CN111537358B - 一种拉力试验机及其牵引机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拉力试验机及其牵引机构，属于拉力检测设备领域。牵引机构包括机座、传动丝杆和驱动机组；传动丝杆有相互平行的两个，两个传动丝杆和机座之间均通过传动筒连接，所述传动筒转动连接在机座上并与机座轴向固定，所述驱动机组固定在所述机座上，所述传动筒上固定套设有传动齿轮，所述驱动机组包括同时驱动两个传动齿轮的两个蜗杆。拉力机还包括位于牵引机构的下方的立柱和沿竖直方向依次设置的液压座、上钳口和下钳口；下钳口固定在立柱上；液压座上固定有液压机，液压机的液压杆与上钳口固定连接。本发明解决了大拉力下液压机行程受限、不能适应的多种产品的抗拉检测的问题，节约了成本，较少了设备故障。

Description

一种拉力试验机及其牵引机构

技术领域

本发明涉及拉力检测设备技术领域，尤其涉及一种拉力试验机及其牵引机构。

背景技术

大型的螺栓常在风力发电、各种重型机械和桥梁等建筑结构中作为紧固件使用，如果其强度不够，造成的安全事故损失也更为严重，因此，需要对其抗拉强度进行检测。大型螺栓的公称直径最大可以超过72mm，能够承受的拉力也能够达到百吨级别。在进行拉力测试时，需要提供5000KN的拉力才能确保测试的顺利完成。

在进行产品抗拉或者抗压试验时，往往采用液压机进行，但是不同产品需要的拉力位置不同，液压机拉压的行程不宜太长，太长相应的液压配套设备成本会增加很多；且不利于精确控制。并且，传统的检测设备难以达到大拉力下的检测。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种拉力试验机及其牵引机构，其解决了现有技术中存在的大拉力下液压机行程受限、不能适应的多种产品的抗拉检测的问题。

根据本发明的实施例，本发明提出了一种牵引机构，其特征在于，包括机座、传动丝杆和驱动机组；所述传动丝杆有相互平行的两个，两个传动丝杆和机座之间均通过传动筒连接，所述传动筒转动连接在机座上并与机座轴向固定，所述传动丝杆穿过所述传动筒并与传动筒螺纹连接；所述驱动机组固定在所述机座上，所述传动筒上固定套设有传动齿轮，所述驱动机组包括驱动电机、驱动轴、两个摩擦驱动组件和同时驱动两个传动齿轮的两个蜗杆；

所述驱动轴通过驱动电机带动，两个蜗杆分别通过摩擦驱动组件与驱动轴两端连接；所述摩擦驱动组件包括套设在驱动轴上的传动花键、套环、固定环、压缩弹簧、挡环和两个摩擦环；所述套环沿驱动轴轴向滑动连接在驱动轴上并随驱动轴转动，所述固定环固定在驱动轴上，所述压缩弹簧套位于套环和固定环之间，两个摩擦环和传动花键位于挡环和套环之间，且两个摩擦环通过压缩弹簧分别挤紧在传动花键的两端，所述蜗杆与所述传动花键传动连接。

同时还提出了一种包括上述牵引机构的拉力试验机，该方案还包括位于牵引机构下方的若干与所述传动丝杆平行的立柱和沿立柱长度方向依次设置的液压座、上钳口和下钳口；所述液压座和上钳口滑动连接在立柱上，所述下钳口固定在立柱上；所述上钳口和下钳口相对的面设有放置拉伸夹具的槽口；所述液压座上固定设有液压机，所述液压机的液压杆与所述上钳口固定连接；所述液压座与所述机座连接。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明利用两个丝杆进行驱动，不直接在机座上加工与丝杆配合的螺纹，而是利用传动筒传动，一方面是更好加工；另一方方面也是方便设置驱动机组，避免丝杆本身的转动连接，使其可以承受更大的力。通过驱动机组同时驱动两个丝杆结构带动机座的直线运动，可以使机座在受较大的力的时候，对丝杆的偏向力少，长期工作中不易发生变形。利用牵引机构的上下，控制液压座的位置，上钳口的位置也随之改变，间接增加了液压杆的行程，降低了成本，进而适应了不同长度的多种产品的拉力测试，也更有利于实现大规格的拉力测试。

