技术领域
[0001] 本公开涉及螺栓测试领域，特别涉及一种螺栓振动试验系统。
相关背景技术
[0002] 螺栓连接是工程机械主要的连接形式。外界载荷作用下，螺栓连接预紧力会逐渐衰减甚至完全丧失，这是导致螺栓松动，甚至断裂等现象发生的关键原因之一，严重影响了主机产品连接的可靠性。因此，螺栓连接在工程应用前，通常需要进行防松性能测试与评估。
[0003] 目前，针对螺栓连接性能的测试主要使用振动试验台，通过对被测螺栓连接件施加横向交变载荷，并检测预紧力的变化情况评判防松效果，其典型代表为junker试验机。但是，该设备存在加载方式单一、测试条件与实际工况差异大等问题，难以满足多螺栓、复合加载的需求。
具体实施方式
[0035] 下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0036] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，这些技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0037] 在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
[0038] 在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0039] 参考图1至图4，本公开的实施例提供一种螺栓振动试验系统，用于螺栓组件6的振动试验。螺栓组件6包括相互适配的螺栓61和螺母62，其特征在于，螺栓振动试验系统包括安装座9、至少一组安装辅助件和加载装置。
[0040] 安装座9包括固定座91和活动座92，活动座92相对于固定座91沿相互垂直的第一方向x和第二方向y可动地设置，安装座9设置有至少一个用于安装螺栓组件6的安装工位。
[0041] 至少一组安装辅助件对应设置于至少一个安装工位，安装辅助件包括第一辅助件和第二辅助件，第一辅助件安装于活动座92和固定座91之一，第二辅助件安装于活动座92和固定座91另一，第一辅助件具有用于穿设螺栓61的第一孔和用于定位螺栓61的头部的第一表面，第二辅助件具有用于穿设螺栓61的第二孔和用于紧固旋合在螺栓61的螺母62的第二表面，以使螺栓组件6通过第一辅助件和第二辅助件与安装座9形成螺栓连接结构。
[0042] 加载装置被配置为同时向活动座92施加沿第一方向x和沿第二方向y的振动载荷。
[0043] 可选地，参考图1，螺栓振动试验系统还包括框架3，安装座9设置于框架3内部且安装座9沿第二方向y相对于框架3的位置可调，加载装置安装于框架3。
[0044] 可选地，固定座91和活动座92呈板状，固定座91和活动座92的厚度方向均沿着第二方向y，且固定座91和活动座92沿第二方向y叠放地设置。考虑到螺栓连接的结构形式和加载装置对活动座92施加的是振动载荷，为保证测试条件接近螺栓组件6实际的工作条件，在本公开中，活动座92相对于固定座91沿第一方向x和第二方向y的移动范围能够达到毫米级即可。
[0045] 第一辅助件和第二辅助件可以通过连接件固定连接于活动座92或固定座91，或者通过配合关系连接到活动座92和固定座91固定连接于活动座92或固定座91。试验时，第一辅助件的第一孔的轴线和第二辅助件的第二孔的轴线均沿着第二方向y设置且位置对应，以使螺栓61的轴向与第二方向y保持一致。可选地，第一辅助件安装于固定座91，第二辅助件安装于活动座92。
[0046] 试验时，将螺栓61穿过第一孔，并使螺栓61的头部靠近杆部的端面抵靠于第一表面，再将螺栓61穿过第二孔，并从螺栓61的尾部旋拧螺母62直至螺母62旋紧于第二表面，即可使螺栓组件6与安装座9形成螺栓连接结构。
[0047] 本公开的实施例提供的螺栓振动试验系统中，活动座92在加载装置的作用下能够同时沿第一方向x和第二方向y往复运动，从而向安装于安装座9的螺栓组件6同时施加来自横向和轴向的复合振动载荷，螺栓组件6的受载形式更加接近螺栓组件6在实际使用场合的受载形式。并且，本公开的实施例提供的螺栓振动试验系统中可以设置多个螺栓组件的安装工位，能够同时进行多个螺栓组件的防松性能测试。
