專利名稱：一種高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置及測(cè)量方法，尤其涉及一種風(fēng)電塔架高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)電塔架高強(qiáng)螺栓連接風(fēng)電塔架的上塔筒的下法蘭與下塔筒的上法蘭。長(zhǎng)期承受來自各個(gè)方向的載荷，塔筒的載荷最終傳遞到了連接兩段塔筒之間的高強(qiáng)螺栓上。高強(qiáng)螺栓連接兩段塔筒，需要施加預(yù)緊力(即螺栓的軸力)，使塔筒能保持緊密的貼合在一起。如果預(yù)緊力大于設(shè)計(jì)的預(yù)緊力，則高強(qiáng)螺栓很容易產(chǎn)生疲勞，壽命周期大大縮短；如果預(yù)緊力小于設(shè)計(jì)的預(yù)緊力，則塔筒在承受載荷時(shí)產(chǎn)生晃動(dòng)，使得螺栓更加容易松動(dòng)。螺栓軸力過大或過小都會(huì)對(duì)其壽命周期產(chǎn)生影響，因此需要在螺栓施擰之后，對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。傳統(tǒng)螺栓校驗(yàn)普遍采取力矩校驗(yàn)法:(1)靜力矩檢驗(yàn)法；(2)使用過程中檢驗(yàn)法；(3)用力矩扳手順螺母擰緊方向的檢驗(yàn)法。(I)靜力矩檢驗(yàn)方法為沿緊固件的緊固方向均勻擰緊，直到斷裂，測(cè)其斷裂時(shí)的力矩值。(2)使用過程中檢驗(yàn)法是通過先在聯(lián)接件緊固后的裝配位置上打上標(biāo)記，然后旋松約1/4圈，接著再擰緊到標(biāo)記位置，檢查其擰緊力矩值。此法由于放松后再擰緊，其螺紋狀態(tài)、接頭板材的密貼程度、施工誤差、螺母復(fù)位的準(zhǔn)確度等對(duì)力矩值有很大影響。即使第2次擰緊到原來位置，其值也達(dá)不到最初數(shù)值，比最初值要小。

(3)用力矩扳手順螺母擰緊方向的檢驗(yàn)法即用力矩扳手順螺母擰緊方向，當(dāng)讀數(shù)達(dá)到規(guī)定要求下限，螺母不轉(zhuǎn)動(dòng)，而螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的讀數(shù)值小于規(guī)定要求的上限則可判定為合格；當(dāng)未達(dá)到規(guī)定值下限螺母即轉(zhuǎn)動(dòng)或讀數(shù)已超過規(guī)定值的上限螺母仍不轉(zhuǎn)動(dòng)則判斷為不合格。靜力矩檢驗(yàn)法要求擰到緊固件斷裂，屬于破壞性的檢驗(yàn)，對(duì)于實(shí)際要求檢驗(yàn)已裝配后的螺栓聯(lián)接的緊固程度是否達(dá)到了規(guī)定值的內(nèi)容是不適用的。使用過程中檢驗(yàn)法是在使用過程中檢驗(yàn)，第2次數(shù)值達(dá)不到最初的數(shù)值，一般比最初數(shù)值平均低10%左右。用力矩扳手順螺母擰緊方向的檢驗(yàn)方法這種檢驗(yàn)方法結(jié)果比較可靠，操作方便，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種方法。在調(diào)研中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中存在以下的缺點(diǎn)和不足:大部分方法都是針對(duì)螺栓的擰緊力矩來進(jìn)行檢測(cè)，而忽略扭矩系數(shù)的影響。螺栓的扭矩系數(shù)對(duì)螺栓預(yù)緊有很大的影響。螺栓的預(yù)緊力與擰緊力矩成正比，與扭矩系數(shù)成反比。當(dāng)螺栓的扭矩保持一定時(shí)，扭矩系數(shù)越大，預(yù)緊力越小，扭矩系數(shù)越小，反之，預(yù)緊力越大。為了檢驗(yàn)螺栓的預(yù)緊效果，需要避免扭矩系數(shù)的影響，直接測(cè)量螺栓的預(yù)緊力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量精度高的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置及測(cè)量方法，通過直接測(cè)量高強(qiáng)螺栓的軸力，可以避免利用擰緊力矩來間接控制高強(qiáng)螺栓軸力的不良效果O為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，用于對(duì)連接不同部件并預(yù)緊的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行軸力測(cè)量，包括:拉桿、軸力傳感器、力提供部件及支架；所述拉桿的近端設(shè)置有用于與高強(qiáng)螺栓螺紋端連接的連接部，且拉桿的近端及遠(yuǎn)端還分別設(shè)置有第一配合部及第二配合部；所述拉桿的第一配合部與軸力傳感器的近端面配合接觸，拉桿的第二配合部與力提供部件的遠(yuǎn)端配合作用；所述支架的遠(yuǎn)端安裝在力提供部件的近端面與軸力傳感器的遠(yuǎn)端面之間，所述支架的近端用于支撐在高強(qiáng)螺栓連接的部件上；所述測(cè)量裝置還包括用于安裝在高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母上、測(cè)量螺母伸縮量變化的應(yīng)變測(cè)量部件；所述軸力傳感器自帶顯示部件或外接有顯示部件；所述應(yīng)變測(cè)量部件自帶顯示部件或外接有顯示部件。