高强度螺栓连接副是连接钢结构件最常用的连接紧固方法 连接副的轴向压力的大小合理选取程度是影响连接强度和可靠性的关键 安装时通过对螺母 或螺栓 施加一定的扭矩来获得轴向压力 而该轴向压力的大小受扭矩系数 K 的直接影响 GB/T 12281991 钢结构用高强度大六角头螺栓 和GB/T 1231 1991 钢结构用高强度大六角头螺栓 大六角螺母 垫圈技术条件 等标准中不仅规定了产品的型式尺寸 机械性能等技术条件 而且规定了扭矩系数 目前国内广泛采用轴力计 或测力环 和扭矩扳手进行检测试验 这种方法基本是手动施力 人工读数 计算及数据处理 劳动强度大 精度较差 效率低。
本文介绍的是一种钢结构用高强度螺栓扭矩系数检测装置 它采用电机自动加载传感器采集数据 计算机数据处理和实时控制 数字显示和打印输出结果 实现了机电一体化操作 不仅可降低操作者劳动强度而且有利于保证精度，提高效率。
1 总体方案设计
本装置采用电机拖动 经减速器减速后带动六角套筒旋转 从而给待测连接副施拧 通过压力传感器和扭矩传感器采集施加于连接副的轴力和扭矩 经 A/D 转换后送给微机 微机按照所设计的程序进行数据处理和控制 并自动与国标要求数据库对照 判定出该批螺栓连接副产品是否合格 最后通过屏幕显示或打印输出结果。
该装置的总体结构框图如下：
2 机械系统设计
机械系统设计主要包括 电机的选取减速器的选型 六角套筒的设计 测试机的设计四部分 其中测试机的设计是最关键的部分。
(1 )电机的选取
根据检测要求 查国家标准 得出待测螺栓所能达到的最大承受扭矩 T2：
由 GB/T 1231 可知 同批高强度螺栓连接副扭矩系数平均值为 0.110~0.150 由 GB/T3633 1995 (钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副 技术条件)可知，高强度螺栓连接副的轴力平均值见表1。
本试验机所测螺栓直径范围在M12~M30 之间 因而得出待测螺栓的最大施拧转矩为：
本装置选用Y112M–6 型三相异步电动机 额定功率2.2kW 额定转速940rpm 通过变频调速 可以实现平滑调速。
(2 )减速器及联轴器的选取
本设备选用XB1–100 谐波齿轮减速器不仅结构简单 而且体积小 重量轻 传动精度高 噪音小 由于本试验中冲击振动小所以减速器与电机轴的联接采用标准凸缘联轴器 减速器输出轴与扭矩传感器输入轴之间采用专用的套筒联轴器 扭矩传感器与内六角套筒间亦采用套筒联轴器。
(3 )测试机的设计
测试机是整个测试装置的最重要部分包括主轴部分 侧板 底板 上盖 卡具等零部件部分 设计时充分考虑了尺寸 强度精度和可操作性 结构图在此略.
3 控制和数据采集处理系统
本机采用IBM–PC 计算机控制和数据采集处理 实现检测过程的自动化 程序化操作者只要按计算机屏幕提示的信息进行操作 便可完成试验过程 实现启停 换向调速 报警及过程自动控制等控制功能 采用CGQ–200 型应变式集流环扭矩传感器和AKC2–64C 型电阻应变式轴力传感器CON–4 型四通道信号调节器作为放大器 内置式 16 位 A/D 转换器 可同时测试出加载扭矩 M 和螺栓所受轴力 F 软件内包含数据获取 计算 比较 判断等模块 根据标准规定和实测值判断试件是否合格 屏幕显示试验结果和结论 并可打印输出试验报告
4 结论
1 本文所介绍的新型扭矩系数检测
装置 克服了传统的手动测试劳动强度大精度差 效率低等缺点 采用机电一体化技术 通过电机加载 传感器检测 计算机数据处理 屏幕自动显示扭–拉关系曲线 输出扭矩系数值 因而 测试方法简便 精确高效 填补了国内空白
2 该装置作为紧固件企业保证产品
质量的重要手段之一 能在每批钢结构用高强度连接副的产品质量合格证书中记录扭矩系数 K 的实测数据 施工单位可用以进行高强度螺栓进货验收和安装工艺试验等 因而 本设计将为高强度螺栓检测机构 生产企业 施工现场等提供方便 准确 高效的检测装置 并将带来良好的经济效益。
作者： 连香妓 田或(北京建筑工程学院)
丁宝平(机械科学研究院)
