CN214748824U - 一种高强度螺杆紧固检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及结构工程技术领域，具体涉及一种高强度螺杆紧固检测装置。该高强度螺杆紧固检测装置包括：支撑筒、顶升装置和张拉力检测装置。其中，支撑筒用于套设在螺杆上，且一端抵持在所述螺杆穿过的待紧固结构上；顶升装置设于所述支撑筒的另一端，用于套设在所述螺杆并与所述螺杆可拆卸连接，以张拉所述螺杆；张拉力检测装置用于获取所述顶升装置的顶升位移和螺杆的张拉力。能够解决现有技术中螺杆紧固力不便检测，导致紧固力不满足要求的问题。

Description

一种高强度螺杆紧固检测装置

技术领域

本实用新型涉及结构工程技术领域，具体涉及一种高强度螺杆紧固检测装置。

背景技术

高强度螺杆是用于结构或设备中不同部分相互连接的重要构件，是高强度螺栓的一种特定形式。高强度螺杆的预紧力是其重要的控制和检查参数，不符合设计要求的预紧力会引出结构或设备的安全隐患。比如，在悬索桥上采用高强度螺杆将索夹抱紧在主缆上，以将吊索承受的大桥荷载传递至主缆上，若预紧力不足则可能出现索夹滑移等问题，影响大桥结构安全；风电塔杆与叶片之间的连接方式也是高强度螺杆预紧连接，若预紧力过大或不足则容易出现螺杆断裂和叶片掉落等重大安全事故。

工程中使用的高强度螺杆一般采用千斤顶张拉的方式进行紧固施工和检查，由于螺杆及连接结构的加工公差和粗糙度等因素，导致索夹螺杆的轴力难以准确的控制和检测。近些年，技术人员提出基于超声的螺杆轴力检测方法，比如专利号为201710827046.4，名为“一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法”的专利，采用超声测量与千斤顶张拉装置用于检测已紧固螺杆的紧固轴力，并可以在后期检测时不再需要千斤顶张拉装置辅助。专利号为201620438541.7，名为“螺杆检测用张拉仪”提出了一种在螺杆分级张拉过程中通过超声测量得到螺杆长度-拉力关系，然后计算轴力的检测方式。

然而保证螺杆施工质量的重点在于张拉系统与实施过程控制。以往螺杆的千斤顶张拉只控制张拉荷载，具体实施依赖经验且较为粗糙，对于施工后的螺杆紧固力也无法检查，以上方式很容易导致螺杆紧固力不满足设计要求，影响结构或设备安全。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种高强度螺杆紧固检测装置，能够解决现有技术中螺杆紧固力不便检测，导致紧固力不满足要求的问题。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

本实用新型提供一种高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于，包括：

支撑筒，其用于套设在螺杆上，且一端抵持在所述螺杆穿过的待紧固结构上；

顶升装置，其设于所述支撑筒的另一端，用于套设在所述螺杆并与所述螺杆可拆卸连接，以张拉所述螺杆；

张拉力检测装置，其用于获取所述顶升装置的顶升位移和螺杆的张拉力。

在一些可选的方案中，所述张拉力检测装置包括：

顶升位移传感器，其设于所述顶升装置上，用于检测所述顶升装置的顶升位移；

张拉力传感器，其设于所述支撑筒上，用于获取所述螺杆的张拉力。

在一些可选的方案中，张拉力传感器为电阻式应变传感器或振弦式应变传感器。

在一些可选的方案中，顶升位移传感器为光纤位移传感器、超声测距传感器、磁致伸缩位移传感器或电感笔式位移传感器。

在一些可选的方案中，还包括液压旋转套筒，其用于设在所述支撑筒的内部，并套设在紧固所述螺杆的螺母上，以在所述顶升装置张拉所述螺杆时和/或张拉所述螺杆后，紧固所述螺母。