[0048] 由此可见，本公开的实施例提供的螺栓振动试验系统可以获取更接近实际工况的螺栓振动测试条件，并满足横向和轴向复合载荷条件下多个螺栓连接结构防松性能的测试需求，提升螺栓连接防松性能测试结论的有效性以及测试结论对于工程实际的指导意义。
[0049] 在一些实施例中，参考图2，第一辅助件为螺栓防转套71，螺栓防转套71安装于固定座91并被配置为套装于螺栓61的头部并限制螺栓61的头部绕自身轴线旋转，以限制螺栓61绕自身轴线相对于固定座91旋转。
[0050] 螺栓防转套71可以直接安装于固定座91，或通过其它部件间接地安装于固定座91。通过设置螺栓防转套71，可以防止螺栓61相对于安装座9发生旋转，从而提升将螺栓组件6安装于安装座9的效率。
[0051] 可选地，参考图2，第二辅助件为试验圆盘72，第二孔贯穿试验圆盘72的厚度方向，活动座92设置有圆盘安装槽，试验圆盘72安装于圆盘安装槽内并通过螺纹连接件固定连接于活动座92。可选地，参考图2，圆盘安装槽沿第二方向y部分地贯通活动座92，圆盘安装槽的底部设置有供螺栓61穿过的通孔。试验时，螺栓61依次穿过第一孔、活动座92的通孔以及第二孔。
[0052] 在一些实施例中，参考图2，螺栓防转套71的中空部分由沿自身轴向依次设置的第一孔和第三孔形成，第三孔被配置为与螺栓61的头部形状适配以限制螺栓61的头部绕自身轴线旋转。
[0053] 可选地，参考图2，第一孔的直径小于第三孔的直径，第一表面为第三孔在与第一孔的连接位置的轴向端面。可选地，第三孔的轴向截面为正六边形，以与正六边形的螺栓头部相适配。对于其它形状的螺栓头部来说，第三孔的轴向截面的形状可适应性地采用与之适配的形状。可选地，每组安装辅助件包括多个可选择地安装于活动座92和固定座91之一的螺栓防转套71，不同的螺栓防转套71的第三孔形状和/或尺寸不同，以与不同规格的螺栓61的头部适配。
[0054] 当然，为了扩展同一螺栓防转套71的适用范围，第三孔的轴向截面的形状也可以与螺栓61的头部形状不同，只要能够容纳螺栓61的头部并能够限制螺栓61的头部绕自身轴线旋转即可。
[0055] 在一些实施例中，螺栓振动试验系统包括预紧力检测装置，预紧力检测装置被配置为检测螺栓61的预紧力。
[0056] 根据试验过程中预紧力的变化情况，即可判断螺栓组件6形成的螺栓连接结构的防松性能是否满足实际使用的要求。
[0057] 在一些实施例中，参考图2，预紧力检测装置包括压力传感器75。安装辅助件还包括固定套73，固定套73沿自身轴向的一端配合安装于固定座91，另一端设置有凸缘，凸缘和固定座91之间沿固定套73的轴向形成安装间隔，压力传感器75设置于安装间隔且固定座91和固定套73均作用于压力传感器75。第一辅助件为螺栓防转套71，螺栓防转套71可拆卸地安装于固定套73的中空部分并被配置为套装于螺栓61的头部并限制螺栓61的头部绕自身轴线旋转，以限制螺栓61绕自身轴线相对于固定座91旋转，固定套73具有第三表面，在螺栓防转套71安装于固定套73的中空部分的状态，第三表面限制螺栓防转套71的靠近活动座92的一端沿第二方向y远离固定套73的靠近活动座92的一端。
[0058] 可选地，参考图2，螺栓防转套71沿自身轴向的一端的外周面为台阶形，固定套73沿自身轴向的一端的内周面为台阶形，螺纹防转套71的台阶形外周面与固定套73的台阶形内周面相互配合，第三表面为固定套73的台阶形内周面中垂直于自身轴向的表面。
[0059] 本实施例中，固定套73和固定座91能够共同起到固定压力传感器75的作用，第三表面起到限制螺栓防转套71沿第二方向y的位置的作用，试验时，螺栓61的预紧力作用于螺栓防转套71并由螺栓防转套71通过第三表面传递至固定套73，固定套73对压力传感器75施加压力，压力传感器75的读数与螺栓61的预紧力在数值上相等，其读数变化即可反映螺栓预紧力的变化情况。
