CN203287140U

CN203287140U - 预紧力测量机构

Info

Publication number: CN203287140U
Application number: CN2013203601129U
Authority: CN
Inventors: 粟金发; 刘泉; 张江
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2023-06-21

Abstract

本实用新型提供了一种预紧力测量机构，包括测量装置、驱动装置和为驱动装置提供动力的动力装置，其中，驱动装置包括：驱动部；驱动杆，其第一端与驱动部的一端枢转连接；拧紧部，与驱动杆的第二端相连接并用于连接被测部件；其中，测量装置与驱动杆固定连接，并通过驱动杆的应变测量被测部件的预紧力。根据本实用新型的预紧力测量机构，在测量被测部件所受的预紧力时，通过驱动部带动驱动杆转动，从而对被测部件施加预紧力，并通过固定连接在驱动杆上的测量装置根据驱动杆的应变测量预紧力的值。本实用新型的预紧力测量机构有效、精确和实用，能够使得高强度螺栓预紧力的在线动态测定得以实现。

Description

预紧力测量机构

技术领域

本实用新型涉及机械领域，更具体地，涉及一种预紧力测量机构。

背景技术

螺栓是机械领域中广泛使用的连接部件，其中，高强度螺栓因其施工简单、受力性能好、耐疲劳且在动力荷载下不容易松动的优点在工程机械领域应用广泛，如塔式起重机的塔身标准节和回转支承连接，起重机回转台与底盘之间的连接等。为了增强连接的可靠性，防止连接在工作载荷下发生松动，在安装时对高强度螺栓都施加了一定的预紧力。

根据现场调研发现，目前，工程车辆安装施工和加固过程中连接用高强螺栓普遍存在预紧力偏小，少数甚至存在无预紧的现象。由于施工安装人员缺乏对该种连接方式的认识，不按规定控制预紧力，而后在工作的过程中连接部位反复拉、压交变，导致高强度螺栓与螺母日渐松弛。这两方面的因素轻则使装备的刚度减弱，重则会引起螺栓失效，造成事故。

在工程实际中，安装操作人员没有专用的工具控制和测定高强度螺栓的预紧力，通常采用的是几种经验式方法，比如测量螺栓伸长量法、转角测定法和扭矩法等。但是由于手段的限制，这些方法在工程应用上都有所制约。

如图1和图2所示，两个被连接件102之间通过螺栓101相连接，图1中h2为拧紧后螺栓101的头部下端与被连接件102之间的距离，图2中h2为拧紧前螺栓101的头部下端与被连接件102之间的距离。测量测螺栓伸长量法采用测定螺栓101伸长量的方法来控制和测定预紧力，常用于标准件厂对螺栓保证载荷的测定。对于已装在机械设备或工程车辆上的螺栓来说，由于布置局限或使用要求通常不便测量，测螺栓伸长量法的使用场合受到很大的限制。而且螺栓伸长法对于已安装的高强度螺栓而言并不适用，容易对螺栓产生破坏。

如图3所示，转角测定法通过测定螺栓头部的旋转角度a来控制螺栓的轴向拉力，从而将预紧力控制在允许范围内。这一方法对经验依赖较强，并且因为其他因素干扰容易产生误判。另外，由于被联接件的层数不同，贴紧程度不同，螺栓旋转一定角度后，螺栓的拉力也难以测量准确。

如图4所示，在拧紧时，用控制扭矩大小来控制螺栓101的预紧力的方法叫扭矩法。此方法大部分采用测力矩扳手，定力矩扳手和定力定臂扳手来控制预紧力。也有采用试验装置与设备结合的方法测定预紧力，比如利用应变数据采集设备或轴力计等设备，与液压扭矩扳手结合，在特定工装上直接测量出螺栓的预紧力。扭矩法往往需要采用力矩扳手或数据采集设备，对设备的依赖性较强。并且利用此类方法在机械或工程车辆上测出来的值只是施加于螺栓的扭矩值，测量值不直观，且往往不够准确，不能真实有效地显示出高强度螺栓的预紧力现状，无法达到在线动态测试的效果。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种测量精确的预紧力测量机构。

