简易钢丝拉力试验机的工作原理及夹具

为了确保中小型预应力混凝土构件质量,我们试制成功了简易钢丝拉力试验机(简称简易拉力机)。其特点是:结构简单、准确度较高,造价低,便于土法上马,广大城乡建筑企业以及基层施工队均可自行制作。

1.简易拉力机工作原理和构造

拉力机由承力架、螺杆、连接器、夹具和压力盒组成(图1),其工作原理系通过旋转螺杆,使钢丝试件拉长井拉断。用特制的压力盒侧定钢丝拉断力。

承力架一端穿入螺杆,另一端有夹持钢丝试件的夹具,通过连接器把钢丝试件和螺杆连接起来,承力架和螺母间有一单向推力球轴承,以减少旋转螺母时的摩擦力,承力架和夹具之间放置压力盒。

承力架和连接器均用钢板焊成,螺杆为梯形螺纹,另外加工一活动扳手,转动螺母就比较方便了。

1.拉力机压力盒构造

我们设计了两种压力盒,一种最大压力为1.5吨,适用于冷拔低碳钢丝和Φ3毫米以下的碳素钢丝及废钢丝,另一种最大压力为5吨,适用于Φ4毫米以上的碳素钢丝及废钢丝,还可重叠在简易压力机上,测定水泥砂浆或砖的抗压1.5吨压力盒构造见图2。

压力盒系在一段钢管的两端焊上圆钢板而成,钢管在圆钢板的中心位置,以便钢丝从中穿过,圆钢板的外侧焊一块圆钢盘,用以承受夹具传来的压力。钢管上焊有加水嘴和接管嘴。用胶管(内径以Φ3~4毫米为宜)将接管嘴和一玻璃管接通,管旁有刻度尺。压力盒全部为3号钢制作。1.5吨和5吨压力盒的区别在于圆钢板厚度不同,分别为3和6毫米,其余尺寸完全一致。

2. 拉力机的工作原理

钢丝拉断试验时,压力盒内装满水,钢丝拉力通过夹具传给压力盒,压力盒受压,体积变小,与压力盒连通的玻璃管内的水面就升高,水面上升高度越高,表示钢丝拉力越大,钢丝达到抗拉强度时产生颈缩,拉力下降,此时从刻度尺上读出最大拉力值,然后把钢丝继续拉断。

3.使用注意事项

压力盒、接管嘴、加水嘴及管子接头等所有部分均需密封,不得漏水。压力盒的焊接要认真;螺丝堵头和加水嘴之间垫一橡胶垫;橡胶管套在接管嘴和玻璃管上应正好合适,再用细铅丝将橡胶管两端扎紧。为了检查上述部位是否密封,可置于水中,用气筒通过橡胶管向压力盒中打气。检查合格后即可向压力盒里灌水。从加水嘴里灌水,直到水从玻璃管中溢出,提高玻璃管,使水又从加水嘴里反流出来,如压力盒里有气泡时亦会同时排出,等到不再冒气饱且玻璃管水面下降到合适位置时,用螺丝堵头把加水嘴封紧,这就可保证压力盒里没有空气。

这时还需进一步检查密封效果,使玻璃管水面低于压力盒,在不加压情况下,如水面高度不改变,则表明无漏水及进气现象;如水面不停地_L升,则表示压力盒或接头密封不佳,有进气现象,应继续查明原因,加以解决。

另外,管子经过振动或钢丝拉断时,玻瑞管里往往会有气抱,应轻轻敲击橡胶管或用手挤压橡胶管,使气炮排出。

玻璃管固定在一木架上,刻度尺可沿木架上下移动,拉钢丝前调整刻度尺,使零点对谁玻璃管水面位置,以消除温度变化和其它原因造成的误差。拉钢丝过程中不宜碰动胶管。

压力盒内装的是水,为避免生锈,压力盒加以镀锌处理。为便于观察玻璃管水面高度,在水里加些红墨水,染成红色。在使用一段时间后,如玻璃管内水不够了,可用医用注射器,向玻璃管内注射一些水。

玻璃管长1500毫米,内径Φ3~4毫米,也可改用透明尼龙管。要求内径粗细均匀,表面光滑,不沾水。

4.标定

压力盒经标定后才能使用。如改换玻璃管或发生疑问时,也要重新标定。每隔1定时期,再校正一次。

标定可在5吨万能材料试验机上进行,由万能材料试验机压压力盒,分级加荷,记录试验机各级压力值和相应的玻璃管水柱高度,至少反复三次,取平均值作为标定出的压力值。

如无万能材料试验机,也可用牵引拉力表标定,拉力表可用3吨和5吨两种,标定方法见图3。以1.5吨压力盒为例,将拉力表放入一钢架中,两端通过Φ5毫米碳素钢丝和简易拉力机及压力盒连接起来,拧动简易拉力机的螺母,拉力表和压力盒同时受力,分级记录拉力表的拉力和压力盒水柱高度,取三次平均值,即完成了标定工作。

拉力机夹具

钢丝夹具应能满足Φ5毫米以下的冷拔低碳钢丝和碳素钢丝的使用要求,一直到拉断前都不滑动,安装卸下都方便。为此,设计了一种方夹片夹具(图4)。

夹具由套筒和夹片两部分组成,二者锥角为14°,套筒为45号钢,热处理后要求硬度HRC为35,夹片为60号钢,热处理要求硬度HRC为55。套筒和夹具均有倒角,加工时不可忽略。夹片和钢丝接触面应凿毛,夹片为两片,一片为平的,另一片带凹槽,凹槽处安放所夹持的钢丝。

经多次使用表明,方夹片夹具是成功的,安装方便,钢丝不打滑,一般都断于中间部位,拉断后夹片可白行退出。

拉力机的使用效果

在万能材料试验机和简易拉力机上对Φ4毫米冷拨低碳钢丝作对比试验,以检查简易拉力机的效果。

取样方法是,在一盘钢丝中连续取若干根试件,按顺序编号,将单号试件(1，3，5…)在5吨万能材料试验机上拉断,将双号(2、4、6…)在简易拉力机上拉断,这样能尽量消除同一圈内钢丝强度的分散造成的试验误差。我们共对四批钢丝做了对比试验,共计106根试件,试验结果(表1)数据表明,在万能机上测定53根。平均拉断力为913公斤,在简易机上测定53根,平均拉断力为914.5公斤,简易机平均偏差为牛1.5公斤,相对误差为0.16%,其中一组最大的相对误差为2.1%,.可见误差是很小的,完全可以满足使用要求。