专利名称：紧固件轴力-扭矩联合试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及有效力矩试验装置，尤其涉及螺栓的有效力矩试验装置，具体地说是
一种紧固件轴力-扭矩联合试验机。
背景技术：
紧固件虽小，但其在电网中扮演了十分重要角色，小到电力金具，大到输配电线路
铁塔、变电构架等，紧固件都是重要的基础零件，其自身质量或安装质量都将直接影响到电
网工程的质量和运行安全。由于电网的全天候特点所致，与其他领域使用的紧固件相比，除
了通用的技术性能要求外，电网用紧固件的防腐能力也是一个重要的方面。 在各种保护钢基体的涂镀方法中，热浸锌是非常优良的一种。它是在锌呈液体的
热状态下，经过了相当复杂的物理、化学作用之后，在钢铁上不仅镀上较厚的纯锌层，而且
还生成一种锌一铁合金层。这种镀法，不仅具备了电镀锌的耐腐蚀特点，而且由于具有锌铁
合金层。还具有电镀锌所无法相比拟的强耐蚀性和耐候性。因此，热镀锌层紧固件一直是
电网输配电线路杆塔及变电站构架设计、安装首选紧固件。 然而，正是这个提高了紧固件防腐性能的热浸镀锌层，因外表相对粗糙，使输配电 线路杆塔及变电站构架的安装工艺一几十年来避而不谈施工所必须的紧固轴力、扭矩系 数等参数；使用常规防腐处理的紧固件(如发黑、发蓝、电镀锌等)均有可参考的施工安装 用的紧固轴力、扭矩系数等参数及检验方法。但是，在热镀锌层紧固件的安装预紧方面的研 究，却还是一片空白。输配电线路杆塔及变电站构架用紧固件的螺杆除承受剪力，同样需要 一定的紧固轴力，紧固轴力可确保增强杆塔或构架各部件联接的可靠性，紧密性和防松能 力。紧固轴力在紧固件施工安装时往往通过扭力矩来实现；扭力矩不足(欠拧)将不能发 挥紧固件的作用，会引起延迟松动；扭力矩过大(超拧)则会引起紧固件延迟断拧，上述两 种情况最终都会使得整个杆塔或构架出现松动。所以，如何准确控制热镀锌层紧固件的紧 固程度，研究紧固件轴力-扭矩关系参数并应用于现场施工，已成为输配电线路杆塔及变 电站构架安装质量等级及安全运行可靠性的关键。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种微机控制紧固件轴 力-扭矩联合试验机。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案紧固件轴力_扭矩联合试验机，包括
主机和微机测控系统，其特征在于所述的主机包括机座，所述的机座上设有操作箱和导轨，
所述的导轨上设有第一车体和第二车体，所述的第一车体设有螺栓夹具和负荷传感器；所
述的第二车体上设有传动轴，所述的传动轴一端设有传力夹具、位置传感器和扭矩传感器，
另一端通过减速机连接到伺服电机；所述的螺栓夹具和传力夹具依次与所述的传动轴同轴
设置；所述的负荷传感器、位置传感器、扭矩传感器和伺服电机连接到微机测控系统。 本发明的微机控制有效力矩试验机，安装在车体上的加载机构可以在机座导轨上自由滑动，加载机构由伺服电机带动减速机对试样进行扭转加载，通过传感器测量试样的
扭矩值和加紧载荷，试验机的正反加载和停车可人工操控，同时扭转角度由位置传感器检
测，检测到的信号传递给处理系统，完成对试样扭转指标的测量及曲线的绘制。 根据本发明，所述的操作箱一端设有与螺栓夹具同轴配置的插头。 根据本发明，所述的第一车体上设有用于螺栓夹具水平和周向定位的套筒。 根据本发明，所述的第一车体上还设有调整螺杆安装长度的垫板。 根据本发明，所述的第一车体上设有立板，所述的螺栓夹具、负荷传感器和套筒设
置在立板上。所述的螺栓夹具安装于车体的负荷传感器内。 根据本发明，所述的第二车体设有立板，所述的传动轴、传力夹具、位置传感器和 扭矩传感器设置在立板上。 根据本发明，所述的位置传感器为高精度光电编码器。
图1是本发明紧固件轴力_扭矩联合试验机的结构示意图。
