CN108181167B - 一种液压鼓胀试验夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型液压鼓胀试验夹具,所述新型液压鼓胀试验夹具包括上夹具、下夹具、上套筒和下套筒,所述下套筒上设置有第一贯穿孔,所述上套筒上设置有第二贯穿孔,所述下夹具的上部设置有向内延伸的安装腔;所述下夹具的侧面分别设置有向内延伸,且与所述安装腔连通的注油通道、第一泄油通道和第二泄油通道;所述下套筒安装于所述安装腔的底部,所述上套筒安装于所述安装腔的上部,并使第二贯穿孔的中心轴与第一贯穿孔的中心轴处于同一直线上,所述上夹具固定安装于所述下夹具的上方。本发明的新型液压鼓胀试验夹具具有液压油的损耗低、夹具清理时间短、安装方便、测量精度高和安全性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域,具体涉及一种液压鼓胀试验夹具。
背景技术
微型试样测试技术在过去三十年中得到迅速的发展,而在这个领域中最令人瞩目的就是小冲杆实验技术。现在该技术已经开始用于测量的材料的弹塑性性能、断裂韧度、韧-脆转变温度等各种力学参数,也开始在蠕变和损伤的研究中发挥作用,而且,美国、欧盟、日本和中国都已经制定出了相关的技术标准。
液压鼓胀试验技术是一种的微型试样测试技术,液压鼓胀试验机制与爆破片试验机制类似,采用液压油驱动小试样变形,进而获得材料性能的一种方法。液压鼓胀测试技术的试样较小,通常采用10╳10╳0.5mm的小方片或者直径10mm厚为0.5mm的圆片。小试样在液压油的作用下变形,获得压力-顶高曲线,进而解算得出材料的强度信息。试样变形原理图如图1所示,试样在经过液压鼓胀试验之后,原来平板变为突出,通过对薄片试样进行液压加载,使之鼓胀并破裂,而且在实验过程中实时记录载荷-薄片中心位移曲线。金属材料的强度信息,可以由液压鼓胀试验所获得的压力-位移曲线做进一步解算得出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液压鼓胀试验夹具,用以解决现有的膨胀实验设备存在安装繁琐、试样夹持不均匀、测量不准确和安全性差的问题。
为实现上述目的,本发明提供一种液压鼓胀试验夹具,所述液压鼓胀试验夹具包括上夹具、下夹具、上套筒和下套筒,所述下套筒上设置有第一贯穿孔,所述上套筒上设置有第二贯穿孔,所述下夹具的上部设置有向内延伸的安装腔;所述下夹具的侧面分别设置有向内延伸,且与所述安装腔连通的注油通道、第一泄油通道和第二泄油通道;所述下套筒安装于所述安装腔的底部,所述上套筒安装于所述安装腔的上部,并使第二贯穿孔的中心轴与第一贯穿孔的中心轴处于同一直线上,所述上夹具固定安装于所述下夹具的上方。
优选的,所述上夹具包括上夹具本体、压盖、外部套筒、第一直线轴承、第二直线轴承和位移传感器组件,所述上夹具本体与所述下夹具通过法兰连接,所述上夹具本体设置有第三贯穿孔,所述第三贯穿孔下端口的边缘径向向内延伸形成环状的第一限位环,所述第三贯穿孔的上端口设置有第一台阶,所述外部套筒安装在所述第三贯穿孔的上端口内,所述第一直线轴承安装于所述第三贯穿孔的内部,所述第二直线轴承安装于外部套筒的内部,所述压盖固定安装在所述上夹具本体的上部,所述位移传感器组件包括LVDT传感器线圈、铁芯、上顶杆和下顶杆,所述LVDT传感器线圈安装于所述第三贯穿孔的内部,且位于外部套筒与第二直线轴承之间;所述铁芯穿设于所述LVDT传感器线圈的内部,所述上顶杆穿设于第二直线轴承的内部,所述上顶杆的下端与所述铁芯的上端连接,所述上顶杆的上端贯穿所述压盖向上延伸;所述下顶杆穿设于第一贯穿孔内,所述下顶杆的上端与所述铁芯的下端连接,所述下顶杆的下端抵靠于试样的上表面。
优选的,所述上夹具还包括复位组件,所述复位组件包括复位弹簧和软金属垫圈;所述软金属垫圈套设于所述铁芯的外周,且位于第一直线轴承与LVDT传感器线圈之间;所述复位弹簧套设于所述铁芯的外周,所述复位弹簧的上端抵靠于所述软金属垫圈套的下表面,下端抵靠于所述下顶杆的上端面。
