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CN109520831B - 一种螺栓连接静力试验工装、试验系统及使用方法 - Google Patents

一种螺栓连接静力试验工装、试验系统及使用方法 Download PDF

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CN109520831B CN201811434807.0A CN201811434807A CN109520831B CN 109520831 B CN109520831 B CN 109520831B CN 201811434807 A CN201811434807 A CN 201811434807A CN 109520831 B CN109520831 B CN 109520831B
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Abstract

本发明涉及一种螺栓连接静力试验工装、试验系统及使用方法，包括第一连接件及第二连接件，所述第一连接件及第二连接件上设有用于连接待测螺栓的连接通道，所述第一连接件的两侧面固定连接有第一侧板，所述第二连接件的两侧面固定连接有第二侧板，所述第一侧板及第二侧板边缘处不同位置可连接第一拉头，第一拉头可用于对待测螺栓施加拉力、剪切力及弯矩，所述第一侧板及第二侧板上设有扭矩加载机构，所述扭矩加载机构上可连接第二拉头，所述第二拉头可用于对待测螺栓施加扭力，采用本发明的试验工装，同一套工装可实现对待测螺栓施加多种载荷，通用性更强。

Description

一种螺栓连接静力试验工装、试验系统及使用方法
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域，具体涉及一种螺栓连接静力试验工装、试验系统及使用方法。
背景技术
螺栓连接是一种最常用的结构连接方法，为保证螺栓连接的可靠性，需要对螺栓本身施加各种载荷进行螺栓的性能试验，以确定其在各种载荷下的应力与应变情况，为有限元分析、螺栓强度校核提供依据。
螺栓试验施加的载荷包括：轴向拉伸载荷、弯矩载荷、扭矩载荷、剪切载荷等。对螺栓施加载荷则需要设计相应的工装，对于需要施加多种载荷的螺栓试验来说，目前的已有做法是针对每一种载荷设计专用的工装，每种工装只能用于施加单一载荷的螺栓性能考察试验，这种方法的所需工装种类往往较多、施加不同载荷所需工装之间没有通用性，工装设计、制造等成本高。在对螺栓进行静力试验时，施加不同载荷时需要更换不同工装，增加试验的时间成本，效率低下。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种螺栓连接静力试验工装，可以在一套工装上同时实现对螺栓施加拉伸载荷、弯矩载荷、扭矩载荷、剪切载荷，增加了螺栓静力试验工装的通用性，减少了试验工装设计、制造的成本，由于可以在一套工装上施加各种载荷，大大减少了螺栓表面引线连接频率和工装更换次数，极大地提高了试验效率。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种螺栓连接静力试验工装，包括第一连接件及第二连接件，所述第一连接件及第二连接件上设有用于连接待测螺栓的连接通道，所述第一连接件的两侧面固定连接有第一侧板，所述第二连接件的两侧面固定连接有第二侧板，所述第一侧板及第二侧板边缘处不同位置可连接第一拉头，第一拉头可用于对待测螺栓施加拉力、剪切力及弯矩，所述第一侧板及第二侧板上设有扭矩加载机构，所述扭矩加载机构上可连接第二拉头，所述第二拉头可用于对待测螺栓施加扭力。
