CN205352847U - 一种螺纹紧固件保证载荷测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，包括顶推预紧装置、压力检测装置、螺柱、待测螺母、紧固装置，螺柱的下端安装于紧固装置上，所述待测螺母螺纹安装于螺柱的螺纹段上，螺柱上位于待测螺母的上方套装有套筒，套筒的下端与待测螺母顶触配合，顶推预紧装置包括顶推预紧螺母机构和第一垫片，顶推预紧螺母机构安装于螺柱的螺纹段上，第一垫片套装在螺柱上且位于预紧螺母机构和套筒之间，压力检测装置安装于螺柱或套筒上，该测试装置结构简单、加载能力强、操作简单可以实现重复使用，能适应多种大规格螺栓或螺母保证载荷测试。

Description

一种螺纹紧固件保证载荷测试装置

技术领域

本实用新型涉及到一种螺纹紧固件保证载荷测试装置。

背景技术

螺纹紧固件的保证载荷是检测螺纹紧固件力学性能的重要指标，随着炼油、化工及核电等领域装置大型化的发展，要求压力容器在高温高压下运行，这样，设备上所需的螺栓、螺母直径也相应增大，为保证连接的可靠性和安全性，需要对螺栓、螺母均提出保证载荷测试的要求。

目前大部分检测机构的拉力试验机所能提供的拉伸载荷极限为2.94×10⁶N(300t)，针对于保证载荷在2.94×10⁶N(300t)以上的大规格螺栓、螺母还没有完备的实验条件，尤其是对于直径大于39mm以上的大规格螺栓、螺母，仍没有完备的实验条件，所以大规格螺栓、螺母的保证载荷测试一直以来都是紧固件性能测试方面的技术难题。另外，传统的螺纹紧固件保证载荷的测试装置都是仅能针对某种特定规格的螺栓、螺母进行保证载荷测试，当待测螺栓、螺母的规格发生变化时，就需要重新选用螺纹紧固件保证载荷测试装置，这给螺纹紧固件保证载荷测试带来极大的不便，设计一种能够适应多种规格螺栓、螺母保证载荷测试装置成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，该测试装置结构简单、加载能力强、操作简单可以实现重复使用，能适应多种大规格螺栓或螺母保证载荷测试。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，包括顶推预紧装置、压力检测装置、螺柱、待测螺母、紧固装置，所述螺柱的下端安装于紧固装置上，所述待测螺母螺纹安装于螺柱的螺纹段上，所述螺柱上位于待测螺母的上方套装有套筒，所述套筒的下端与待测螺母顶触配合，所述顶推预紧装置包括顶推预紧螺母机构和第一垫片，顶推预紧螺母机构安装于螺柱的螺纹段上，第一垫片套装在螺柱上且位于预紧螺母机构和套筒之间，所述压力检测装置安装于螺柱或套筒上。

作为一种优选的方案，所述顶推预紧螺母机构包括顶推螺母和顶推螺钉，顶推螺母螺纹安装于螺柱的螺纹段上，所述顶推螺钉沿顶推螺母周向均布并安装在顶推螺母上，顶推螺钉顶紧所述第一垫片。

作为一种优选的方案，所述压力检测装置包括应变片、应变片导线，所述应变片粘贴于螺柱上，所述套筒套设于应变片的外部，套筒上设有导线槽，应变片导线从导线槽引出与应变仪连接。

作为一种优选的方案，所述压力检测装置为压式负荷传感器，所述压式负荷传感器安装于套筒和待测螺母之间并且与测力显示仪连接。

作为一种优选的方案，所述套筒为压式负荷传感器，该压式负荷传感器作为所述压力检测装置与测力显示仪连接。

作为一种优选的方案，所述压式负荷传感器与待测螺母之间还安装有第二垫片，所述第二垫片的结构与待测螺母相适应。

作为一种优选的方案，所述螺柱为双头螺柱，所述应变片粘贴于螺柱的光杆段，所述待测螺母螺纹安装于螺柱的下螺纹段，所述紧固装置包括紧固螺母机构、第三垫片、试验台、第四垫片、普通螺母，所述螺柱的下螺纹段贯穿试验台且通过紧固螺母机构、第三垫片和普通螺母紧固，第四垫片安装于试验台与普通螺母之间。

