CN209280192U - 一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置，该装置包括有力传感器、超声波传感器、载荷加载器与中央控制器，力传感器、超声波传感器与载荷加载器均与中央控制器电连接，该装置还包括有底座、内壳与外壳，超声波传感器可拆卸式连接在内壳中，内壳置于外壳中，外壳与底座滑动连接；力传感器置于内壳与外壳所夹的左侧空间中，且力传感器的两端分别连接内壳和外壳；外部待测螺栓置于内壳与外壳所夹的右侧空间中，且外部待测螺栓的头部可拆卸式连接在内壳上，其尾部穿过外壳并伸出；外部螺母套接在外部待测螺栓上，本装置的各框架之间互相独立同时方便连接，测量人员利用的本装置可方便实现对螺栓轴力的测量与超声波传感器的标定。

Description

一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置

技术领域

本实用新型属于测试技术领域，特别涉及一种方便更换的螺栓测试框架结构。

背景技术

螺栓作为一种结构简单，拆装方便的连接部件，在工业应用领域得到了广泛应用。在实际使用过程中，螺栓的常见失效形式主要有：受静载荷螺栓的失效多为螺纹部分的塑性变形或螺栓拉断；受变载荷螺栓的失效多为螺栓的疲劳断裂；受横向载荷的铰制孔用螺栓联接，其失效形式主要为螺栓杆剪断，栓杆或被联接件孔接触表面挤压破坏；如果螺纹精度低或联接时常装拆，很可能发生滑扣现象，而这其中，受静载荷的螺栓因轴向预紧力不恰当而引起的螺母松脱或螺栓断裂为最常见的螺栓失效形式，而螺栓轴向预紧力的大小取决于施加在螺栓连接处的应力与扭矩大小。对于钢结构上的螺栓紧固件，为保证结构的安全性和可靠性，必须严格控制螺栓连接件的预紧力，必要时还需对在在役螺栓的工作应力状态进行监测。现有技术中，针对不同材质的螺栓的应力，有多种测试方法，用来测试螺栓连接时的应力或扭矩大小。现有技术中，常用的测试扭矩与应力的方法包括有：扭矩扳手法、应变片测试法、光折射法和磁敏电阻传感器法。

使用扭矩扳手法测应力与扭矩常需要考虑测量结果受螺栓与螺母之间的摩擦、各个螺纹面接触面之间摩擦系数的分散性等因素的影响，存在较大的测量结果的不确定度问题。使用应变片测试应力，其测量结果仅为材料表面的应力，无法测试材料本体内部应力，且使用该方法测试的材料表面应力结果易受材料本身应力集中现象的影响。而光折射法利用光弹性效应测量透明材料的应力，制成的设备较复杂并且只能应用于工程材料为透明体时的在线检测，对于螺栓紧固力的测量局限于实验室，不能用于施工现场。

为实现适应多种工业现场的无损伤勘测，现今对螺栓应力的测量越来越多地使用超声应力检测法。超声波应力检测是基于超声波波速随应力状态改变而变化的声弹性原理，通过检测材料中超声波波速的变化而获取材料应力的。超声波应力检测具有对人体无害、对被测物无损伤、测量速度快等特点。且声弹性法与光弹性法不同，无需制作透明模型，对实际构件或结构也可测量，具有较高的精度，不受摩擦系数离散性的影响。

目前采用超声检测螺栓轴向应力的方法是沿螺栓轴向发射窄脉冲超声波束，通过超声回波信号的检测和分析计算超声波传播的时间，从而获得超声波在螺栓均匀受力部分的波速。在理论上推导波速与应力的对应关系，修正其他因素的影响，即可估算出该螺栓的紧固应力，计算拟合出波速与盈利的对应关系曲线，并通过大量比对试验使测量精度满足工程要求。通过超声波实时的高精度测量计算机械伸长量，理论修正螺栓头与拧螺母段尺寸的不确定性和应力的非均匀分布对应力测试结果的影响，可真正达到螺栓无损应力检测的目的。

但是，现有技术中使用超声波检测螺栓应力时，对螺栓施加不同载荷时，需将超声波探头拆下，对螺栓加载不同载荷后，再重新安装超声波探头，例如在张俊于2005年发表的硕士论文《基于声弹性原理的超声波螺栓紧固力测量技术研究》一文中提出了一种基于声弹性原理的超声波螺栓紧固力测量方法中提及，对待测螺栓加载不同的载荷时，需将待测螺栓拆卸，在材料拉伸机上对螺栓样品进行拉伸，再将待测螺栓重新安装到超声波螺栓紧固测试仪上重新检测其声时值。在重新安装超声波探头的过程中，超声波探头与螺栓之间的耦合关系也成为了影响测试螺栓的准确性的干扰因素，这导致了同种材料的螺栓在同一个测试实验中的不连续性，影响了超声波测试螺栓应力的准确度。

