專利名稱：大直徑螺栓拉力試驗機的制作方法
技術領域：
本發明系一種機械部件的試驗測試設備，特別是涉及一種對大直徑螺栓進行拉力測試的試驗設備。
背景技術：
隨著經濟的高速發展，能源的需求也日益增大，同時，為了保護我們的生存環境和有限的能源資源，新能源和可再生能源的發展已經成為世界各國能源生產的發展方向。作為世界重要的能源生產和消費大國，中國近年來高度重視新能源和可再生能源的發展。風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。中國風能儲量很大、分布面廣，風力發電產業迅速發展，成為繼歐洲、美國和印度之后的全球風力發電主要市場之一， 風力發電已經成為我國新能源發展的一個重要方向。目前我國的風力發電裝機容量，已經連續三年實現“翻倍增長”，總裝機容量目前已居世界第四位。風力發電的高速發展，對風力發電設備的質量也提出了較高的要求。安全可靠高效的風力發電設備，是風力發電發展的有利保證。風力發電設備的質量檢測起著至關重要的作用。作為風力發電設備的關鍵零部件——風電螺栓的性能檢測，更是風電設備質量得以保證的重要環節。目前，對大直徑風電螺栓(例如M30至M80之間)的性能檢測，據調查尚處空白狀態，國內不但未有專門的檢測設備，也沒有制定統一的檢測標準。目前一些小直徑螺栓(一般小于等于M30)，在一些非標的簡易設備上進行測試，螺栓的兩端由兩個燕尾槽機構夾緊， 由普通氣缸，或者電機施加拉力對兩側進行拉伸，通過拉伸傳感元件進行測試。如此裝置對于一般小直徑，小拉力的螺栓尚能使用應付，但是對于應用于大型，甚至超大型的高空、風能上的螺栓，既難以測試，且測試結果的精度、準確性也存在問題。將會導致對大型工程設備的安全、可靠性帶來隱患。現有技術存在一些如下問題，在大直徑螺栓拉力試驗機中更要注意和避免。至今沒有合適測試大直徑螺栓的裝置提供，沒有平穩、恒定的拉力方式，在試樣斷裂時后座力極大容易造成安全隱患，加載速率無法精確控制，所有裝置未進行連接，故做完一個試件，需要重新裝配一次，方可進行下一個試件試驗，工作效率較低等等。
發明內容
本發明的目的是提供一種針對大規格螺栓，直徑一般為在M30至M80之間螺栓的抗拉性能測試裝置。本發明的目的由如下結構提供和實現。大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于在水平的底座左右兩側分別固定一塊垂直的橫梁板，兩塊橫梁板之間由上下呈矩形排列的四根支撐圓柱支撐連接；在兩橫梁板的板面中心位置，分別相向滑動伸入一根拉桿，其中一側為拉伸拉桿，
3一側為測試拉桿，兩拉桿的相向端頭各自配置一付螺栓拉伸附具；在測試拉桿位于橫梁板的內側，穿心緩沖油缸以螺紋形式固定在測試拉桿上，測試拉桿向外側相繼穿過橫梁板和穿心壓力傳感器，由調整套筒以螺紋形式旋轉鎖緊；測試拉桿的外露端沿軸線設置一齒條，與齒條相嚙合配置一個手搖齒輪，手搖齒輪座架固定在底座上；拉伸拉桿向外側穿過橫梁板和帶緩沖的穿心油缸的軸孔，端部由鎖緊螺母以螺旋形式鎖緊，其中穿心油缸一側抵壓住橫梁板的外側，另一側頂住鎖緊螺母的內側，穿心油缸左、右兩端的進出油口分別與油泵的進出油管連接；由計算機根據預設程序，對穿心油缸進行進油、保壓、放油，對穿心壓力傳感器的應變數據進行采集、記錄、繪制。