图2是本发明主机的结构示意图。
图3是安装螺栓试样的示意图。
具体实施例方式
参照图l，本发明的微机控制有效力矩试验机，包括主机测控系统及夹具三部分。 主机主要由机座1、操作箱4、扭矩传感器14、负荷传感器7、减速机16及伺服电机17组成。 测控系统主要对主机进行操作控制，并进行数据的采集和处理。夹具包括螺栓夹具、插头、 垫板、金属套筒、传力夹具和梅花套筒。 主机示意图如图2所示。机座1内部布置了电机接口、负荷传感器接口和扭矩传 感器接口。机座1上表面安装固定导轨3。机座1上方从左到右依次布置操作箱4、车体2 和车体18。操作箱4、车体2和车体18的中心同轴。操作箱4固定安装在机座1上。操作 箱4面板上布置有320x240液晶屏、数字式旋钮和0MR0N轻触式按键，实现对试验机的开、 停车和正反加载等操作。操作箱4内部布置测量控制系统和计算机连接系统。车体2和车 体18安装在机座1导轨3上，借助滑轮在导轨3行程范围内自由滑动。车体2上固定安装 立板8。立板8左侧固定安装负荷传感器7。负荷传感器7实现测量螺栓试样加紧载荷的 变化。车体18上从左往右固定安装扭矩传感器14、减速机16和伺服电机17。其中扭矩传 感器14借助立板13安装于车体18上。扭矩传感器14、减速机16和伺服电机17通过传动 轴15连接。伺服电机17作为整个装置的动力输出，驱动传动轴15转动，对螺栓试样进行 扭转加载。减速机16实现对伺服电机17输出转速的调节。扭矩传感器14测量螺栓试样 受扭转加载时的扭矩值。高精度光电编码器12固定安装于立板13内，检测传动轴转过的 角度，检测到的信号传递给处理系统，完成对试样扭转指标的测量及曲线的绘制。
测控系统包括安装于操作箱4内部的测量控制单元和计算机19上的测试软件。测 试软件的功能包括对试验机的开、停车和正反加载，暂停等操作，还包括数据的记载、处理 和分析，曲线的绘制等。 夹具包括安装螺栓试样的螺栓夹具6、插头5、调整螺杆安装长度的垫板26、传递
4扭矩的传力夹具11和梅花套筒。螺栓夹具6安装于车体2的负荷传感器7内，型号规格的 选择与所选螺栓试样相匹配。金属套筒10是为实现负荷传感器7右侧螺栓夹具的水平和 周向固定。插头7的一头安装在操作箱4的右侧，另一头可通过移动车体2安装于车体2 的螺栓夹具6内，实现螺栓夹具6的周向固定，以防螺栓夹具6打滑使得螺母不能从螺杆上 卸下。垫板是为调节螺栓试样的螺杆部分在试验机上的安装长度。传力夹具ll安装于车 体18传动轴15的左端面上，与传动轴15回转中心同轴，并以相同速度转动。梅花套筒连 接螺栓试样的螺母和传力夹具11，以相同速度与传力夹具11 一起转动，从而将扭矩提供给 螺母。梅花套筒型号规格的选择也需根据不同的螺栓规格选择不同型号的与所选螺栓试样 相匹配。 试验前先根据螺栓试样的型号规格选择合适的螺栓夹具6、垫板26和梅花套筒。 将垫板26和螺栓夹具6 —起从左侧水平插入负荷传感器7内，并用金属套筒10作周向和 水平固定。螺栓试样20的六角头朝向操作箱4，水平插入螺栓夹具6内。露出的螺杆部分 用螺母21旋合，垫板26厚度的选择以螺杆螺纹最终超出螺母21端面两到三个螺纹为宜。
滑动车体2，使得梅花套筒的一端插入螺母21，另一端插入传力夹具11，实现车体 2和车体18的连接。开启试验机，启动伺服，同时打开计算机的测试软件。新建文件，用于 存放数据。在软件的"控制设置"菜单中设定试验要求的转速以及试验机停止的条件。在 软件的"试样参数"菜单中设定试样的个数、规格、性能等级和最大载荷。在软件的"图标 设置"菜单中可以选择横、纵坐标的意义，包括轴力、扭矩和扭转角的选择。设置完毕，点击 "开始测试"键，试验机开始工作，螺栓连接副开始受到扭转载荷。软件界面将采集的数据绘 制成曲线输出。在整个加载过程中可以任意按"暂停"按钮停止加载。软件界面同时可以 显示曲线的峰值和时间。