进一步地，现有技术中使用超声波检测螺栓应力时，针对不同规格的螺栓，常需对实验器材进行调整，以使得测量实验器材适配不同形状与规格的螺栓，调整过程十分繁琐，且调整后测量人员需对测量实验器材重新校正，这给测量人员对螺栓应力的测量带来了极大的不便。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置，测量人员将超声波探头与力传感器安装在框架化的测量装置上后，轻松调整即可完美适配外部待测螺栓的不同形状。

本实用新型的另一个目的在于提供一种框架式螺栓应力测量装置，该装置结构简单，使用方便，适配不同螺栓规格，测量结果可靠。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置，该装置包括有力传感器、超声波传感器、载荷加载器与中央控制器，力传感器、超声波传感器与载荷加载器均与中央控制器电连接，该装置还包括有底座、内壳与外壳，超声波传感器可拆卸式连接在内壳中，内壳置于外壳中，外壳与底座滑动连接；力传感器置于内壳与外壳所夹的左侧空间中，且力传感器的两端分别连接内壳和外壳；外部待测螺栓置于内壳与外壳所夹的右侧空间中，且外部待测螺栓的头部可拆卸式连接在内壳上，其尾部穿过外壳并伸出；外部螺母套接在外部待测螺栓上，测量过程中，中央控制器控制载荷加载器扭转外部螺母。

测量人员中央控制器与载荷加载器的连接关系，方便实现对外部待测螺栓施加不同载荷，并通过力传感器测量在不同扭矩载荷条件下的外部待测螺栓中的轴力变化，与此同时，超声波传感器还可测量不同扭矩载荷条件下的超声波在螺栓中传播的时差值，进而得到的螺栓的应力值，完成超声波测量得到的应力值与轴力值的标定。

在本装置中，设置底座、内壳和外壳，将测量装置框架化，测量人员利用本装置测量时，可通过超声波传感器与内壳之间的连接关系方便将超声波传感器安装或拆卸，同时可通过力传感器与外壳之间的连接关系方便将力传感器安装或拆卸，整个实验过程中，测量人员利用本装置框架化的结构，在测量开始前，可分别对力传感器与超声波传感器事先安装并校验，在测量过程中，可利用外壳与底座的滑动连接关系实时调整测量器材，使其更好适配外部待测螺栓的规格尺寸，还可利用载荷加载器对外部待测螺栓连续加载定量扭矩载荷，并测量得到该扭矩载荷下的测量数据，在测量结束后，还可方便将外部待测螺栓与各个传感器拆卸下来以备后续使用。

外壳底部设置滑动槽，滑动槽设置复数条，复数条滑动槽沿左右方向平行均匀开设。

底座包括有底板与滑轨，滑轨固定在底板上，滑轨对应滑动槽一一对应设置；外壳与底座滑动连接时，滑轨卡入滑动槽中，且外壳通过滑动槽与滑轨之间的配合沿左右方向在底板上滑动。滑动槽与滑轨配合，可方便实现外壳与底座之间的滑动连接。测量人员将各个传感器安装完毕后，为适配不同外部待测螺栓的规格尺寸，可通过滑动槽与滑轨之间的配合，左右调节外壳，改变外壳与载荷加载器之间的距离，方便载荷加载器在实验过程中扭转外部螺母。

底座还包括有锁紧器，锁紧器设置在滑轨上，锁紧器包括有锁紧端与拨动端，所述锁紧端与拨动端固定连接，拨动端在拨动的过程中，锁紧端翘起卡入滑动槽中锁紧外壳。测量人员调节外壳与载荷加载器之间的距离，将二者之间的距离调节好后，拨动拨动端，将锁紧端卡入滑动槽中，将外壳锁死该位置处，保证在测量过程中外壳不相对于底座滑动，避免引入对应误差。