优选的,所述上顶杆的上端安装有上限位螺母,所述下顶杆上安装有下限位螺母。
优选的,所述上套筒与下套筒之间设置有定位片,所述定位片上设置有定位孔。
优选的,所述第一贯穿孔的下部安装有限止螺栓,所述第一贯穿孔的内壁径向向内延伸形成环状的第二限位环,所述第一贯穿孔内放置有封堵球。
优选的,所述下夹具设置有测温盲孔。
优选的,所述下夹具还设置有安全盲孔,所述安全盲孔与所述注油通道之间最小壁厚的厚度为1-3mm。
优选的,所述注油通道的出油端口设置有第二台阶,所述第二台阶的阶面上设置有密封圈。
优选的,所述第二贯穿孔包括腔体段、缩径段以及连接腔体段与缩径段的连接段,所述腔体段与所述缩径段的截面呈矩形,所述连接段的截面呈倒置的梯形,所述缩径段的下端口边缘呈圆倒角。
本发明具有如下优点:
1、本发明的液压鼓胀试验夹具设有封堵机构,此封堵机构与液压鼓胀试验所用的夹具形成一体,在正常试验时,不会影响试验的过程,当试样爆破时,封堵机构会即刻切断油路,阻止液压油向外界的进一步涌出,减少每次试验用液压油的损耗,而且减少清理夹具所用时间。
2、本发明的液压鼓胀试验夹具既可以测试圆形试样,也可以测试方形试样;圆形试样与方形试样切换仅需要更换一个定位片即可以完成。
3、本发明的液压鼓胀试验夹具采用上套筒、下套筒以及下夹具共轴,采用外法兰固定的方式,无需要丝扣固定,保证试样装夹面夹持均匀。
4、本发明的液压鼓胀试验夹具设计采用固化在上夹具本体内部的LVDT传感器进行位移测量,LVDT传感器可以将测量铁芯与测量线圈分离,测量可靠性高,LVDT传感器可以直接给出位移信号。LVDT传感器设有上下限位,设计可以抵御液压油爆破时很高的冲击力,传感器内部设计有直线轴承,保证测量中心位置上下移动。
5、本发明的液压鼓胀试验夹具设计有安全盲孔,新夹具达到使用寿命后,或者夹具内压力超压时,安全盲孔内会首先破损,破损后液压油会冲击夹具底部后经安全盲孔流出,避免人员损伤。
附图说明
图1为本发明液压鼓胀试验夹具的侧视剖面结构示意图。
图2为本发明下夹具的侧视剖面结构示意图。
图3为本发明上套筒和下套筒的侧视剖面结构示意图。
图4为本发明下套筒的侧视剖面结构示意图。
图5为本发明上套筒的侧视剖面结构示意图。
图6为本发明定位片的结构示意图。
图7为本发明上夹具本体的侧视剖面结构示意图。
图8为本发明上夹具本体的俯视结构示意图。
图9为本发明压盖的俯视结构示意图。
图10为本发明压盖的侧视剖面结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示,该液压鼓胀试验夹具包括上夹具1、下夹具2、上套筒3和下套筒4。
如图2所示,下夹具2呈圆柱形,下夹具2的上端缘设置有法兰,法兰与下夹具2本体采用一体加工成形,下夹具2上部的中心位置竖直设置有向内延伸的安装腔8,安装腔8内壁面光滑,安装腔8用于固定上套筒3和下套筒4。安装腔8一次性加工完成,以保证上套筒3和下套筒4同轴。下夹具2的一侧分别水平设置有向内延伸的第一泄油通道11和第二泄油通道10,第一泄油通道11和第二泄油通道10分别与安装腔8的中部和下部连通,两个泄油通道的横截面均呈圆形,其直径为1mm~3mm。如果安装腔8内的液压油高于泄油通道时,液压油将从泄油通道排出,保证试样100装夹过程中液压油的液面不会高于泄油通道。注油通道9设置于下夹具2的另一侧,注油通道9包括水平油路和竖直油路,水平油路的一个端口作为注油通道9的进油端口,水平油路为与油泵连接口同轴的盲孔,盲孔方向垂直于下夹具2的外周面且方向对准下夹具2的轴心,水平油路的深度大于下夹具2的半径,水平油路的直径为1~6mm。水平油路的另一个端口与竖直油路的下端口连接,竖直油路的上端口与安装腔8的底部连通,竖直油路的上端口作为注油通道9的出油端口。竖直油路为与安装腔8同轴的盲孔,竖直油路的直径为2~6mm。注油通道9的出油端口设置有第二台阶,第二台阶的阶面上设置有密封圈19。
