专利名称：一种高强螺栓轴力测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种高强螺栓轴力测量装置及测量方法，尤其涉及一种风电塔架高强螺栓轴力测量装置及测量方法。
背景技术：
风电塔架高强螺栓连接风电塔架的上塔筒的下法兰与下塔筒的上法兰。长期承受来自各个方向的载荷，塔筒的载荷最终传递到了连接两段塔筒之间的高强螺栓上。高强螺栓连接两段塔筒，需要施加预紧力(即螺栓的轴力)，使塔筒能保持紧密的贴合在一起。如果预紧力大于设计的预紧力，则高强螺栓很容易产生疲劳，寿命周期大大缩短；如果预紧力小于设计的预紧力，则塔筒在承受载荷时产生晃动，使得螺栓更加容易松动。螺栓轴力过大或过小都会对其寿命周期产生影响，因此需要在螺栓施拧之后，对其进行检验。传统螺栓校验普遍采取力矩校验法:(1)静力矩检验法；(2)使用过程中检验法；(3)用力矩扳手顺螺母拧紧方向的检验法。(I)静力矩检验方法为沿紧固件的紧固方向均匀拧紧，直到断裂，测其断裂时的力矩值。(2)使用过程中检验法是通过先在联接件紧固后的装配位置上打上标记，然后旋松约1/4圈，接着再拧紧到标记位置，检查其拧紧力矩值。此法由于放松后再拧紧，其螺纹状态、接头板材的密贴程度、施工误差、螺母复位的准确度等对力矩值有很大影响。即使第2次拧紧到原来位置，其值也达不到最初数值，比最初值要小。
(3)用力矩扳手顺螺母拧紧方向的检验法即用力矩扳手顺螺母拧紧方向，当读数达到规定要求下限，螺母不转动，而螺母转动时的读数值小于规定要求的上限则可判定为合格；当未达到规定值下限螺母即转动或读数已超过规定值的上限螺母仍不转动则判断为不合格。静力矩检验法要求拧到紧固件断裂，属于破坏性的检验，对于实际要求检验已装配后的螺栓联接的紧固程度是否达到了规定值的内容是不适用的。使用过程中检验法是在使用过程中检验，第2次数值达不到最初的数值，一般比最初数值平均低10%左右。用力矩扳手顺螺母拧紧方向的检验方法这种检验方法结果比较可靠，操作方便，也是目前应用最广泛的一种方法。在调研中，发现现有技术中存在以下的缺点和不足:大部分方法都是针对螺栓的拧紧力矩来进行检测，而忽略扭矩系数的影响。螺栓的扭矩系数对螺栓预紧有很大的影响。螺栓的预紧力与拧紧力矩成正比，与扭矩系数成反比。当螺栓的扭矩保持一定时，扭矩系数越大，预紧力越小，扭矩系数越小，反之，预紧力越大。为了检验螺栓的预紧效果，需要避免扭矩系数的影响，直接测量螺栓的预紧力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量精度高的高强螺栓轴力测量装置及测量方法，通过直接测量高强螺栓的轴力，可以避免利用拧紧力矩来间接控制高强螺栓轴力的不良效果O为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种高强螺栓轴力测量装置，用于对连接不同部件并预紧的高强螺栓进行轴力测量，包括:拉杆、轴力传感器、力提供部件及支架；所述拉杆的近端设置有用于与高强螺栓螺纹端连接的连接部，且拉杆的近端及远端还分别设置有第一配合部及第二配合部；所述拉杆的第一配合部与轴力传感器的近端面配合接触，拉杆的第二配合部与力提供部件的远端配合作用；所述支架的远端安装在力提供部件的近端面与轴力传感器的远端面之间，所述支架的近端用于支撑在高强螺栓连接的部件上；所述测量装置还包括用于安装在高强螺栓的预紧螺母上、测量螺母伸缩量变化的应变测量部件；所述轴力传感器自带显示部件或外接有显示部件；所述应变测量部件自带显示部件或外接有显示部件。进一步地，所述支架的纵截面为倒凹字型，所述倒凹字型支架的上端开有适于拉杆穿过的孔。进一步地，所述拉杆近端的连接部采用与高强螺栓外螺纹配合的内螺纹结构。进一步地，所述拉杆的第一、二配合部分别为台阶状结构。进一步地，所述力提供部件为空心千斤顶，所述拉杆穿过空心千斤顶。进一步地，所述空心千斤顶为液压千斤顶。进一步地，所述应变测量部件为应变片。