力传感器包括有轴力传感器与调节组件，轴力传感器穿接在调节组件上，调节组件的两端分别与内壳的侧壁和外壳的侧壁可拆卸式连接。

调节组件包括有第一调节单元与第二调节单元，第一调节单元包括有第一调节螺杆与第一调节螺母，第一调节螺杆的一端与轴力传感器的一端固定连接，第一调节螺杆的另一端穿接在外壳侧壁上并伸出，第一调节螺母置于外壳侧壁的外侧，且第一调节螺母穿接在第一调节螺杆上；第二调节单元包括有第二调节螺杆与第二调节螺母，第二调节螺杆的一端与轴力传感器的另一端固定连接，第二调节螺杆的另一端穿接在内壳侧壁上并伸出，第二调节螺母置于内壳侧壁的内侧，且第二调节螺母穿接在第二调节螺杆上。调节组件一方面将轴力传感器穿接并架设起来，保证轴力传感器处于悬空并良好感受轴力变化的状态；调节组件在另一方面还方便测量人员对轴力传感器的拆卸、安装并调试校零。

本实用新型的优势在于：相比于现有技术，在本实用新型提供的螺栓测量装置将全装置框架化，各框架之间互相独立同时方便连接，测量人员利用的本装置可方便实现对螺栓轴力的测量与超声波传感器的标定。

附图说明

图1是本实用新型方便更换的框架式螺栓应力测量装置装夹外部待测螺栓后的第一视角整体结构示意图。

图2是图1中L部分的局部放大图。

图3是本实用新型方便更换的框架式螺栓应力测量装置装夹外部待测螺栓后的第二视角整体结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

参见图1-3所示，本实用新型提供一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置，该装置包括有力传感器1、超声波传感器2、载荷加载器3与中央控制器4，力传感器1、超声波传感器2与载荷加载器3均与中央控制器4电连接，该装置还包括有底座5、内壳6与外壳7，超声波传感器2可拆卸式连接在内壳6 中，内壳6置于外壳7中，外壳7与底座5滑动连接；力传感器1置于内壳6 与外壳7所夹的左侧空间中，且力传感器1的两端分别连接内壳6和外壳7；外部待测螺栓置于内壳6与外壳7所夹的右侧空间中，且外部待测螺栓的头部可拆卸式连接在内壳6上，其尾部穿过外壳7并伸出；外部螺母套接在外部待测螺栓上，测量过程中，中央控制器4控制载荷加载器3扭转外部螺母。

测量人员中央控制器4与载荷加载3器的连接关系，方便实现对外部待测螺栓施加不同载荷，并通过力传感器1测量在不同扭矩载荷条件下的外部待测螺栓中的轴力变化，与此同时，超声波传感器2还可测量不同扭矩载荷条件下的超声波在螺栓中传播的时差值，进而得到的螺栓的应力值，完成超声波测量得到的应力值与轴力值的标定。

在本装置中，设置底座5、内壳6和外壳7，将测量装置框架化，测量人员利用本装置测量时，可通过超声波传感器2与内壳6之间的连接关系方便将超声波传感器2安装或拆卸，同时可通过力传感器1与外壳7之间的连接关系方便将力传感器1安装或拆卸，整个实验过程中，测量人员利用本装置框架化的结构，在测量开始前，可分别对力传感器1与超声波传感器2事先安装并校验，在测量过程中，可利用外壳7与底座5的滑动连接关系实时调整测量器材，使其更好适配外部待测螺栓的规格尺寸，还可利用载荷加载器3对外部待测螺栓连续加载定量扭矩载荷，并测量得到该扭矩载荷下的测量数据，在测量结束后，还可方便将外部待测螺栓与各个传感器拆卸下来以备后续使用。

外壳7底部设置滑动槽(图未示)，滑动槽71设置复数条，复数条滑动槽 71沿左右方向平行均匀开设。

底座5包括有底板51与滑轨52，滑轨52固定在底板51上，滑轨52对应滑动槽一一对应设置；外壳7与底座5滑动连接时，滑轨52卡入滑动槽中，且外壳7通过滑动槽与滑轨52之间的配合沿左右方向在底板51上滑动。滑动槽与滑轨52配合，可方便实现外壳7与底座5之间的滑动连接。测量人员将各个传感器安装完毕后，为适配不同外部待测螺栓的规格尺寸，可通过滑动槽与滑轨52之间的配合，左右调节外壳7，改变外壳7与载荷加载器3之间的距离，方便载荷加载器3在实验过程中扭转外部螺母。

底座5还包括有锁紧器53，锁紧器53设置在滑轨52上，锁紧器53包括有锁紧端(图未示)与拨动端531，所述锁紧端与拨动端531固定连接，拨动端531在拨动的过程中，锁紧端翘起卡入滑动槽中锁紧外壳7。测量人员调节外壳7与载荷加载器3之间的距离，将二者之间的距离调节好后，拨动拨动端 531，将锁紧端卡入滑动槽中，将外壳7锁死该位置处，保证在测量过程中外壳 7不相对于底座5滑动，避免引入对应误差。