進一步，在測試拉桿或/和拉伸拉桿位于螺栓拉伸附具與橫梁板之間，固定一塊導向板，導向板的外圈開設四個導向孔與支撐圓柱滑動配合。進一步，在測試拉桿或/和拉伸拉桿位于螺栓拉伸附具與橫梁板之間，固定一套抱箍，抱箍由一對內凹輪滾動支撐在位于下部的兩根支撐圓柱上。進一步，所述橫梁板的厚度為大于等于25毫米，橫梁板呈矩形，矩形邊長為1. 2至 2米。進一步，在所述支撐圓柱的直徑150至300毫米。進一步，所述橫梁板在厚度方向，至少以兩排地腳螺栓與底座連接固定。進一步，所述螺栓拉伸附具為呈橫置圓筒形，沿軸線直徑的上半部分為開口，圓筒的一側為拉伸端，另一側為被測螺栓連接端，被測螺栓連接端為端面開設螺栓孔，螺栓孔的直徑大于被測螺栓直徑，小于被測螺栓的螺栓帽，且連接端的螺栓孔為向上開口的上通孔。作為拉伸試驗機，重要的是設置、選擇合適的拉伸動力，本發明選用了雙作用穿心油缸。液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說液體各處的壓強是一致的，這樣在平衡的系統中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，能夠保持液體的靜止，通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。作為液壓油缸的一種實施例是千斤頂，結構緊湊，工作平穩，有自鎖作用，故使用廣泛。液壓千斤頂分為通用和專用兩類。專用液壓千斤頂使專用的張拉機具，專用液壓千斤頂多為雙作用式。常用的有穿心式和錐錨式兩種。穿心式千斤頂適用于張拉鋼筋束或鋼絲束，它主要由張拉缸、頂壓缸、頂壓活塞及彈簧等部分組成。它的特點是沿拉伸機軸心有一穿心孔道，鋼筋(或鋼絲)穿入后由尾部的工具錨錨固。本發明主要采用的是類似液壓雙作用穿心式千斤頂原理的雙向穿心油缸，通過對油缸兩端不同進油口的進油、保壓、放油，實現本拉力試驗機的拉伸試驗。采用雙向穿心油缸可以方便地實現進出往返拉伸，加載和卸載壓力，而且受力在一要軸線上，拉伸速度可顯示，拉伸速率可控制，便于計算機的采用和控制。本發明設置了一個較大體積的框架形基架，進行安裝和開展試驗，一些追加的從屬技術特征加固了機架的強度和剛性，可以滿足對大直徑螺栓的拉伸試驗的條件。本發明采用了穿心壓力傳感器，裝配容易，與受力方向位置在一根軸上，傳感精度高、穩定、可靠，且數據便于計算機采集和處理。本發明的主要優越性和優點為采用臥式框架結構，并加裝液壓緩沖裝置。臥式空間框架結構主要由底座、前后橫梁、支撐圓柱、導向、專用加載空心油缸、專用高精度空心傳感器、靜拉伸試驗裝置等組成； 前后橫梁橫梁、支撐圓柱、靜拉伸試驗裝置和加載油缸組成一個閉合的加載空間，加載油缸立于主機前橫梁，并與靜拉伸試驗裝置連接。另外，導向連接到靜拉伸試驗裝置，保證拉伸試驗過程中的同心度和防止加載油缸活塞旋轉。這樣就為在試驗過程中實現加載試驗提供了基礎條件。可靠的加荷裝置加載油缸是主機的主要部分，采用無泄漏、低摩擦密封結構，保證加載油缸工作過程中無泄漏，另外，油缸帶有緩沖，能夠在螺栓破斷時，起到緩沖作用，減少元器件因沖而損壞。精確的試驗力測量裝置采用穿心壓力傳感器負荷傳感器直接測力，試驗力測量不受機械裝置、加載油缸摩擦力等因素影響，有效測量范圍大、精度高；采用單一穿心油缸前置，單一空心負荷傳感器后置的方式，避免了液壓控制不穩定，拉力載荷精度低的問題。