鋼絞線試驗機無齒鉗口及夾持結(jié)構(gòu)的設(shè)計

公茂龍，姜黎明

（1 山東省計量科學(xué)研究院，山東 濟南250014；2 濟南鑫光試驗機制造有限公司，山東 濟南250014）

1 前 言

鋼絞線試驗機用來檢測鋼絞線的拉伸強度、屈服強度、伸長率和彈性模量等力學(xué)性能。目前試驗機上的夾持工具采用V型有齒鉗口+粘有金剛砂的鋁片輔助夾持鋼絞線，這種傳統(tǒng)工具不僅鉗口磨損快，齒容易損傷鋼絞線，且鋁片為消耗品，試驗后鋁片不容易清除，效率低、成本高。為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計研發(fā)了一種無齒鋼絞線鉗口及采用該無齒鋼絞線鉗口的夾持結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2 傳統(tǒng)鋼絞線有齒鉗口的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)V型夾持鉗口帶有均勻斜齒，如圖1所示。傳統(tǒng)方式需要消耗鋁片與金剛砂，并且膠水干燥耗時長，效率低下。以6 根鋼絲捻制的鋼絞線為例，直接使用帶有均勻斜齒的V型鉗口夾持時，被夾具夾持鋼絞線可近似看做圓柱體，從夾持橫截面可以看出V 形鉗口圍成的等邊四邊形與鋼絞線的圓截面相切，等邊四邊形的4個邊最多時與4根鋼絲相切，最少時只能與其中2 根相切，并且大量試驗發(fā)現(xiàn)，V 型鉗口形成的等邊四邊形不可能同時與6 根鋼絲都相切，造成鋼絞線6根鋼絲受到的夾持力不均勻，在拉伸試驗過程中鋼絞線受力后鋼絲之間發(fā)生位置偏移，使得受力整體性變差。夾持力的不均勻，受力大的鋼絲先斷，造成鋼絞線最大力數(shù)值偏小。如試樣在夾頭內(nèi)或距鉗口2 倍鋼絞線公稱直徑內(nèi)斷裂，達不到標準性能要求時，試驗無效。如果發(fā)生這樣的情況，檢測單位還需聯(lián)系委托方重新送檢，在降低工作效率的同時還增加檢測成本。況且V型帶有均勻斜齒的鉗口，在實驗中斜齒很容易磨損，磨損后必須重新更換，增加試驗成本。為了提高V型鉗口的試驗準確性，往往會通過使用涂有金剛砂的V型鋁片作為輔助，在使用前需要用膠水涂滿V 型鋁片內(nèi)部，均勻撒上金剛砂，待膠水干燥后，用鋁片覆蓋夾持部分，操作控制盒，鉗口夾持鋁片，鋁片與金剛砂配合增大摩擦力的同時也能使鋁片受力均勻。但即使是使用鋁片做輔助，最大力標準偏差和斷鉗口比例也比較高，而且鋁片僅能在拉伸試驗中使用一次，不可重復(fù)利用；同時，由于鋁片表面粘有的金剛砂在試驗過程中受到擠壓后部分剝落，試驗結(jié)束后需要及時清理以免損害試驗機的液壓系統(tǒng)。金剛砂與鋁片大大增加了試驗成本跟試驗操作復(fù)雜程度，也降低了試驗效率及準確性。

