CN103115761A - 1500t立式联合力试验机防失稳装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种1500t立式联合力试验机防失稳装置，所述防失稳装置置于1500t立式联合力试验机载荷架下平台，所述防失稳装置包括有防失稳框架和防失稳支撑装置。该装置能保证试验的顺利完成，其支撑杆的长短可调，支撑点位置垂直可调，可适用于2-7/8到5-1/2英寸多种规格；该装置设有多套卡具，灵活适用于多种类型试验，A系列试验后无需拆卸该装置，在B系列试验时能与弯曲装置配合使用。该装置缩短了试验周期，减少了人力物力浪费，既保证试样不会发生失稳，又不会对设备造成任何损伤。

Description

1500t立式联合力试验机防失稳装置

技术领域

本发明涉及一种1500t立式联合力试验机防失稳装置。

背景技术

1500t立式联合力试验机目前主要进行直径2-7/8in到5-1/2in油套管接箍性能评价试验以及滑脱试验。不断更新中的ISO13679标准对油套管接箍性能评价试验的要求日益苛刻，其中复合力压缩试验中，压缩值几近于管体屈服强度，这就引发了工程力学中压杆稳定的问题，在无任何防失稳措施的情况之下，试样极易发生失稳，难以按要求顺利完成试验，甚至造成不必要的危险事故。

工程力学中，纵向（长度方向）尺寸远大于横向（垂直于长度方向）尺寸的构件称为杆件，钢管就属于杆件的一种。而受压的细长直杆，当沿杆轴方向的压力增大到一定数值时，若受到微小的干扰，杆就会由原来的直线状态突然变弯，这种突然改变其平衡状态的现象，称为丧失稳定，简称失稳。在试验过程中，很可能出现失稳现象时，其实际加载却仍未达到试验要求载荷，继续加载而造成试样弯折试验事故。

从工程力学的角度分析，提高压杆的稳定性，主要措施有：①减小压杆的支撑长度；②选择合理的截面形状；③改善杆端的约束情况；④合理地选择材料。试验中，载荷架载荷值均为轴向载荷，载荷架在垂直地面水平方向给试样施加载荷。结合试验要求以及载荷架试验中试样的实际安装，分析得出以下可行性措施：①在满足试验要求条件下尽量减短试验试样的长度；②改善管端的约束情况；③保证试样与载荷架施载方向的平行度，即尽可能使试样处于且保持垂直于载荷架平台（地面水平方向）的状态，保证载荷的轴向性，以此来减小由于试样管体成分、壁厚不均引起受力不均以及试样的安装等等一切内、外在因素带来的影响。

试样装于立式载荷架之上后，离地有一定的距离，如图1所示，无法以地面为着力点防失稳；试样两边为八个液压缸，若以液压缸为着力点，一旦发生失稳，载荷架倾斜，将造成不可预计的安全隐患和经济损失。

目前，国内外只有与卧式联合力试验机配套的防失稳装置，尚无与立式联合力试验机相配套的防失稳装置，亟待研发设计新的结构，以满足完成标准试验的要求。

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种1500t立式联合力试验机防失稳装置，基于工程力学上提高压杆稳定的防失稳原理，结合ISO13679标准对试验的要求，保证试样与载荷架施载方向的平行度，即尽可能使试样处于且保持垂直于载荷架平台（地面水平方向）的状态。从而解决了试验过程中试样失稳的问题，使得试验能够安全顺利地进行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种1500t立式联合力试验机防失稳装置，所述防失稳装置置于1500t立式联合力试验机的载荷架下平台，其中：所述防失稳装置包括有防失稳框架和防失稳支撑装置；所述防失稳框架包括有主框架、侧框架或者独立竖梁以及底部横梁，所述主框架与侧框架或者独立竖梁之间通过螺栓紧固连接，底部横梁与主框架及侧框架或者独立竖梁之间同样分别采用螺栓连接，从而形成一个封闭式防失稳框架；所述主框架与侧框架组成的封闭式防失稳框架内四周a侧、b侧、c侧、d侧的中间设有支撑竖梁，a侧、b侧、d侧的支撑竖梁与主框架之间为固定连接，c侧的支撑竖梁与主框架之间之间通过螺栓紧固连接；