本实用新型提供了一种预紧力测量机构，包括测量装置、驱动装置和为驱动装置提供动力的动力装置，其中，驱动装置包括：驱动部；驱动杆，其第一端与驱动部的一端枢转连接；拧紧部，与驱动杆的第二端相连接并用于连接被测部件；其中，测量装置与驱动杆固定连接，并通过驱动杆的应变测量被测部件的预紧力。

进一步地，测量装置包括应变式传感器，应变式传感器固定设置在驱动杆上并在驱动杆上相间隔地设置。

进一步地，测量装置包括应变式传感器和传感器受力杆，应变式传感器固定设置在传感器受力杆上并在传感器受力杆上相间隔地设置。

进一步地，驱动杆包括第一杆段和第二杆段，传感器受力杆的两端分别与第一杆段和第二杆段相连接。

进一步地，传感器受力杆的两端分别具有连接部，连接部为螺纹杆，连接部伸入驱动杆内并与驱动杆螺纹连接。

进一步地，驱动杆驱动拧紧部转动，拧紧部包括套筒，套筒套设在被测部件的上端。

进一步地，拧紧部还包括连接轴，连接轴的一端与套筒固定连接，驱动杆与连接轴通过齿轮结构驱动连接。

进一步地，驱动装置还包括棘轮部，棘轮部与连接轴相连接。

进一步地，驱动部包括驱动缸和从驱动缸的一端伸出的活塞杆，活塞杆的一端与驱动杆枢转连接。

进一步地，驱动部还包括缸体接头，其一端与驱动缸相连接，其另一端与动力装置相连接。

进一步地，动力装置为与驱动缸相连通的压力供应装置。

进一步地，预紧力测量机构还包括反力杆，反力杆的一端与驱动部相连接，其另一端与驱动杆相连接。

进一步地，预紧力测量机构还包括吸附部，吸附部设置在驱动装置上。

根据本实用新型的预紧力测量机构，在测量被测部件所受的预紧力时，通过驱动部带动驱动杆转动，从而对被测部件施加预紧力，并通过固定连接在驱动杆上的测量装置根据驱动杆的应变测量预紧力的值。本实用新型提供了一种有效、精确、实用的预紧力测量机构，从而使得高强度螺栓预紧力的在线动态测定得以实现。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是现有的通过螺栓伸长法测量螺栓预紧力的螺栓在拧紧后的结构示意图；

图2是现有的通过螺栓伸长法测量螺栓预紧力的螺栓在拧紧前的结构示意图；

图3是现有的通过转角法测量螺栓预紧力的螺栓的结构示意图；

图4是现有的通过扭矩法测量螺栓预紧力的螺栓的结构示意图；

图5是根据本实用新型的预紧力测量机构的正视结构示意图；

图6是根据本实用新型的预紧力测量机构的俯视结构示意图；

图7是根据本实用新型的预紧力测量机构的驱动装置的结构示意图；

图8是根据本实用新型的预紧力测量机构的测量装置的侧视结构示意图；

图9是根据本实用新型的预紧力测量机构的测量装置的俯视结构示意图；以及

图10是根据本实用新型的预紧力测量机构的驱动杆及测量装置的受力图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图5和图6所示，本实用新型提供了一种预紧力测量机构，包括测量装置30、驱动装置和为驱动装置提供动力的动力装置40，其中，驱动装置包括：驱动部10；驱动杆60，其第一端与驱动部10的一端枢转连接；拧紧部70，与驱动杆60的第二端相连接并用于连接被测部件101；其中，测量装置30与驱动杆60固定连接，并通过驱动杆60的应变测量被测部件101的预紧力。

根据本实用新型的预紧力测量机构，驱动部10包括驱动缸11和从驱动缸11的一端伸出的活塞杆13，活塞杆13的一端与驱动杆60的第一端枢转连接，以带动驱动杆60进行转动。驱动杆60的第二端连接有拧紧部70，与被测部件101相连接，带动被测部件101转动。在测量被测部件101所受的预紧力时，通过驱动部10带动驱动杆60转动，从而对被测部件101施加预紧力，并通过固定连接在驱动杆60上的测量装置30根据驱动杆60的应变测量预紧力的值。本实用新型提供了一种有效、精确、实用的预紧力测量机构，从而使得高强度螺栓预紧力的在线动态测定得以实现。例如在工程车辆安装与使用过程中，能够有效地对高强度螺栓的预紧力进行数值控制。