在一些可选的方案中，所述张拉力检测装置还包括转角传感器，还用于获取所述液压旋转套筒的旋转角度。

在一些可选的方案中，转角传感器为光电式传感器、滑动电阻式传感器、磁感应式传感器或霍尔式传感器。

在一些可选的方案中，还包括液压系统，其用于给所述顶升装置和液压旋转套筒提供液压力，所述液压系统包括：

液压泵，其用于提供液压力；

第一液压管路，其两端连通液压泵与所述顶升装置，并在所述第一液压管路上设有第一液压传感控制器，用于采集并控制第一液压管路的液压；

第二液压管路，其两端连通液压泵与所述液压旋转套筒，并在所述第二液压管路上设有第二液压传感控制器，用于采集并控制第二液压管路的液压。

在一些可选的方案中，所述顶升装置为液压顶升装置，所述液压顶升装置包括：

外壳体，其设于所述支撑筒的另一端，且其内设有容纳空间；

活塞，其设于所述容纳空间内，与所述外壳体的容纳空间形成压力区，且所述活塞用于套设在所述螺杆并与所述螺杆可拆卸连接；

盖板，其设于所述外壳体上，并使所述活塞穿过。

在一些可选的方案中，所述活塞内侧设有内螺纹，用于与所述螺杆可拆卸连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：在使用该高强度螺杆紧固检测装置时，将该高强度螺杆紧固检测装置安装在螺杆的端部，使顶升装置加载以张拉螺杆，通过张拉力检测装置获取螺杆的张拉力从零开始变化时顶升装置的第一顶升位移u₁；获取螺杆的张拉力到达设计张力值F_设计时对应的顶升装置的第二顶升位移u_F；根据u₁、F_设计和u_F，确定所述螺杆张拉前的预紧力F₀。这样可以在张拉过程中能够实时得到张拉前螺杆的预紧力F₀，再根据设计要求判断张拉前螺杆的预紧力F₀是不是满足要求，以判断是不是需要补拉，实现了高精度和高效率的螺杆张拉施工与实时检查，提高了结构或设备质量，并降低了施工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中高强度螺杆紧固检测装置的使用状态示意图；

图2为本实用新型实施例中A处的三维结构示意图；

图3为本实用新型实施例中高强度螺杆紧固检测装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中高强度螺杆紧固检测方法的求解原理图；

图5为本实用新型实施例中张拉力与活塞液压行程的关系图；

图6为本实用新型实施例中螺母转角与输出扭矩的关系图。

图中：1、支撑筒；2、螺杆；3、待紧固结构；4、顶升装置；41、外壳体；42、活塞；43、盖板；5、液压旋转套筒；6、螺母；7、张拉力检测装置；71、顶升位移传感器；72、张拉力传感器；73、转角传感器；8、液压系统；81、液压泵；82、第一液压管路；83、第一液压传感控制器；84、第二液压管路；85、第二液压传感控制器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实用新型提供一种高强度螺杆紧固检测装置，包括：支撑筒1、顶升装置4和张拉力检测装置7。

其中，支撑筒1用于套设在螺杆2上，且一端抵持在螺杆2穿过的待紧固结构3上；顶升装置4设于支撑筒1的另一端，用于套设在螺杆2并与螺杆2可拆卸连接，以张拉螺杆2；张拉力检测装置7用于获取顶升装置4的顶升位移和螺杆2的张拉力。

在使用该高强度螺杆紧固检测装置时，将该高强度螺杆紧固检测装置安装在螺杆的端部，使顶升装置4加载以张拉螺杆2，通过张拉力检测装置7，获取螺杆2的张拉力从零开始变化时顶升装置4的第一顶升位移u₁；获取螺杆2的张拉力到达设计张力值F_设计时对应的顶升装置4的第二顶升位移u_F；根据u₁、F_设计和u_F，确定所述螺杆2张拉前的预紧力F₀。这样可以在张拉过程中能够实时得到张拉前螺杆的预紧力F₀，再根据设计要求判断张拉前螺杆的预紧力F₀是不是满足要求，以判断是不是需要补拉，实现了高精度和高效率的螺杆张拉施工与实时检查，提高了结构或设备质量，并降低了施工成本。

