CN105973729A - 一种隔磁片冲击试验测试装置 - Google Patents

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钱浩
谢永诚
刘刚
王德斌
许艳涛
张东升
刘斌
韩超
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    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • G01N3/303—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated only by free-falling weight

Abstract

本发明提供一种隔磁片冲击试验测试装置，其包括试验部分和测试部分。试验部分包括：钢质框架；衔铁，其通过衔铁高度调节装置安装于所述钢质框架上，所述衔铁高度调节装置用于调节所述衔铁在所述钢质框架上的高度；电磁铁，所述电磁铁安装与所述钢质框架上，并位于所述衔铁的上方；力传感器，其设置在所述钢质框架的底座上，并位于所述衔铁的下方；及隔磁片定位装置，其设置于所述力传感器上，并位于所述力传感器和所述衔铁之间，用于限制隔磁片在水平与竖直方向的位移。本发明提供的隔磁片冲击试验测试装置，满足了大质量冲击头低速冲击试验需求，用于研究材料的冲击疲劳性能。

Description

一种隔磁片冲击试验测试装置
技术领域
本发明涉及核电工程领域，具体涉及一种用于实现核电站控制棒驱动机构中隔磁片受衔铁冲击过程的力学响应测试的隔磁片冲击试验测试装置。
背景技术
AP1000控制棒驱动机构(CRDM)是一种电磁驱动的机械装置。在压水堆中，控制棒驱动机构的作用是在垂直方向定位控制棒组件。通过控制棒驱动机构改变或保持控制棒组件的垂直方向的高度，实现核反应堆的启停，并在反应堆正常运行中调节或维持堆芯的功率水平以及在事故工况下快速停堆。它是直接影响反应堆正常运行和安全可靠性的关键设备之一。
隔磁片作为控制棒驱动机构中的关键部件，其受到步跃冲击后的动态响应与整体机构的使用寿命直接相关。
鉴于控制棒驱动机构整体为密闭腔体，现有技术无法在其工作状态下直接检测隔磁片的受载状态以及损伤情况，需要专门设计模拟试验装置来对其受冲击过程中所产生的力学响应进行检测。
根据发明人进行的查新结果，目前国内没有能够与隔磁片实际工况相匹配的冲击疲劳试验机，因此必须专门设计冲击试验装置用于模拟隔磁片在控制棒驱动机构中的实际工作状态并进行相应的数据测试与采集。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种隔磁片冲击试验测试装置。
隔磁片冲击试验测试装置包括：
试验部分，其包括：
钢质框架；
衔铁，其通过衔铁高度调节装置安装于所述钢质框架上，所述衔铁高度调节装置用于调节所述衔铁在所述钢质框架上的高度；
电磁铁，所述电磁铁安装与所述钢质框架上，并位于所述衔铁的上方；
力传感器，其设置在所述钢质框架的底座上，并位于所述衔铁的下方；及
隔磁片定位装置，其设置于所述力传感器上，并位于所述力传感器和所述衔铁之间，用于限制隔磁片在水平与竖直方向的位移；
及测试部分，其经配置以测试隔磁片受所述衔铁冲击过程的力学响应。
优选地，所述试验部分还包括导轨，所述导轨的下端与所述钢质框架的底座连接，上端依次穿过所述衔铁及所述钢质框架的顶部，所述衔铁高度调节装置通过所述导轨上穿过所述钢质框架的顶部的部分进行安装，所述衔铁在所述衔铁高度调节装置的作用下沿所述导轨升降。
优选地，所述电磁铁通过所述导轨上位于所述衔铁和所述钢质框架的顶部之间的部分安装。
优选地，所述导轨的个数为两个，所述两个导轨分别位于所述隔磁片定位装置的两侧。
优选地，所述衔铁高度调节装置包括带手柄的螺杆，所述带手柄的螺杆与所述钢质框架的顶部螺纹旋接，其下端与所述电磁铁连接。
优选地，所述隔磁片定位装置包括弹簧稳定器、弹簧稳定器固定装置、隔磁片基座和水槽基座；所述水槽基座为向上开口的介质容器，所述开口其内依次向上叠置所述隔磁片基座、隔磁片、所述弹簧稳定器和所述弹簧稳定器固定装置。
优选地，所述测试部分包括：加速度传感器、冲击载荷数据采集与分析仪、应变片、动态应变测试分析系统、高速相机和高速摄影及衔铁撞击速度测量系统。