进一步的，所述连接通道包括设置在第一连接件上与待测螺栓相匹配的通孔及设置在所述第二连接件上与所述通孔同心的且与待测螺栓相匹配的螺纹孔。
进一步的，所述第一侧板及第二侧板用于连接第一拉头的边缘设有施力孔，所述施力孔包括第一施力孔、第二施力孔及第三施力孔，所述连接通道的轴线位于第一侧板及第二侧板的第一施力孔的中心连线所形成的平面上，所述第一侧板及第二侧板的第二施力孔中心连线所形成的平面位于连接通道的一侧且与连接通道的轴线平行，第一侧板及第二侧板的第三施力孔中心连线所形成的平面与连接通道的轴线垂直。
进一步的，所述第一拉头包括一体式连接的第一连接部和第一施力部，第一连接部可通过施力孔与第一侧板或第二侧板固定连接。
进一步的，所述扭矩加载机构包括第一扭矩加载件及第二扭矩加载件，第一扭矩加载件及第二扭矩加载件分别固定在非同侧设置的第一侧板及第二侧板上，且第一扭矩加载件及第二扭矩加载件位于连接通道的同一侧。
进一步的，所述第一扭矩加载件及第二扭矩加载件均包括一体式连接的支座及连接板，第一扭矩加载件的支座固定在第一侧板上，第二扭矩加载件的支座固定在第二侧板上，所述第一扭矩加载件的连接板及第二扭矩加载件的连接板的对称面均位于与连接通道轴线垂直的平面上。
进一步的，所述第二拉头包括一体式连接的第二连接部和第二施力部，所述第二连接部可与所述连接板固定连接。
本发明还公开了一种螺栓连接静力试验系统，包括拉力试验机、检测装置及所述的螺栓连接静力试验工装，所述拉力试验机用于通过所述的螺栓连接静力试验工装向待测螺栓施加载荷，所述检测装置包括应变片及应变测量设备，所述应变片用于贴附待测螺栓表面，应变片与应变测量设备连接，可将待测螺栓表面的应变信息传输给应变测量设备。
本发明还公开了一种使用螺栓连接静力试验系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：在待测螺栓上贴附应变片，将待测螺栓与第一连接件及第二连接件连接，并将应变片通过导线与应变测量设备连接。
步骤2：根据实验要求，利用第一拉头或第二拉头将第一侧板及第二侧板与拉力试验机连接。
步骤3：启动拉力试验机，通过第一侧板及第二侧板对待测螺栓施加载荷，通过应变测量设备读取待测螺栓表面应变值。
进一步的，所述步骤2中：
对螺栓进行拉伸载荷实验时，将两个第一拉头通过第一施力孔分别与第一侧板及第二侧板固定连接，将第一拉头与拉力试验机连接。
对螺栓进行弯矩载荷实验时，将两个第一拉头通过第二施力孔分别与第一侧板及第二侧板固定连接，将第一拉头与拉力试验机连接。
对螺栓进行剪切载荷实验时，将两个第一拉头通过第三施力孔分别与第一侧板及第二侧板固定连接，将第一拉头与拉力试验机连接。
对螺栓进行扭矩载荷实验时，将两个第二拉头分别固定在第一扭矩加载件及第二扭矩加载件上，将第二拉头与拉力试验机连接。
本发明的有益效果：
本发明的螺栓连接静力试验工装，与拉力试验机配合使用，采用一套工装可以同时实现对螺栓施加拉伸载荷、弯矩载荷、扭矩载荷、剪切载荷等四种载荷，增加了螺栓静力试验工装的通用性，减少了试验工装设计、制造的成本；由于可以在一套工装上完成各种载荷，大大减少了应变螺栓表面引线连接频率和工装更换次数，极大地提高了试验效率。本发明在工程实际中有广泛的应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明工装整体结构主视示意图；
图2为本发明工装整体结构侧视示意图；
图3为本发明图2中的A向示意图；
图4为本发明工装施加拉伸载荷时使用状态示意图；
图5为本发明工装施加弯矩载荷时使用状态示意图；
图6为本发明工装施加剪切载荷时使用状态示意图；
图7为本发明工装施加扭矩载荷时使用状态俯视示意图；
图8为本发明工装施加扭矩载荷时使用状态侧视示意图；
图9为本发明应变片与待测螺栓装配示意图；
