本实用新型涉及金属材料的快速力学测试领域，具体是一种便携式板材或型材力学试验机。
背景技术：
根据标准gb/t2694-2018《输电线路铁塔制造技术条件》，在铁塔的质量抽检时，钢材材质检验属于必须开展的项目，钢材材质检验包含了钢材的化学成分和力学性能检验，其中力学性能检验需要将钢材加工成标准gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》规定形状的拉伸试样，试样加工需要花费较多的时间(加工一个样品约需要20至30分钟)。
而对于同一种规格及材质的铁塔钢材，钢材材质检验的抽样数量需根据这种钢材的批量来计算。以某110kv直线塔为例，一个直线塔中，包含l40×4mm、q235的塔材64件，110kv输电线路一般长度在50km以上，两个铁塔之间的距离一般为500m以下，因此一条110kv输电线路一般最少由100基铁塔组成，包含l40×4mm、q235的塔材6400件，根据标准gb/t2694-2018，对于l40×4mm、q235规格的塔材，其钢材材质检验的抽样数量为200件，试样加工的工作量巨大。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种便携式板材或型材力学试验机，能够在不加工试样的情况下快速完成钢材的力学性能检验，且装置结构简单，使用方便。
一种便携式板材或型材力学试验机，包括底部固定板、安装于底部固定板上的主框架、位于主框架中的传感器组件、分别位于传感器组件上部和下部的加力六角螺栓和压头、与传感器组件连接的力值显示器，所述底部固定板上对应压头设有压孔，试验时待测试样位于压头与压孔之间，所述压头用于在使用扭力扳手旋转加力六角螺栓时受压将待测试样压出一个孔，所述传感器组件用于测量所受压力，所述力值显示器用于记录传感器组件所测压力的力值峰值。
进一步的，所述主框架中部开设有容置腔，所述容置腔的形状根据传感器组件的外形设置，传感器组件位于容置腔中。
进一步的，所述传感器组件包括传感器上顶块、压力传感器、传感器下顶块，压力传感器夹设于传感器上顶块和传感器下顶块之间，压力传感器与力值显示器连接。
进一步的，所述传感器上顶块和传感器下顶块均为圆锥体，压力传感器为圆柱体，传感器上顶块、压力传感器、传感器下顶块上下叠放后置于容置腔中。
进一步的，所述传感器上顶块的顶部与加力六角螺栓的底部连接，容置腔的底面贯穿设有开孔，压头的顶部从开孔伸入与传感器下顶块的底部接触，压头的底部与待测试样接触。
进一步的，所述主框架的底部两侧设有连接件，连接件上设有连接孔，底部固定板上对应连接孔设有安装孔，使用双头螺柱依次穿过连接件上的连接孔、底部固定板上的安装孔，双头螺柱的两端使用六角螺母锁紧。
本实用新型通过加力六角螺栓配合传感器组件和压头可实现将待测试样压出一个孔的效果，在此过程中传感器组件实时将所受压力测出并传送至力值显示器，力值显示器最终记录压力传感器所测压力的力值峰值，通过所测压力的力值峰值即可根据公式计算出待测试样的抗剪切强度，整个装置结构简单，且操作方便，组装容易，携带也比较方便，能够在不加工试样的情况下快速完成钢材的力学性能检验，且测试效率较高。
附图说明
图1是钢材的抗剪切强度τ的测量原理图；
图2是本实用新型便携式板材或型材力学试验机的分解结构示意图；
图3是本实用新型组装后的使用状态示意图。
图中：1—加力六角螺栓，2—主框架，3—连接件，4—压头，5—底部固定板，6—六角螺母，7—双头螺柱，8—传感器上顶块，9—传感器，10—传感器下顶块，11—力值显示器，12—待测试样，21—容置腔，22—开孔，31—连接孔，32—固定孔，51—压孔，52—安装孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本申请的发明人在研究过程中发现：钢材力学性能检验需要检验钢材的屈服强度re、抗拉强度rm及伸长率a，而钢材的抗剪切强度τ与抗拉强度rm有一定的比例关系，即τ≈k*rm，对于q235来说，k≈0.8。