采用液壓系統及活塞導向裝置，保證了加載速率的精確控制，并做到了螺母保載試驗所需的峰值保載的技術要求。液壓系統作為向主機提供液壓動力的超高壓液壓源，主要為加載油缸提供液壓動力，包括專用的油泵電機組、高精度濾油器、安全閥、換向閥、溢流閥等。導向裝置能夠保證在整個試驗過程避免試樣發生扭轉，保持同心度。該工裝的采用實現了拉力和保載試驗的同時進行，避免了工裝的頻繁更換，提高了工作效率。代表了控制系統發展的水平的PC機全數字采集處理系統，實現了試驗力、試驗進程的全過程顯示和采集，具有試驗力，峰值、試驗曲線的屏幕顯示功能，使系統具有最大的靈活性。增加全數字采集及強電控制系統(包括計算機、PCI插卡式全數字程控放大器、強電控制系統、數據采集裝置、專用軟件)，自動完成試驗數據的采集及處理，消除人工數據采集的誤差，試驗結果更加準確可靠。采用專用工裝(包括拉伸附具、前后穿心連接拉桿、鎖緊螺母、空間調整墊塊)，極大地降低了勞動強度，提高了工作效率。本發明實現了穩定、可靠、精確、安全、方便地對大直徑螺栓進行拉力試驗，且能由計算機進行控制和記錄，填補了在我國大直徑螺栓拉力測試裝置的空白。
圖1為本發明大直徑螺栓拉力試驗機的一種實施方式，從水平方向觀看的配置結構視圖；圖2為本發明大直徑螺栓拉力試驗機的一種實施方式，從上往下方向觀看的配置結構視圖；圖3為圖1的A-A剖視圖4為圖1的B-B剖視圖；圖5為圖1的C-C剖視圖。圖中1是鎖緊螺母，2是穿心油缸，3是橫梁板，4是拉伸拉桿，5是抱箍，6是螺栓拉伸附具，7是支撐圓柱，8是螺栓拉伸附具，9是穿心緩沖油缸，10是橫梁板，11是穿心壓力傳感器，12是調整套筒，13是測試拉桿，14是齒條，15是手搖齒輪，16是手搖齒輪座架，17是地腳螺栓，18是地腳接板，19是內凹輪。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。大直徑螺栓拉力試驗機，在水平的底座左右兩側分別固定一塊垂直的橫梁板3、 10，兩塊橫梁板3、10之間由上下呈矩形排列的四根支撐圓柱7支撐連接；在兩橫梁板3、10的板面中心位置，分別相向滑動伸入一根拉桿，其中一側為拉伸拉桿4，一側為測試拉桿13，兩拉桿的相向端頭各自配置一付螺栓拉伸附具6 ；在測試拉桿 13位于橫梁板10的內側，穿心緩沖油缸9以螺紋形式固定在測試拉桿13上，測試拉桿13 向外側相繼穿過橫梁板10和穿心壓力傳感器11，由調整套筒12以螺紋形式旋轉鎖緊；測試拉桿13的外露端沿軸線設置一齒條14，與齒條14相嚙合配置一個手搖齒輪15，手搖齒輪座架16固定在底座上；拉伸拉桿4向外側穿過橫梁板3和帶緩沖的穿心油缸2的軸孔， 端部由鎖緊螺母1以螺旋形式鎖緊，其中穿心油缸2—側抵壓住橫梁板3的外側，另一側頂住鎖緊螺母1的內側，穿心油缸2左、右兩端的進出油口分別與油泵的進出油管連接；由計算機根據預設程序，對穿心油缸2進行進油、保壓、放油，對穿心壓力傳感器11的應變數據進行采集、記錄、繪制。在測試拉桿13或/和拉伸拉桿4位于螺栓拉伸附具8與橫梁板10或/和橫梁板 3之間，固定一塊導向板，導向板的外圈開設四個導向孔與支撐圓柱7滑動配合。本方案導向板結構簡單，即外圍四個孔滑套在支撐圓柱7，中間開孔固定在拉桿上，防止拉桿下垂影響測試精度。