作为一种优选的方案，所述螺柱为螺栓，所述螺栓的头部朝下，所述紧固装置包括左夹具和右夹具，所述左夹具和右夹具上分别设置有用于夹持螺栓头部的夹持型腔，所述左夹具和右夹具分别与夹持动力装置连接。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：测试时，顶推预紧螺母机构向下产生顶推的压力，该压力经套筒传递至待测螺母，对螺柱产生拉伸，从而实现对待测螺母保证载荷测试，在此过程中，压力检测装置对螺柱承受的压力进行检测，双头螺柱承受的拉力即待测螺母承受的压力，该测试装置的顶推预紧螺母机构施加的顶推力可调，理论上可以达到任意顶推力，有效解决了传统方法加载能力不足的难题，并且可以实现对多种大规格待测螺母的保证载荷测试，该测试装置结构简单、加载能力强、安装方便、操作简单可以实现重复使用。

又由于所述螺柱为双头螺柱，所述应变片粘贴于螺柱的光杆段，所述待测螺母螺纹安装于螺柱的下螺纹段，所述紧固装置包括紧固螺母机构、第三垫片、试验台、第四垫片、普通螺母，所述螺柱的下螺纹段贯穿试验台且通过紧固螺母机构、第三垫片和普通螺母紧固，第四垫片安装于试验台与普通螺母之间，该种结构有利于螺纹紧固件保证载荷测试装置进行固定。

又由于所述顶推预紧螺母机构包括顶推螺母和顶推螺钉，顶推螺母螺纹安装于螺柱的螺纹段上，所述顶推螺钉沿顶推螺母周向均布并安装在顶推螺母上，顶推螺钉顶紧所述第一垫片，对待测螺母施加的顶推压力由顶推螺钉均匀分担，从而保证了待测螺母受力均匀，保障了保证载荷测试结果的准确性，并且每个顶推螺钉所收到的顶推力较小，测试稳定。

又由于所述压式负荷传感器与待测螺母之间还安装有第二垫片，所述第二垫片的结构与待测螺母相适应，一方面该垫片可以使得待测螺母受力更为均匀，保证载荷测试结果更为准确性，另一方面可以根据待测螺母的不同形状和结构使用与之相适应的垫片，从而避免了待测螺母的形状结构发生变化时需要更换压式负荷传感器的问题。

本实用新型还公开了一种螺纹紧固件保证载荷测试方法，包括以下步骤：

1)根据国标中给出的相应强度等级下待测螺母的保证应力，选取顶推螺母和螺柱，使顶推螺母和螺柱的强度等级大于待测螺母的强度等级；

2)将螺柱的下端固定于试验台上，将压力检测装置安装于螺柱上，将待测螺母、套筒、第一垫片、顶推螺母由下而上安装于螺柱上，将顶推螺钉安装于顶推螺母上且顶推第一垫片；

3)根据国标中给出的相应强度等级下待测螺母的保证应力，计算出待测螺母的理论保证载荷，以此作为保证载荷测试的目标载荷，计算出每个顶推螺钉需要提供的理论顶推力；

4)调节顶推螺钉的顶推力，使其达到理论顶推力；

5)利用压力检测装置得到试验时待测螺母的实际载荷，继续调节顶推螺钉，当待测螺母的实际载荷达到目标载荷时，保持15s；

6)卸去顶推螺钉，按国标规定的保证载荷试验检测方法检测螺纹副是否符合保证载荷要求。

作为一种优选的方案，所述压力检测装置为应变片或压式负荷传感器；

当压力检测装置为应变片时，将应变片粘贴在螺柱上并与应变仪连接；

当压力检测装置为压式负荷传感器时，将压式负荷传感器安装于套筒和待测螺母之间或直接替换套筒使用。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：由于该检测方法根据国标中给出的相应强度等级下待测螺母的保证应力，计算出待测螺母的理论保证载荷，以此作为保证载荷测试的目标载荷，计算出每个顶推螺钉需要提供的顶推力，利用扭矩扳手对顶推螺钉施加较小的扭矩，可以实现测试所需要的巨大压力，有效解决了传统加载方法加载能力不足的问题，为大规格螺纹紧固件保证载荷测试提供了有力的实验条件，加载方式简单、加载能力强。

由于所述压力检测装置为应变片或压式负荷传感器；当压力检测装置为应变片时，将应变片粘贴在螺柱上并与应变仪连接；当压力检测装置为压式负荷传感器，将压式负荷传感器安装于套筒和待测之间或直接替换套筒使用，该压力检测装置可根据实际的试验情况进行选择，通用性更强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的结构示意图；

