CN111157355A - 一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置 - Google Patents

一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置 Download PDF

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Abstract

一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，包括承力横梁、静力加载试验系统、加载冷却系统、高温烘箱、球头球窝一体化加载系统、对中装置、承力工装、承力立柱、支撑装置、承力地基。本发明的优点在于：解决了壳体在高温轴压复合加载环境下的实现方式问题，以及壳体在高温轴压复合环境下由于加载不均匀和不对中所带来的壳体考核边界不准、试验数据不真实的问题，避免了壳体在高温轴压复合环境下加载设备过热损坏，导致试验中断甚至对试验件造成破坏的情况，本发明突破了标准的拉压试验机所不能达到的试验环境，可以满足壳体在暴露的温度高达500度甚至更高、轴压高达50吨甚至更高的严酷环境下的试验需求。

Description

一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置
技术领域
本发明涉及壳体高温轴压复合加载试验领域，尤其涉及一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置。
背景技术
壳体是火箭发动机舱段常用的一种结构，在工作过程中会经受高温、轴压等复杂的力热环境。高温轴压试验是考核火箭发动机壳体在力热环境下强度和可靠性的一种方法，用于确定发动机壳体在高温轴压复合环境下功能的可靠性和结构的完好性。标准拉压试验机配合温度箱可执行材料级的复合拉压试验，以实现产品在工作环境中所遭受的考核，从而验证结构的力学性能。复合加载过程中，复合加载实现装置、轴压环境的均匀性和对中性以及加载设备的高温冷却是需要解决的三个难题，随着飞行器速度的提升，对发动机壳体考核的要求越来越严酷，壳体所暴露的温度高达500度甚至更高，轴压高达50吨甚至更高，标准的拉压试验机并不能满足结构在这种特殊环境下的考核，如何解决上述技术问题为本领域所面临的技术难点。
发明内容
根据以上技术问题，本发明提供一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，包括承力横梁、静力加载试验系统、加载冷却系统、高温烘箱、球头球窝一体化加载系统、对中装置、承力工装、承力立柱、支撑装置、承力地基，所述承力地基上左、右对称设有承力立柱，所述承力立柱顶部设有承力横梁，所述承力立柱的上、下两端分别通过螺栓实现与承力地基、承力横梁的固定连接，所述承力立柱之间设有高温烘箱，所述高温烘箱底部设有支撑装置，所述支撑装置通过螺栓固定安装在承力地基上；
所述承力横梁底部中间位置设有静力加载试验系统，所述静力加载试验系统底部设有加载冷却系统，所述加载冷却系统底部固定连接有球头球窝一体化加载系统，所述球头球窝一体化加载系统由高温烘箱顶部伸入至高温烘箱内部；
所述高温烘箱底部的承力地基上设有承力工装；
所述承力工装又包括承力台、加力帽、笼形框架，所述笼形框架为圆筒形结构，所述承力台同心设置在笼形框架的顶部，所述承力台中心设有加力帽，所述笼形框架的底部与承力地基固定安装，所述笼形框架的顶部由高温烘箱底部伸入至高温烘箱内部；
所述承力台顶面设有对中装置。
进一步的，所述静力加载试验系统由控制器及伺服作动器两部分构成，所述控制器设置在测控间，其中，所述伺服作动器又包括液压伺服阀、回油口、进油口、液压作动筒、位移传感器、力传感器，所述液压伺服阀设置在液压作动筒上，所述回油口、进油口分别设置在液压伺服阀的两侧，所述力传感器安装在液压作动筒的顶端且通过航空插头与控制器相连接，所述位移传感器设置在液压作动筒的顶部；
进一步的，所述加载冷却系统又包括水箱、潜水泵、进水口、回水口，所述潜水泵设置在水箱内，所述潜水泵分别通过管路连接有进水口、回水口。
