【技術領域】

本發(fā)明屬于輸電線路測量儀器設備技術領域，具體涉及一種螺栓扭矩系數測試裝置及方法。

背景技術：

輸電鐵塔節(jié)點多采用連接板通過普通鍍鋅螺栓連接而成，在安裝過程中，絕大多數螺栓都必須施加預緊力。由于直接控制預緊力比較困難，一般通過控制緊固力矩來間接地控制預緊力。緊固力矩過小會導致結構偏不安全，緊固力矩過大會導致密封墊片被壓死而失去彈性、引起螺桿的斷裂。因而確定緊固力矩與預緊力之間的關系(即扭矩系數)，對結構的安全運行和可靠使用具有重要的實際意義。

目前，對扭矩系數的測試主要通過對螺栓粘貼電阻應變片或是采用軸力計的方式。前者需要對每一套被測螺栓粘貼應變片，操作麻煩，試驗準備周期較長；后者需要一系列配套的試驗裝置進行測試。試驗成本很高，操作繁瑣，特別對于非專業(yè)的緊固件測試單位很難擁有這些專用設備，這就對扭矩系數的測定帶來極大的不便。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種螺栓扭矩系數測試裝置及方法，采用該裝置在萬能試驗機上即可進行操作，并且精度高、速度快，簡單方便、安全可靠，尤為適合批量螺栓扭矩系數的測試。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種螺栓扭矩系數測試裝置，包括夾具、壓力環(huán)、扭矩扳手和電阻應變儀，壓力環(huán)套設在待測螺栓的螺桿上，待測螺栓的螺桿上螺紋連接有緊固螺母，壓力環(huán)、緊固螺母與待測螺栓緊固為一個整體；壓力環(huán)與電阻應變儀連接；夾具固定設置并用于夾緊緊固螺母；扭矩扳手上連接有與待測螺栓的頭部適配的套筒，套筒套設在待測螺栓的頭部。

所述待測螺栓在壓力環(huán)的兩側分別套設有第一墊片和第二墊片。

所述第一墊片和第二墊片的表面均設置有防滑結構。

所述待測螺栓的螺桿上還套設有滑動套筒，滑動套筒與待測螺栓的螺桿之間為間隙配合，壓力環(huán)套設于滑動套筒的外圈，壓力環(huán)與滑動套筒之間為間隙配合，滑動套筒的長度小于壓力環(huán)的厚度。

壓力環(huán)的內表面沿軸向開設有滑槽，滑動套筒的外表面與滑槽相對應的位置設有與滑槽相適配的凸槽。

滑槽沿壓力環(huán)的上表面向下開設，且長度小于壓力環(huán)的厚度；凸槽沿滑動套筒的上表面自上而下設置，凸槽的長度小于滑槽的長度。

所述夾具包括左夾具和右夾具，左夾具和右夾具在它們的交界處均開設有用于夾持緊固螺母的凹槽。

所述凹槽為v形槽。

所述夾具固定設置在基座上。

一種螺栓扭矩系數測試方法，通過上述裝置進行，包括如下步驟：

步驟一，將待測螺栓、壓力環(huán)和緊固螺母連接在一起形成待測螺栓連接副，壓力環(huán)與電阻應變儀連接，調整電阻應變儀的示數進行歸零；

步驟二，通過萬能試驗機對步驟一的待測螺栓連接副施加壓力荷載，對待測螺栓的預緊力和應變進行標定，得到兩者的線性關系；

步驟三，再通過夾具夾緊緊固螺母，并將夾具固定；根據待測螺栓頭部的尺寸選擇合適的套筒，將套筒下端的六角形凹槽與待測螺栓的頭部緊密相連，套筒的上端與扭矩扳手相連；

步驟四，當需要測試時，對扭矩扳手平穩(wěn)均衡地施加擬定的扭矩，當施加到擬定扭矩時，扭矩扳手發(fā)出警報聲，此時在電阻應變儀的顯示器上讀出應變示數；

步驟五，通過第二步標定待測螺栓的預緊力和應變的線性關系以及步驟四的擬定的扭矩，得出待測螺栓的扭矩系數。

與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的螺栓扭矩系數測試裝置通過扭矩扳手和套筒給待測螺栓施加已定的扭矩，通過壓力環(huán)測量螺桿的預緊力并通過電阻應變儀顯示出軸向應變，通過所測軸向應變及擬定的扭矩計算得到扭矩系數k，本發(fā)明的所有操作在萬能試驗機上即可完成，并且方便簡單，安全可靠，成本很低，適合批量螺栓扭矩系數的測試，使得人工作業(yè)的效率得到很大程度地提高。

