CN103267620B - 一种用于阀门功能特性试验的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于阀门功能特性试验的试验装置，由振动台、振动台架、弯矩加载架和试验连接件组成；弯矩加载架和待测阀门固定安装在振动台架上；振动台架固定安装在振动台上；弯矩加载架包括弯矩框架、加载节、丝杠、丝杠接头和力传感器。本发明通过设置振动台架，使得振动台的工作过程中不受横向载荷或侧向载荷，确保了试验的稳定性和准确性；采用弯矩加载架形式，通过丝杠和丝杠接头对加载节产生弯矩，实现在所需方向上的弯矩加载，且可任意调节弯矩载荷的大小；通过设置蝶形弹簧，克服了由于阀门试验件刚度很大，直接转动丝杠容易导致弯矩加载到指定值时，丝杠接头仅有非常小的位移从而无法固定丝杠，造成试验环境模拟失真的问题。
Description
技术领域
本发明涉及阀门结构设计领域，具体为一种用于阀门功能特性试验的试验装置。
背景技术
在航空航天领域，阀门尤其是燃料保险阀的结构、原理和工作环境都较为复杂，其在复合载荷下的功能特性将直接影响着飞机或者运载火箭能否正常工作。阀门在工作过程中所受载荷有气体压力、温度、弯矩和振动等。其中，弯矩又分为沿x,y,z方向的正向和负向6种，其工作条件非常恶劣，这将严重影响着阀门的功能特性。
在运载火箭等航天领域，阀门在复合载荷下的功能特性对运载火箭的重要影响不言而喻，要求阀门具有较高的可靠性。为了评估阀门在复合载荷下的功能特性，就需要对其进行试验，通过试验分析其在复合载荷下的性能，并且通过试验提高阀门在复合载荷下的可靠性，实现阀门的可靠性增长，故必须对阀门进行复合载荷下试验。
目前的问题是，若将阀门安装于运载火箭上试验，其不但成本高昂，而且风险较大，故此方法非常不可取。因此需要在地面上模拟阀门的实际受载，对阀门进行功能特性试验。而针对此类机械产品的试验，现有的装置往往是在没有振动的情况下对阀门施加单载荷，其不能模拟阀门的整个工作环境，导致地面试验环境不够真实。
发明内容
要解决的技术问题
为给阀门功能特性试验提供试验装置，本发明提出了一种用于阀门功能特性试验的试验装置，该试验装置是考虑在振动环境下弯矩对阀门功能特性的影响，能实现阀门振动载荷和弯矩载荷的模拟，并能同时对阀门施加振动载荷和弯矩载荷，其中弯矩载荷可以是阀门给定横截面内的任意方向载荷，所模拟的环境条件较为真实。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：由振动台、振动台架、弯矩加载架和试验连接件组成；弯矩加载架和待测阀门固定安装在振动台架上；弯矩加载架与待测阀门之间通过试验连接件固定连接；振动台架固定安装在振动台上，且振动台架及其上安装的弯矩加载架、待测阀门和试验连接件的整体重心处于振动台加载面的中心轴线上；
所述弯矩加载架包括弯矩框架、加载节、丝杠、丝杠接头和力传感器；弯矩框架固定安装在振动台架上，加载节一端与试验连接件固定连接；弯矩框架为承载结构，在弯矩框架的内侧面上安装有力传感器；丝杠接头安装在丝杠上，丝杠两端穿过加载节且与力传感器固定连接，丝杠与加载节不接触，丝杠接头处于加载节内，丝杠接头对加载节的作用产生待测阀门的弯矩载荷。
所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：在丝杠上还套有两个弹簧，弹簧处于丝杠接头两侧，弹簧传递丝杠接头与加载节之间的作用力。
所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：丝杠上套的弹簧为蝶形弹簧。
所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：振动台架上表面通过中空圆盘与待测阀门固定连接，并且中空圆盘外接圆管向阀门内通介质气体。
所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：试验连接件上开有泄漏气体口，用以监测阀门是否发生泄露及测量介质气体的泄漏量。
有益效果
本发明通过设置振动台架，使得振动台的工作过程中不受横向载荷或侧向载荷，确保了试验的稳定性和准确性；采用弯矩加载架形式，通过丝杠和丝杠接头对加载节产生弯矩，实现在所需方向上的弯矩加载，且可任意调节弯矩载荷的大小；通过设置蝶形弹簧，克服了由于阀门试验件刚度很大，如果直接转动丝杠容易导致弯矩加载到指定值时，丝杠接头仅有非常小的位移从而无法固定丝杠，特别是在振动环境下，甚至有可能引起载荷急剧增加或急剧减小，造成试验环境模拟失真的问题。
附图说明
图1：本发明的立体图；
图2：振动台架图；
图3：振动台架仰视图；
图4：振动台架侧视图；
图5：阀门试验件图；
图6：阀门弯矩加载装置图；
图7：阀门弯矩加载装置爆炸图；
图8：加载节及试验连接件装置图；
其中：A：振动台；B：振动台架；C：阀门试验件；D：试验连接件；E：弯矩加载架；1、下连接盘；2、腹板；3、介质气体入口；4、上连接盘；5、试验连接件；6、泄露气体口；7、弯矩框架；8、丝杠；9、丝杠接头；10、蝶形弹簧；11、力传感器；12、加载节。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