附图说明

图1为本发明实施例拉力机的整体结构示意图。

图2为本发明实施例种驱动机组的简易俯视图。

图3为传动筒处的局部剖视图。

图4为摩擦驱动组件的内部结构示意图。

图5为套环和驱动轴的连接示意图。

图6为驱动环和压缩环的对应关系原理图。

图7为驱动环和压缩环共同转动时的配合示意图。

图8为驱动环和压缩环相对转动时的配合示意图。

上述附图中：立柱1、机座2、传动丝杆3、驱动机组4、液压座5、上钳口6、下钳口7、传动筒21、承力环22、传动齿轮23、驱动电机41、驱动轴42、蜗杆43、摩擦驱动组件44、减速结构45、液压杆51、上压座52、工装槽61、下压座62、摩擦环441、传动花键442、压缩弹簧443、固定环444、套环445、轴销445a、条孔445b、保护筒446、自转环446a、驱动环447、第二螺旋面447a、台阶447b、压缩环448、第一螺旋面448a、挡凸448b、挡环449。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1-3所示，本发明实施例提出了一种牵引机构，包括机座2、传动丝杆3和驱动机组4；所述传动丝杆3有相互平行的两个，两个传动丝杆3和机座2之间均设有传动筒21，所述传动筒21转动连接在机座2上，所述传动丝杆3穿过所述传动筒21并与传动筒21螺纹连接；所述驱动机组4固定在所述机座2上，所述传动筒21上固定有传动齿轮23，所述驱动机组4包括同时驱动两个传动齿轮23的两个蜗杆43。负载连接在机座2上，本发明的采用两个传动丝杆3配合，将负载牵引，传动丝杆3主要受轴向力，不易发生变形；当驱动机组4通过传动齿轮23同时驱动传动筒21转动时，机座2本身被传动丝杆3带动上下。

在具体设置时，如图2和图4所示，所述驱动机组4还包括驱动电机41、驱动轴42和两个摩擦驱动组件44；所述驱动轴42通过驱动电机41带动，两个蜗杆43分别通过摩擦驱动组件44与驱动轴42两端连接；所述摩擦驱动组件44包括套设在驱动轴42上的传动花键442和两个摩擦环441；两个摩擦环441分别通过压缩弹簧443分别挤紧在传动花键442的两侧；所述蜗杆43与所述传动花键442传动连接。因设备位置、传动位置或者速率微小偏差时，机座2会发生倾斜，但即使时很小的倾斜，也会在后续传动中卡住。丝杆的加工，虽然目前滚压可以有比较高的精度的，但是在承受大载荷时，需要的丝杆的直径较粗，螺纹的厚度较高，加工不易。最主要的是传动筒21的加工和安装，也需要很高的精度配合，很难加工，要达到两个丝杆完全一致的活动，加工成本很高。并且在做拉力试验时，机座2作为液压座5的受力基础，是需要受很大的力的，传动丝杆3及其配合的结构在长期的使用中会发生微小的形变。长期的工作过程中，可能会发生细微的变形，进而卡住，损伤驱动结构。因此，本发明利用两个摩擦环441夹住传动花键442，利用弹簧给予的压力产生传动时的摩擦力。两个丝杆结构均采用摩擦传动的方式，当机座2卡住时，摩擦力不足以驱动传动筒21转动，传动花键442和摩擦环441之间相互转动，驱动轴42和传动花键442之间也就相互转动，不会因为强行驱动而导致设备或者传动结构的损伤。所述传动花键442和蜗杆43之间设有减速结构45。本发明所提供的不是生产设备，对提升效率的要求低。减速结构45可以通过牺牲转速放大摩擦力，蜗杆43传动本身也具有减少转速的作用，使得驱动传动筒21的力量足够大，通常的减速箱便能实现。值得说明的是，牵引机构本身不直接在测试时提供拉力，而是在调整位置时，带动机座2、液压座5和上钳口6的活动，因此所需的转矩并不是很大。若是机座2上升时卡顿，有些微的倾斜，那么机座2较高的一端就会传动停滞打滑，而较低的一端继续传动，将机座2拉回水平的位置，原本高的一端又恢复传动，还是能够顺利实现整体的上升。将原本同时驱动的两个轴分开工作了，提高了自身的调整能力。液压座5是滑动连接在四个立柱1上的，四个立柱1起导向作用并承受水平方向上的分力，液压座5并不受机座2倾斜的影响，始终给予竖直方向上的力。

