钢绞线试验机无齿钳口及夹持结构的设计

公茂龙，姜黎明

（1 山东省计量科学研究院，山东 济南250014；2 济南鑫光试验机制造有限公司，山东 济南250014）

1 前 言

钢绞线试验机用来检测钢绞线的拉伸强度、屈服强度、伸长率和弹性模量等力学性能。目前试验机上的夹持工具采用V型有齿钳口+粘有金刚砂的铝片辅助夹持钢绞线，这种传统工具不仅钳口磨损快，齿容易损伤钢绞线，且铝片为消耗品，试验后铝片不容易清除，效率低、成本高。为了弥补现有技术的不足，设计研发了一种无齿钢绞线钳口及采用该无齿钢绞线钳口的夹持结构，解决了现有技术中存在的问题。

2 传统钢绞线有齿钳口的结构

传统V型夹持钳口带有均匀斜齿，如图1所示。传统方式需要消耗铝片与金刚砂，并且胶水干燥耗时长，效率低下。以6 根钢丝捻制的钢绞线为例，直接使用带有均匀斜齿的V型钳口夹持时，被夹具夹持钢绞线可近似看做圆柱体，从夹持横截面可以看出V 形钳口围成的等边四边形与钢绞线的圆截面相切，等边四边形的4个边最多时与4根钢丝相切，最少时只能与其中2 根相切，并且大量试验发现，V 型钳口形成的等边四边形不可能同时与6 根钢丝都相切，造成钢绞线6根钢丝受到的夹持力不均匀，在拉伸试验过程中钢绞线受力后钢丝之间发生位置偏移，使得受力整体性变差。夹持力的不均匀，受力大的钢丝先断，造成钢绞线最大力数值偏小。如试样在夹头内或距钳口2 倍钢绞线公称直径内断裂，达不到标准性能要求时，试验无效。如果发生这样的情况，检测单位还需联系委托方重新送检，在降低工作效率的同时还增加检测成本。况且V型带有均匀斜齿的钳口，在实验中斜齿很容易磨损，磨损后必须重新更换，增加试验成本。为了提高V型钳口的试验准确性，往往会通过使用涂有金刚砂的V型铝片作为辅助，在使用前需要用胶水涂满V 型铝片内部，均匀撒上金刚砂，待胶水干燥后，用铝片覆盖夹持部分，操作控制盒，钳口夹持铝片，铝片与金刚砂配合增大摩擦力的同时也能使铝片受力均匀。但即使是使用铝片做辅助，最大力标准偏差和断钳口比例也比较高，而且铝片仅能在拉伸试验中使用一次，不可重复利用；同时，由于铝片表面粘有的金刚砂在试验过程中受到挤压后部分剥落，试验结束后需要及时清理以免损害试验机的液压系统。金刚砂与铝片大大增加了试验成本跟试验操作复杂程度，也降低了试验效率及准确性。

图1 传统钳口结构示意图

3 钢绞线无齿钳口及夹持结构的设计

经长期实践发现，传统有齿结构，磨损严重，如结构改成钳口无齿圆弧形夹持面，降低夹持面和钢绞线相互之间的损伤，可以提高其使用寿命。当钢绞线被圆弧形钳口夹持时，两块圆弧形钳口围成了圆形，并且形成的圆形直径与钢绞线的公称直径相同，能够保证钢绞线的6根钢丝同时受到有效夹持力，从而保证每根钢丝受力均匀。形成的圆形均匀包裹住钢绞线，使钢丝之间缝隙减少而不会出现不均匀的位置偏移，以及保证整体受力均匀。钢绞线最大力平均值：圆弧形＞V形（加铝片）＞V形。最大力标准偏差和断钳口比例：圆弧形＜V 形（加铝片）＜V形。此外，圆弧结构无需铝片、胶水及金刚砂的辅助，节省了拆装工序和清理步骤，大大降低了成本，提高了效率。

为此，设计了一种钢绞线无齿钳口，结构示意图见图2。夹持面无齿且弧度对应的圆周角＜90°，保证两个钳口对合时能够使钢绞线所受的夹持力均匀、有效，并且不会发生滑移。同时，提高夹持层的硬度，无齿钢绞线钳口通过热处理形成夹持层，热处理硬度控制在HRC 58±3.2，能够保证无齿钢绞线钳口的整体强度大于钢绞线的硬度，以减少钳口损伤，提高使用寿命。夹持层厚度控制在0.4～0.8 mm，夹持层与钳口本体一体成型，以保证无齿钢绞线钳口的整体强度，提高使用寿命。按照上述工艺加工出的钢绞线无齿钳口，能保证两个无齿钢绞线钳口对钢绞线的夹持力不会出现滑移现象。

图2 无齿钢绞线钳口

夹持机构如图3所示。两个相对的夹持座，在每个夹持座上装有无齿钢绞线钳口，使每个夹持座包括夹持座本体上设有第一滑动部，无齿钢绞线钳口的背面设有与第一滑动部配合滑动的第二滑动部，分设于第一滑动部两端的限位部，以使无齿钢绞线钳口被限制在第一限位部中滑动，以及两个夹持口的轴线到钳口本体两侧部的垂直距离相等。上述设置方式，可以实现夹持口与钢绞线在同一轴线上的快速定位。

图3 夹持机构

在无齿钢绞线钳口报废或更换其他尺寸钳口时，可通过拆卸限位部实现无齿钢绞线钳口从夹持座上滑出。同时，两个夹持座固定在试验机上，夹持时两个夹持座配合相对移动，无齿钢绞线钳口的夹持面夹持住钢绞线，进而测试钢绞线的力学性能，并且钳口上可平行开设多个圆弧夹持口，可以是同一规格圆弧也可以是不同规格圆弧，只需确保一对钳口配合时相对圆弧的规格相同，能够在试验过程中不需拆卸钳口，直接通过滑动钳口进行切换，在不影响试验结果准确性的前提下，可以增加钳口的使用率，降低试验成本，减少钢绞线预应力拉伸试验的操作步骤，提高试验效率。

4 结 语

无齿钢绞线钳口不但克服了传统钢绞线有齿钳口使用不方便、效率低等缺点，还能保证钢绞线受力均匀提升试验的准确性，而且在钳口上平行设有多个夹持口可以减少钳口的数量，无需拆下，直接滑动实现夹持口切换的使用；无齿钢绞线钳口在夹持座上移动时，在其中一个夹持口移动到夹持位时，可以被固定，也可以不固定，因为钢绞线被夹持拉紧后，无齿钢绞线钳口不在夹持座上滑动，且设计有定位装置，保证切换后上下钳口的同轴度，节省了成本，提高了效率。