今天，德國(guó)液壓扳手廠家普朗特給大家講述的是普朗特液壓拉伸器結(jié)構(gòu)及工作原理

    液壓拉伸器一般由液壓泵、高壓軟管、壓力指示表和拉伸體組成[1]。其中液壓泵作為動(dòng)力源， 液壓泵的輸出壓力值由泵上的壓力表進(jìn)行指示，拉伸體和液壓泵之間由高壓軟管進(jìn)行聯(lián)接。 其中， 拉伸體是液壓拉伸器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其主要由液壓活塞缸、 螺紋套和外殼等部分組成。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1

圖1

    液壓拉伸器的工作原理：工作時(shí)，拉伸螺母與工作螺栓螺紋聯(lián)接，液壓泵輸出的高壓油通過(guò)高壓油管傳送至活塞缸，在壓力的作用下活塞缸中的活塞上移，帶動(dòng)拉伸螺母向上移動(dòng)， 從而拉長(zhǎng)整個(gè)工作螺栓。拉伸螺栓時(shí)，需使螺栓的伸長(zhǎng)量達(dá)到所要求的形變量， 并使其形變量控制在彈性形變的范圍之內(nèi)，然后進(jìn)行預(yù)緊作業(yè)，最后通過(guò)液力或者機(jī)械回位的方式使工作螺栓回復(fù)原來(lái)的形狀，完成作業(yè)。

    液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置主體框架的設(shè)計(jì)

    液壓拉伸器主體框架的主要作用是固定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀，并將被校準(zhǔn)液壓拉伸器通過(guò)模擬拉伸螺栓與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀相連接。為液壓拉伸器在拉伸過(guò)程中提供支撐力，并將拉伸力傳遞至標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀進(jìn)行測(cè)量。液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置的主題框架結(jié)構(gòu)如圖 2

圖2

    拉伸器校準(zhǔn)裝置框架技術(shù)要求：

    1、傳感器與下板連接后間隙應(yīng)≤0.02mm

    2、傳感器與連接件端面間隙應(yīng)≤0.02mm

    液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的選型

    標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀是液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置中的核心傳感元件，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺栓拉伸力的精確測(cè)量，力值計(jì)量中常見(jiàn)的力有重力、彈性力和摩擦力。對(duì)液壓拉伸器進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，就是通過(guò)對(duì)模擬螺栓的彈性力力值的精確測(cè)量實(shí)現(xiàn)的。在力學(xué)研究領(lǐng)域中，使受力物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)稱之為力的動(dòng)力效應(yīng)；使物體產(chǎn)生形變的效應(yīng)稱之為力的靜力效應(yīng)。在計(jì)量應(yīng)用中，常常利用力的動(dòng)力效應(yīng)產(chǎn)生或復(fù)現(xiàn)力值，利用力和靜力效應(yīng)傳遞或者測(cè)量力值。量值傳遞是由國(guó)家力值基準(zhǔn)產(chǎn)生基準(zhǔn)力值，后通過(guò)高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀傳遞至力標(biāo)準(zhǔn)裝置，再經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)測(cè)

力儀傳遞至各類(lèi)工作計(jì)量器具，從而確保力值的統(tǒng)一。

    液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的工作原理

    標(biāo)準(zhǔn)力值或被測(cè)力值施加到彈性元件上，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的變形，其變形量的大小與所施加的力值成對(duì)應(yīng)的關(guān)系，只要測(cè)量變形量的大小，即測(cè)得了力值的大小。目前最常用的典型測(cè)力元件有彈性環(huán)或百分表式測(cè)力儀以及電阻應(yīng)變傳感器式測(cè)力儀等。

    作為傳遞力值的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀在力值計(jì)量領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用，它的性能好壞直接影響著力值能否準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行傳遞，從而確保力值的統(tǒng)一。

    目前，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀主要有百分表式和電阻應(yīng)變式兩種結(jié)構(gòu)形式，百分表式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀由彈性環(huán)體和百分表組成，電阻應(yīng)變式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀由電阻應(yīng)變式力傳感器與測(cè)量?jī)x表所組成。

    百分表式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀通過(guò)彈性環(huán)體的形變來(lái)測(cè)量力值，使用時(shí)應(yīng)注意對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度修正；它的準(zhǔn)確度級(jí)別較低，一般不會(huì)高于0.3級(jí)，但由于不需要電源，使用較為方便。電阻應(yīng)變式力傳感器通常用四個(gè)電阻應(yīng)變片組成惠斯通電橋，當(dāng)傳感器受到外力作用時(shí)，電橋平衡被打破，通過(guò)測(cè)量傳感器的電壓輸出變化值就可以確定測(cè)量力的大小，傳感器所輸出的電壓信號(hào)傳送至測(cè)量?jī)x表進(jìn)行處理和顯示，就可以得知施加力值的大小。

    彈性體是力傳感器直接感受力的元件，它是傳感器的重要組成部分，彈性體性能的好壞將直接影響傳感器的性能。彈性體的材料通常選用強(qiáng)度較高的合金結(jié)構(gòu)鋼，如國(guó)內(nèi)常用的 40CrNiMoA，彈性體在加工制作過(guò)程中應(yīng)從鍛造、機(jī)加工、熱處理、時(shí)效處理等各環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制，才能保證力傳感器有良好的技術(shù)性能指標(biāo)，確保其具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。為保證傳感器有好的性能，還需要對(duì)傳感器進(jìn)行多項(xiàng)補(bǔ)償，如零點(diǎn)平衡補(bǔ)償，零點(diǎn)溫度補(bǔ)償，輸出靈敏度溫度補(bǔ)償，非線性補(bǔ)償；有些傳感器還需要進(jìn)行消除側(cè)向力影響及防潮密封。