其中，驱动杆60的第一端具有定位螺栓20。驱动部10还包括缸体接头12，其一端与驱动缸11相连接，其另一端与动力装置40相连接。本实施例中的缸体接头12为油缸快速接头，可与动力装置40快速连接，为液压缸提供动力。动力装置40为与驱动缸11相连通的压力供应装置，本实施例中的动力装置40采用手动液压泵作为该驱动装置的动力源，动力装置40包括阀块43，压力杆44和油箱45，其中阀块43所在一端具有压力表41和接头42。手动液压泵最高压可达70MPa，能够满足在线检测高强度螺栓预紧力需求。其中，动力装置40也可采用电动液压泵，这样可以满足对扭矩值要求较高的高强度螺栓的预紧力测定。

另外，由于该预紧力测量机构针对驱动力只有满足驱动的要求，因此也可以采用气动式或机械式驱动装置。

根据本实用新型的一个实施例，如图8所示，测量装置30包括应变式传感器34和传感器受力杆35，应变式传感器34固定设置在传感器受力杆35上并在传感器受力杆35上相间隔地设置。本实施例中，被测部件101为高强度螺栓，用于连接件102的连接。

如图8、图9和图10所示，通过驱动缸11对驱动杆60施加驱动力P，螺栓在驱动力P的作用下受到力矩T，驱动杆60受到弯矩M，根据平衡关系，螺栓所受扭转力矩T和驱动杆60与螺栓相互作用的中性面的弯矩M0应该相等。然后通过如图10所示的驱动杆60在力P作用下的弯矩图，在驱动杆60上的应变式传感器34上取定等间距L的梁截面，设其弯矩为M1、M2，则有：

T=M0=2M1-M2。

由螺栓预紧力F=2T/d可以得出：

F=52M1-M2/d。

在驱动杆60上安装应变式传感器34可以测出驱动杆两定等间距截面的应变ε1和ε2，通过计算得出：

F=5EW(2ε1-ε2)/d。

在应变式传感器34内部电路转换可以直接得出F=CΔV，其中C为预紧力系数，ΔV为传感器电桥输出电压。对于不同规格直径的螺栓，还需对应变式传感器34增加一螺栓直径d值的设定按钮，这样在驱动杆60受驱动力的作用转动的同时，应变式传感器34内部电路很快的测定和算出预紧力值并及时通过电位差计输出。通过本实用新型的预紧力测量机构，可以不借助于实验室设备与工装，直接及时地在使用现场或施工工地测定出工程机械关键部位连接用的高强度螺栓的预紧力情况。

本实施例中，测量装置还包括外壳32和设置在外壳32上的显示屏31，通过显示屏31可以随时读出螺栓中预紧力的大小。

如图8和图9所示，驱动杆60包括第一杆段和第二杆段，传感器受力杆35的两端分别与第一杆段和第二杆段相连接，从而传感器受力杆35与驱动杆60构成一个整体，便于对驱动杆60的应力测量。

其中，传感器受力杆35的两端分别具有连接部33，连接部33为螺纹杆，连接部33伸入驱动杆60内并与驱动杆60螺纹连接。

根据本实用新型的另一个实施例，如图8所示，测量装置30包括应变式传感器34，应变式传感器34固定设置在驱动杆60上并在驱动杆60上相间隔地设置。

本实施例中，应变式传感器34直接粘贴在驱动杆60的两端，通过两个应变式传感器34测出的应变ε1和ε2测量预紧力的值。为了防止外部环境对测量造成影响，在应变式传感器34外部设置保护层，对应变式传感器34进行保护。

如图5和图7所示，驱动杆60驱动拧紧部70转动，拧紧部70包括套筒，套筒套设在被测部件101的上端。将套筒与待测的高强度螺栓相连接，通过套筒对待测螺栓施加如图10中所示的作用力P。

其中，拧紧部70还包括连接轴，连接轴的一端与套筒固定连接，驱动杆60与连接轴通过齿轮结构驱动连接。如图5所示，驱动杆60的第二端的内圈设置有内齿轮结构，套筒的外圈上具有外齿轮结构，驱动杆60通过齿轮之间的啮合带动连接轴转动，从而带动套筒转动。