其中，1.第一连接件，2.第二连接件，3.第一侧板，3-1.矩形面，3-2.弧形面，3-3.连接面，4.第二侧板，5.侧板螺栓，6.第一施力孔，7.第二施力孔，8.第三施力孔，9.第一拉头，9-1.第一连接部，9-2.第一施力部，10.加载销钉，11.第一扭矩加载件，11-1.支座，11-2.连接板，12.第二扭矩加载件，13.第二拉头，13-1.第二连接部，13-2.第二施力部，14.侧板销钉，15.待测螺栓，16.引线孔，17.应变片。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，在对螺栓进行静力试验时，施加不同载荷时需要更换不同工装，增加试验的时间成本，效率低下，针对上述问题，本申请提出了一种螺栓连接静力试验工装。
本申请的一种典型实施方式中，如图1-3所示，一种螺栓连接静力试验工装，包括第一连接件1及第二连接件2，所述第一连接件及第二连接件均为立方体块，第一连接件及第二连接件中心设有连接通道，所述连接通道用于安装待测螺栓，所述连接通道包括设在第一连接件上与待测螺栓相匹配的通孔及设在第二连接件上与所述通孔同心的且与待测螺栓相匹配的螺纹孔，使用时，待测螺栓通过通孔穿过第一连接件，并通过螺纹孔旋紧在第二连接件上，待测螺栓上旋紧固定螺母，利用固定螺母将第一连接件及第二连接件压紧，实现待测螺栓与第一连接件及第二连接件的固定连接。
第一连接件的两个侧面通过侧板螺栓固定有第一侧板3，第二连接件的两个侧面通过侧板螺栓5固定有第二侧板4。所述第一连接件及第一侧板之间设有侧板销钉14，第一侧板通过侧板销钉向第一连接件传递载荷，所述第二连接件及第二侧板之间设有侧板销钉，第二侧板利用侧板销钉向第二连接件传递载荷。
所述第一侧板及第二侧板外侧面均由两个矩形面3-1、一个弧形面3-2及一个弧形的连接面3-3构成，第一侧板及第二侧板的其中一个矩形面相对设置，另外两个矩形面、两个弧形面及两个弧形连接面相对于通孔及螺纹孔的轴线对称设置。
沿所述第一侧板及第二侧板的弧形面边缘处设有多个施力孔，所述施力孔包括第一施力孔6、第二施力孔7及第三施力孔8。
所述通孔及螺纹孔的轴线位于第一侧板及第二侧板的第一施力孔的中心连线所在的平面上，通过第一施力孔分别向第一侧板及第二侧板施加反向的拉力，可对待测螺栓施加拉伸载荷。
所述第一侧板及第二侧板的第二施力孔的中心连线所在平面位于通孔及螺纹孔轴线的一侧，且与通孔及螺纹孔的轴线平行，通过第二施力孔分别向第一侧板及第二侧板施加反向的拉力，可对待测螺栓施加弯矩载荷。
所述第一侧板及第二侧板的第三施力孔的中心连线所在的平面与通孔及螺纹孔轴线相互垂直，通过第三施力孔分别向第一侧板及第二侧板施加反向拉力，可对待测螺栓施加剪切载荷。
所述第一侧板、第二侧板上的第一施力孔、第二施力孔及第三施力孔处均可连接第一拉头9，通过第一拉头向第一侧板及第二侧板施加载荷，所述第一拉头包括第一连接部9-1及第一施力部9-2，所述第一连接部上设有与施力孔相匹配的安装孔，第一拉头通过安装孔、加载销钉10及施力孔与第一侧板或第二侧板固定连接，所述第一施力部的形状与拉力试验机相匹配，第一施力部可与拉力试验机连接。
所述第一侧板及第二侧板上还固定有扭矩加载机构，所述扭矩加载机构包括第一扭矩加载件11及第二扭矩加载件12，所述第一扭矩加载件固定在第一侧板上，所述第二扭矩加载件固定在第二侧板上，固定第一扭矩加载件及第二扭矩加载件的第一侧板及第二侧板为非同侧的第一侧板及第二侧板，且第一扭矩加载件及第二扭矩加载件位于通孔及螺纹孔轴线的同一侧，对第一扭矩加载件及第二扭矩加载件施加反向拉力，可对待测螺栓施加扭矩载荷。
所述第一扭矩加载件及第二扭矩加载件均包括支座11-1及连接板11-2，第一扭矩加载件的支座固定在第一侧板上，第二扭矩加载件的支座固定在第二侧板上，所述支座上固定有连接板，第一扭矩加载件及第二扭矩加载件的安装位置应使两个连接板的对称平面位于同一平面上，且与通孔及螺纹孔的轴线垂直，满足与拉力试验机的装配需求，所述连接板上设有安装孔，通过安装孔可与第二拉头13连接，利用第二拉头施加载荷。