進一步的，本發(fā)明通過第一墊片和第二墊片既能使壓力環(huán)所受壓強減小，不易損壞，同時還能夠均衡壓力環(huán)表面所受的壓力，使壓力環(huán)具有較好的軸向受力條件，產生準確的軸向應變，使得測試所得數據更加準確，保證待測螺栓扭矩系數的可靠性。

進一步的，本發(fā)明通過第一墊片和第二墊片表面的防滑結構能夠防止緊固螺母與夾具之間發(fā)生打滑；第一墊片和壓力環(huán)之間以及第二墊片和壓力環(huán)之間發(fā)生打滑。

進一步的，本發(fā)明通過在待測螺栓的螺桿上套設套筒，滑動套筒與待測螺栓的螺桿之間為間隙配合，壓力環(huán)套設于滑動套筒的外圈，壓力環(huán)與滑動套筒之間為間隙配合，保證了待測螺栓處于壓力環(huán)孔洞的中心位置，從而消除了因壓力環(huán)間隙導致待測螺栓螺桿在壓力環(huán)孔洞內活動而產生的誤差，同時，在需要測量不同規(guī)格的螺栓時，只需更換與待測螺栓格相匹配的滑動套筒即可滿足不同規(guī)格螺栓的測試，從而大大降低了試驗成本。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明的螺栓扭矩系數測試裝置的整體示意圖；

圖2為本發(fā)明的夾具的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的待測螺栓連接副與套筒以及扭矩扳手的裝配前的位置示意圖；

圖4為本發(fā)明的壓力環(huán)的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明的滑動套筒的結構示意圖。

其中，1為基座、2為夾具、2-1為凹槽、2-2為右夾具、2-3為左夾具、3為壓力環(huán)、3-1為滑槽、3-2為第一孔洞、4為套筒、5為扭矩扳手、6為連接線、7為電阻應變儀、8為待測螺栓、8-1為第一墊片、8-2為第二墊片、9為緊固螺母、10為滑動套筒、10-1為凸槽、10-2第二孔洞。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的螺栓扭矩系數測試裝置，包括夾具2、壓力環(huán)3、扭矩扳手5和電阻應變儀7，壓力環(huán)3套設在待測螺栓8的螺桿上，待測螺栓8在壓力環(huán)3的兩側分別套設有第一墊片8-1和第二墊片8-2，第一墊片8-1和第二墊片8-2的表面均設置有防滑結構，待測螺栓8的螺桿上螺紋連接有緊固螺母9，壓力環(huán)3、緊固螺母9、第一墊片8-1、第二墊片8-2與待測螺栓8緊固為一個整體；壓力環(huán)3與電阻應變儀7通過連接線6連接；夾具2可拆卸固定設置在基座1上，用于夾緊緊固螺母9，夾具2包括左夾具2-3和右夾具2-2，左夾具2-3和右夾具2-2在它們的交界處均開設有用于夾持緊固螺母9的凹槽2-1，凹槽2-1為v形槽；扭矩扳手5上連接有與待測螺栓8的頭部適配的套筒4，套筒4套設在待測螺栓8的頭部。

結合圖3-圖5，本發(fā)明的待測螺栓8的螺桿上還套設有滑動套筒10，滑動套筒10與待測螺栓8的螺桿之間為間隙配合，壓力環(huán)3套設于滑動套筒10的外圈，壓力環(huán)3與滑動套筒10之間為間隙配合，滑動套筒10的長度小于壓力環(huán)3的長度。如圖4和圖5所示，壓力環(huán)3的中心處開設第一孔洞3-2，第一孔洞3-2的表面沿軸向開設有兩個對稱的滑槽3-1，滑動套筒10的中心處開設有第二孔洞10-2，外表面與滑槽3-1相對應的位置設有與滑槽3-1相適配的兩個對稱的凸槽10-1；滑槽3-1沿壓力環(huán)3的上表面向下開設(如圖4)，且長度小于壓力環(huán)3的厚度；凸槽10-1沿滑動套筒10的上表面自上而下設置(如圖5)，凸槽10-1的長度小于滑槽3-1的長度，滑動套筒10和壓力環(huán)3通過第一孔洞3-2和凸槽10-1進行滑動固定。