所述防失稳支撑装置包括有支撑底座、支撑套筒、伸缩调节螺母和支撑卡瓦，支撑底座为两块方形夹持板通过四个螺栓夹持固定于防失稳框架的支撑竖梁上；支撑套筒固定连接于支撑底座的中心部位，支撑套筒内套入支撑卡瓦，支撑卡瓦的背部设有丝杠，并与伸缩调节螺母螺纹连接，通过调节伸缩调节螺母，从而调节支撑卡瓦伸出伸缩调节螺母的长短。

本发明的效果是本发明为封闭式防失稳装置，该装置能保证试验的顺利完成，其支撑杆的长短可调，支撑点位置垂直可调，可适用于2-7/8到5-1/2英寸多种规格；该装置设有多套卡具，灵活适用于多种类型试验，A系列试验后无需拆卸该装置，在B系列试验时能与弯曲装置配合使用。该装置缩短了试验周期，减少了人力物力浪费，既保证试样不会发生失稳，又不会对设备造成任何损伤。使用该装置应用于4.5英寸的ISO13679（2009版）特殊扣接头性能评价试验，试验进行顺利，未发生任何安全事故，验证了该装置的有效性。本发明填补了国际上1500t立式联合力试验机防失稳装置的空白，使得更进一步模拟油套管深井受力情况成为可能，为进一步研发生产高附加值油套管提供了保障。

附图说明

图1是已有技术的1500t立式联合力试验机；

图2是本发明的A系试验防失稳装置安装图；

图3是本发明的A系防失稳装置安装俯视图

图4是本发明的B系防失稳装置安装图；

图5是本发明的B系防失稳装置安装俯视图；

图6是本发明的纯压缩载荷试验防失稳装置安装俯视图；

图7是本发明的防失稳框架安装侧视图；

图8是本发明的带螺孔支撑底座方板及带孔槽支撑底座方板；

图9是本发明的独立竖梁；

图10本发明的防失稳框架侧视图。

图中：

1、载荷架  2、防失稳框架  3、防失稳支撑装置

4、试验试样  5、弯曲框架  6、推弯装置

2-1、主框架  2-2、侧框架  2-3、底部横梁  2-4、支撑竖梁

2-5、独立竖梁  3-1、支撑底座  3-1-1、带螺孔支撑底座方板

3-1-2、带孔槽支撑底座方板  3-2、支撑套筒  3-3、伸缩调节螺母

3-4-1、A系支撑卡瓦  3-4-2、B系支撑卡瓦  3-4-3、纯压缩支撑卡瓦

6-1、推弯液压缸  6-2、推弯卡瓦

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的1500t立式联合力试验机防失稳装置的结构加以说明。

如图2所示，本发明的1500t立式联合力试验机防失稳装置的主体结构材料选用方钢，在防失稳框架的底部，通过两根长横梁，以及四根短横梁，以螺栓连接的方式，将整个防失稳装置固定于载荷架的下平台，以立式联合力试验机的下平台作为着力点，实现防失稳目的，最大地减小了对立式联合力试验机主体结构的影响。

本发明的1500t立式联合力试验机防失稳装置结构是，所述防失稳装置置于1500t立式联合力试验机的载荷架1下平台，所述防失稳装置包括有防失稳框架和防失稳支撑装置。

所述防失稳框架包括有主框架2-1、侧框架2-2或者独立竖梁2-5以及底部横梁2-3，所述主框架2-1与侧框架2-2通过螺栓紧固连接，底部横梁2-3与主框架2-1及侧框架2-2同样分别采用螺栓连接，从而形成一个封闭式防失稳框架；所述主框架2-1与侧框架2-2组成的封闭式防失稳框架内四周a侧、b侧、c侧、d侧的中间设有支撑竖梁2-4，a侧、b侧、d侧的支撑竖梁2-4与主框架之间2-1为固定连接，c侧的支撑竖梁2-4与主框架之间2-1之间通过螺栓紧固连接；当不需要使用的B系试验时以及在方便部件安装以及试验线路连接时，松开螺栓即可卸除；主框架2-1的d侧在A系试验以及纯压缩试验时为侧框架，在B系试验时，d侧为两根独立竖梁2-5，如图7、图9及图10所示。

