一种大螺栓拉伸应力与超声波响应的标定设备的制作方法

本技术属于大螺栓状态监测领域，涉及一种大螺栓拉伸应力与超声波响应的标定设备。

背景技术：

1、大型装备中关键零部件采用专用大螺栓连接，这些连接处的螺栓时刻受到交变载荷的作用。在非计划状况下，还会收到冲击载荷的作用。关键部件连接螺栓（简称“关键螺栓”）的应力正常是保证大型装备正常运行极其重要的因素。关键螺栓在发生变形、裂纹、松动等故障时，会直接导致其拉伸应力的变化。因此，关键螺栓所受拉伸应力的变化可直接反应螺栓的状态。

2、实际工程中，无法直接测得在役大型装备上的关键螺栓的拉伸应力。但据大量研究表明，超声波在螺栓中的响应与螺栓的拉伸应力具有定量的关系。因此测得螺栓的超声波响应就可定量得到螺栓的拉伸应力大小，从而实现在线监测螺栓的状态。但是，现有的超声波声时-螺栓应力标定方法，广泛适用性不足，所适用的螺栓长度限制、直径限制、拉伸力限制较大，拉伸操作安全保障不足，无法准确提供零下温度环境，零上恒温难以保证。

3、所以，需要设计一套模拟实际工况的螺栓拉伸应力与超声波响应的标定测试设备，正确标定螺栓拉伸应力与超声波响应的数量关系，就能实现在实际工况下准确在线监测螺栓的状态。

技术实现思路

1、本实用新型针对大型装备使用的大螺栓的应力检测的标定问题，提供了一种大螺栓拉伸应力与超声波响应的标定设备，该设备可模拟多种规格大型螺栓的实际工况，包括螺栓的轴向拉伸状态模拟、恒温环境模拟，模拟测量螺栓在恒定温度下的拉伸应力与超声波回波时间的映射关系，达到对各种规格螺栓的拉伸应力与超声波响应标定。

2、本实用新型的技术方案如下：

3、一种大螺栓拉伸应力与超声波响应的标定设备，包括螺栓长度适配装置、螺栓拉伸器、压力传感器、超声波响应测量装置、温度模拟系统和保温安全防护装置；

4、所述保温安全防护装置呈矩形的箱体结构，箱体结构由一侧板和箱体主体形成可开合的结构；被测螺栓安装于螺栓长度适配装置上，螺栓长度适配装置安装于侧板内表面，朝向箱体主体方向；侧板外表面安装有温度模拟系统，温度模拟系统按照模拟螺栓工作环境的温度通过侧板向螺栓长度适配装置通入模拟温度气氛；螺栓长度适配装置安装后，闭合保温安全防护装置，螺栓长度适配装置和被测螺栓被隔绝于保温安全防护装置内部，保温安全防护装置内部保持温度恒定，可进行相应的标定测试；

5、所述螺栓长度适配装置包括基板、上压板、下压板、支承螺柱、上锁紧螺母、下锁紧螺母、丝杠模组、步进电机、转接台、上固定板、下固定板、固定螺钉；基板通过若干均匀布置的固定螺钉纵向固定于侧板内表面，丝杠模组沿基板的纵向板面布置安装，步进电机通过联轴器连接丝杠模组，上压板通过上压板固定于基板上端，下压板通过转接台与丝杠模组的滑块相连；上压板和下压板之间均匀布置有四根支承螺柱，支撑螺柱的上端与上压板之间均通过螺纹连接并通过上锁紧螺母固定；支撑螺柱的下端穿过下压板，下压板移动到合适的位置后，下锁紧螺母锁紧且只需要轻微拧紧，不需要预紧力，从而控制锁紧下压板往上移动的最高点；被测螺栓从下向上依次穿过下压板、上压板，被测螺栓穿出上压板的螺栓端依次穿过压力传感器和螺栓拉伸器；步进电机开启，带动丝杠模组运行，滑块带动下压板可上下移动，从而适配任意长度的被测螺栓；