参照附图1，本实施例中的一种用于阀门功能特性试验的试验装置由振动台A、振动台架B、弯矩加载架E和试验连接件D组成。弯矩加载架和待测的阀门试验件C固定安装在振动台架上，振动台架固定安装在振动台上，弯矩加载架与阀门试验件之间通过试验连接件固定连接，弯矩加载架提供弯矩经试验连接件传递给阀门试验件，本实施例中，弯矩加载架提供阀门沿y和z方向正向和负向共4个方向的弯矩，如图5所示，阀门的出口法兰方向定义为x方向，将阀门的入口方向定义为y方向，垂直于x,y方向定义为z方向。
参照附图2和附图3，由于振动台的工作过程中不能受到横向载荷或侧向载荷，所以当弯矩载荷加载到阀门试验件上时，阀门将不能直接安装于振动台上；否则弯矩载荷将传递到振动台，影响振动台的正常工作，故需要通过振动台架连接。并且由于振动台架的存在，对于试验装置整体而言，使弯矩载荷将由外力转换为内力，从而振动台本身将不会受到横向或侧向载荷，可以实现在振动台上的加载。
参照附图3，振动台架的下部为腹板式，为降低加工成本，采用钢板、圆钢管焊接而成。扩展台下端为与振动台连接的连接圆盘，其通过螺栓将振动台架与振动台连接，其中心焊接有中心圆柱，中心圆柱由圆钢管制成。以中心圆柱为中心，其周围呈辐射状焊接有4块长腹板，其周围呈辐射状焊接有4块长腹板，腹板由钢板制成，起加强作用。各个腹板在圆盘中心位置连接到圆钢管上，且与振动台连接的连接圆盘的中心轴线过振动台架及其上安装的弯矩加载架、阀门试验件和试验连接件的整体重心。振动台架上层结构由通气钢管和中空圆盘组成，通气钢管用于试验时给阀门通入介质气体，中空圆盘用来将阀门固定于振动台架上。
参照附图6和附图7，弯矩加载架提供阀门沿y和z方向正向和负向共4个方向的弯矩。弯矩加载架包括弯矩框架7、加载节12、丝杠8、丝杠接头9和力传感器11。弯矩框架为带有内方孔的方型结构，弯矩框架固定安装在振动台架上，作为主要的承载结构。弯矩框架内方孔的四个侧面上分别固定安装有一个力传感器，用于测量施加弯矩的大小。加载节一端与试验连接件固定连接，加载节将受到的弯矩通过试验连接件传递给阀门。
本实例中采用两组丝杠及丝杠接头，每组丝杠及丝杠接头产生一个坐标轴上正向和负向的弯矩。丝杠接头安装在丝杠上，丝杠两端穿过加载节，并且丝杠两端分别与力传感器固定连接，丝杠接头处于加载节内，通过转动丝杠接头改变丝杠接头在丝杠上的位置，从而丝杠接头与加载节产生接触，进而产生弯矩。丝杠在穿过加载节时，为了防止当在y方向（z方向)施加弯矩时对z方向(y方向)产生影响，要求丝杠与加载节不接触。
由于阀门试验件刚度很大，如果直接转动丝杠容易导致弯矩加载到指定值时，丝杠接头仅有非常小的位移从而无法固定丝杠；特别是在振动环境下，甚至有可能引起载荷急剧增加或急剧减小，造成试验环境模拟失真，故在本实施例红，在丝杠上还套有两个蝶形弹簧，蝶形弹簧处于丝杠接头两侧，蝶形弹簧传递丝杠接头与加载节之间的作用力，并降低刚度，加大丝杠接头的位移。
试验连接件提供加载节与阀门的连接，将弯矩传递给阀门，实现阀门的振动载荷与弯矩载荷的同时加载，且在试验连接件上开有泄漏气体口，用以监测阀门是否发生泄露及测量介质气体的泄漏量。
试验装置的工作过程如下：
步骤1：首先将振动台架安装于振动台之上，再确保振动台架安装紧固后，并将阀门试验件安装于振动台架上；
步骤2：将弯矩加载装置调节在无载荷状态下，安装弯矩加载装置与阀门试验件的连接，同时固定弯矩框架与振动台架的连接；
步骤3：待试验装置装配好之后开始试验：先从阀门气体入口处对阀门通入气体介质，然后对阀门施加弯矩，最后振动台启动，在泄露气体出口处实时监测阀门的功能特性。
Claims (5)
1.一种用于阀门功能特性试验的试验装置，包括弯矩加载架，所述弯矩加载架包括丝杠、丝杠接头和力传感器；其特征在于：试验装置还包括振动台、振动台架和试验连接件；弯矩加载架和待测阀门固定安装在振动台架上；弯矩加载架与待测阀门之间通过试验连接件固定连接；振动台架固定安装在振动台上，且振动台架及其上安装的弯矩加载架、待测阀门和试验连接件的整体重心处于振动台加载面的中心轴线上；
所述弯矩加载架还包括弯矩框架、加载节；弯矩框架固定安装在振动台架上，加载节一端与试验连接件固定连接；弯矩框架为承载结构，在弯矩框架的内侧面上安装有力传感器；丝杠接头安装在丝杠上，丝杠两端穿过加载节且与力传感器固定连接，丝杠与加载节不接触，丝杠接头处于加载节内，丝杠接头对加载节的作用产生待测阀门的弯矩载荷。
2.根据权利要求1所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：在丝杠上还套有两个弹簧，弹簧处于丝杠接头两侧，弹簧传递丝杠接头与加载节之间的作用力。
3.根据权利要求2所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：丝杠上套的弹簧为蝶形弹簧。
4.根据权利要求1或3所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：振动台架上表面通过中空圆盘与待测阀门固定连接，并且中空圆盘外接圆管向阀门内通介质气体。
5.根据权利要求4所述一种用于阀门功能特性试验的试验装置，其特征在于：试验连接件上开有泄漏气体口，用以监测阀门是否发生泄露及测量介质气体的泄漏量。
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