优选地，驱动装置还包括棘轮部，棘轮部为精密棘轮，并与连接轴通过齿轮副相连接。在测量螺栓预紧力的过程中，有时需要先对待测螺栓施加一个第一预紧力，随后在此第一预紧力的基础上继续对待测螺栓施加一个第二预紧力。为此，本实施例中设置了棘轮部，用于对第一预紧力进行保持，本实施例中设置了一个与驱动杆60固定连接的棘轮，其棘爪采用受力均匀的细齿结构，第一预紧力施加完成后，棘爪与齿轮紧密啮合，释放驱动力并能够保持预紧力值不变，而第二预紧力在原有的基础上继续施加，从而确保稳定、精确的预紧力控制。为了避免外部杂质对其精度影响，驱动装置的棘轮部分由棘轮盖50所覆盖。

预紧力测量机构还包括反力杆80，反力杆80的一端与驱动部10相连接，其另一端与驱动杆60相连接。其中反力杆80的一端与驱动部的一端铰接，反力杆80的另一端与套筒之间通过前述的连接轴枢转连接。

优选地，预紧力测量机构还包括吸附部90，吸附部90设置在驱动装置上。本实施例中，吸附部90为吸附磁铁，在工程车辆现场使用该装置时，可以起到固定作用。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1、本实用新型的预紧力测量机构能够直接输出高强度螺栓的预紧力值，采用高度灵敏的电阻应变片传感器与电位计，测量精度可以控制在0.5%之内，所以本实用新型的预紧力测量机构更加的直接、精确；

2、本实用新型的预紧力测量机构对使用人员要求低，外界干扰因素少，并且结构轻便，小巧，适合高空（比如塔机，回转台等）作业，实用性强。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种预紧力测量机构，其特征在于，包括测量装置（30）、驱动装置和为所述驱动装置提供动力的动力装置（40），其中，所述驱动装置包括：

驱动部（10）；

驱动杆（60），其第一端与所述驱动部（10）的一端枢转连接；

拧紧部（70），与所述驱动杆（60）的第二端相连接并用于连接被测部件（101）；

其中，所述测量装置（30）与所述驱动杆（60）固定连接，并通过所述驱动杆60的应变测量所述被测部件（101）的预紧力。

2.根据权利要求1所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述测量装置（30）包括应变式传感器（34），所述应变式传感器（34）固定设置在所述驱动杆（60）上并在所述驱动杆（60）上相间隔地设置。

3.根据权利要求1所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述测量装置（30）包括应变式传感器（34）和传感器受力杆（35），所述应变式传感器（34）固定设置在所述传感器受力杆（35）上并在所述传感器受力杆（35）上相间隔地设置。

4.根据权利要求3所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述驱动杆（60）包括第一杆段和第二杆段，所述传感器受力杆（35）的两端分别与所述第一杆段和所述第二杆段相连接。

5.根据权利要求4所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述传感器受力杆（35）的两端分别具有连接部（33），所述连接部（33）为螺纹杆，所述连接部（33）伸入所述驱动杆（60）内并与所述驱动杆（60）螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述驱动杆（60）驱动所述拧紧部（70）转动，所述拧紧部（70）包括套筒，所述套筒套设在所述被测部件（101）的上端。

7.根据权利要求6所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述拧紧部（70）还包括连接轴，所述连接轴的一端与所述套筒固定连接，所述驱动杆（60）与所述连接轴通过齿轮结构驱动连接。

8.根据权利要求7所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述驱动装置还包括棘轮部，所述棘轮部与所述连接轴相连接。

9.根据权利要求1所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述驱动部（10）包括驱动缸（11）和从所述驱动缸（11）的一端伸出的活塞杆（13），所述活塞杆（13）的一端与所述驱动杆（60）枢转连接。

10.根据权利要求9所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述驱动部（10）还包括缸体接头（12），其一端与所述驱动缸（11）相连接，其另一端与所述动力装置（40）相连接。

11.根据权利要求9所述的预紧力测量机构，其特征在于，所述动力装置（40）为与所述驱动缸（11）相连通的压力供应装置。

12.根据权利要求1所述的预紧力测量机构，其特征在于，还包括反力杆（80），所述反力杆（80）的一端与所述驱动部（10）相连接，其另一端与所述驱动杆（60）相连接。

13.根据权利要求1所述的预紧力测量机构，其特征在于，还包括吸附部（90），所述吸附部（90）设置在所述驱动装置上。