进一步的,下夹具2还设置有安全盲孔7,安全盲孔7位于第二泄油通道10的正下方且与第二泄油通道10平行,安全盲孔7的直径为1~8mm,安全盲孔7的孔深略大于下夹具2的半径,以使安全盲孔7与水平油路之间形成一段最小壁厚,最小壁厚的厚度为1-3mm。安全盲孔7在试验时完全敞开,当安全盲孔7在注油通道9内部液压油异常超压,或者下夹具2在经多次使用达到使用寿命时,安全盲孔7与水平油路之间的最小壁厚首先破损,起安全泄放作用,避免夹具以其它形式破坏。此外,安全盲孔7也可以用来安装温度传感器,用于测量通过注油通道9输入液压油的油温。
如图3和4所示,上套筒3和下套筒4均呈圆柱形,下套筒4沿着其中心轴设置有第一贯穿孔25,下套筒4安装于安装腔8的底部,此时,第一贯穿孔25与安装腔8同轴,当下套筒4挤压密封圈19时,密封圈19受力变形将第二台阶的阶面与下套筒4的下端面之间的缝隙密封,迫使液压油只能通过第一贯穿孔25向上运动。
限止螺栓16呈管状结构,限止螺栓16的外周面设置有丝扣,限止螺栓16安装于第一贯穿孔25的下部,限止螺栓16与第一贯穿孔25下端口的内壁通过丝扣配合。靠近第一贯穿孔25上端口的内壁径向向内延伸形成环状的第二限位环17。第二限位环17的上端面为平面且低于下套筒4的上端面,因此,在第一贯穿孔25的上端口形成第三台阶,第二限位环17的下端面呈锥面。第二限位环17的内径为1~3mm,第一贯穿孔25的直径为3~7mm,第二限位环17的内径比第一贯穿孔25的直径小1~3mm。第一贯穿孔25内放置有封堵球18,封堵球18是易耗品,封堵球18在多次使用后,会变形,导致封堵效果下降,此时需要取出下套筒4,拧出限止螺栓16,更换新封堵球18。
下套筒4有如下两种工作状态:一种工作状态是液压鼓胀试验夹具正常工作时,封堵球18在重力的作用下压在限止螺栓16上,液压油从下套筒4内的限止螺栓16缓慢进入第一贯穿孔25的内部,由于液压油流入的流速较缓,液压油的流速仅可以将封堵球18向上吹起很小的部分,封堵球18不起作用,液压油正常从下套筒4流过,加载试样100缓慢变形。另外一种工作状态是如果试样100爆破,管路内的液压油压力较高,液压油会通过下套筒4迅速向上流动,此时下套筒4内的封堵球18会在液压油的带动下,快速向上运动,由于下套筒4内设计有第二限位环17,而且第二限位环17的内径小于封堵球18的直径,封堵球18会卡在第二限位环17的下端面而封堵油路,阻止液压油从试样100破口流出。封堵球18不但可以减少液压油的损耗量,还可以减少每次夹具清理时间,提高试验效率。
如图5所示,上套筒3沿着其中心轴设置有第二贯穿孔12,上套筒3安装于安装腔8的上部,此时,第二贯穿孔12的中心轴与第一贯穿孔25的中心轴处于同一直线上。第二贯穿孔12包括腔体段13、缩径段14以及连接段15,连接段15连接在腔体段13与缩径段14之间,腔体段13与缩径段14的截面均呈矩形,腔体段13的直径大于缩径段14的直径大,连接段15的截面呈倒置的梯形,缩径段14下端口的边缘呈圆倒角,圆倒角的半径R=0.4~1.2mm。由于缩径段14与圆倒角会影响到试验曲线,因此其加工精度要求最高,缩径段14的直径为2~8mm。连接段15的锥面仅是用于方便上夹具本体20配合,方便装夹使用,腔体段13则为下限位螺母存放提供空间。
如图6所示,定位片5为圆形金属片,定位片5上设置有定位孔,定位片5放置于上套筒3与下套筒4之间。定位片5的外径分别与上套筒3、下套筒4的外径相同。定位片5的厚度为试样100厚度的0.5-0.9倍,定位孔的形状与待测试样100的形状相同。针对圆形试样100、方形试样100、八边形试样100以及其它形状的试样100,设计有不同的定位片5。在进行不同形状的试样100试验时,仅对定位片5进行更换,而无需更换其它部分。安装时,将试样100安装在定位孔中,再将定位片5放置于上套筒3与下套筒4之间,由于定位片5比试样100薄,上套筒3与下套筒4在压紧时,压紧力完全作用在试样100上。定位片5所起作用为限制试样100的位置,方便试样100装夹,保证试样100处于正中心,定位片5不起密封作用,通过定位片5安装试样100更加简单和快速。