到达设定试验机停止的条件，试验机自动停止，保存试验数据后， 试验机进行"反车"操作。如果出现车体2上的螺栓夹具6发生周向转动，即打滑，则将车 体2、18同时向左滑动，插入插头5，这样即可固定螺栓夹具6的周向转动(参照图3，车体 2由位置I向左滑动至位置II)。待加载在螺栓连接副上的载荷很小时，可将螺栓试样从试 验机上卸下，完成本次试验过程。 应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何 不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
紧固件轴力-扭矩联合试验机，包括主机和微机测控系统，其特征在于所述的主机包括机座(1)，所述的机座(1)上设有操作箱(4)和导轨(3)，所述的导轨(3)上设有第一车体(2)和第二车体(18)，所述的第一车体(2)设有螺栓夹具(6)和负荷传感器(7)；所述的第二车体(18)上设有传动轴(15)，所述的传动轴(15)一端设有传力夹具(11)、位置传感器(12)和扭矩传感器(14)，另一端通过减速机连接到伺服电机(17)；所述的螺栓夹具(6)和传力夹具(11)依次与所述的传动轴(15)同轴设置；所述的负荷传感器(7)、位置传感器(12)、扭矩传感器(14)和伺服电机(17)连接到微机测控系统。
2. 如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的操作箱(4) 一端设有与螺栓夹具(6)同轴配置的插头(5)。
3. 如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的第一车体 (2)上设有用于螺栓夹具(6)水平和周向定位的套筒(10)。
4. 如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的第一车体 (2)上还设有调整螺杆安装长度的垫板(6)。
5. 如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的第一车体 (2)上设有立板(8)，所述的螺栓夹具(6)、负荷传感器(7)和套筒(10)设置在立板(8)上。
6. 如权利要求5所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的螺栓夹具 (6)安装于车体(2)的负荷传感器(7)内。
7. 如权利要求1所述的紧固件轴力-扭矩联合试验机，其特征在于所述的第二车体 (18)设有立板(13)，所述的传动轴(15)、传力夹具(11)、位置传感器(12)和扭矩传感器 (14)设置在立板(13)上。
8. 如权利要求1-7任何一项所述的紧固件轴力_扭矩联合试验机，其特征在于所述的 位置传感器(12)为高精度光电编码器。
全文摘要
本发明公开了一种微机控制有效力矩试验机，包括主机、测控系统及夹具三部分。主机主要由机座、操作箱、扭矩传感器、负荷传感器、减速机及伺服电机组成。测控系统主要对主机进行操作控制，并进行数据的采集和处理。夹具包括螺栓夹具、插头、垫板、金属套筒、传力夹具和梅花套筒。安装在车体上的加载机构可以在机座导轨上自由滑动，加载机构由伺服电机带动减速机对试样进行扭转加载，通过传感器测量试样的扭矩值和加紧载荷，试验机的正反加载和停车可人工操控，同时扭转角度由位置传感器检测，检测到的信号传递给处理系统，完成对试样扭转指标的测量及曲线的绘制。
文档编号G01N3/26GK101776500SQ20091017967
公开日2010年7月14日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者俞敏波, 李周选, 李国勇, 李 瑞 申请人:浙江电力职业技术学院