鋼絞線試驗機無齒鉗口及夾持結構的設計

公茂龍，姜黎明

（1 山東省計量科學研究院，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。為了彌補現有技術的不足，設計研發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構，解決了現有技術中存在的問題。

2 傳統鋼絞線有齒鉗口的結構

傳統V型夾持鉗口帶有均勻斜齒，如圖1所示。傳統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，并且大量試驗發現，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值偏小。如試樣在夾頭內或距鉗口2 倍鋼絞線公稱直徑內斷裂，達不到標準性能要求時，試驗無效。如果發生這樣的情況，檢測單位還需聯系委托方重新送檢，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，試驗結束后需要及時清理以免損害試驗機的液壓系統。金剛砂與鋁片大大增加了試驗成本跟試驗操作復雜程度，也降低了試驗效率及準確性。

圖1 傳統鉗口結構示意圖

3 鋼絞線無齒鉗口及夾持結構的設計

經長期實踐發現，傳統有齒結構，磨損嚴重，如結構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，圓弧結構無需鋁片、膠水及金剛砂的輔助，節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，設計了一種鋼絞線無齒鉗口，結構示意圖見圖2。夾持面無齒且弧度對應的圓周角＜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滑移現象。

圖2 無齒鋼絞線鉗口

夾持機構如圖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有第一滑動部，無齒鋼絞線鉗口的背面設有與第一滑動部配合滑動的第二滑動部，分設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部的垂直距離相等。上述設置方式，可以實現夾持口與鋼絞線在同一軸線上的快速定位。

圖3 夾持機構

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性能，并且鉗口上可平行開設多個圓弧夾持口，可以是同一規格圓弧也可以是不同規格圓弧，只需確保一對鉗口配合時相對圓弧的規格相同，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，減少鋼絞線預應力拉伸試驗的操作步驟，提高試驗效率。

4 結 語

無齒鋼絞線鉗口不但克服了傳統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有多個夾持口可以減少鉗口的數量，無需拆下，直接滑動實現夾持口切換的使用；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，且設計有定位裝置，保證切換后上下鉗口的同軸度，節省了成本，提高了效率。