采用定位片5辅助装夹试样100,无论什么形状的试样100,均由上套筒3和下套筒4接触试样100,而定位片5仅在试样100装夹时,起辅助定位作用;其目的是将试样100固定在夹具的正中间;而在试验时,由于定位片5的厚度小于试样100的厚度,上、下套筒4夹持住试样100,定位片5不再起作用,因此定位片5不会影响到试验结果。本发明的液压鼓胀试验夹具可以保证不同外形的试样100采用同一套夹具进行试验,方便试验结果进行比对,而且由于试验夹具会影响试验的结果,采用同一套夹具进行试验可以将夹具的影响降至最低。
上夹具1包括上夹具本体20、压盖21、外部套筒22、第一直线轴承23、第二直线轴承24和位移传感器组件。
如图7、8、9和10所示,上夹具本体20的下端缘设置法兰,上夹具本体20与下夹具2通过法兰连接,上夹具本体20设置有第三贯穿孔28,第三贯穿孔28与安装腔8共轴,第三贯穿孔28下端口的边缘径向向内延伸形成环状的第一限位环29,第一限位环29的内径稍大于铁芯的外径,第三贯穿孔28的上端口设置有第一台阶,第一台阶的台阶壁设置有穿线孔37。外部套筒22安装在第三贯穿孔28上端口的内部,外部套筒22的下端面抵靠于第一台阶的阶面,第一直线轴承23安装于第三贯穿孔28的内部,第一直线轴承23的下端面抵靠于第一限位环29的上端面。第二直线轴承24安装于外部套筒22的内部,第一直线轴承23、第二直线轴承24均与安装腔8共轴,第一直线轴承23和第二直线轴承24保证铁芯在上夹具本体20内部可以自由地上下运动,尽可能减小铁芯的摆动,降低测量误差。压盖21通过螺栓固定安装在上夹具本体20的上部,压盖21的中心设置有活动孔。
位移传感器组件包括LVDT传感器线圈31、铁芯32、上顶杆33和下顶杆34,LVDT传感器线圈31安装于第三贯穿孔28的内部,且位于外部套筒22与第二直线轴承24之间,LVDT传感器线圈31的信号线通过穿线孔37与外部设备连接。铁芯32穿设于LVDT传感器线圈31的内部,上顶杆33穿设于第二直线轴承24的内部,上顶杆33的下端设置有螺纹孔,上顶杆33的下端与铁芯32的上端通过丝扣连接,上顶杆33的上端贯穿压盖21向上延伸。下顶杆34穿设于第二贯穿孔12内,下顶杆34的上端设置有螺纹孔,下顶杆34的上端与铁芯32的下端通过丝扣连接,下顶杆34的下端抵靠于试样100的上表面。铁芯32、上顶杆33以及下顶杆34组成测量杆,三者同轴向上运动和向下运动,当待测试样100中部变形时,待测试样100的推面推动下顶杆34向上运动,下顶杆34带动LVDT传感器的铁芯32一起运动,试样100的变形量由LVDT传感器转化成电信号发送至位移变送器。
进一步的,上夹具1还包括复位组件,复位组件包括复位弹簧26和软金属垫圈27。软金属垫圈27呈环形,软金属垫圈27套设于铁芯32的外周,且位于第一直线轴承23与LVDT传感器线圈31之间。复位弹簧26套设于铁芯32的外周,复位弹簧26的上端抵靠于软金属垫圈27套的下表面,下端抵靠于下顶杆34的上端面。复位弹簧26可保证测量杆在重力和弹簧复位器的作用下,始终与试样100接触。
进一步的,上顶杆33的上端安装有上限位螺母35,上顶杆33的上端与上限位螺母35通过丝扣连接,上限位螺母35的外径大于第一直线轴承23的内径,以防止上顶杆33向下掉出。下顶杆34上安装有下限位螺母36,下限位螺母36的外径大于第一限位环29的内径,在试样100爆破的瞬间,下顶杆34快速向上移动,移动3~10mm后,下限位螺母36与第一限位环29的下端面接触,第一限位环29阻止下限位螺母36进一步移动,从而起限止作用。
实施例2