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采用上述的高强螺栓轴力测量装置进行轴力测量的方法，包括:(I)将应变测量部件安装在高强螺栓的预紧螺母的轴向外表面；(2)将拉杆通过其近端的连接部与高强螺栓的螺纹端配合连接；(3)启动力提供部件，使拉杆拉动高强螺栓，高强螺栓的预紧螺母有回弹的趋势，当应变测量部件的测量数值发生变化并且稳定在一定区间内时，读取轴力传感器的值。进一步地，所述应变测量部件为应变片，且应变片为2个，对称粘贴在高强螺栓的预紧螺母的轴向外表面。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:1、本发明实现了直接测量高强螺栓轴力，避免了利用拧紧力矩来间接控制高强螺栓轴力的不良效果，该装置结构简单，测量方法简单，测量精度高，降低了成本，提高了工作效率。2、本发明通过直接测量高强螺栓轴力，掌握了高强螺栓预紧的情况，从而可以反求高强螺栓的预紧力矩，为现场安装施工的力矩选择提供了依据。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的高强螺栓轴力测量装置使用状态剖视图(风电塔架高强螺栓);图2、3为本发明高强螺栓轴力测量装置不同角度的使用状态图(风电塔架高强螺栓)。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的高强螺栓轴力测量装置，主要用于对连接两个部件的并预紧的高强螺栓进行轴力测量，本实施例以对连接风电塔架的高强螺栓进行轴力测量为例，来对该高强螺栓轴力测量装置进行说明，但并不局限于风电塔架的连接，该轴力测量装置适用于任何使用高强螺栓连接并需要测量轴力的情况。为了便于理解，先对本发明的部分词语进行解释，其中的近端是指靠近高强螺栓的一端，其中的远端是指远离高强螺栓的一端。如图1、2、3所示，风电塔架下塔筒的上法兰2与上塔筒的下法兰3通过高强螺栓I连接，并通过螺母5预紧，螺母5与下法兰3之间还安装有垫片4。本发明的高强螺栓轴力测量装置，包括:拉杆10、轴力传感器7、支架8及力提供部件9 ;拉杆10的近端设置有用于与高强螺栓I螺纹端连接的连接部101，且拉杆10的近端及远端还分别设置有第一配合部102及第二配合部103 ;拉杆10的第一配合部102与轴力传感器7的近端面配合接触，拉杆10的第二配合部103与力提供部件9的远端配合作用，支架8的远端安装在力提供部件9的近端面与轴力传感器7的远端面之间，与两个端面接触，提供支撑力，支架8的近端用于支撑在高强螺栓I连接的部件(上塔筒的下法兰3)上；测量装置还包括用于安装在高强螺栓I的预紧螺母5上、测量螺母5伸缩量变化的应变测量部件6 ;轴力传感器7可自带显示部件，也可以通过电路外接有显示部件；应变测量部件6可自带显示部件，也可以通过电路外接有显示部件。优选地，支架8的纵截面为倒凹字型，倒凹字型支架的上端开有适于拉杆10穿过的孔，需要说明的是，支架8并不局限于上述结构。优选地，上述拉杆10近端的连接部101可采用与高强螺栓I外螺纹配合的内螺纹结构，需要说明的是，其中的连接部101不局限于内螺纹结构，其它任何夹持类的紧固连接部件均可。 优选地，上述拉杆10的第一、二配合部102、103分别为台阶状结构，需要说明的是，第一、二配合部并不局限于台阶状结构，任何能够与轴力传感器7的近端面配合接触，与力提供部件9的远端配合作用的结构均可。优选地，上述力提供部件9为空心千斤顶，拉杆10穿过空心千斤顶，空心千斤顶可选用液压千斤顶，也可选用气压千斤顶。需要说明的是，力提供部件9不局限于空心千斤顶，任何能够提供推力或拉力的部件均可。优选地，上述应变测量部件6为应变片。上述高强螺栓轴力测量装置的工作原理为:拉杆10的远端台阶结构在空心千斤顶打压作用下往上提升，拉杆10近端的内螺纹结构与高强螺栓I相配合，根据力的传递作用，高强螺栓I得到进一步的拉伸，但是这个过程还处于高强螺栓I的材料弹性变形阶段，因此不会对螺栓造成损伤。高强螺栓I被拉伸，螺母5产生回复到原始长度的趋势，螺母5长度值有变化并且稳定在一定区间内时，此时轴力传感器7测量的值就是高强螺栓I的轴力。
