连接于悬臂梁另一端。

4.根据权利要求3所述的一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置，其特征在于：所述转轴穿过轴承内圈并与其固定连接，所述悬臂梁上开设穿孔，并套设在转轴上，在转轴上还套设有上压板和下压板，上压板和下压板分别位于悬臂梁外侧和连接臂外侧以将悬臂梁压紧在连接臂上。

5.一种往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测方法，其特征在于，采用如权利要求1~4任一所述的往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置进行检测，包括以下步骤：

步骤a：先将整圈紧固螺栓从缸体上的螺纹孔由内侧旋至缸体外侧，且紧固螺栓旋入到底后，再将缸盖上的通孔与各个紧固螺栓一一对应，通过螺母与紧固螺栓的配合将缸盖锁紧到缸体上，最后施加10%的额定扭矩按预设加载顺序逐个旋紧螺母，将此时的螺栓作为初始伸长状态；

步骤b：将所述的往复泵缸盖整圈紧固螺栓伸长量分散度检测装置安装到缸盖上，使得吸附组件吸附在缸盖上，且悬臂梁的旋转中心位于整圈紧固螺栓所围成的圆的中心；

步骤c：手动低速旋转悬臂梁，在旋转过程中，通过信号采集系统采集测距传感器记录的各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤d：在步骤c采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以30%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤e：在步骤d采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以60%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤f：在步骤e采集完整圈的螺栓杆部端面与测距传感器间的距离后，以100%的额定扭矩继续按照预设加载顺序逐个旋紧整圈的螺母，并重复步骤c，采集各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离；

步骤g：当步骤f完成后，统计10%、30%、60%、100%额定扭矩状态下对应的各个螺栓杆部端面与测距传感器间的距离，分别记为d1、d2、d3、d4，取△d1=d1-d2，△d1表示紧固螺栓在30%额定扭矩下的伸长量，取△d2=d1-d3，△d2表示紧固螺栓在60%额定扭矩下的伸长量，取△d3=d1-d4，△d3表示紧固螺栓在100%额定扭矩下的伸长量，对各个紧固螺栓的△d1、△d2、△d3进行统计学分析，获得整圈螺栓杆部伸长量的分散度。

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