在本实施例中，设计张力值F_设计可以为设定值，也可以实时检测的值，从而及时计算张拉前螺杆的预紧力F₀。

如图4-图6所示，应用原理如下，假设螺杆张拉前的紧固力为F₀，对应螺杆伸长量为Δl₀，张拉至设计张拉力F_设计时，对应的螺杆伸长量为ΔL，则存在以下关系：

根据该关系可推导出螺杆2张拉前的预紧力F₀：

得到张拉前螺杆的预紧力F₀后，再根据设计要求判断张拉前螺杆的预紧力F₀是不是满足要求，以判断是不是需要补拉，实现了高精度和高效率的螺杆张拉施工与实时检查，提高了结构或设备质量，并降低了施工成本。这一计算过程可人工计算，也可以集成至张拉力检测装置7内部算法计算。

在一些可选的实施例中，张拉力检测装置7包括：顶升位移传感器71和张拉力传感器72。

其中，顶升位移传感器71设于顶升装置4上，用于检测顶升装置4的顶升位移；张拉力传感器72设于支撑筒1上，用于获取螺杆2的张拉力。

在本实施例中，顶升位移传感器71为光纤位移传感器、超声测距传感器、磁致伸缩位移传感器或电感笔式位移传感器，张拉力传感器72为电阻式应变传感器或振弦式应变传感器。张拉力传感器72通过测量出张拉时下部的支撑筒1的轴向应变，标定轴向应变与张拉力F之间的关系，然后根据监测的轴向应变得到顶升装置4对螺杆2的张拉力F。本例中，采用多个应变传感器，所有的应变传感器沿下部的支撑筒1环向布置，可以轴对称布置2个～8个，建议布置4个。

另外，张拉力F也可以在顶升装置4下方设置环状压力环，以该方式得到张拉力F。张拉力F也可以采用顶升装置4的输入油压与张拉力进行关系标定，然后根据顶升装置4的输入油压得到张拉力F。

张拉力检测装置7还包括分析系统，其用于根据顶升装置4的顶升位移和螺杆2的张拉力确认螺杆2张拉前的张拉力是否达到设计要求。

在一些可选的实施例中，该高强度螺杆紧固检测装置还包括液压旋转套筒5，其用于设在支撑筒1的内部，并套设在紧固螺杆2的螺母6上，以在顶升装置4张拉螺杆2时和/或张拉螺杆2后，紧固螺母6。

在本实施例中，液压旋转套筒5为内六角套筒，套设在螺杆2的紧固螺母6上。当螺杆2张拉前的预紧力F₀不满足设计要求时，利用液压旋转套筒5紧固螺母6，这样可以使顶升装置4卸载后螺杆2的张拉力满足设计需求。

在一些可选的实施例中，张拉力检测装置7还用于获取液压旋转套筒5的旋转角度，张拉力检测装置7可根据顶升装置4的顶升位移、螺杆2的张拉力和液压旋转套筒5的旋转角度，确认螺杆2张拉后的张拉力是否达到设计要求。

在本实施例中，张拉力检测装置7还包括转角传感器73，转角传感器73为光电式传感器、滑动电阻式传感器、磁感应式传感器或霍尔式传感器。用来获取取液压旋转套筒5的旋转角度，根据旋转角度和螺纹间距即可获得紧固螺母6的轴向位移距离。因此，根据获取液压旋转套筒5的旋转角度a_旋，和卸载后顶升装置4的第三顶升位移u₂，结合F_设计和u_F可确定螺杆2张拉后的预紧力F₁。