采用上述高强螺栓轴力测量装置进行轴力测量的方法，包括:( I)将2个应变片对称粘贴在高强螺栓I的预紧螺母5的轴向外表面；(2)将拉杆10通过其近端的连接部101与高强螺栓I的螺纹端配合连接；(3)启动力提供部件9，使拉杆10拉动高强螺栓1，高强螺栓I的预紧螺母5有回弹的趋势，当应变片的测量数值发生变化并且稳定在一定区间内时，读取轴力传感器7的值。上述一定区间，本领域技术人员可根据实际检测时的螺栓力矩而定。通过测量的轴力与设计的轴力对比，可以快速的对螺栓的预紧情况作出是否合理的判断。另外，还可以根据测量的轴力修正扭矩的工程施工值，具体如下:T=KFd,式中T为施工扭矩，K为螺栓安装的扭矩系数，F为螺栓轴力，d为螺栓截面有效直径。在现场施工中，通过测量F，可以从厂家得到的K值，按照上述公式，计算螺栓的施工扭矩T，对比现场实际施工扭矩，对其进行校正。为现场安装施工的力矩选择提供了依据。最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
权利要求
1.一种高强螺栓轴力测量装置，用于对连接不同部件并预紧的高强螺栓进行轴力测量，其特征在于，包括:拉杆、轴力传感器、力提供部件及支架； 所述拉杆的近端设置有用于与高强螺栓螺纹端连接的连接部，且拉杆的近端及远端还分别设置有第一配合部及第二配合部；所述拉杆的第一配合部与轴力传感器的近端面配合接触，拉杆的第二配合部与力提供部件的远端配合作用； 所述支架的远端安装在力提供部件的近端面与轴力传感器的远端面之间，所述支架的近端用于支撑在高强螺栓连接的部件上； 所述测量装置还包括用于安装在高强螺栓的预紧螺母上、测量螺母伸缩量变化的应变测量部件； 所述轴力传感器自带显示部件或外接有显示部件；所述应变测量部件自带显示部件或外接有显示部件。
2.根据权利要求1所述的高强螺栓轴力测量装置，其特征在于，所述支架的纵截面为倒凹字型，所述倒凹字型支架的上端开有适于拉杆穿过的孔。
3.根据权利要求1或2所述的高强螺栓轴力测量装置，其特征在于，所述拉杆近端的连接部采用与高强螺栓外螺纹配合的内螺纹结构。
4.根据权利要求1或2所述的高强螺栓轴力测量装置，其特征在于，所述拉杆的第一、二配合部分别为台阶状结构。
5.根据权利要求1或2所述的高强螺栓轴力测量装置，其特征在于，所述力提供部件为空心千斤顶,所述拉杆穿过空心千斤顶。
6.根据权利要求5所述的高强螺栓轴力测量装置，其特征在于，所述空心千斤顶为液压千斤顶。
7.根据权利要求1或2所述的高强螺栓轴力测量装置，其特征在于，所述应变测量部件为应变片。
8.采用权利要求1-7任一项所述的高强螺栓轴力测量装置进行轴力测量的方法，其特征在于，包括: (1)将应变测量部件安装在高强螺栓的预紧螺母的轴向外表面； (2)将拉杆通过其近端的连接部与高强螺栓的螺纹端配合连接； (3)启动力提供部件，使拉杆拉动高强螺栓，高强螺栓的预紧螺母有回弹的趋势，当应变测量部件的测量数值发生变化并且稳定在一定区间内时，读取轴力传感器的值。
9.根据权利要求8所述高强螺栓轴力测量的方法，其特征在于，所述应变测量部件为应变片，且 应变片为2个，对称粘贴在高强螺栓的预紧螺母的轴向外表面。
全文摘要
本发明公开了一种高强螺栓轴力测量装置及测量方法，测量装置包括拉杆、轴力传感器、力提供部件及支架；拉杆的近端设置有用于与高强螺栓螺纹端连接的连接部，拉杆的近、远端还分别设置有第一、二配合部；第一配合部与轴力传感器的近端面配合接触，第二配合部与力提供部件的远端配合作用，支架的远端安装在力提供部件与轴力传感器之间，近端用于支撑在高强螺栓连接的部件上；还包括用于安装在螺母上的应变测量部件；测量方法包括(1)将应变测量部件安装在螺母的轴向外表面；(2)将拉杆与高强螺栓的螺纹端配合连接；(3)启动力提供部件，根据应变测量部件的变化情况，适时读取轴力传感器的值。本发明通过直接测量高强螺栓轴力，测量精确。
文档编号G01L5/24GK103245452SQ20131020835
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月30日 优先权日2013年5月30日
发明者肖剑, 段二顺, 岳文彦, 任淮辉, 曹建忠, 王红艳, 陶钢正 申请人:龙源(北京)风电工程技术有限公司