圖1 傳統(tǒng)鉗口結(jié)構(gòu)示意圖

3 鋼絞線無齒鉗口及夾持結(jié)構(gòu)的設(shè)計

經(jīng)長期實踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)有齒結(jié)構(gòu)，磨損嚴重，如結(jié)構(gòu)改成鉗口無齒圓弧形夾持面，降低夾持面和鋼絞線相互之間的損傷，可以提高其使用壽命。當鋼絞線被圓弧形鉗口夾持時，兩塊圓弧形鉗口圍成了圓形，并且形成的圓形直徑與鋼絞線的公稱直徑相同，能夠保證鋼絞線的6根鋼絲同時受到有效夾持力，從而保證每根鋼絲受力均勻。形成的圓形均勻包裹住鋼絞線，使鋼絲之間縫隙減少而不會出現(xiàn)不均勻的位置偏移，以及保證整體受力均勻。鋼絞線最大力平均值：圓弧形＞V形（加鋁片）＞V形。最大力標準偏差和斷鉗口比例：圓弧形＜V 形（加鋁片）＜V形。此外，圓弧結(jié)構(gòu)無需鋁片、膠水及金剛砂的輔助，節(jié)省了拆裝工序和清理步驟，大大降低了成本，提高了效率。

為此，設(shè)計了一種鋼絞線無齒鉗口，結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。夾持面無齒且弧度對應(yīng)的圓周角＜90°，保證兩個鉗口對合時能夠使鋼絞線所受的夾持力均勻、有效，并且不會發(fā)生滑移。同時，提高夾持層的硬度，無齒鋼絞線鉗口通過熱處理形成夾持層，熱處理硬度控制在HRC 58±3.2，能夠保證無齒鋼絞線鉗口的整體強度大于鋼絞線的硬度，以減少鉗口損傷，提高使用壽命。夾持層厚度控制在0.4～0.8 mm，夾持層與鉗口本體一體成型，以保證無齒鋼絞線鉗口的整體強度，提高使用壽命。按照上述工藝加工出的鋼絞線無齒鉗口，能保證兩個無齒鋼絞線鉗口對鋼絞線的夾持力不會出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。

圖2 無齒鋼絞線鉗口

夾持機構(gòu)如圖3所示。兩個相對的夾持座，在每個夾持座上裝有無齒鋼絞線鉗口，使每個夾持座包括夾持座本體上設(shè)有第一滑動部，無齒鋼絞線鉗口的背面設(shè)有與第一滑動部配合滑動的第二滑動部，分設(shè)于第一滑動部兩端的限位部，以使無齒鋼絞線鉗口被限制在第一限位部中滑動，以及兩個夾持口的軸線到鉗口本體兩側(cè)部的垂直距離相等。上述設(shè)置方式，可以實現(xiàn)夾持口與鋼絞線在同一軸線上的快速定位。

圖3 夾持機構(gòu)

在無齒鋼絞線鉗口報廢或更換其他尺寸鉗口時，可通過拆卸限位部實現(xiàn)無齒鋼絞線鉗口從夾持座上滑出。同時，兩個夾持座固定在試驗機上，夾持時兩個夾持座配合相對移動，無齒鋼絞線鉗口的夾持面夾持住鋼絞線，進而測試鋼絞線的力學(xué)性能，并且鉗口上可平行開設(shè)多個圓弧夾持口，可以是同一規(guī)格圓弧也可以是不同規(guī)格圓弧，只需確保一對鉗口配合時相對圓弧的規(guī)格相同，能夠在試驗過程中不需拆卸鉗口，直接通過滑動鉗口進行切換，在不影響試驗結(jié)果準確性的前提下，可以增加鉗口的使用率，降低試驗成本，減少鋼絞線預(yù)應(yīng)力拉伸試驗的操作步驟，提高試驗效率。

4 結(jié) 語

無齒鋼絞線鉗口不但克服了傳統(tǒng)鋼絞線有齒鉗口使用不方便、效率低等缺點，還能保證鋼絞線受力均勻提升試驗的準確性，而且在鉗口上平行設(shè)有多個夾持口可以減少鉗口的數(shù)量，無需拆下，直接滑動實現(xiàn)夾持口切換的使用；無齒鋼絞線鉗口在夾持座上移動時，在其中一個夾持口移動到夾持位時，可以被固定，也可以不固定，因為鋼絞線被夾持拉緊后，無齒鋼絞線鉗口不在夾持座上滑動，且設(shè)計有定位裝置，保證切換后上下鉗口的同軸度，節(jié)省了成本，提高了效率。