因此，可以通过测量钢材的抗剪切强度τ来判断钢材抗拉强度是否合格(此方法命名为“快速力学性能检验法”)，由此来判断钢材的牌号是否存在错用的情况，若没有错用，则可以在完成“快速力学性能检验法”的样品中再抽取3件样品进行常规的力学性能检验，综合“快速力学性能检验法”和常规的力学性能检验结果来判断整批钢材的质量。
测量钢材的抗剪切强度τ可以使用以下原理，如图1所示。
使用直径为d的圆柱体压头对厚度为t钢板施加压力f，将钢板剪切出一个直径为d的孔。
则抗剪切强度τ可以用公式1来计算。
τ——抗剪切强度，mpa
f——压力，n
π——圆周率
d——孔径，mm
t——板厚，mm
请参阅图2及图3，为实现现场快速测量钢材的抗剪切强度τ，本实用新型提供一种便携式板材或型材力学试验机，包括底部固定板5、安装于底部固定板5上的主框架2、位于主框架2中的传感器组件、分别位于传感器组件上部和下部的加力六角螺栓1和压头4、与传感器组件连接的力值显示器11，所述底部固定板5上对应压头4设有压孔51，试验时待测试样12位于压头4与压孔51之间。
所述主框架2中部开设有容置腔21，所述容置腔21的形状可根据传感器组件的外形设置，例如图2所示容置腔21设置为八边形圆柱体，传感器组件位于容置腔21中，所述传感器组件包括传感器上顶块8、压力传感器9、传感器下顶块10，压力传感器9夹设于传感器上顶块8和传感器下顶块10之间，传感器上顶块8和传感器下顶块10均为圆锥体，压力传感器9为圆柱体，传感器上顶块8、压力传感器9、传感器下顶块10上下叠放后置于容置腔21中，如图3所示。
传感器上顶块8的顶部与加力六角螺栓1的底部连接，具体的，可在传感器上顶块8顶部开设一个盲孔，加力六角螺栓1的底端插入盲孔中。容置腔21的底面贯穿设有开孔22，压头4的顶部从开孔22伸入与传感器下顶块10的底部接触，压头4的底部与待测试样12接触，压力传感器9用于测量压力，与力值显示器11连接，力值显示器11用于记录力值峰值。传感器上顶块8主要用于将加力六角螺栓1上的压力传递至压力传感器9，同时加大加力六角螺栓1对压力传感器9的受力面积，防止加力六角螺栓1将压力传感器9压坏；传感器下顶块10用于将压力传感器9的压力传递至压头4，同时加大压力传感器9对压头4的受力面积，防止压头4将压力传感器9压坏。
所述主框架2的底部两侧设有连接件3，连接件3上设有连接孔31，底部固定板5上对应连接孔31设有安装孔52，使用双头螺柱7依次穿过连接件3上的连接孔31、底部固定板5上的安装孔52，然后双头螺柱7的两端使用六角螺母6锁紧，即可将主框架2与底部固定板5固定。
本实用新型的安装及使用方法如下：
1)将待测试样12(即被检测的钢板或角钢)放在底部固定板5上面，被检测的钢板或角钢的一个边与底部固定板5上的边缘重合，此时钢板覆盖住底部固定板5上的压孔51，但未覆盖底部固定板5上的安装孔52；
2)将压头4插入主框架2下面的开孔22内，再将主框架2放在底部固定板5上面，并使连接孔13与底部固定板5上两侧的安装孔52对齐，使用双头螺柱7和六角螺母6将主框架2和底部固定板5连接好，并使主框架2、底部固定板5和检测的钢板或角钢紧密贴合；
3)按照顺序将传感器下顶块10、压力传感器9、传感器上顶块8依次放入主框架2中间的容置腔21内；
4)将力值显示器11与压力传感器9通过电缆线连接起来，至此，该装置便完成安装。
5)装置安装后，使用扭力扳手旋转加力六角螺栓1，直到压头4将被检测的钢板或角钢压出一个孔，记录力值显示器11中的力值峰值，将力值峰值、被检测的钢板或角钢牌号、厚度输入至电脑，即可得出抗剪切强度τ和抗拉强度rm。
