CN116499733A - 一种螺栓松动综合试验台及螺栓松动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种螺栓松动综合试验台及螺栓松动检测方法，该试验台包括试验台本体，所述试验台本体包括用于安装待测螺栓的试验平台，对所述试验平台施加载荷的液压装置，以及用于对待测螺栓施加预紧力的电动装置，所述试验平台上设有一个用于检测螺栓松动状况的检测装置，所述液压装置、检测装置和电动装置均与处理器电连接。本发明可同时对不同类型和规格的螺栓进行测试，且无需在每个螺栓上安装传感器或垫圈。

Description

一种螺栓松动综合试验台及螺栓松动检测方法

技术领域

本发明属于工程机械领域，尤其涉及一种螺栓松动综合试验台及螺栓松动检测方法。

背景技术

螺栓作为一种常见的紧固件，由于其具备易加工、拆卸方便、承载高、可靠性好等诸多优点，广泛用于机械、航空航天、铁路交通、矿山装备等领域。螺栓在服役时由于受到振动、冲击或其他环境因素作用时，螺栓容易松动。机械设备失效形式的70%—90%与螺栓连接有直接关系。因此，需要在螺纹紧固件的失效机理、防松机理、选型设计方法、拧紧力矩控制方法、防松结构等方面开展深入的基础研究工作，以提升螺纹连接结构可靠性，提升产品性能。

螺栓松动综合试验台是一种用于为开发检测和预防大型设备、机组关键位置的连接部紧固螺栓松动的设备的装置，它可以调整螺栓的预紧力、轴力等参数，为机组、设备的健康管理和智能化运维提供数字化支撑。

如中国发明专利CN109374248A公开了一种螺栓松动试验装置，包括试验机和驱动控制组件，试验机包括运动板、固定板和监测部件，运动板与固定板平行设置，运动板与固定板之间具有间隙，运动板上贯穿设有第一模拟接触块，固定板上贯穿设有与第一模拟接触块相对设置的第二模拟接触块，第一模拟接触块具有第一通孔，第二模拟接触块具有与第一通孔对应连通的第二通孔，被测螺栓可依次穿过第一通孔与第二通孔后与被测螺母连接，监测部件包括第一监测件，第一监测件与被测螺母连接，驱动控制组件与运动板连接。但该专利需要在每个螺栓上安装传感器、不能对多个螺栓同时进行测试和分析等情况，致使成本和安装难度增加，效率低等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种可同时对不同类型和规格的螺栓进行测试，且无需在每个螺栓上安装传感器或垫圈的螺栓松动综合试验台及螺栓松动检测方法。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种螺栓松动综合试验台，该试验台包括试验台本体，所述试验台本体包括用于安装待测螺栓的试验平台，对所述试验平台施加载荷的液压装置，以及用于对待测螺栓施加预紧力的电动装置，所述试验平台上设有检测装置，所述试验平台包括第一法兰盘和设置在第一法兰盘上的第二法兰盘，所述检测装置通过获取第一法兰盘和第二法兰盘之间结合面的间隙参数从而检测出待检测螺栓的松动状况；待测螺栓的螺杆从第一法兰盘的下端面穿入并从第二法兰盘的上端面穿出，所述螺杆通过螺母固定在第二法兰盘的上端面；

所述电动装置包括用于套设在所述螺母上的套筒，所述套筒连接在扭矩扳手上，所述扭矩扳手通过连接机构与直线电机连接；

所述液压装置、检测装置和直线电机均与处理器电连接。

由此，本发明可将不同类型和规格的待测螺栓安装在试验平台的法兰盘上，检测装置通过法兰盘之间结合面的间隙参数检测出螺栓松动状况；通过液压装置可对试验平台上的待测螺栓施加不同大小和方向的载荷，可以模拟不同工况下螺栓受力情况进行试验；采用电动装置可以改变待测螺栓所受预紧力的大小，可以模拟不同预紧力下螺栓松动状况，从而提高了测试结果的有效性。

进一步，所述处理器包括用于控制液压装置对螺栓施加不同工况的液控装置，用于控制电动装置调节螺栓所受预紧力的电控装置，以及用于对所述检测装置检测到的间隙参数进行分析和显示的数据处理装置，所述液控装置的输出端与液压装置接收端电连接，所述电控装置的输出端与直线电机的接收端电连接，所述检测装置的输出端与数据处理装置的输入端电连接。