附图中：1.顶推螺钉；2.顶推螺母；3.第一垫片；4.应变片；5.套筒；6.导线槽；7.待测螺母；8.双头螺柱；9.紧固螺钉；10.紧固螺母；11.第三垫片；12.试验台；13.第四垫片；14.普通螺母；15.第二垫片；16.压式负荷传感器；17.螺栓；18.左夹具；19.右夹具；20.螺母。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型所述的一种螺纹紧固件保证载荷测试装置及测试方法作进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，包括顶推预紧装置、压力检测装置、螺柱、待测螺母7、紧固装置，所述螺柱的下端安装于紧固装置上，所述待测螺母7螺纹安装于螺柱的螺纹段上，所述螺柱上位于待测螺母7的上方套装有套筒5，所述套筒5的下端与待测螺母7顶触配合，所述顶推预紧装置包括顶推预紧螺母机构和第一垫片3，顶推预紧螺母机构安装于螺柱的螺纹段上，第一垫片3套装在螺柱上且位于预紧螺母机构和套筒5之间，所述压力检测装置安装于螺柱或套筒5上。

本实施例中，所述顶推预紧螺母机构包括顶推螺母2和顶推螺钉1，顶推螺母2螺纹安装于螺柱的螺纹段上，所述顶推螺钉1沿顶推螺母2周向均布并安装在顶推螺母2上，顶推螺钉1顶紧所述第一垫片3，压力检测装置包括应变片4、应变片4导线，所述应变片4粘贴于螺柱上，所述套筒5套设于应变片4的外部，套筒5上设有导线槽6，应变片4导线从导线槽6引出与应变仪连接。

当然，所述压力检测装置还可以为压式负荷传感器16，所述压式负荷传感器16安装于套筒5和待测螺母7之间并且与测力显示仪连接。所述压力检测装置还可以有第三种结构，即套筒5为压式负荷传感器16，该压式负荷传感器16作为所述压力检测装置与测力显示仪连接。

所述压式负荷传感器16与待测螺母7之间还安装有第二垫片15，所述第二垫片15的结构与待测螺母7相适应，当待测螺母7的结构、形状有变化时，可以仅仅通过改变第二垫片15，实现对待测螺母7的保证载荷测试，而无需将整套测试装置进行替换。

其中所述螺柱可为双头螺柱8，所述应变片4粘贴于螺柱的光杆段，所述待测螺母7螺纹安装于螺柱的下螺纹段，所述紧固装置包括紧固螺母机构、第三垫片11、试验台12、第四垫片13、普通螺母14，所述螺柱的下螺纹段贯穿试验台12且通过紧固螺母机构、第三垫片11和普通螺母14紧固，第四垫片13安装于试验台12与普通螺母14之间。所述紧固螺母机构包括紧固螺母10和紧固螺钉9，所述紧固螺钉9沿紧固螺母10周向均布并安装在紧固螺母10上，所述普通螺母14为普通六角螺母，待测螺母7与紧固螺母10均为圆螺母，所述套筒5内壁与双头螺柱8的螺纹之间存在间隙，保证在加载过程中套筒5与双头螺柱8之间不会发生干扰，使得测试结果更为准确。

测试时，拧紧各个顶推螺钉1，使得顶推螺母2向下产生顶推的压力，该压力经套筒5传递至待测螺母7，从而实现对待测螺母7保证载荷测试，在此过程中，压力检测装置对待测螺母7承受的压力进行检测，随时观察待测螺母7承受的压力，该测试装置的顶推预紧螺母机构施加的顶推力可调，理论上可以达到任意顶推力，有效解决了传统方法加载能力不足的难题，并且顶推预紧螺母机构施加的顶推力可调，可以实现对多种大规格待测螺母7的保证载荷测试，该测试装置结构简单、加载能力强、安装方便、操作简单可以实现重复使用。

该测试装置既可以用来检测螺母的保证载荷，又可以用来检测螺柱的保证载荷。当测试对象为螺母时，该测试装置除待测螺母7以外包含的其他结构的强度均应大于等于45HRC；当测试对象为螺柱时，该测试装置除待测螺柱以外包含的其他结构的强度均应大于等于45HRC。