本实施例以实施例1为基础,本实施例与实施例1的不同之处在于,本实施例中的下夹具2上水平设置有测温盲孔6,测温盲孔6的直径为1~8mm,测温盲孔6的孔深小于下夹具2的半径10~20mm,测温盲孔6内可以安装温度传感器测量,该温度传感器测量用于测量试验中液压油的温度。
实施例3
本实施例与实施例2中的下夹具2、上套筒3和下套筒4的结构均相同,本实施例与实施例2的不同之处在于,本实施例中的上夹具1仅包括上夹具本体20,上夹具本体20为法兰封堵板,法兰封堵板与下夹具2通过法兰连接。本实施例中的液压鼓胀试验夹具适用于试验过程中无需测量试样100变形的情况,本实施例中的液压鼓胀试验夹具与实施例2中的液压鼓胀试验夹具相比,结构更简单,且安装更便捷。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之做一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种液压鼓胀试验夹具,所述液压鼓胀试验夹具包括上夹具、下夹具、上套筒和下套筒,所述下套筒上设置有第一贯穿孔,所述上套筒上设置有第二贯穿孔,其特征在于,所述下夹具的上部设置有向内延伸的安装腔;所述下夹具的侧面分别设置有向内延伸,且与所述安装腔连通的注油通道、第一泄油通道和第二泄油通道;所述下套筒安装于所述安装腔的底部,所述上套筒安装于所述安装腔的上部,并使第二贯穿孔的中心轴与第一贯穿孔的中心轴处于同一直线上,所述上夹具固定安装于所述下夹具的上方;
所述上夹具包括上夹具本体、压盖、外部套筒、第一直线轴承、第二直线轴承和位移传感器组件,所述上夹具本体与所述下夹具通过法兰连接,所述上夹具本体内设置有第三贯穿孔,所述第三贯穿孔下端口的边缘径向向内延伸形成环状的第一限位环,所述第三贯穿孔的上端口设置有第一台阶,所述外部套筒安装在所述第三贯穿孔的上端口内,所述第一直线轴承安装于所述第三贯穿孔的内部,所述第二直线轴承安装于外部套筒的内部,所述压盖固定安装在所述上夹具本体的上部,所述位移传感器组件包括LVDT传感器线圈、铁芯、上顶杆和下顶杆,所述LVDT传感器线圈安装于所述第三贯穿孔的内部,且位于外部套筒与第二直线轴承之间;所述铁芯穿设于所述LVDT传感器线圈的内部,所述上顶杆穿设于第二直线轴承的内部,所述上顶杆的下端与所述铁芯的上端连接,所述上顶杆的上端贯穿所述压盖向上延伸;所述下顶杆穿设于第一贯穿孔内,所述下顶杆的上端与所述铁芯的下端连接,所述下顶杆的下端抵靠于试样的上表面;
所述上夹具还包括复位组件,所述复位组件包括复位弹簧和软金属垫圈;所述软金属垫圈套设于所述铁芯的外周,且位于第一直线轴承与LVDT传感器线圈之间;所述复位弹簧套设于所述铁芯的外周,所述复位弹簧的上端抵靠于所述软金属垫圈套的下表面,下端抵靠于所述下顶杆的上端面;
所述上套筒与下套筒之间设置有定位片,所述定位片上设置有定位孔。
2.根据权利要求1所述的液压鼓胀试验夹具,其特征在于,所述上顶杆的上端安装有上限位螺母,所述下顶杆上安装有下限位螺母。
3.根据权利要求1所述的液压鼓胀试验夹具,其特征在于,所述第一贯穿孔的下部安装有限止螺栓,所述第一贯穿孔的内壁径向向内延伸形成环状的第二限位环,所述第一贯穿孔内放置有封堵球。
4.根据权利要求1所述的液压鼓胀试验夹具,其特征在于,所述下夹具设置有测温盲孔。
5.根据权利要求1或4所述的液压鼓胀试验夹具,其特征在于,所述下夹具还设置有安全盲孔,所述安全盲孔与所述注油通道之间最小壁厚的厚度为1-3mm。
6.根据权利要求1所述的液压鼓胀试验夹具,其特征在于,所述注油通道的出油端口设置有第二台阶,所述第二台阶的阶面上设置有密封圈。
7.根据权利要求1所述的液压鼓胀试验夹具,其特征在于,所述第二贯穿孔包括腔体段、缩径段以及连接腔体段与缩径段的连接段,所述腔体段与所述缩径段的截面呈矩形,所述连接段的截面呈倒置的梯形,所述缩径段的下端口边缘呈圆倒角。
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