在一些可选的实施例中，还包括液压系统8，其用于给顶升装置4和液压旋转套筒5提供液压力，液压系统8包括：液压泵81、第一液压管路82，第一液压管路82。

其中，液压泵81用于提供液压力；第一液压管路82两端连通液压泵81与顶升装置4，并在第一液压管路82上设有第一液压传感控制器83，用于采集并控制第一液压管路82的液压；第二液压管路84两端连通液压泵81与液压旋转套筒5，并在第二液压管路84上设有第二液压传感控制器85，用于采集并控制第二液压管路84的液压。

在本实施例中，顶升装置4的输入压力，可以通过第一液压传感控制器83获取，张拉力F可以采用第一液压传感控制器83获取的油压与张拉力进行关系标定，然后根据第一液压传感控制器83获取的油压得到张拉力F。液压旋转套筒5的液压，可以通过第二液压管路84上设置的第二液压传感控制器85获取，液压旋转套筒5的旋拧扭矩Q，通过标定其与第二液压传感控制器85获取油压之间的关系，然后根据第二液压传感控制器85获取的油压得到。旋拧扭矩Q也可以通过在液压旋转套筒5中设置扭矩传感器进行监测。

在一些可选的实施例中，顶升装置4为液压顶升装置，液压顶升装置包括：外壳体41、活塞42和盖板43。

其中，外壳体41设于支撑筒1的另一端，且其内设有容纳空间；活塞42设于容纳空间内，与外壳体41的容纳空间形成压力区，且活塞42用于套设在螺杆2并与螺杆2可拆卸连接；盖板43设于外壳体41上，并使活塞42穿过。

在本实施例中，活塞42内侧设有内螺纹，用于与螺杆2可拆卸连接。将顶升位移传感器71设于活塞42和盖板43之间，通过向活塞42与外壳体41的容纳空间形成压力区内压入液压油或泄压，来实现活塞42的伸缩。顶升位移传感器71通过检测活塞42的伸缩量来采集螺杆2的伸缩量。

结合图5和图6所示，在一些可选的实施例中，当螺杆2张拉前的预紧力F₀不满足设计要求时，利用液压旋转套筒5紧固螺母6，并获取液压旋转套筒5的旋转角度a_旋，卸载顶升装置4，获取卸载后顶升装置4的第三顶升位移u₂；根据F_设计和u_F、u₂和a_旋，确定螺杆2张拉后的预紧力F₁。

在本实施例中，通过液压系统8对顶升装置4逐步加载，在张拉过程中，通过第二液压管路84上设置的第二液压传感控制器85加载液压旋转套筒5至设定低油压保持，此时液压旋转套筒5的输出扭矩Q不超过设定值Q₁(保证螺母6跟随张拉过程转动即可，可取较小值，比如100N·m)，此时对应的旋转角度为a₁，使螺母6在张拉过程中同步旋拧。当然在当螺杆2张拉前的预紧力F₀满足设计要求时，液压旋转套筒5输出扭矩的设定值Q₁无法旋动紧固螺杆2的螺母。

当计算出的螺杆2张拉前的预紧力F₀不满足设计要求时，使螺母6在张拉过程中同步旋拧。

通过液压系统8对顶升装置4持续加载至张拉力F达到螺杆的设计张拉力F_设计。设计张力值F_设计根据经验得到的卸载后螺杆2预紧力满足设计要求对应的张拉力。

当张拉力F达到F_设计时，第一液压传感控制器83控制液压系统停止对顶升装置4加载并保持油压稳定。第二液压传感控制器85控制液压系统对液压旋转套筒5开始加载，液压旋转套筒5的输出扭矩Q增加，同时监测螺母6转动角度a。当输出扭矩Q增加至设计值，即紧固螺母的设计值时，螺母转动角度a停止增加，此时Q为Q₂，a为a_旋，此时停止对液压旋转套筒5加载并卸载。