本实用新型装置中各部件的强度和尺寸设计如下：
1)被检测的钢板或角钢(即待测试样12)一般厚度为10mm以下，材质为q420以下，q420的抗拉强度为520mpa至680mpa，取680mpa，则抗剪切强度约为0.8×680mpa＝544mpa，将压头4的直径设计为10mm，则将10mm厚的q420钢板或角钢剪切出一个10mm直径的孔需要的压力可根据公式(2)计算得到，为171kn。
f＝τπdt公式(2)
2)压力传感器9选型：传感器的最大量程至少应为200kn。
3)压头4选型：压头4的直径为10mm，压头需承受最大200kn的压力不变形，经计算，压头材质的抗压屈服强度应大于2550mpa，可选用模具钢7cr7mo3-v2si，1100℃淬火 510℃回火。
4)加力六角螺栓1选型：螺栓的保证载荷至少应为200kn，则根据标准gb/t3098.1-2010及gb/t196-2003，可选择8.8级，m22×1及以上规格的细牙螺纹螺栓，扭矩转换为压力的关系见公式(3)，则计算可得，使用m22×1型加力六角螺栓，需要628.32nm的扭矩，扭力扳手需要选择628.32nm以上的扭力扳手。
f——压力，n
π——圆周率
p——螺距，m
m——扭矩，nm
5)六角螺母6和双头螺柱7的选型：两个螺栓可承受的合力要大于200kn，因此选择8.8级m18的粗牙螺纹双头螺柱及8级m18的粗牙螺纹六角螺母即可。
6)传感器上顶块8和传感器下顶块10的选型：顶块的最大厚度大于被检测的钢板或角钢的厚度，且抗拉强度大于被检测的钢板或角钢的强度即可保证顶块能承受试验剪切力而不被破坏，因此，顶块的最大厚度设计为15mm，材质选择45号钢，调质处理即可。
7)主框架2的选型：由于主框架的主要受力部位是与加力六角螺栓1连接的部位，因此其强度与加力六角螺栓1一致即可，可选择40cr，调质处理，而主框架中间的容置腔21的尺寸需根据传感器的尺寸来设计。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
1.一种便携式板材或型材力学试验机，其特征在于：包括底部固定板、安装于底部固定板上的主框架、位于主框架中的传感器组件、分别位于传感器组件上部和下部的加力六角螺栓和压头、与传感器组件连接的力值显示器，所述底部固定板上对应压头设有压孔，试验时待测试样位于压头与压孔之间，所述压头用于在使用扭力扳手旋转加力六角螺栓时受压将待测试样压出一个孔，所述传感器组件用于测量所受压力，所述力值显示器用于记录传感器组件所测压力的力值峰值。
2.如权利要求1所述的便携式板材或型材力学试验机，其特征在于：所述主框架中部开设有容置腔，所述容置腔的形状根据传感器组件的外形设置，传感器组件位于容置腔中。
3.如权利要求1或2所述的便携式板材或型材力学试验机，其特征在于：所述传感器组件包括传感器上顶块、压力传感器、传感器下顶块，压力传感器夹设于传感器上顶块和传感器下顶块之间，压力传感器与力值显示器连接。
4.如权利要求3所述的便携式板材或型材力学试验机，其特征在于：所述传感器上顶块和传感器下顶块均为圆锥体，压力传感器为圆柱体，传感器上顶块、压力传感器、传感器下顶块上下叠放后置于容置腔中。
5.如权利要求3所述的便携式板材或型材力学试验机，其特征在于：所述传感器上顶块的顶部与加力六角螺栓的底部连接，容置腔的底面贯穿设有开孔，压头的顶部从开孔伸入与传感器下顶块的底部接触，压头的底部与待测试样接触。
6.如权利要求1所述的便携式板材或型材力学试验机，其特征在于：所述主框架的底部两侧设有连接件，连接件上设有连接孔，底部固定板上对应连接孔设有安装孔，双头螺柱依次穿过连接件上的连接孔、底部固定板上的安装孔，双头螺柱的两端使用六角螺母锁紧。
技术总结