所述防失稳支撑装置包括有支撑底座3-1、支撑套筒3-2、伸缩调节螺母3-3和支撑卡瓦3-4，支撑底座3-1为两块方形夹持板通过四个螺栓夹持固定于防失稳框架的支撑竖梁2-4上，其位置根据不同规格尺寸试验试样以及不同的试验类型，调节螺杆至支撑竖梁上的指定位置紧固；支撑套筒3-2固定连接于支撑底座3-1的中心部位，支撑套筒3-2内套入支撑卡瓦3-4，支撑卡瓦3-4的背部设有丝杠，并与伸缩调节螺母3-3螺纹连接，通过调节伸缩调节螺母3-3，从而调节支撑卡瓦3-4伸出伸缩调节螺母3-3的长短。所述支撑卡瓦3-4背部的梯形扣丝杠为直径Φ60的丝杠。

依据试验种类，支撑底座3-1分别设计有两套，支撑卡瓦3-4分别设计有三套。

所述支撑底座3-1的第一套：带螺孔支撑底座方板3-1-1和开有中心孔的带螺孔支撑底座方板3-1-2的支撑底座；第二套：带螺孔支撑底座方板3-1-1和中心固定连接有支撑套筒3-2的支撑底座，套筒依据安装位置a侧、b侧或者c侧、d侧长度不同以适应空间要求，如图6所示。支撑底座3-1通过四个长螺杆，夹持安装在支撑竖梁2-4上的相应位置，高低根据要求灵活可调。

在A系试验时，试样装有外压釜，所述支撑底座3-1在框架a侧、b侧使用第一套支撑底座3-1，在框架c、d侧使用第二套支撑底座3-1，安装在四个方向的支撑竖梁2-4上相应位置，如图3所示。

在B系试验时，所述支撑底座3-1只在框架的a侧、b侧安装，使用第二套支撑底座3-1，安装在支撑竖梁2-4上的相应位置，如图5所示。

在纯压缩试验时，所述支撑底座3-1使用第二套，安装在a侧、b侧、c侧、d侧四个方向的支撑竖梁2-4上相应位置，如图6所示。

所述支撑卡瓦3-4共设计有三套：第一套3-4-1：圆弧卡瓦，如图3所示，支撑卡瓦的卡脚弧度与外压釜外壁弧度一致；第二套3-4-2：直角平槽卡瓦，如图4和图5所示，平槽尺寸与推弯卡瓦相配套；第三套3-4-3：120°卡脚卡瓦，适于直接卡试验试样，如图6所示。

使用中，本发明的1500t立式联合力试验机防失稳装置结合试验要求，针对不同试验设计有以下三类：

1、接箍性能评价试验-A系试验

A系试验中，试样将受到轴向的拉伸、压缩以及内压和外压的复合载荷作用，试样的接箍部分通过安装外压釜施予外压。

防失稳装置装于载荷架1下平台，使用侧框架2-2在外压筒轴向两端四个方向分别设四套防失稳支撑装置3，如图2所示。支撑装置3的支撑卡瓦3-4选用第一套A系试验专用卡瓦，其卡脚弧度与外压釜外壁弧度一致，卡瓦背部丝杠插入支撑底座孔槽或套筒，通过调节伸缩调节螺母3-3，在试验时紧贴试样的外压釜上；防失稳支撑装置底座3-1通过螺杆固定于防失稳装置的四周支撑竖梁2-4上，位置高度可调。通过调节支撑底座3-1的高度以及调节伸缩调节螺母3-3实现2-7/8到5-1/2英寸试样试验的防失稳。如图3所示。

2、接箍性能评价试验-B系试验

B系试验中有两种试验状态需要用到防失稳装置：压缩+内压+弯曲；纯压缩。

当试样受到压缩、内压以及弯曲的复合作用时，由于弯曲角度计算使用到的应变只有四组，只能计算一个方向的弯曲角度，为了使推弯液压缸在推弯的时候尽可能在推弯方向上弯曲，减小角度误差，避免误差引起试验试样失稳，安装此防失稳装置。