再进一步，所述电动装置还包括一个升降台，所述直线电机安装在升降台上，所述电控装置的输出端与升降台的接收端电连接。

更进一步，所述液压装置包括设置在试验平台上方的油缸，所述油缸的上部连接有油泵，所述油缸的下端通过活塞杆与所述试验平台的上端面接触。

此外，所述试验平台的外周设有数根竖直设置的导向杆，所述导向杆竖直设置，数根所述导向杆之间通过一个活动板连接，所述活动板可沿所述导向杆的长度方向滑动，所述活塞杆固定在活动板的上端面，所述活动板的下端面通过连接件与所述试验平台连接。

此外，所述检测装置采用磁吸的方式与所述第一法兰盘和/或第二法兰盘连接。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用如上所述的螺栓松动综合试验台进行螺栓松动检测的方法，包括如下步骤：

步骤一，通过电动装置的套筒和扭矩扳手将试验平台上的待测螺栓螺母对以预定预紧力拧紧；

步骤二，调整电动装置使扭矩扳手与地面平行；

步骤三，启动检测装置开始检测螺栓松动状况；

步骤四，启动液压装置和电动装置开始对待测螺栓螺母施加载荷和预紧力；

步骤五，从处理器读取检测装置收集的实验数据；

步骤六，当一个螺栓试验完成后，转动试验平台更换下一个待测螺栓螺母，并重复步骤一至步骤五。

有益效果：

本发明采取试验平台上法兰盘与活塞压接固定结构，法兰盘、固定螺栓适应各规格螺栓，拓展了试验范围。

本发明采用液压装置可对螺栓施加不同大小和方向的载荷、液控装置对螺栓施加不同的工况，可以模拟不同工况下螺栓受力情况进行试验，提高了测试结果的可靠性。

本发明采用电动装置可以改变螺栓所受预紧力的大小、电控装置控制调节螺栓所受的预紧力，可以模拟不同预紧力下螺栓松动状况，提高了测试结果的有效性；由于监测螺栓松动紧固面的间隙，可以监测不同点位受螺栓松动的影响，提高了测试效率。

本发明通过在法兰盘上安装检测装置，无需在螺栓上安装传感器或垫圈，降低了成本和安装难度。

附图说明

图1为本发明的螺栓松动综合试验台结构示意图；

图2为本发明的试验平台结构示意图；

图3为本发明的液压装置结构示意图；

图4为本发明的电动装置结构示意图。

图中标记说明：1、试验平台；2、液压装置；3、液控装置；4、电动装置；5、电控装置；6、检测装置；7、数据处理装置；8、底板；9、螺母；10、导向杆；11、活动板；12、活塞杆；13、顶板；14、油泵；15、油缸；16、连接件；17、套筒；18、扭矩扳手；19、连接机构；20、直线电机；21、升降台；30、试验台本体；91、第一法兰盘；92、第二法兰盘。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。

如图1和图2所示，本发明的一种螺栓松动综合试验台包括试验台本体30，所述试验台本体30包括底板8和顶板13，所述底板8和顶板13之间通过数根竖直方向设置的导向杆10连接，数根所述导向杆10之间通过一个活动板11连接，所述活动板11可沿所述导向杆10的长度方向滑动，所述底板8和活动板11之间设有用于安装待测螺栓的试验平台1，所述试验平台1上设有检测装置6，所述试验平台1包括第一法兰盘91和设置在第一法兰盘91上的第二法兰盘92，所述检测装置6通过获取第一法兰盘91和第二法兰盘92之间结合面的间隙参数从而检测出待检测螺栓的松动状况，法兰盘可固定各规格螺栓，拓展了试验范围。待测螺栓的螺杆从第一法兰盘91的下端面穿入并从第二法兰盘92的上端面穿出，所述螺杆通过螺母9固定在第二法兰盘92的上端面。具体地，所述第一法兰盘91通过连接件16与底板8连接，所述第二法兰盘92通过上端面通过连接件16与活动板11连接，从而使得试验平台1的位置固定，便于检测。优选地，所述检测装置6采用磁吸的方式与法兰盘连接，所述检测装置6用于检测第一法兰盘91和第二法兰盘92之间结合面的间隙参数，即螺栓松动或者预紧时法兰盘的结合面间隙会产生变化，通过检测装置6的间隙传感器监测间隙的变化实现螺栓松动的监测。且某一螺栓松动时，影响整体结合面间隙的变化，因此传感器的布置的数量不用每个螺栓对应一个传感器，六个螺栓采用两个传感器即可实现螺栓松动状态的监测。采用磁吸安装检测装置6，无需在螺栓上安装传感器或垫圈，降低了成本和安装难度。