优选的，所述驱动轴42的两端均设有挡环449；所述摩擦驱动组件44还包括套环445、固定环444和压缩弹簧443，所述压缩弹簧443套位于套环445和固定环444之间，所述套环445沿驱动轴42轴向滑动连接在驱动环447上，所述固定环444固定在驱动轴42上，两个摩擦环441和传动花键442位于挡环449和套环445之间。套环445和固定环444为弹簧提供了安装位置，固定环444也可以用轴肩代替。挡环449和固定环444分别受两个大小相同的方向相对的力，驱动轴42本身可以不借助外力将传动花键442夹加紧，轴向力在内部抵消，方便其他传动结构的安装。套环445的滑动连接方式可以通过轴销445a和条孔445b的配合方实现，如图5所示，也可以通过间隙配合的键连接方式实现。

优选的，所述传动筒21穿过所述机座2，且传动筒21位于机座2两端的部分均设有防止传动筒21窜出机座2的承力环22。传动筒21本身，主要是在测试产品时和拉动上升时受到传动丝杆3的支撑力和机座2向下的压力，传动筒21下部的承力环22可以一体成型，保证强度；而下降时，上部的承力环22也几乎不受大的力，可以用可拆卸连接的方式设置，方便自身和其他传动结构的安装，机座2上也可以设置与之配合的沉台。

上升和下降时，驱动轴42需要提供的不同的转矩，所述与传动花键442配合的外还设有保护筒446，所述压缩弹簧443和所述固定环444之间设有压缩环448和驱动环447，所述驱动环447外设有若干斜齿，所述保护筒446内部设有与斜齿配合的若干凹槽，所述保护筒446内在驱动环447移动方向还设有容纳驱动环447并转动连接在保护筒446内壁的自转环446a，自转环446a中也有与斜齿配合的凹槽，所述压缩环448位于驱动环447和压缩弹簧443之间，所述压缩环448沿驱动轴42轴向滑动连接在驱动轴42上并随驱动轴42转动。下面结合附图对其工作原理进行进一步阐述，当上升时，驱动轴42和与传动花键442配合的轴发生相对转动，这时，保护筒446和驱动环447也会发生相对转动，相应的保护筒446内壁就会给予驱动环447向压缩弹簧443的方向活动，进而压缩压缩弹簧443增大压力，增大驱动的摩擦力。摩擦力不能无限增大，这样弹簧会损坏，也失去了保护的意义；因此，要有当驱动环447活动到自转环446a的位置时，由于自转环446a是和保护筒446的内壁转动连接的，驱动环447就带动自转环446a在保护筒446内转动，而不再继续推动压缩环448了，保证弹簧的压缩仍在正常使用范围内；此时，用以驱动的摩擦力也达到最大。当负载降低时，驱动轴42和保护筒446之间没有相互转动，弹簧的弹力将驱动环447推回，对摩擦环441的压力减小。这样也不用始终保持最大压力，保证弹簧的长期使用。要注意的是，通过上述原理促使弹簧压缩的方向应当与驱动液压座5上升时的驱动方向保持一致。