    液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的選擇

    由于液壓拉伸器的使用場(chǎng)合多為生產(chǎn)車(chē)間或戶外操作現(xiàn)場(chǎng)，溫度不易恒定，若使用百分表式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀則需注意對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度修正。 相比較而言，電阻應(yīng)變式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀基于惠斯通電橋進(jìn)行溫度修正方法簡(jiǎn)單，成本較低，使用較為方便，電阻應(yīng)變式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的準(zhǔn)確度級(jí)別也高于百分表式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀，故液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置所配備的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀選用電阻應(yīng)變式。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀量程的選擇主要根據(jù)主要被校液壓拉伸器的類(lèi)型選擇，液壓拉伸器外觀如圖3所示， 市售常見(jiàn)類(lèi)型液壓拉伸器參數(shù)見(jiàn)圖4

圖3

圖4

    根據(jù)上表中市售主要類(lèi)型的液壓拉伸器的參數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的測(cè)量范圍為10kN~1MN，選用國(guó)產(chǎn)U1系列力傳感器，該類(lèi)型傳感器廣泛用于工業(yè)、建筑、路橋以及國(guó)防軍工領(lǐng)域，并應(yīng)用于各類(lèi)試驗(yàn)機(jī)、檢測(cè)設(shè)備以及各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。

    選用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的主要參數(shù)：

    1)額定負(fù)荷： 10kN~1MN；

    2)準(zhǔn)確度等級(jí)： 0.3 級(jí)(依據(jù)《力傳感器檢定規(guī)程》 JJG391-2009)；

    3)供橋電壓： (5~15)V；

    4)溫度范圍： -10℃~65℃；

    5)靈敏度： 2mV/V±0.5mV/V；

    6)彈性體材料： 40CrNiMoA；

    選用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的主要特征：；

    1)傳感器為柱式結(jié)構(gòu)；

    2)受力方式為拉壓雙向；

    3)可選配球附、壓頭、拉頭等配件；

    4)防水、防塵、安裝容易，使用方便；

    5)性能長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠；

    液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置力值顯示儀表的選型

    由于力傳感器是將測(cè)得的力值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行輸出，輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，所以需匹配相應(yīng)的數(shù)字顯示儀表，將傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行顯示。數(shù)字顯示儀表一般由信號(hào)變換電路、前置放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、線性化器、標(biāo)度變換、數(shù)字面板表、電源等模塊組成，其構(gòu)成原理如圖5

圖5

    本文選用的力值顯示儀表為2000 型標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷測(cè)量?jī)x，該顯示儀表是一款經(jīng)過(guò)超過(guò)10年實(shí)踐檢驗(yàn)的被廣泛認(rèn)知的基礎(chǔ)力學(xué)測(cè)量?jī)x器， 其應(yīng)用領(lǐng)域包括：精密力值測(cè)量、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、 扭矩測(cè)量、材料性能測(cè)試以及各類(lèi)基于應(yīng)變?cè)韨鞲衅鞯纳a(chǎn)檢測(cè)領(lǐng)域。 2000 型標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷測(cè)量?jī)x為最常用的測(cè)力計(jì)配套儀表，具有很高的可靠性和性價(jià)比，其具有40個(gè)數(shù)據(jù)通道，為以后擴(kuò)展液壓拉伸器校準(zhǔn)裝置的測(cè)量范圍和匹配更多量程的傳感器預(yù)留了空間。

    標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷測(cè)量?jī)x的技術(shù)參數(shù)和主要特性如下：

    1）外顯示分度數(shù) 20 萬(wàn)，A/D 轉(zhuǎn)換率 50 次/秒，綜合準(zhǔn)確度 0.005%FS，重復(fù)性和非線性<0.01%FS。

    2）表內(nèi)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)電壓源，采用數(shù)字計(jì)算方法獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，大幅減少零點(diǎn)漂移，儀表開(kāi)機(jī)即可使用，無(wú)需提前預(yù)熱。

    3）(-9～9)mV/V 或(0～9)V/V 的信號(hào)測(cè)量范圍，適用于輸出靈敏度為 1mV/V、2mV/V、 3mV/V、 4mV/V 至 9mV/V 的各型應(yīng)變式傳感器。儀表中每一數(shù)據(jù)通道的信號(hào)測(cè)量范圍和輸入極性可分別進(jìn)行設(shè)定。

    4）可進(jìn)行寬范圍的零位調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍可達(dá)所設(shè)定量程的-150%～150%，特別適用于大靜載下的小動(dòng)態(tài)載荷測(cè)量。

    5）可分6段進(jìn)行修正，有效提高系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度。

    6）可存儲(chǔ)和調(diào)用最多 40 個(gè)不同量程傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

    7）可進(jìn)行傳感器零位校準(zhǔn)，系統(tǒng)載荷校準(zhǔn)、定點(diǎn)校準(zhǔn)和靈敏度輸入校準(zhǔn)。

   8）內(nèi)置多種單位轉(zhuǎn)換，包括 N（牛頓、kgf（公斤力）和1bf（英磅力）等測(cè)量單位，方便對(duì)使用各種力值單位的設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。

    9）儀表內(nèi)置獨(dú)立的硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，充分保證儀表的可靠性。

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