進(jìn)一步地，所述支架的縱截面為倒凹字型，所述倒凹字型支架的上端開有適于拉桿穿過的孔。進(jìn)一步地，所述拉桿近端的連接部采用與高強(qiáng)螺栓外螺紋配合的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述拉桿的第一、二配合部分別為臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述力提供部件為空心千斤頂，所述拉桿穿過空心千斤頂。進(jìn)一步地，所述空心千斤頂為液壓千斤頂。進(jìn)一步地，所述應(yīng)變測(cè)量部件為應(yīng)變片。
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采用上述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置進(jìn)行軸力測(cè)量的方法，包括:(I)將應(yīng)變測(cè)量部件安裝在高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母的軸向外表面；(2)將拉桿通過其近端的連接部與高強(qiáng)螺栓的螺紋端配合連接；(3)啟動(dòng)力提供部件，使拉桿拉動(dòng)高強(qiáng)螺栓，高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母有回彈的趨勢(shì)，當(dāng)應(yīng)變測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)值發(fā)生變化并且穩(wěn)定在一定區(qū)間內(nèi)時(shí)，讀取軸力傳感器的值。進(jìn)一步地，所述應(yīng)變測(cè)量部件為應(yīng)變片，且應(yīng)變片為2個(gè)，對(duì)稱粘貼在高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母的軸向外表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了直接測(cè)量高強(qiáng)螺栓軸力，避免了利用擰緊力矩來間接控制高強(qiáng)螺栓軸力的不良效果，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量方法簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，降低了成本，提高了工作效率。2、本發(fā)明通過直接測(cè)量高強(qiáng)螺栓軸力，掌握了高強(qiáng)螺栓預(yù)緊的情況，從而可以反求高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力矩，為現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的力矩選擇提供了依據(jù)。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置使用狀態(tài)剖視圖(風(fēng)電塔架高強(qiáng)螺栓);圖2、3為本發(fā)明高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置不同角度的使用狀態(tài)圖(風(fēng)電塔架高強(qiáng)螺栓)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，主要用于對(duì)連接兩個(gè)部件的并預(yù)緊的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行軸力測(cè)量，本實(shí)施例以對(duì)連接風(fēng)電塔架的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行軸力測(cè)量為例，來對(duì)該高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置進(jìn)行說明，但并不局限于風(fēng)電塔架的連接，該軸力測(cè)量裝置適用于任何使用高強(qiáng)螺栓連接并需要測(cè)量軸力的情況。為了便于理解，先對(duì)本發(fā)明的部分詞語進(jìn)行解釋，其中的近端是指靠近高強(qiáng)螺栓的一端，其中的遠(yuǎn)端是指遠(yuǎn)離高強(qiáng)螺栓的一端。如圖1、2、3所示，風(fēng)電塔架下塔筒的上法蘭2與上塔筒的下法蘭3通過高強(qiáng)螺栓I連接，并通過螺母5預(yù)緊，螺母5與下法蘭3之間還安裝有墊片4。