在測試拉桿13或/和拉伸拉桿4位于螺栓拉伸附具8與橫梁板10或/和橫梁板 3之間，固定一套抱箍5，抱箍5由一對內凹輪19滾動支撐在位于下部的兩根支撐圓柱7上。 本結構裝配容易，內凹輪19架設在兩根支撐圓柱7上，能起到與上述相同效果。 所述橫梁板3、10的厚度為大于等于25毫米，橫梁板3、10呈矩形，矩形邊長為1. 2 至2米。所述支撐圓柱7的直徑150至300毫米。由此可對大直徑螺栓試驗提供較強的基座。所述橫梁板3、10在厚度方向，至少以兩排地腳螺栓與底座連接固定。增加基座的剛性、強度和穩定性。所述螺栓拉伸附具6為呈橫置圓筒形，沿軸線直徑的上半部分為開口，圓筒的一側為拉伸端，另一側為被測螺栓8連接端，被測螺栓8連接端為端面開設螺栓孔，螺栓孔的直徑大于被測螺栓8直徑，小于被測螺栓8的螺栓帽，且連接端的螺栓孔為向上開口的上通孔。配置如此結構的螺栓拉伸附具6，裝配螺栓容易，且可以附加加長套，所述加長套的結構與螺栓拉伸附具6相同，兩側各連接一過渡螺栓接長，使得整個試驗機可以適應更大尺寸范圍的螺栓進行測試試驗。
在本發明的試驗機實施例中，采用如下數據試驗機規格6000kN、最大試驗載荷6000kN、拉伸試樣200-1000mm、油缸活塞行程200mm、試樣夾持螺栓M45-M80、油缸活塞最大移動速率50mm/min、傳感器與放大器 穿心負荷傳感器，插裝在PC機內多通道程控放大器，實現自動換檔，自動調零、標定、配置液壓加載裝置、配置液壓系統、配置PC機全數字采集處理系統、主體結構空間臥式框架型式、預留電氣功率約llkW、試驗機加載和卸載時力平穩、試驗機有保證作業安全的液壓安全閥、電流過載保護、欠電壓保護、急停保護、過載保護、活塞行程保護及急停開關、主機外形尺寸約4500mmX1200mmX 1500mm。本發明的試驗機，適宜采用發明專利申請號201010130596. 9的《一種大規格螺栓拉伸測試設備的夾具結構》，一種大規格螺栓拉伸測試設備的夾具結構，包括拉伸測試設備左、右兩個拉伸桿和被測試螺栓，其特征在于在左、右拉伸桿上分別固定連接測試夾具， 被測試螺栓穿入左、右測試夾具的圓孔中，螺栓頭和螺母分別倒扣兩側測試夾具的擋板；或者，被測試螺栓經過加長套和過渡螺栓，分別倒扣兩側測試夾具的擋板。本發明的大直徑螺栓拉力試驗機配置該夾具結構，可以很方便地安裝待測試的大直徑螺栓，可以很方便地對較大直徑變化的大直徑螺栓進行測試。
權利要求
1.大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于在水平的底座左右兩側分別固定一塊垂直的橫梁板(3、10)，兩塊橫梁板(3、10)之間由上下呈矩形排列的四根支撐圓柱(7)支撐連接；在兩橫梁板(3、10)的板面中心位置，分別相向滑動伸入一根拉桿，其中一側為拉伸拉桿G)，一側為測試拉桿(13)，兩拉桿的相向端頭各自配置一付螺栓拉伸附具(6)；在測試拉桿(1 位于橫梁板(10)的內側，穿心緩沖油缸(9)以螺紋形式固定在測試拉桿(1 上，測試拉桿(1 向外側相繼穿過橫梁板(10)和穿心壓力傳感器(11)，由調整套筒(1 以螺紋形式旋轉鎖緊；測試拉桿(1 的外露端沿軸線設置一齒條(14)，與齒條(14)相嚙合配置一個手搖齒輪(15)，手搖齒輪座架(16)固定在底座上；拉伸拉桿向外側穿過橫梁板( 和帶緩沖的穿心油缸O)的軸孔，端部由鎖緊螺母(1)以螺旋形式鎖緊，其中穿心油缸( 一側抵壓住橫梁板C3)的外側，另一側頂住鎖緊螺母⑴的內側，穿心油缸⑵左、右兩端的進出油口分別與油泵的進出油管連接；由計算機根據預設程序，對穿心油缸( 進行進油、保壓、放油，對穿心壓力傳感器 (11)的應變數據進行采集、記錄、繪制。