一种螺纹紧固件保证载荷测试方法，包括以下步骤：

1)根据国标中给出的相应强度等级下待测螺母7的保证应力，选取顶推螺母2和螺柱，使顶推螺母2和螺柱的强度等级大于待测螺母7的强度等级，若待测的为螺栓，那么顶推螺母2和螺母强度等级大于待测螺栓的强度等级；

2)将螺柱的下端固定于试验台12上，将压力检测装置安装于螺柱上，将待测螺母7、套筒5、第一垫片3、顶推螺母2由下而上安装于螺柱上，将顶推螺钉1安装于顶推螺母2上且顶推第一垫片3；

3)根据国标中给出的相应强度等级下待测螺母7的保证应力，计算出待测螺母7的理论保证载荷，以此作为保证载荷测试的目标载荷，计算出每个顶推螺钉1需要提供的理论顶推力；

4)调节顶推螺钉1的顶推力，使其达到理论顶推力；

5)利用压力检测装置得到试验时待测螺母7的实际载荷，继续调节顶推螺钉1，当待测螺母7的实际载荷达到目标载荷时，保持15s；

6)卸去顶推螺钉1，按国标规定的保证载荷试验检测方法检测螺纹副是否符合保证载荷要求。

所述压力检测装置为应变片4或压式负荷传感器16；

本实施例中，压力检测装置为应变片4，将应变片4粘贴在螺柱上并与应变仪连接。螺柱的螺纹段插入试验台12的插入深度由紧固螺母10和普通螺母14的高度决定，所述应变片4全桥法粘贴于双头螺柱8的光杆段，所述顶推螺钉1在安装时采用十字交叉的预紧方式，所谓十字交叉的预紧方式就是指以十字对称的方式依次安装顶推螺钉1，控制顶推螺钉1每一步的加载幅度，以保证待测螺母7在顶推螺钉1的预紧过程中，保证载荷测试的准确性和稳定性。所述顶推螺钉1在卸载时也采用十字交叉的预紧方式，以保证待测螺母7在卸载中不会被破坏。

在步骤6)中，检测螺纹副是否符合保证载荷要求的检测有两种情况：当待测的为螺母时，如果直接能用手将待测螺母7旋出，则该待测螺母7保证载荷合格，或者当用手无法将待测螺母旋出时，借助扳手松开待测螺母7，但不得超过半扣，则该待测螺母7保证载荷仍合格，否则不合格。当待测零件为螺栓时，测量测试前后待测螺栓17的长度，测试前待测螺栓17的长度与测试后待测螺栓17的长度的公差在±12.5um为合格。

该检测方法根据国标中给出的相应强度等级下待测螺母7的保证应力，计算出待测螺母7的理论保证载荷，以此作为保证载荷测试的目标载荷，计算出每个顶推螺钉1需要提供的顶推力，利用扭矩扳手对顶推螺钉1施加较小的扭矩，可以实现测试所需要的巨大压力，有效解决了传统加载方法加载能力不足的问题，为大规格螺纹紧固件保证载荷测试提供了有力的实验条件，加载方式简单、加载能力强。该测试方法既可以用来检测螺母的保证载荷，又可以用来检测螺柱的保证载荷。

实施例2

如图2所示，一种螺纹紧固件保证载荷测试装置中，所述螺柱为螺栓17，本实施例中被测零件为螺栓17，那么所述螺栓17的头部朝下，螺栓17上螺纹安装有螺母20，当然实施例1中即使被测零件为螺母，依旧可以将螺柱变为螺栓17，并用该实施例中的固定方式固定螺栓。所述紧固装置包括左夹具18和右夹具19，所述左夹具18和右夹具19上分别设置有用于夹持螺栓17头部的夹持型腔，所述左夹具18和右夹具19分别与夹持动力装置连接，夹持动力装置可以为油缸。

本实施例中，套筒5为压式负荷传感器16，该压式负荷传感器16作为所述压力检测装置与测力显示仪连接。所述压力检测装置还可以为压式负荷传感器16，所述压式负荷传感器16安装于套筒5和待测螺母7之间并且与测力显示仪连接。

本实施例一种螺纹紧固件保证载荷测试装置中，除上述结构与实施例1中不同外，其他均与实施例1相同。一种螺纹紧固件保证载荷测试方法中，压力检测装置为压式负荷传感器16，直接替换套筒5使用，所述压式负荷传感器16安装于第一垫片3和第二垫片15之间，本实施例的测试方法，除压力检测装置与实施例1不同外，其他均与实施例1相同。当然，压式负荷传感器16还可以安装于套筒5和待测螺母7之间。