本發(fā)明的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，包括:拉桿10、軸力傳感器7、支架8及力提供部件9 ;拉桿10的近端設(shè)置有用于與高強(qiáng)螺栓I螺紋端連接的連接部101，且拉桿10的近端及遠(yuǎn)端還分別設(shè)置有第一配合部102及第二配合部103 ;拉桿10的第一配合部102與軸力傳感器7的近端面配合接觸，拉桿10的第二配合部103與力提供部件9的遠(yuǎn)端配合作用，支架8的遠(yuǎn)端安裝在力提供部件9的近端面與軸力傳感器7的遠(yuǎn)端面之間，與兩個(gè)端面接觸，提供支撐力，支架8的近端用于支撐在高強(qiáng)螺栓I連接的部件(上塔筒的下法蘭3)上；測(cè)量裝置還包括用于安裝在高強(qiáng)螺栓I的預(yù)緊螺母5上、測(cè)量螺母5伸縮量變化的應(yīng)變測(cè)量部件6 ;軸力傳感器7可自帶顯示部件，也可以通過電路外接有顯示部件；應(yīng)變測(cè)量部件6可自帶顯示部件，也可以通過電路外接有顯示部件。優(yōu)選地，支架8的縱截面為倒凹字型，倒凹字型支架的上端開有適于拉桿10穿過的孔，需要說明的是，支架8并不局限于上述結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述拉桿10近端的連接部101可采用與高強(qiáng)螺栓I外螺紋配合的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，需要說明的是，其中的連接部101不局限于內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，其它任何夾持類的緊固連接部件均可。 優(yōu)選地，上述拉桿10的第一、二配合部102、103分別為臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，需要說明的是，第一、二配合部并不局限于臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，任何能夠與軸力傳感器7的近端面配合接觸，與力提供部件9的遠(yuǎn)端配合作用的結(jié)構(gòu)均可。優(yōu)選地，上述力提供部件9為空心千斤頂，拉桿10穿過空心千斤頂，空心千斤頂可選用液壓千斤頂，也可選用氣壓千斤頂。需要說明的是，力提供部件9不局限于空心千斤頂，任何能夠提供推力或拉力的部件均可。優(yōu)選地，上述應(yīng)變測(cè)量部件6為應(yīng)變片。上述高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置的工作原理為:拉桿10的遠(yuǎn)端臺(tái)階結(jié)構(gòu)在空心千斤頂打壓作用下往上提升，拉桿10近端的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)與高強(qiáng)螺栓I相配合，根據(jù)力的傳遞作用，高強(qiáng)螺栓I得到進(jìn)一步的拉伸，但是這個(gè)過程還處于高強(qiáng)螺栓I的材料彈性變形階段，因此不會(huì)對(duì)螺栓造成損傷。高強(qiáng)螺栓I被拉伸，螺母5產(chǎn)生回復(fù)到原始長(zhǎng)度的趨勢(shì)，螺母5長(zhǎng)度值有變化并且穩(wěn)定在一定區(qū)間內(nèi)時(shí)，此時(shí)軸力傳感器7測(cè)量的值就是高強(qiáng)螺栓I的軸力。
采用上述高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置進(jìn)行軸力測(cè)量的方法，包括:( I)將2個(gè)應(yīng)變片對(duì)稱粘貼在高強(qiáng)螺栓I的預(yù)緊螺母5的軸向外表面；(2)將拉桿10通過其近端的連接部101與高強(qiáng)螺栓I的螺紋端配合連接；(3)啟動(dòng)力提供部件9，使拉桿10拉動(dòng)高強(qiáng)螺栓1，高強(qiáng)螺栓I的預(yù)緊螺母5有回彈的趨勢(shì)，當(dāng)應(yīng)變片的測(cè)量數(shù)值發(fā)生變化并且穩(wěn)定在一定區(qū)間內(nèi)時(shí)，讀取軸力傳感器7的值。上述一定區(qū)間，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際檢測(cè)時(shí)的螺栓力矩而定。通過測(cè)量的軸力與設(shè)計(jì)的軸力對(duì)比，可以快速的對(duì)螺栓的預(yù)緊情況作出是否合理的判斷。另外，還可以根據(jù)測(cè)量的軸力修正扭矩的工程施工值，具體如下:T=KFd,式中T為施工扭矩，K為螺栓安裝的扭矩系數(shù)，F(xiàn)為螺栓軸力，d為螺栓截面有效直徑。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，通過測(cè)量F，可以從廠家得到的K值，按照上述公式，計(jì)算螺栓的施工扭矩T，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工扭矩，對(duì)其進(jìn)行校正。為現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的力矩選擇提供了依據(jù)。