所述第二拉头包括一体式连接的第二连接部13-1及第二施力部13-2，所述第二连接部上设有与连接板相匹配的插槽，并且设有安装孔，所述连接板插入第二连接部的插槽中，通过加载销钉、连接板及第二连接部上的安装孔将连接板与第二连接部固定连接，从而实现了第二拉头与第一扭矩加载件或第二扭矩加载件的固定连接，所述第二施力部的形状与拉力试验机相匹配，第二施力部可与拉力试验机连接。
本发明还公开了一种螺栓连接静力试验系统，包括拉力试验机、检测装置及所述的螺栓连接静力试验工装，所述拉力试验机采用现有的拉力试验机，拉力试验机可通过第一拉头或第二拉头与螺栓连接静力试验工装连接，对待测螺栓施加载荷，所述检测装置包括应变片及应变测量设备，使用时，所述应变片贴附在待测螺栓表面，应变片上的导线通过第一连接件及第一侧板上的引线孔伸出，并与应变测量设备连接，应变片可检测待测螺栓表面的应变，并将应变信息传输给应变测量设备，所述应变测量设备采用现有的与应变片配套使用的应变测量设备即可。
本发明还公开了一种使用螺栓连接静力试验系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：如图9所示，在待测螺栓15上贴附应变片17，将待测螺栓通过通孔穿过第一连接件，并利用螺纹孔旋紧在第二连接件上，待测螺栓上旋紧固定螺母，固定螺母将第一连接件及第二连接件压紧，实现待测螺栓与第一连接件及第二连接件的固定连接，应变片上的导线通过第一连接件及第一侧板上的引线孔16伸出，连接应变测量设备。
步骤2：根据实验要求，利用第一拉头或第二拉头将第一侧板及第二侧板与拉力试验机连接。
对螺栓进行拉伸载荷实验时，如图4所示，将两个第一拉头的第一连接部通过第一施力孔、加载销钉分别与第一侧板及第二侧板固定连接，此时，两个第一拉头的轴线与待测螺栓的轴线重合，将第一拉头与拉力试验机连接，拉力试验机拉动两个第一拉头，第一拉头可通过第一侧板、第二侧板及第一连接件、第二连接件对待测螺栓施加拉伸载荷。
对螺栓进行弯矩载荷实验时，如图5所示，将两个第一拉头的第一连接部通过第二施力孔、加载销钉分别与第一侧板及第二侧板固定连接，此时，两个第一拉头的轴线位于待测螺栓轴线的一侧，且与待测螺栓的轴线平行，两个将第一拉头与拉力试验机连接，拉力试验机拉动两个第一拉头，第一拉头可通过第一侧板、第二侧板及第一连接件、第二连接件对待测螺栓施加弯矩载荷。
对螺栓进行剪切载荷实验时，如图6所示，将两个第一拉头的第一连接部通过第三施力孔、加载销钉分别与第一侧板及第二侧板固定连接，此时两个第一拉头的轴线与待测螺栓的轴线垂直，将第一拉头与拉力试验机连接，拉力试验机拉动两个第一拉头，第一拉头可通过第一侧板、第二侧板及第一连接件、第二连接件对待测螺栓施加剪切载荷。
对螺栓进行扭矩载荷实验时，如图7-8所示，将两个第二拉头的第二连接部通过加载销钉分别固定在第一扭矩加载件及第二扭矩加载件的连接板上，此时，两个第二拉头的轴线位于待测螺栓轴线的一侧，且与待测螺栓的轴线垂直，将第二拉头与拉力试验机连接，拉力试验机拉动第二拉头，可对待测螺栓施加扭矩载荷。
步骤3：启动拉力试验机，通过第一侧板及第二侧板对待测螺栓施加载荷，通过应变测量设备读取待测螺栓表面应变值。