本發(fā)明的第一墊片8-1和待測螺栓8屬于同一批次，第一墊片8-1和第二墊片8-2的表面均設置有防滑結構，目的是增大第二墊片8-2與夾具2之間的接觸表面、與壓力環(huán)3之間的接觸面、以及第一墊片8-1與壓力環(huán)3之間的接觸面的摩擦力，防止螺栓8在施擰過程中出現打滑而影響數據的準確性。

通過本發(fā)明的螺栓扭矩系數測試裝置測試待測螺栓的扭矩系數時，通過如下步驟：

步驟一，將待測螺栓8穿入滑動套筒10的內孔中，再將壓力環(huán)3套在滑動套筒10的外圈，再把第一墊片8-1放置在壓力環(huán)3和滑動套筒10的上端，把第二墊片8-2放置在壓力環(huán)3和滑動套筒10的下端，將緊固螺母9與待測螺栓8的螺桿連接，擰緊緊固螺母9，使待測螺栓8、滑動套筒10、壓力環(huán)3、第一墊片8-1、第二墊片8-2和緊固螺母9連接為一個整體，并作為待測螺栓連接副，壓力環(huán)3與電阻應變儀7連接，調整電阻應變儀7的示數進行歸零；

步驟二，通過萬能試驗機對步驟一的待測螺栓連接副施加壓力荷載，對待測螺栓8的預緊力和應變進行標定，得到兩者的線性關系；

步驟三，通過夾具2的凹槽2-1夾住緊固螺母9，并將夾具2固定在萬能試驗機的基座1上，操作萬能試驗機使夾具2的凹槽2-1夾緊緊固螺母9，需要注意的是，在操作萬能試驗機的夾具在夾緊待測螺栓連接副的緊固螺母時，應避免夾持住第二墊片，確保第二墊片位于夾具的上表面；然后，根據待測螺栓8頭部的尺寸選擇合適的套筒4，將套筒4下端的六角形凹槽與待測螺栓8的頭部緊密相連，套筒4的上端與扭矩扳手5相連；

步驟四，當需要測試時，首先對扭矩扳手5平穩(wěn)均衡地施加擬定的扭矩，由于在一定扭矩的作用下，待測螺栓的螺桿處產生了預緊力，預緊力通過壓力環(huán)3進行測量并將測量信號轉換給電阻應變儀7，當施加到擬定扭矩時，扭矩扳手5發(fā)出警報聲，此時在電阻應變儀7的顯示器上讀出應變示數。

通過步驟二標定待測螺栓的預緊力和應變的線性關系算出預緊力p，由于擬定的扭矩已知，按照《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》(gb50205-2001)規(guī)定的公式k＝t/(dp)得出扭矩系數，取八套螺栓作為一個測試樣本并計算扭矩系數的算術平均值與標準差。為說明本裝置的測試效果，選取一組試驗數據為例進行說明。

螺栓規(guī)格為m20，等級為8.8級普通螺栓，防腐措施分為未鍍鋅(俗稱黑件)和熱浸鍍鋅(俗稱白件)，根據第二步標定試驗所得的預緊力-應變的線性公式為：預緊力＝0.1352×應變-2.017，以黑件序號1所測得的應變687為例進行計算，預緊力＝0.1352×687-2.017＝90.87kn，根據公式k＝280/(20×90.87)＝0.154得到單套螺栓扭矩系數，依次進行計算得到扭矩系數的平均值和標準差。如表1所示，表1為扭矩系數測試結果：

表1

通過表1的結果可得出以下結論：

(1)對于相同等級和規(guī)格的螺栓，熱浸鍍鋅螺栓(鍍鋅后)的扭矩系數和扭矩系數標準差(離散性)都要高于黑件(鍍鋅前)；

(2)gb/t1231-2006《鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件》規(guī)定了高強螺栓的扭矩系數平均值為0.110～0.150，扭矩系數標準差不應大于0.010。相較于高強螺栓，普通螺栓的扭矩系數平均值和標準差(離散性)都高于規(guī)范所規(guī)定的高強螺栓扭矩系數平均值和標準差(離散性)。