6、所述被测螺栓上端配置有相应规格的拉套，以满足和螺栓拉伸器连接为适配要求；所述被测螺栓下端与下压板下表面之间配置有相应规格的垫片，通过适配厚度、适配尺寸的垫片将被测螺栓的下端锁紧于下压板的下表面；

7、所述螺栓拉伸器连接有液压泵站，形成液压拉伸装置。通过手动调节液压泵站的控制阀和溢流阀，给螺栓拉伸器提供被测螺栓标定所需的拉力，且可保持拉力在一定的时间内不变，即可模拟螺栓实际工况下所受的拉力值即应力状态；

8、所述超声波响应测量系统至少包括超声波传感器和上位机，超声波传感器的探头通过耦合剂粘接在被测螺栓的上端面，测得超声波在被测螺栓中的响应情况，上传给上位机。

9、进一步的，所述螺栓长度适配装置的上固定板、下固定板均为直角折板，上压板通过固定螺钉安装于上固定板的水平板上，下压板通过固定螺钉安装于下固定板的水平板上，上固定板、下固定板的垂直板通过固定螺钉安装于基板上，固定于保温安全防护装置的侧板上。

10、进一步的，所述压力传感器配置有数据采集卡，数据采集卡与上位机连接，压力传感器、数据采集卡、上位机形成拉伸力测量系统，可有效用于测量液压拉伸装置所提供的拉伸应力。

11、进一步的，所述温度模拟系统包括吹风机、循环风道、温度传感器反馈系统，循环风道分为循环加热风道和循环制冷风道；循环加热风道中安装有加热丝，吹风机、加热丝、循环加热风道、温度传感器反馈系统可形成加热系统；循环制冷风道中安装有冷凝管和制冷机，吹风机、冷凝管、制冷机、循环制冷风道、温度传感器反馈系统可形成制冷系统。通过加热系统、制冷系统分别模拟螺栓工作环境的温度，提供恒定高温气氛环境或恒定低温气氛环境；所述保温安全防护装置开设有与循环风道连通的通风孔，可以将热风或冷风通过侧板吹到保温安全防护装置中。

12、同时，本标定设备还配置有可操作的触摸显示屏，具体的：

13、丝杠模组的运行速度可实时显示于触摸显示屏上，且通过触摸显示屏可调；

14、拉伸力测量系统的拉伸应力值实时显示在触摸显示屏上；

15、温度模拟系统模拟的温度值可通过触摸显示屏设置，温度传感器反馈系统将保温安全防护装置中的温度实时反馈到触摸显示屏上，直至目标温度。

16、进一步的，对于保温安全防护装置，具体可以设计为：

17、所述侧板和箱体主体通过轴连接形成一个整体结构，形成沿轴转动的开合结构。

18、或者，所述侧板和箱体主体是独立的两个部分，箱体主体可移动至侧板前，朝向安装螺栓长度适配装置的一面实现盖合，然后通过卡扣等机械结构实现关闭。

19、所述保温安全防护装置的外表面使用高强度合金板材，内表面使用不锈钢，可杜绝螺栓拉伸断裂可能导致的外部伤害，对标定工作人员或外部设备有明显的保护作用；同时，所述保温安全防护装置的内外表面之间填充有泡沫保温材料，在箱体主体的边缘均设置有密封圈。当保温安全防护装置闭合锁紧后，其内部保持一定时间内恒定温度，还可以防止被测螺栓拉伸断裂时，造成的人员危害或外围设备损坏。

20、总体，本实用新型适用于直径m30 - m64，长度260mm – 720mm，温度-20℃ - 60℃的大型装备所用的螺杆、外六角螺栓、内六角螺栓的标定。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

22、（1）本实用新型可用于标定实际工况下大螺栓拉伸应力与超声波回波时间的映射关系。

23、（2）工程应用中，在不拆卸大型螺栓的情况下，可测得在役大型装备关键螺栓的超声波回波时间，根据回波时间查询标定表，即可映射获得螺栓的应力值，从而实现役大型螺栓的应力间接监测。

24、（3）本实用新型可实现大型装备关键螺栓状态的在线远程监测，故障诊断和健康管理，甚至寿命预测。

25、（4）提供恒温模拟环境，具有明显的安全保护功能，可自动化操作。