优选地，所述加速度传感器对称布置在所述衔铁的底面上。
优选地，所述应变片共有8片，沿所述水槽基座周向和垂直方向粘贴。
优选地，所述高速相机为两台，分别对着所述衔铁的前表面和后表面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的隔磁片冲击试验测试装置，相较现有技术多为小质量冲击头进行高速冲击试验，用于研究材料的冲击破坏性能，其采用181kg的衔铁作为冲击头，满足了大质量冲击头低速冲击试验需求，用于研究材料的冲击疲劳性能。
2、本发明提供的隔磁片冲击试验测试装置，通过衔铁高度调节装置调节电磁铁的高度，通过电磁铁对衔铁的吸附作用间接调节了衔铁的释放高度；通过衔铁实现对隔磁片的冲击过程，释放后其下部的冲击头部分直接冲击隔磁片表面；通过导轨限制衔铁的水平方向位移，为本试验装置的安全性提供了保证；通过弹簧稳定器与隔磁片基座上的水平位移限制块相配合实现隔磁片在水平与竖直方向的位移限制；及通过水槽基座实现隔磁片的介质转换，使本发明可进行气、液两相介质下的冲击试验。
附图说明
图1、图2、图3是本发明隔磁片冲击试验测试装置的三维结构图
图4是本发明隔磁片冲击试验测试装置的衔铁的三维结构图(仰视角)。
图5是本发明隔磁片冲击试验测试装置的衔铁的三维结构图(俯视角)。
图6是本发明隔磁片冲击试验测试装置的水槽基座的三维结构图(俯视角)。
图7是本发明隔磁片冲击试验测试装置的衔铁高度调节装置与整体框架的三维结构图。
图8是本发明隔磁片冲击试验测试装置检测系统的动态应变测试分析系统和载荷数据采集分析系统的示意图。
图9是本发明隔磁片冲击试验测试装置检测系统的高速摄影及衔铁速度测量系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1-9所示，隔磁片冲击试验测试装置包括：试验部分和测试部分。其中，试验部分包括：钢质框架2；衔铁4，其通过衔铁高度调节装置1安装于钢质框架2上，衔铁高度调节装置1用于调节衔铁4在钢质框架2上的高度；电磁铁3，电磁铁3安装与钢质框架2上，并位于衔铁4的上方；力传感器6，其设置在钢质框架2的底座上，并位于衔铁4的下方；及隔磁片定位装置7，其设置于力传感器6上，并位于力传感器6和衔铁4之间，用于限制隔磁片在水平与竖直方向的位移；及测试部分，其经配置以测试隔磁片受衔铁4冲击过程的力学响应。
试验部分还包括导轨5，导轨5的下端与钢质框架2的底座连接，上端依次穿过衔铁4及钢质框架2的顶部，衔铁高度调节装置1通过导轨5上穿过钢质框架2的顶部的部分进行安装，衔铁4在衔铁高度调节装置1的作用下沿导轨5升降。
电磁铁3通过导轨5上位于衔铁4和钢质框架2的顶部之间的部分安装。
导轨5的个数为两个，两个导轨5分别位于隔磁片定位装置7的两侧。
衔铁高度调节装置1包括带手柄的螺杆，所述带手柄的螺杆与钢质框架2的顶部螺纹旋接，其下端与电磁铁3连接。
隔磁片定位装置7包括弹簧稳定器b、弹簧稳定器固定装置a、隔磁片基座d和水槽基座e；水槽基座e为向上开口的介质容器，开口其内依次向上叠置所述隔磁片基座d、隔磁片c、弹簧稳定器b和弹簧稳定器固定装置a。
测试部分包括：加速度传感器8、冲击载荷数据采集与分析仪9、应变片10、动态应变测试分析系统11、高速相机12和高速摄影及衔铁撞击速度测量系统13。加速度传感器8对称布置在衔铁4的底面上。应变片10共有8片，沿水槽基座e周向和垂直方向粘贴。高速相机12为两台，分别对着衔铁4的前表面和后表面。
下面将详述其装配过程：
(1)参照图1、图2，通过螺栓将力传感器6与钢质框架2刚性连接；
(2)参照图7，使用膨胀螺钉将钢质框架2与地面固定连接；
(3)通过螺纹将电磁铁3与衔铁高度调节装置1下端(穿过钢质框架6)连接；
(4)参照图1、图2，通过螺栓将力传感器6与水槽基座e刚性连接；
(5)参照图6，将隔磁片c放置在隔磁片基座d上，此时隔磁片c内径部分与隔磁片基座d上的位移限制块接触，然后通过螺栓将隔磁片固定装置a以及弹簧稳定器b连接在隔磁片基座d上，完成后弹簧压在隔磁片c上距离内径6.8mm区域内；
(6)参照图1、图2，将两根导轨5穿过衔铁，并用螺栓分别将导轨5上下两端与钢质框架2刚性连接；
这样即完成了本发明隔磁片冲击试验测试装置的试验部分装配工作。接着，
(1)将加速度传感器8对称布置在衔铁4的底面并进行加固处理，并接入冲击载荷数据采集与分析仪9；