在驱动环447压缩的过程中，需要它相对于驱动轴42轴向滑动连接，这样才不会随保护筒446转动。在弹簧将驱动环447推回的时候，又需要它能够相对于驱动轴42转动，因为推回时，驱动轴42不再与保护筒446相对转动，推动和负载造成的转动力小于摩擦力的时候可能导致推不动；并且推回时，驱动环447的斜齿也不一定是与保护筒446内壁上不动的凹槽对应的，回复过程依赖于位移变动的累积，回复缓慢。因此，在具体安装过程中，如图6所示，所述压缩环448面向驱动环447的一端设有第一螺旋面448a，所述驱动环447面向压缩环448的一端设有与所述螺旋面接触配合的第二螺旋面447a，第一螺旋面448a的长度小于第二螺旋面447a长度，所述第二螺旋面447a上设有挡凸448b，所述挡凸448b沿压缩环448轴向凸出第二螺旋面447a外，所述第一螺旋448a面上设有凹槽状的台阶447b，供挡凸448b活动，台阶447b底部始终不与挡凸448b接触。图6-8为原理展示图，挡凸448b处在最低的台阶447b位置活动。驱动环447与驱动轴42间隙配合，可以实现在驱动轴42上滑动或者绕驱动轴42转动，如图7所示，当压缩驱动轴42和保护筒446发生相对转动时，压缩环448和驱动环447发生相对转动，图7中箭头表示压缩环448的转动方向，当驱动环447转动至第二螺旋面447a侧面和挡凸448b接触后，驱动环447和压缩环448之间不可再相互转动，这时，压缩环448带动驱动环447相对于保护筒446转动，驱动环447在斜齿和凹槽的配合小向压缩压缩弹簧443的方向移动。当驱动轴42和与传动花键442配合的轴相对转动结束，这时，斜齿和凹槽的配合不再给予驱动环447向压缩弹簧443的力。但是，弹簧给予压缩环448的力会促使驱动环447上的第二螺旋面447a在压缩环448上的第一螺旋面448a滑动。如图8所示(图8中箭头表示驱动环447相对于压缩环448的转动方向)，而压缩环448不能相对于驱动轴42转动，只能驱动环447转动，驱动环447转动到一个斜齿与保护筒446内壁凹槽对应的位置时，在压缩弹簧443的压力下，驱动环447再次被挤入与保护筒446内壁凹槽脱离转动环，达到压缩弹簧443的位置，压缩弹簧443变长，恢复正常水平。经过上述过程，完成对摩擦力和压缩弹簧443随负载一定范围内的调节和及时回复。一般情况下，在液压座下降时的转向上很少卡住，因为重力原因液压座可以起到一定的自调节作用。但是卡住后，又需要驱动环447和压缩环448之间相互转动，强行驱动，至少会损坏压缩环448，为防万一，可以限制驱动环447在压缩弹簧443伸长方向上的活动距离，当伸长到一定程度后，驱动环447在侧壁的作用下继续移动一定距离，而压缩环448被限制而使二者脱离，驱动环447随与蜗杆传动连接的轴转动，压缩环448随驱动轴42转动。压缩环448和驱动轴42可以采用轴销和条孔的方式实现移动距离的限制。值得说明的是，本发明所需要的压缩弹簧443调节的距离小，压缩环448只需在小范围内移动即可。

基于上述牵引结构，本发明还提出了一种拉力试验机，还包括位于牵引机构的下方若干平行的立柱1和沿竖直方向依次设置的液压座5、上钳口6和下钳口7；所述液压座5和上钳口6滑动连接在立柱1上，所述下钳口7固定在立柱1上；所述上钳口6和下钳口7相对的面设有放置拉伸夹具的工装槽61；所述液压座5上固定设有液压机，所述液压机的液压杆51与所述上钳口6固定连接；所述液压座5与所述机座2铰接或者固定连接。

当需要进行拉力试验时，先根据产品，通过牵引机构将液压做和上钳口6调整至合适的位置，安装好工装并放置好产品之后，开始拉伸，拉伸过程中，牵引机构不再工作，只由传动丝杠3提供受力基础；液压座5内的液压设备提供拉力。立柱1用于保证液压座5本身是足够水平的，以及拉力的方向始终是与立柱1平行的。机座2和液压座5可以铰接，铰接轴垂直于两个传动丝杠3所在的平面，即便是机座2发生了轻微的卡顿调整，也不会给液压座5轴向的力。也可以上通过间隙配合的卡接形式，可以容纳机座2卡顿调整时带来的水平方向上的微小影响即可。或者其他不影响卡顿调整的方式。