与A系试验时相同，防失稳装置装于载荷架1下平台，但不再使用侧框架，而是使用两根独立竖梁2-5，既给弯曲框架5留出安装空间又保持了防失稳装置的封闭性与稳固性；为方便各装置的安装及试验线路的连接，侧框架对面一侧支撑竖梁2-4可卸除。防失稳支撑卡瓦设计为平槽卡瓦3-4-2，即第二套B系试验专用卡瓦，支撑在推弯卡瓦的两侧两个方向，如图4、图5所示，将支撑卡瓦背部丝杠插入支撑套筒3-2，调节伸缩调节螺母3-3，使支撑卡瓦3-4-2轻贴推弯卡瓦6-2，从而不影响推弯装置6的正常工作，由此，液压缸沿支撑卡瓦3-4-2的平槽方向作用试验试样，避免了试验试样发生应变监测以外的弯曲而发生失稳事故。支撑装置3高低、伸缩可调，适用2-7/8到5-1/2英寸试样试验的防失稳。如图5所示。

3、纯压缩载荷试验

对于试样只受到纯压缩载荷作用的试验，防失稳装置安装侧框架2-2，在试验试样的适当位置周围四个方向分别设计四个120°卡角支撑卡瓦3-4-3辅助支撑，保证试样在轴向受力，适用尺寸：2-7/8in至5-1/2in。依据试样的规格尺寸，根据实际情况，小尺寸油管试样可只在180°方向安装一对防失稳支撑装置。B系试验中最大压缩载荷这一载荷点试验也可使用此种防失稳方案。如图6所示。

Claims (5)

1.一种1500t立式联合力试验机防失稳装置，所述防失稳装置置于1500t立式联合力试验机的载荷架下平台，其特征是：所述防失稳装置包括有防失稳框架和防失稳支撑装置；

所述防失稳框架包括有主框架（2-1）、侧框架（2-2）或者独立竖梁（2-5）以及底部横梁（2-3），所述主框架（2-1）与侧框架（2-2）通过螺栓紧固连接，底部横梁（2-3）与主框架（2-1）及侧框架（2-2）同样分别采用螺栓连接，从而形成一个封闭式防失稳框架；所述主框架（2-1）与侧框架（2-2）组成的封闭式防失稳框架内四周a侧、b侧、c侧、d侧的中间设有支撑竖梁（2-4），a侧、b侧、d侧的支撑竖梁（2-4）与主框架之间（2-1）为固定连接，c侧的支撑竖梁（2-4）与主框架之间（2-1）之间通过螺栓紧固连接；

所述防失稳支撑装置包括有支撑底座（3-1）、支撑套筒（3-2）、伸缩调节螺母（3-3）和支撑卡瓦（3-4），支撑底座（3-1）为两块方形夹持板通过四个螺栓夹持固定于防失稳框架的支撑竖梁（2-4）上；支撑套筒（3-2）固定连接于支撑底座（3-1）的中心部位，支撑套筒（3-2）内套入支撑卡瓦（3-4），支撑卡瓦（3-4）的背部设有丝杠，并与伸缩调节螺母（3-3）螺纹连接，通过调节伸缩调节螺母（3-3），从而调节支撑卡瓦（3-4）伸出伸缩调节螺母（3-3）的长短。

2.根据权利要求1所述1500t立式联合力试验机防失稳装置，其特征是：所述支撑底座（3-1）为带螺孔支撑底座方板（3-1-1）和开有中心孔的带螺孔支撑底座方板（3-1-2）的支撑底座。

3.根据权利要求1所述1500t立式联合力试验机防失稳装置，其特征是：所述支撑底座（3-1）为带螺孔支撑底座方板（3-1-1）和中心固定有套筒（3-2）的支撑底座。

4.根据权利要求1所述1500t立式联合力试验机防失稳装置，其特征是：所述支撑卡瓦（3-4）为圆弧卡瓦或直角平槽卡瓦或120°卡脚卡瓦。

5.根据权利要求1所述1500t立式联合力试验机防失稳装置，其特征是：所述支撑卡瓦（3-4）背部的梯形扣丝杠为直径Φ60的丝杠。

Images