最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，用于對(duì)連接不同部件并預(yù)緊的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行軸力測(cè)量，其特征在于，包括:拉桿、軸力傳感器、力提供部件及支架； 所述拉桿的近端設(shè)置有用于與高強(qiáng)螺栓螺紋端連接的連接部，且拉桿的近端及遠(yuǎn)端還分別設(shè)置有第一配合部及第二配合部；所述拉桿的第一配合部與軸力傳感器的近端面配合接觸，拉桿的第二配合部與力提供部件的遠(yuǎn)端配合作用； 所述支架的遠(yuǎn)端安裝在力提供部件的近端面與軸力傳感器的遠(yuǎn)端面之間，所述支架的近端用于支撐在高強(qiáng)螺栓連接的部件上； 所述測(cè)量裝置還包括用于安裝在高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母上、測(cè)量螺母伸縮量變化的應(yīng)變測(cè)量部件； 所述軸力傳感器自帶顯示部件或外接有顯示部件；所述應(yīng)變測(cè)量部件自帶顯示部件或外接有顯示部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，其特征在于，所述支架的縱截面為倒凹字型，所述倒凹字型支架的上端開有適于拉桿穿過的孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，其特征在于，所述拉桿近端的連接部采用與高強(qiáng)螺栓外螺紋配合的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，其特征在于，所述拉桿的第一、二配合部分別為臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，其特征在于，所述力提供部件為空心千斤頂,所述拉桿穿過空心千斤頂。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，其特征在于，所述空心千斤頂為液壓千斤頂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置，其特征在于，所述應(yīng)變測(cè)量部件為應(yīng)變片。
8.采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置進(jìn)行軸力測(cè)量的方法，其特征在于，包括: (1)將應(yīng)變測(cè)量部件安裝在高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母的軸向外表面； (2)將拉桿通過其近端的連接部與高強(qiáng)螺栓的螺紋端配合連接； (3)啟動(dòng)力提供部件，使拉桿拉動(dòng)高強(qiáng)螺栓，高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母有回彈的趨勢(shì)，當(dāng)應(yīng)變測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)值發(fā)生變化并且穩(wěn)定在一定區(qū)間內(nèi)時(shí)，讀取軸力傳感器的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量的方法，其特征在于，所述應(yīng)變測(cè)量部件為應(yīng)變片，且 應(yīng)變片為2個(gè)，對(duì)稱粘貼在高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊螺母的軸向外表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)螺栓軸力測(cè)量裝置及測(cè)量方法，測(cè)量裝置包括拉桿、軸力傳感器、力提供部件及支架；拉桿的近端設(shè)置有用于與高強(qiáng)螺栓螺紋端連接的連接部，拉桿的近、遠(yuǎn)端還分別設(shè)置有第一、二配合部；第一配合部與軸力傳感器的近端面配合接觸，第二配合部與力提供部件的遠(yuǎn)端配合作用，支架的遠(yuǎn)端安裝在力提供部件與軸力傳感器之間，近端用于支撐在高強(qiáng)螺栓連接的部件上；還包括用于安裝在螺母上的應(yīng)變測(cè)量部件；測(cè)量方法包括(1)將應(yīng)變測(cè)量部件安裝在螺母的軸向外表面；(2)將拉桿與高強(qiáng)螺栓的螺紋端配合連接；(3)啟動(dòng)力提供部件，根據(jù)應(yīng)變測(cè)量部件的變化情況，適時(shí)讀取軸力傳感器的值。本發(fā)明通過直接測(cè)量高強(qiáng)螺栓軸力，測(cè)量精確。
文檔編號(hào)G01L5/24GK103245452SQ20131020835
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月30日
發(fā)明者肖劍, 段二順, 岳文彥, 任淮輝, 曹建忠, 王紅艷, 陶鋼正 申請(qǐng)人:龍?jiān)?北京)風(fēng)電工程技術(shù)有限公司