[0060] 本实施例中，螺栓防转套71和固定套73共同起到将螺栓组件6安装于固定座91的作用，由于螺栓防转套71和固定套73分体设置，且螺栓防转套71相对于固定套73是可拆卸的，在需要拆卸或装配螺栓组件6时，只需要一并拆卸或安装螺栓防转套71即可，无须将固定套73也一同从安装座9拆下，螺栓防转套71本身较为轻便，因此拆卸和安装螺栓组件6的过程也更加方便。
[0061] 可选地，螺栓振动试验系统还包括前述压力传感器75、螺纹防转套71和固定套73的组合。
[0062] 在一些实施例中，每组安装辅助件包括多个可选择地安装于活动座92和固定座91之一的第一辅助件和多个可选择地安装于活动座92和固定座91另一的第二辅助件，不同的第一辅助件和第二辅助件用于与不同规格的螺栓组件6适配。
[0063] 可选地，不同的第一辅助件的第一孔的直径不同，不同的第二辅助件的第二孔的直径不同。
[0064] 在一些实施例中，参考图2，每组安装辅助件还包括多个试验垫片74，不同的试验垫片74用于与不同规格的螺栓组件6适配。
[0065] 可选地，第二辅助件为试验圆盘72，试验圆盘72的轴向端面设置有垫片容纳槽，试验垫片74设置于垫片容纳槽内。
[0066] 通过设置多个用于与不同规格的螺栓组件6适配的第一辅助件、第二辅助件和试验垫片74，可以使螺栓振动试验系统适应于多种不同的螺栓的振动测试。
[0067] 在一些实施例中，参考图1和图3，加载装置包括用于向活动座92施加沿第一方向x的振动载荷的第一加载装置4和沿第二方向y的振动载荷的第二加载装置8。其中，第一加载装置4包括第一油缸44和第一位移传感器41，第一油缸44被配置为驱动活动座92沿第一方向x往复移动，第一位移传感器41被配置为检测第一油缸44的活动部件沿第一方向x的位移。第二加载装置8包括第二油缸84和第二位移传感器81，第二油缸84被配置为驱动活动座92沿第二方向y往复移动，第二位移传感器81被配置为检测第二油缸84的活动部件沿第二方向y的位移。
[0068] 本实施例中，第一加载装置4和第二加载装置8分别设置，可根据试验需求，分别独立调节沿第一方向x的振动载荷和沿第二方向y的振动载荷的大小，从而分别独立调节螺栓组件6所受的横向载荷和轴向。参考图3，第一加载装置4和第二加载装置8可采用相同的结构形式。可选地，第一加载装置4还包括设置于第一油缸44的第一连接架42，第一位移传感器41安装于第一连接架42，第二连接架82还包括设置于第二油缸84的第二连接架82，第二位移传感器81安装于第二连接架82。
[0069] 可选地，第一加载装置4还包括用于控制第一油缸44的动作的第一伺服阀43，第二加载装置8还包括用于控制第二油缸84的动作的第二伺服阀83。第一伺服阀43可安装于第一油缸44的缸体，第二伺服阀83可安装于第二油缸84的缸体。可选地，参考图1、图3，螺栓振动试验系统还包括液压站1，液压站1为加载装置的动力源，通过第一伺服阀43向第一油缸44供油，通过第二伺服阀83向第二油缸84供油。
[0070] 可选地，参考图4，螺栓振动试验系统还包括控制装置2。控制装置2与压力传感器75、第一伺服阀43、第一位移传感器41、第二伺服阀83、第二位移传感器81信号连接。控制装置2可通过向第一伺服阀43和第二伺服阀83分别发送调节其阀位和开度的控制指令，可以改变对应的油缸的活动部件的位移量和动作频率，从而根据具体的试验需求按一定的比例分别施加沿第一方向x的振动载荷和沿第二方向y的振动载荷。控制装置2通过实时获取第一位移传感器41和第二位移传感器81的读数，可以判断加载装置施加的振动载荷是否符合需求，通过实时获取压力传感器75的读数，可以判断螺栓61的预紧力的变化情况。
[0071] 可选地，螺栓振动试验系统还包括与控制装置2信号连接的输入设备和输出设备，输入设备被配置为输入试验所需的参数，例如沿第一方向x的振动载荷和沿第二方向y的振动载荷，输出设备被配置为输出试验数据，例如试验过程中压力传感器75的读数的变化情况。
[0072] 在一些实施例中，参考图1，加载装置包括用于向活动座92施加沿第一方向x的振动载荷的第一加载装置4和沿第二方向y的振动载荷的第二加载装置8，第一加载装置4与活动座92沿第一方向x保持固定且沿第二方向y可动地连接，第二加载装置8与活动座92固定连接。