2.根據權利要求1所述大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于在測試拉桿(1 或/和拉伸拉桿(4)位于螺栓拉伸附具(8)與橫梁板(10)或/和橫梁板(3)之間，固定一塊導向板，導向板的外圈開設四個導向孔與支撐圓柱⑵滑動配合。
3.根據權利要求1所述大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于在測試拉桿(1 或/和拉伸拉桿⑷位于螺栓拉伸附具⑶與橫梁板(10)或/和橫梁板(3)之間，固定一套抱箍 (5)，抱箍(5)由一對內凹輪(19)滾動支撐在位于下部的兩根支撐圓柱(7)上。
4.根據權利要求1所述大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于在所述橫梁板(3、10)的厚度為大于等于25毫米，橫梁板(3、10)呈矩形，矩形邊長為1.2至2米。
5.根據權利要求1或4所述大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于所述橫梁板(3、10)在厚度方向，至少以兩排地腳螺栓與底座連接固定。
6.根據權利要求1所述大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于在所述支撐圓柱(7)的直徑150至300毫米。
7.根據權利要求1所述大直徑螺栓拉力試驗機，其特征在于所述螺栓拉伸附具(6)為呈橫置圓筒形，沿軸線直徑的上半部分為開口，圓筒的一側為拉伸端，另一側為被測螺栓 (8)連接端，被測螺栓(8)連接端為端面開設螺栓孔，螺栓孔的直徑大于被測螺栓(8)直徑， 小于被測螺栓(8)的螺栓帽，且連接端的螺栓孔為向上開口的上通孔。
全文摘要
本發明系一種機械部件的試驗測試設備，大直徑螺栓拉力試驗機，在水平的底座左右兩塊橫梁板(3、10)之間呈矩形排列的四根支撐圓柱(7)支撐連接；在兩橫梁板(3、10)的板面中心位置，分別相向滑動伸入一側拉伸拉桿(4)，一側測試拉桿(13)，端頭各自配置一付螺栓拉伸附具(6)；測試拉桿(13)位于橫梁板(10)的內側，穿心緩沖油缸(9)以螺紋形式固定在測試拉桿(13)上，測試拉桿(13)向外側相繼穿過橫梁板(10)和穿心壓力傳感器(11)，由調整套筒(12)以螺紋形式旋轉鎖緊；拉伸拉桿(4)向外側穿過橫梁板(3)和帶緩沖的穿心油缸(2)的軸孔，端部由鎖緊螺母(1)以螺旋形式鎖緊，計算機對穿心油缸(2)和穿心壓力傳感器(11)進行控制和記錄。本發明填補了在我國大直徑螺栓拉力測試裝置的空白。
文檔編號G01M13/00GK102235940SQ20101015467
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月23日 優先權日2010年4月23日
發明者包朝亮, 張云山, 張立華, 徐鵬波, 王秋蓉, 黃嘉樂 申請人:上海寶冶工程技術有限公司, 上海寶冶集團有限公司