所述上钳口6上表面还固定有下压座62，所述液压座5下表面固定设有与下压座62对应的上压座52。上压座52和下压座62之间形成压缩空间，可以作抗压测试。

优选的，两个工装槽61分别贯穿上钳口6和下钳口7的其中一个侧面。工装槽61贯穿侧侧面，可以方便安装和拆卸工装，直接从侧面卡进然后通过可拆卸的挡板挡住即可。由于受力方向在竖直方向，因此只需将工装槽61稍微向拉力方向倾斜，就不会出现脱出的现象。

优选的，所述液压杆51有两个，分别位于上压座52的两侧。两个液压杆51的位置与传动丝杆3位置基本对应，可以通过两个液压缸实现，也可以共用一个缸体。两个配合可以避开中间安装下压座62位置的同时工作时不受偏向力。

本发明通过丝杆牵引改变液压座5受力基础位置，配合液压设备自身的拉伸与压合，间接增加了液压结构本身的行程，将相关的安全检测等均以液压座5为基础设立，也不会对整体的性能造成任何影响。工装采用如图1下部的结构，试验在密闭空间内进行，并配备又视频监控系统，保证安全且时刻观测到工件拉压情况。利用摩擦传动方式，形成传动结构的自我保护，同时也对牵引机构形成保护，与双丝杆配合，降低了丝杆整体对精度的要求，降低了成本。间接增加了牵引机构的寿命，使丝杆驱动行程间接增加液压驱动行程成为可能。在牵引机构的配合下，本发明所提供的拉力机能够实现的最大长度1.5m以上，直径80mm以上的产品的拉力测试，提供拉力达到5000KN时仍能保持稳定可靠运行；完全满足常规大型工件的拉压测试。本发明提供的拉力机采用立式结构，放置和取出工件更为方便。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种牵引机构，其特征在于，包括机座、传动丝杆和驱动机组；所述传动丝杆有相互平行的两个，两个传动丝杆和机座之间均通过传动筒连接，所述传动筒转动连接在机座上并与机座轴向固定，所述传动丝杆穿过所述传动筒并与传动筒螺纹连接；所述驱动机组固定在所述机座上，所述传动筒上固定套设有传动齿轮，所述驱动机组包括驱动电机、驱动轴、两个摩擦驱动组件和同时驱动两个传动齿轮的两个蜗杆；

所述驱动轴通过驱动电机带动，两个蜗杆分别通过摩擦驱动组件与驱动轴两端连接；所述摩擦驱动组件包括套设在驱动轴上的传动花键、套环、固定环、压缩弹簧、挡环和两个摩擦环；所述套环沿驱动轴轴向滑动连接在驱动轴上并随驱动轴转动，所述固定环固定在驱动轴上，所述压缩弹簧位于套环和固定环之间，两个摩擦环和传动花键位于挡环和套环之间，且两个摩擦环通过压缩弹簧分别挤紧在传动花键的两端，所述蜗杆与所述传动花键传动连接。

2.如权利要求1所述的一种牵引机构，其特征在于，所述传动花键和蜗杆之间设有减速结构。

3.如权利要求2所述的一种牵引机构，其特征在于，所述传动筒穿过所述机座，且位于机座两端的部分均设有防止传动筒窜出机座的承力环。

4.一种拉力试验机，其特征在于：包括如权利要求1-3任一项所述的牵引机构；还包括位于牵引机构下方的若干与所述传动丝杆平行的立柱和沿立柱长度方向依次设置的液压座、上钳口和下钳口；所述液压座和上钳口滑动连接在立柱上，所述下钳口固定在立柱上；所述上钳口和下钳口相对的面设有放置拉伸夹具的工装槽；所述液压座上固定设有液压机，所述液压机的液压杆与所述上钳口固定连接；所述液压座与所述机座铰接或者间隙配合卡接。

5.如权利要求4所述的一种拉力试验机，其特征在于，所述上钳口上表面还固定有下压座，所述液压座下表面固定设有与下压座对应的上压座。

6.如权利要求5所述的一种拉力试验机，其特征在于，两个工装槽分别贯穿上钳口和下钳口的其中一个侧面。

7.如权利要求6所述的一种拉力试验机，其特征在于，所述液压杆有两个，分别位于上压座的两侧。

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