如图1和图3所示，所述顶板13上安装有对所述试验平台1施加载荷的液压装置2，所述液压装置2包括设置在试验平台1上方的油缸15，所述油缸15的上部连接有油泵14，所述油缸15的下端通过活塞杆12与所述试验平台1的上端面接触。具体地，所述导向杆10设置在试验平台1的外周，数根所述导向杆10之间通过一个活动板11连接，所述活动板11可沿所述导向杆10的长度方向滑动，所述活塞杆12固定在活动板11的上端面，所述活动板11的下端面通过连接件16与所述试验平台1连接。液压装置2与试验平台1通过导向杆10结合在一起组成螺栓松动装置。

如图1和图4所示，所述试验台本体30还包括一个用于对待测螺栓施加预紧力的电动装置4，所述电动装置4包括用于套设在所述螺母9上的套筒17，所述套筒17连接在扭矩扳手18上，所述扭矩扳手18通过连接机构19与直线电机20连接。为了方便调整所述扭矩扳手18，所述电动装置4还包括一个升降台21，所述直线电机20安装在升降台21上。预紧力的施加通过直线电机20驱动带动滚珠丝杠结构组成的直线模组将旋转运动转化为直线运动，直线模组上滑块带动连接机构19转动，连接机构19驱动力矩扳手18对螺栓施加预紧力矩。其优点在于：预紧力矩的大小可以通过力矩扳手18进行调节。施加的快慢可以通过调节电控装置来控制电机行程、运行速度、运行加速度及循环次数，从而实现快速拧紧螺栓或者缓慢松动螺栓，螺栓的预紧力施加完全自动化，无需人工拧紧。

如图1和图4所示，所述液压装置2、检测装置6、直线电机20和升降台21均与处理器电连接。具体地，所述处理器包括用于控制液压装置2对螺栓施加不同工况的液控装置3，用于控制电动装置4调节螺栓所受预紧力的电控装置5，以及用于对所述检测装置6检测到的间隙参数进行分析和显示的数据处理装置7。所述液控装置3可以调节力的加载、模拟振动等等。所述电控装置5为直线电机20的控制箱，可以控制直线电机20的行程、运动速度、加速度等。所述液控装置3的输出端与液压装置2接收端电连接，所述电控装置5的输出端与直线电机20和升降台21的接收端电连接，所述检测装置6的输出端与数据处理装置7的输入端电连接，优选地，所述检测装置6的输出端与数据处理装置7的输入端采用无线传输方式，在振动环境下，优于有线传输方法。本实施例中所述液压装置2和液控装置3组成液压系统，电动装置4和电控装置5组成电动系统，检测装置6和数据处理装置7组成监测系统。螺栓的松动可以通过两种方式实现：第一、通过直线电机驱动带动力矩扳手松动螺栓且螺栓的松动速度同样可以通过直线电机进行调节，实现螺栓在无外载条件下松动。第二、通过液控装置产生轴向振动，在轴向振动环境下使螺栓产生松动，且轴向振动的频率可以调节，实现螺栓在不同轴向振动频率条件下的松动。