然后，开始对顶升装置4逐步卸载，同时监测活塞42结构的液压行程u，从u_F回落至u₂。

假设张拉后的紧固力为F₁，对应的螺杆伸长量为Δl₁。则有以下对应关系：

推导出：

其中，A为螺杆公称横截面积，E为材质弹性模量，D为公称直径，R为张拉至F_设计时螺杆受力区夹持长度，r为张拉前螺杆受力区夹持长度，m为螺纹间距。

最终判断张拉后的紧固力F₁是否满足设计要求，则完成张拉；若不满足要求，则再次补拉，并需要检查处理螺杆及连接结构情况，包括螺杆张拉端是否存在螺纹损伤、障碍物等，必要时更换新螺杆，然后完成满足设计要求的张拉。

综上所述，采用该高强度螺杆紧固检测装置，在紧固螺栓时，能够实时得到张拉前后的螺杆紧固轴力，实现了高精度和高效率的螺杆张拉施工与实时检查，提高了结构或设备质量，并降低了施工成本。可确保螺杆的张拉力满足要求。另外，整个张拉过程，可通过张拉力检测装置7，自动完成，提高了施工效率，降低了施工人员技术培训、操作与质量管控难度。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于，包括：

支撑筒(1)，其用于套设在螺杆(2)上，且一端抵持在所述螺杆(2)穿过的待紧固结构(3)上；

顶升装置(4)，其设于所述支撑筒(1)的另一端，用于套设在所述螺杆(2)并与所述螺杆(2)可拆卸连接，以张拉所述螺杆(2)；

张拉力检测装置(7)，其用于获取所述顶升装置(4)的顶升位移和螺杆(2)的张拉力。

2.如权利要求1所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于，所述张拉力检测装置(7)包括：

顶升位移传感器(71)，其设于所述顶升装置(4)上，用于检测所述顶升装置(4)的顶升位移；

张拉力传感器(72)，其设于所述支撑筒(1)上，用于获取所述螺杆(2)的张拉力。

3.如权利要求2所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于：所述顶升位移传感器(71)为光纤位移传感器、超声测距传感器、磁致伸缩位移传感器或电感笔式位移传感器。

4.如权利要求2所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于：所述张拉力传感器(72)为电阻式应变传感器或振弦式应变传感器。

5.如权利要求1所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于，还包括液压旋转套筒(5)，其用于设在所述支撑筒(1)的内部，并套设在紧固所述螺杆(2)的螺母(6)上，以在所述顶升装置(4)张拉所述螺杆(2)时和/或张拉所述螺杆(2)后，紧固所述螺母(6)。

6.如权利要求5所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于，所述张拉力检测装置(7)还包括转角传感器(73)，还用于获取所述液压旋转套筒(5)的旋转角度。

7.如权利要求6所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于：所述转角传感器(73)为光电式传感器、滑动电阻式传感器、磁感应式传感器或霍尔式传感器。

8.如权利要求1所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于：还包括液压系统(8)，其用于给所述顶升装置(4)和液压旋转套筒(5)提供液压力，所述液压系统(8)包括：

液压泵(81)，其用于提供液压力；

第一液压管路(82)，其两端连通液压泵(81)与所述顶升装置(4)，并在所述第一液压管路(82)上设有第一液压传感控制器(83)，用于采集并控制第一液压管路(82)的液压；

第二液压管路(84)，其两端连通液压泵(81)与所述液压旋转套筒(5)，并在所述第二液压管路(84)上设有第二液压传感控制器(85)，用于采集并控制第二液压管路(84)的液压。

9.如权利要求1所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于：所述顶升装置(4)为液压顶升装置，所述液压顶升装置包括：

外壳体(41)，其设于所述支撑筒(1)的另一端，且其内设有容纳空间；

活塞(42)，其设于所述容纳空间内，与所述外壳体(41)的容纳空间形成压力区，且所述活塞(42)用于套设在所述螺杆(2)并与所述螺杆(2)可拆卸连接；

盖板(43)，其设于所述外壳体(41)上，并使所述活塞(42)穿过。

10.如权利要求9所述的高强度螺杆紧固检测装置，其特征在于：所述活塞(42)内侧设有内螺纹，用于与所述螺杆(2)可拆卸连接。

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