[0073] 在一些实施例中，参考图2，螺栓振动试验系统还包括第一滑轨93。活动座92通过第一滑轨93与固定座91沿第一方向x可动地连接。
[0074] 在一些实施例中，参考图1，螺栓振动试验系统还包括滑轨连接架52和安装于滑轨连接架52的第二滑轨51。活动座92和第一加载装置4之一与滑轨连接架52固定连接，活动座92和第一加载装置4另一通过第二滑轨51与滑轨连接架52沿第二方向y可动地连接。
[0075] 在一些实施例中，螺栓振动试验系统包括上述第一滑轨93和第二滑轨51的组合。
[0076] 可选地，参考图1，活动座92与滑轨连接架52固定连接，第一加载装置4另一通过第二滑轨51与滑轨连接架52沿第二方向y可动地连接。可选地，参考图1，滑轨连接架52呈L形，滑轨连接架52包括沿第一方向x设置的第一架体和沿第二方向y设置的第二架体，第二滑轨51安装于第二架体。
[0077] 可选地，第一滑轨93和第二滑轨51均可采用重型滑轨，以通过保证承载能力保证试验时活动座92运动的稳定性。
[0078] 试验时，第二加载装置8可直接将沿第二方向y的力传递到活动座92上，并通过滑轨连接架51将沿第二方向y的力传递到第二滑轨51上，使得第二滑轨51相对于第一加载装置4沿第二方向y往复运动；第一加载装置4将沿第一方向x的力通过第二滑轨51和滑轨连接架52传递到活动座92上，使得活动座92沿第一方向x往复运动。上述实施例的第一加载装置4和活动座9的连接形式可以避免第一加载装置4受到第二加载装置8传递的沿第二方向y的力的影响，实现沿第一方向x的力与沿第二方向y的力的同步独立控制。
[0079] 下面参考各附图进一步说明本公开的一些实施例的螺栓振动实验系统的工作方式。螺栓振动试验系统包括前面提到的液压站1、控制装置2、框架3、第一位移传感器41、第一连接架42、第一伺服阀43、第一油缸44、第二滑轨51、滑轨连接架52、螺栓防转套71、试验圆盘72、固定套73、试验垫片74、压力传感器75、第二位移传感器81、第二连接架82、第二伺服阀83、第二油缸84、固定座91、活动座92和第一滑轨93。各部件的作用和连接方式可参考前面的有关描述。
[0080] 螺栓振动试验系统具体的试验过程如下。
[0081] 第一步，将待测试的螺栓组件6的螺栓61安装到螺栓防转套71；
[0082] 第二步，将试验垫片74设置于试验圆盘72，将螺栓防转套71安装到固定套73的中空部分内，将螺栓61依次穿过活动座92、试验圆盘72、试验垫片74，并将螺母62旋合于螺栓61，直至以一定的预紧力压紧于试验垫片74；
[0083] 第二步，通过控制装置2设置螺栓组件6的横向振动参数和轴向振动参数，包括振动频率、振幅和试验时间等；
[0084] 第三步，根据设定的试验参数，通过第一加载装置4和第二加载装置8分别向活动板92施加沿第一方向x和第二方向y的振动载荷，对螺栓组件6进行振动试验；
[0085] 第四步，通过控制系统2采集整个试验过程中的参数信息及其变化情况，如螺栓预紧力、横向加载力、轴向加载力、振动频率等；
[0086] 第五步，振动试验结束，记录和保存试验数据。
[0087] 在一些实施例中，上面所描述的控制装置可以实现为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称：PLC）、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称：DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC）、现场可编程门阵列（Field‑Programmable Gate Array，简称：FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
[0088] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。