采用本实施例的螺栓松动综合试验台进行螺栓松动检测的方法如下：

首先，如图4所示，通过扭矩扳手18和套筒17将试验平台1上的螺栓螺母对以预定预紧力拧紧。

其次，利用升降台21将直线电机20和连接机构19抬升，使用螺栓螺母将扭矩扳手18和连接机构19固结，继续调整升降台21，使扭矩扳手18与地面平行。

再次，如图1所示，根据实验条件设定电控装置5和液控装置3的参数。

然后，安装检测装置6，将检测装置6与数据处理装置7连接，并开始检测。

然后，根据实验要求，启动电控装置5和液控装置3，从而得到相应的实验数据。

最后，当一个螺栓试验完成后，转动试验平台1更换下一个待测螺栓螺母，并重复步骤一至步骤五。

本实施例的螺栓松动综合试验台是一种用于为开发检测和预防大型设备、机组关键位置的连接部紧固螺栓松动的设备的装置，它可以调整螺栓的预紧力、轴力及模拟工况等参数，为机组、设备的健康管理和智能化运维提供数字化支撑。该试验台结构组成简单，实现方式不复杂，由直线电机、连接机构、力矩扳手、螺栓连接法兰盘、液压控制系统、螺栓松动监测系统、升降移动平台组成。其中直线电机提供动力源，直线电机的直线模组将电机的旋转运动转化为直线运动，直线模组上滑块带动连接机构转动，连接机构带动力矩扳手的往复运动。螺栓连接法兰盘装夹在液压控制系统处。直线模组通过螺栓紧固在升降移动平台上，可以调节试验装置的位置和高度，较灵活自由。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种螺栓松动综合试验台，包括试验台本体（30），所述试验台本体（30）包括用于安装待测螺栓的试验平台（1），对所述试验平台（1）施加载荷的液压装置（2），以及用于对待测螺栓施加预紧力的电动装置（4），其特征在于，所述试验平台（1）上设有检测装置（6），所述试验平台（1）包括第一法兰盘（91）和设置在第一法兰盘（91）上的第二法兰盘（92），所述检测装置（6）通过获取第一法兰盘（91）和第二法兰盘（92）之间结合面的间隙参数从而检测出待检测螺栓的松动状况；待测螺栓的螺杆从第一法兰盘（91）的下端面穿入并从第二法兰盘（92）的上端面穿出，所述螺杆通过螺母（9）固定在第二法兰盘（92）的上端面；

所述电动装置（4）包括用于套设在所述螺母（9）上的套筒（17），所述套筒（17）连接在扭矩扳手（18）上，所述扭矩扳手（18）通过连接机构（19）与直线电机（20）连接；

所述液压装置（2）、检测装置（6）和直线电机（20）均与处理器电连接。

2.根据权利要求1所述的螺栓松动综合试验台，其特征在于，所述处理器包括用于控制液压装置（2）对螺栓施加不同工况的液控装置（3），用于控制电动装置（4）调节螺栓所受预紧力的电控装置（5），以及用于对所述检测装置（6）检测到的间隙参数进行分析和显示的数据处理装置（7），所述液控装置（3）的输出端与液压装置（2）接收端电连接，所述电控装置（5）的输出端与直线电机（20）的接收端电连接，所述检测装置（6）的输出端与数据处理装置（7）的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的螺栓松动综合试验台，其特征在于，所述电动装置（4）还包括一个升降台（21），所述直线电机（20）安装在升降台（21）上，所述电控装置（5）的输出端与升降台（21）的接收端电连接。

4.根据权利要求1所述的螺栓松动综合试验台，其特征在于，所述液压装置（2）包括设置在试验平台（1）上方的油缸（15），所述油缸（15）的上部连接有油泵（14），所述油缸（15）的下端通过活塞杆（12）与所述试验平台（1）的上端面接触。

5.根据权利要求4所述的螺栓松动综合试验台，其特征在于，所述试验平台（1）的外周设有数根竖直设置的导向杆（10），数根所述导向杆（10）之间通过一个活动板（11）连接，所述活动板（11）可沿所述导向杆（10）的长度方向滑动，所述活塞杆（12）固定在活动板（11）的上端面，所述活动板（11）的下端面通过连接件（16）与所述试验平台（1）连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的螺栓松动综合试验台，其特征在于，所述检测装置（6）采用磁吸的方式与所述第一法兰盘（91）和/或第二法兰盘（92）连接。

7.一种利用如权利要求1至6任意一项所述的螺栓松动综合试验台进行螺栓松动检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，通过电动装置（4）的套筒（17）和扭矩扳手（18）将试验平台（1）上的待测螺栓螺母对以预定预紧力拧紧；

步骤二，调整电动装置（4）使扭矩扳手（18）与地面平行；

步骤三，启动检测装置（6）开始检测螺栓松动状况；

步骤四，启动液压装置（2）和电动装置（4）开始对待测螺栓螺母施加载荷和预紧力；

步骤五，从处理器读取检测装置（6）收集的实验数据；

步骤六，当一个螺栓试验完成后，转动试验平台（1）更换下一个待测螺栓螺母，并重复步骤一至步骤五。