本发明的螺栓连接静力试验系统，采用一套工装即可对待测螺栓施加多种载荷，增加了螺栓静力试验工装的通用性，减少了试验工装设计、制造的成本；由于可以在一套工装上完成各种载荷，大大减少了应变螺栓表面引线连接频率和工装更换次数，极大地提高了试验效率。本发明在工程实际中有广泛的应用前景。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种螺栓连接静力试验工装，其特征在于，包括第一连接件及第二连接 件，所述第一连接件及第二连接件上设有用于连接待测螺栓的连接通道，所述第一连接件的两侧面固定连接有第一侧板，所述第二连接件的两侧面固定连接有第二侧板，所述第一侧板及第二侧板边缘处不同位置可连接第一拉头，第一拉头可用于对待测螺栓施加拉力、剪切力及弯矩，所述第一侧板及第二侧板上设有扭矩加载机构，所述扭矩加载机构可连接第二拉头，所述第二拉头可用于对待测螺栓施加扭力；
所述第一侧板及第二侧板用于连接第一拉头的边缘设有施力孔，所述施力孔包括第一施力孔、第二施力孔及第三施力孔，所述连接通道的轴线位于第一侧板及第二侧板的第一施力孔的中心连线所形成的平面上，所述第一侧板及第二侧板的第二施力孔中心连线所形成的平面位于连接通道的一侧且与连接通道的轴线平行，第一侧板及第二侧板的第三施力孔中心连线所形成的平面与连接通道的轴线垂直；
所述扭矩加载机构包括第一扭矩加载件及第二扭矩加载件，第一扭矩加载件及第二扭矩加载件分别固定在非同侧设置的第一侧板及第二侧板上，且第一扭矩加载件及第二扭矩加载件位于连接通道轴线的同一侧；所述第二拉头的轴线与待测螺栓的轴线垂直。
2.如权利要求 1所述的一种螺栓连接静力试验工装，其特征在于，所述连 接通道包括设置在第一连接件上与待测螺栓相匹配的通孔及设置在所述第二连 接件上与所述通孔同心的且与待测螺栓相匹配的螺纹孔。
3.如权利要求 1所述的一种螺栓连接静力试验工装，其特征在于，所述第 一拉头包括一体式连接的第一连接部和第一施力部，第一连接部可通过施力孔与第一侧板或第二侧板固定连接。
4.如权利要求1所述的一种螺栓连接静力试验工装，其特征在于，所述第 一扭矩加载件及第二扭矩加载件均包括一体式连接的支座及连接板，第一扭矩加载件的支座固定在第一侧板上，第二扭矩加载件的支座固定在第二侧板上，所述第一扭矩加载件的连接板及第二扭矩加载件的连接板的对称面均位于与连接通 道轴线垂直的平面上。
5.如权利要求4所述的一种螺栓连接静力试验工装，其特征在于，所述第 二拉头包括一体式连接的第二连接部和第二施力部，所述第二连接部可与所述连接板固定连接。
6.一种螺栓连接静力试验系统，其特征在于，包括拉力试验机、检测装置及权利要求1-5任一项所述的螺栓连接静力试验工装，所述拉力试验机用于通过所述的螺栓连接静力试验工装向待测螺栓施加载荷，所述检测装置包括应变片及应变测量设备，所述应变片用于贴附在待测螺栓表面，应变片与应变测量设备连接，可将待测螺栓表面的应变信息传输给应变测量设备。
7.一种权利要求6所述的螺栓连接静力试验系统的工作方法，其特征在于， 包括以下步骤：
步骤1：在待测螺栓上贴附应变片，将待测螺栓与第一连接件及第二连接件 连接，并将应变片通过导线与应变测量设备连接；
步骤2：根据实验要求，利用第一拉头或第二拉头将第一侧板及第二侧板与 拉力试验机连接；
步骤3：启动拉力试验机，通过第一侧板及第二侧板对待测螺栓施加载荷， 通过应变测量设备读取待测螺栓表面应变值。
8.如权利要求7所述的工作方法，其特征在于：所述步骤2中，
对螺栓进行拉伸载荷实验时，将两个第一拉头通过第一施力孔分别与第一侧板及第二侧板固定连接，将第一拉头与拉力试验机连接；
对螺栓进行弯矩载荷实验时，将两个第一拉头通过第二施力孔分别与第一侧板及第二侧板固定连接，将第一拉头与拉力试验机连接；
对螺栓进行剪切载荷实验时，将两个第一拉头通过第三施力孔分别与第一侧板及第二侧板固定连接，将第一拉头与拉力试验机连接；
对螺栓进行扭矩载荷实验时，将两个第二拉头分别固定在第一扭矩加载件及第二扭矩加载件上，将第二拉头与拉力试验机连接。
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