力传感器1包括有轴力传感器11与调节组件12，轴力传感器11穿接在调节组件12上，调节组件12的两端分别与内壳6的侧壁和外壳7的侧壁可拆卸式连接。

调节组件12包括有第一调节单元121与第二调节单元122，第一调节单元包括有第一调节螺杆1211与第一调节螺母1212，第一调节螺杆1211的一端与轴力传感器11的一端固定连接，第一调节螺杆1211的另一端穿接在外壳7侧壁上并伸出，第一调节螺母1212置于外壳6侧壁的外侧，且第一调节螺母1212 穿接在第一调节螺杆1211上；第二调节单元122包括有第二调节螺杆1221与第二调节螺母(图未示)，第二调节螺杆1221的一端与轴力传感器11的另一端固定连接，第二调节螺杆1221的另一端穿接在内壳6侧壁上并伸出，第二调节螺母置于内壳6侧壁的内侧，且第二调节螺母穿接在第二调节螺杆1221上。调节组件12一方面将轴力传感器11穿接并架设起来，保证轴力传感器11处于悬空并良好感受轴力变化的状态；调节组件12在另一方面还方便测量人员对轴力传感器11的拆卸、安装并调试校零。

本实用新型的优势在于：相比于现有技术，在本实用新型提供的螺栓测量装置将全装置框架化，各框架之间互相独立同时方便连接，测量人员利用的本装置可方便实现对螺栓轴力的测量与超声波传感器的标定。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置，该装置包括有力传感器、超声波传感器、载荷加载器与中央控制器，所述力传感器、超声波传感器与载荷加载器均与中央控制器电连接，其特征在于，该装置还包括有底座、内壳与外壳，所述超声波传感器可拆卸式连接在内壳中，所述内壳置于外壳中，所述外壳与底座滑动连接；所述力传感器置于内壳与外壳所夹的左侧空间中，且所述传感器的两端分别连接内壳和外壳；所述外部待测螺栓置于内壳与外壳所夹的右侧空间中，且所述外部待测螺栓的头部可拆卸式连接在内壳上，其尾部穿过外壳并伸出；外部螺母套接在外部待测螺栓上，测量过程中，中央控制器控制载荷加载器扭转外部螺母。

2.如权利要求1所述的方便更换的框架式螺栓应力测量装置，其特征在于，所述外壳底部设置滑动槽，所述滑动槽设置复数条，所述复数条滑动槽沿左右方向平行均匀开设。

3.如权利要求2所述的方便更换的框架式螺栓应力测量装置，其特征在于，所述底座包括有底板与滑轨，所述滑轨固定在底板上，所述滑轨对应滑动槽一一对应设置；外壳与底座滑动连接时，所述滑轨卡入滑动槽中，且所述外壳通过滑动槽与滑轨之间的配合沿左右方向在底板上滑动。

4.如权利要求3所述的方便更换的框架式螺栓应力测量装置，其特征在于，所述底座还包括有锁紧器，所述锁紧器设置在滑轨上，所述锁紧器包括有锁紧端与拨动端，所述锁紧端与拨动端固定连接，所述拨动端在拨动的过程中，所述锁紧端翘起卡入滑动槽中锁紧外壳。

5.如权利要求1所述的方便更换的框架式螺栓应力测量装置，其特征在于，所述力传感器包括有轴力传感器与调节组件，所述轴力传感器穿接在调节组件上，所述调节组件的两端分别与内壳的侧壁和外壳的侧壁可拆卸式连接。

6.如权利要求5所述的方便更换的框架式螺栓应力测量装置，其特征在于，所述调节组件包括有第一调节单元与第二调节单元，所述第一调节单元包括有第一调节螺杆与第一调节螺母，所述第一调节螺杆的一端与轴力传感器的一端固定连接，所述第一调节螺杆的另一端穿接在外壳侧壁上并伸出，所述第一调节螺母置于外壳侧壁的外侧，且所述第一调节螺母穿接在第一调节螺杆上；所述第二调节单元包括有第二调节螺杆与第二调节螺母，所述第二调节螺杆的一端与轴力传感器的另一端固定连接，所述第二调节螺杆的另一端穿接在内壳侧壁上并伸出，所述第二调节螺母置于内壳侧壁的内侧，且所述第二调节螺母穿接在第二调节螺杆上。