(2)将两台高速相机12分别布置在衔铁4的前后两侧，用于拍摄衔铁前表面与后表面，帧频设置为500fps；
(3)分别沿水槽基座e周向及垂直于周向方向各粘贴4片应变片10，呈对称布置，并接入动态应变测试分析系统；
这样即完成了本发明隔磁片冲击试验测试装置的测试装置的测试部分装配工作。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例提供的隔磁片冲击试验测试装置，相较现有技术多为小质量冲击头进行高速冲击试验，用于研究材料的冲击破坏性能，其采用181kg的衔铁作为冲击头，满足了大质量冲击头低速冲击试验需求，用于研究材料的冲击疲劳性能。
2、本实施例提供的隔磁片冲击试验测试装置，通过衔铁高度调节装置调节电磁铁的高度，通过电磁铁对衔铁的吸附作用间接调节了衔铁的释放高度；通过衔铁实现对隔磁片的冲击过程，释放后其下部的冲击头部分直接冲击隔磁片表面；通过导轨限制衔铁的水平方向位移，为本试验装置的安全性提供了保证；通过弹簧稳定器与隔磁片基座上的水平位移限制块相配合实现隔磁片在水平与竖直方向的位移限制；及通过水槽基座实现隔磁片的介质转换，使本发明可进行气、液两相介质下的冲击试验。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，包括：
试验部分，其包括：
钢质框架；
衔铁，其通过衔铁高度调节装置安装于所述钢质框架上，所述衔铁高度调节装置用于调节所述衔铁在所述钢质框架上的高度；
电磁铁，所述电磁铁安装与所述钢质框架上，并位于所述衔铁的上方；
力传感器，其设置在所述钢质框架的底座上，并位于所述衔铁的下方；及
隔磁片定位装置，其设置于所述力传感器上，并位于所述力传感器和所述衔铁之间，用于限制隔磁片在水平与竖直方向的位移；
及测试部分，其经配置以测试隔磁片受所述衔铁冲击过程的力学响应。
2.如权利要求1所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述试验部分还包括导轨，所述导轨的下端与所述钢质框架的底座连接，上端依次穿过所述衔铁及所述钢质框架的顶部，所述衔铁高度调节装置通过所述导轨上穿过所述钢质框架的顶部的部分进行安装，所述衔铁在所述衔铁高度调节装置的作用下沿所述导轨升降。
3.如权利要求2所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述电磁铁通过所述导轨上位于所述衔铁和所述钢质框架的顶部之间的部分安装。
4.如权利要求2所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述导轨的个数为两个，所述两个导轨分别位于所述隔磁片定位装置的两侧。
5.如权利要求1所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述衔铁高度调节装置包括带手柄的螺杆，所述带手柄的螺杆与所述钢质框架的顶部螺纹旋接，其下端与所述电磁铁连接。
6.如权利要求1所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述隔磁片定位装置包括弹簧稳定器、弹簧稳定器固定装置、隔磁片基座和水槽基座；所述水槽基座为向上开口的介质容器，所述开口其内依次向上叠置所述隔磁片基座、隔磁片、所述弹簧稳定器和所述弹簧稳定器固定装置。
7.如权利要求1所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述测试部分包括：加速度传感器、冲击载荷数据采集与分析仪、应变片、动态应变测试分析系统、高速相机和高速摄影及衔铁撞击速度测量系统。
8.如权利要求7所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述加速度传感器对称布置在所述衔铁的底面上。
9.如权利要求7所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述应变片共有8片，沿所述水槽基座周向和垂直方向粘贴。
10.如权利要求7所述的隔磁片冲击试验测试装置，其特征在于，所述高速相机为两台，分别对着所述衔铁的前表面和后表面。
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