该测试装置和测试方法不但可以适用螺纹紧固件的保证载荷测试，而且还可以用于其他压力测试，例如当套筒5为待测件时，以同样的结构和同样的方法可以对套筒5进行受压测试。

以螺距P＝3mm为例，不同性能等级下各种规格的外螺纹保证载荷如下表。

目前大部分检测机构的拉力试验机所能提供的拉伸载荷极限为2.94×10⁶N(300t)，针对于保证载荷在2.94×10⁶N(300t)以上的大规格螺栓、螺母还没有完备的实验条件，GB/T3098中给出保证载荷的螺栓螺母最大规格为M39，对于直径大于39mm，尤其是M64以上的大规格螺栓、螺母，仍没有完备的实验条件，所以大规格螺栓、螺母的保证载荷测试一直以来都是紧固件性能测试方面的技术难题。

从技术角度考虑，本实用新型中的试验装置采用顶推预紧加载方式，所配套使用的载荷测试装置为压式负荷传感器或应变片，相比于传统的拉力试验机，本实用新型所独有的加载方式，其加载能力完全可以满足大规格螺栓螺母的保证载荷测试试验，且配套使用的压式负荷传感器为可定制元件，国内传感器制造研发企业生产的压式负荷传感器，其最大量程可达到3000-4000吨，所以本套试验装置具有足够的加载能力和测试能力。对于要求测试量较大、重复性较高的测试试验，可选用压式负荷传感器作为测量元件，对于测试量较小，为降低试验成本，可选用应变片作为测量元件，连接应变仪，采用应力应变测量法。

从经济实用性角度考虑，一台大量程压式负荷传感器的价格仅相当于一台30吨拉力试验机甚至更低，而目前国内一台300吨的拉力试验机的价格就已十分昂贵，所以本实用新型对于大规格螺栓螺母的保证载荷测试试验有着很高的适用性和经济性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：包括顶推预紧装置、压力检测装置、螺柱、待测螺母、紧固装置，所述螺柱的下端安装于紧固装置上，所述待测螺母螺纹安装于螺柱的螺纹段上，所述螺柱上位于待测螺母的上方套装有套筒，所述套筒的下端与待测螺母顶触配合，所述顶推预紧装置包括顶推预紧螺母机构和第一垫片，顶推预紧螺母机构安装于螺柱的螺纹段上，第一垫片套装在螺柱上且位于预紧螺母机构和套筒之间，所述压力检测装置安装于螺柱或套筒上。

2.如权利要求1所述一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：所述顶推预紧螺母机构包括顶推螺母和顶推螺钉，顶推螺母螺纹安装于螺柱的螺纹段上，所述顶推螺钉沿顶推螺母周向均布并安装在顶推螺母上，顶推螺钉顶紧所述第一垫片。

3.如权利要求2所述一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：所述压力检测装置包括应变片、应变片导线，所述应变片粘贴于螺柱上，所述套筒套设于应变片的外部，套筒上设有导线槽，应变片导线从导线槽引出与应变仪连接。

4.如权利要求2所述一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：所述压力检测装置为压式负荷传感器，所述压式负荷传感器安装于套筒和待测螺母之间并且与测力显示仪连接。

5.如权利要求2所述一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：所述套筒为压式负荷传感器，该压式负荷传感器作为所述压力检测装置与测力显示仪连接。

6.如权利要求5所述一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：所述压式负荷传感器与待测螺母之间还安装有第二垫片，所述第二垫片的结构与待测螺母相适应。

7.如权利要求3所述一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：所述螺柱为双头螺柱，所述应变片粘贴于螺柱的光杆段，所述待测螺母螺纹安装于螺柱的下螺纹段，所述紧固装置包括紧固螺母机构、第三垫片、试验台、第四垫片、普通螺母，所述螺柱的下螺纹段贯穿试验台且通过紧固螺母机构、第三垫片和普通螺母紧固，第四垫片安装于试验台与普通螺母之间。

8.如权利要求1至6任一项所述一种螺纹紧固件保证载荷测试装置，其特征在于：所述螺柱为螺栓，所述螺栓的头部朝下，所述紧固装置包括左夹具和右夹具，所述左夹具和右夹具上分别设置有用于夹持螺栓头部的夹持型腔，所述左夹具和右夹具分别与夹持动力装置连接。