高强度螺栓试验与测试系统的开发

　　随着科技的不断进步和国民经济的不断发展,以及对新能源的利用,高强度螺栓连接副作为钢结构和动力传递机构的主要连接方式,在结构厂房和风力发动等领域得到了广泛的应用.为了保证螺栓连接副在桥梁、高层建筑、体育场馆等场合安全可靠地连接,对高强度螺栓连接副转矩系数大小和一致性有严格的技术要求.如我国规定每批高强度螺栓连接副转矩系数的平均值为0.110~0.150,其标准偏差应小于或等于0.010;生产厂家在产品出厂前必须检验,且在每箱产品内附有转矩系数测试的合格证书[1-2].

　　为了快速检测高强度螺栓连接副的转矩系数,本文采用现代传感器技术、单片机和数据处理技术,通过液压机构驱动螺母旋转,单片机对螺栓的轴力、拧紧扭力和拧紧旋转角度传感器输出的信号,进行实时同步采集和实时控制测量系统的运转,快速检测高强度螺栓连接副转矩系数大小,并自动输出测试报告.

　　1　试验与测试系统主要功能

　　1.1　参数监测和显示功能

　　1)实时监测螺栓拧紧时的转矩:通过非接触转矩传感器实时检测螺栓拧紧时的转矩.

　　2)实时监测螺栓拧紧时的紧固轴力:通过拉力传感器实时检测螺栓拧紧时所承受的轴向拉力(即轴力).

　　3)实时监测螺栓拧紧时的转角:通过非接触角度传感器实时检测螺栓拧紧过程中,任意位置(如达到所设定的预紧力)为零点到最大轴力时,螺母所转动的角度.

　　4)曲线和数据显示转矩、紧固轴力和转角.

　　1.2　工作参数和工作模式设置功能

　　系统可以在线设定以下4个工作过程的参数:

　　1)螺栓拧紧时的最大转矩;

　　2)螺栓拧紧时的最大紧固轴力;

　　3)螺栓拧紧时的预紧固轴力;

　　4)监测螺栓拧紧时的最大转角.

　　系统可以在线设定以下3种工作模式:

　　模式1　螺栓拧紧的最大转矩控制模式,即螺栓拧紧时,转矩达到设定值停止拧紧,采集转矩和轴力,并计算螺栓连接副转矩系数.

　　模式2　螺栓拧紧的最大紧固轴力控制模式,即螺栓拧紧时紧固轴力达到设定值停止拧紧,采集转矩和轴力,并计算螺栓连接副转矩系数.

　　模式3　螺栓拧紧的最大转角控制模式,即螺栓拧紧过程中,以设定的预紧轴力为转角的起点(即零点),在旋转螺母一定的角度采集转矩和轴力,并计算螺栓连接副转矩系数.

　　1.3　数据库管理和结果输出打印功能

　　对测试数据进行数据处理,自动建立测试结果数据库,并根据时间索引和螺栓编号索引进行检索,显示测试数据.

　　2　试验与测试系统工作原理

　　2.1　转矩系数的定义与测量原理