进一步的，所述加载冷却系统为一个过渡段结构，一端通过螺纹连接在力传感器上，另一端通过螺纹连接球头球窝一体化加载系统。
进一步的，所述球头球窝一体化加载系统又包括球头、球头压板、球窝，所述球头嵌套在球窝内，通过球窝压板与球窝之间的螺纹连接使三者连接成一体。
进一步的，所述对中装置又包括调节圆环、安装板、螺纹顶杆，所述调节圆环同心放置在承力台的顶面，所述调节圆环的外周均布有安装板，所述安装板为L形结构，L形结构的长板通过螺钉固定安装在承力台上，L形结构的短板与调节圆环的之间留有一定间隙且其上开设有螺纹孔，每个所述螺纹孔内分别安装有螺纹顶杆。
进一步的，所述安装板的数量为4个。
进一步的，所述高温烘箱采用电加热的方式进行加热。
本发明的有益效果为：本发明为一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，通过设置高温烘箱、静力加载试验系统、加载冷却系统，解决了壳体在高温轴压复合加载环境下的实现方式问题，以及壳体在高温轴压复合环境下由于加载不均匀和不对中所带来的壳体考核边界不准、试验数据不真实的问题，避免了壳体在高温轴压复合环境下加载设备过热损坏，导致试验中断甚至对试验件造成破坏的情况。其中，球头球窝一体化加载系统具有自适应找平和解耦功能，能保证加载过程的平稳性和均匀性。本发明突破了标准的拉压试验机所不能达到的试验环境，可以满足壳体在暴露的温度高达500度甚至更高、轴压高达50吨甚至更高的严酷环境下的试验需求。
附图说明
图1为本发明主体结构图；
图2为加载冷却系统、球头球窝一体化加载系统、试验件及对中装置之间的位置关系示意图；
图3为静力加载试验系统及加载冷却系统的结构示意图；
图4为球头球窝一体化加载系统结构示意图；
图5为对中装置及承力工装的承力台结构示意图；
图6为承力工装结构示意图。
如图，承力横梁-1、静力加载试验系统-2、加载冷却系统-3、高温烘箱-4、球头球窝一体化加载系统-5、试验件-6、对中装置-7、承力工装-8、承力立柱-9、支撑装置-10、承力地基-11；
液压伺服阀-201、回油口-202、进油口-203、液压作动筒-204、位移传感器-205、力传感器-206；
水箱-301、潜水泵-302、进水口-303、回水口-304；
球头-501、球头压板-502、球窝-503；
调节圆环-701、安装板-702、螺纹顶杆-703；
承力台-801、加力帽-802、笼形框架-803。
具体实施方式
下面结合附图所示，对本发明进行进一步说明：本发明为一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，包括承力横梁1、静力加载试验系统2、加载冷却系统3、高温烘箱4、球头球窝一体化加载系统5、对中装置7、承力工装8、承力立柱9、支撑装置10、承力地基11，所述承力地基11上左、右对称设有承力立柱9，所述承力立柱9顶部设有承力横梁1，所述承力立柱9的上、下两端分别通过螺栓实现与承力地基11、承力横梁1的固定连接，所述承力立柱9之间设有高温烘箱4，所述高温烘箱4底部设有支撑装置10，所述支撑装置10通过螺栓固定安装在承力地基11上；
所述承力横梁1底部中间位置设有静力加载试验系统2，所述静力加载试验系统2底部设有加载冷却系统3，所述加载冷却系统3底部固定连接有球头球窝一体化加载系统5，所述球头球窝一体化加载系统5由高温烘箱4顶部伸入至高温烘箱4内部；
所述高温烘箱4底部的承力地基11上设有承力工装8；
所述承力工装8又包括承力台801、加力帽802、笼形框架803，所述笼形框架803为圆筒形结构，所述承力台801同心设置在笼形框架803的顶部，所述承力台801中心设有加力帽802，所述笼形框架803的底部与承力地基11固定安装，所述笼形框架803的顶部由高温烘箱4底部伸入至高温烘箱4内部；
所述承力台801顶面设有对中装置7。
进一步的，所述静力加载试验系统2由控制器及伺服作动器两部分构成，所述控制器设置在测控间，其中，所述伺服作动器又包括液压伺服阀201、回油口202、进油口203、液压作动筒204、位移传感器205、力传感器206，所述液压伺服阀201设置在液压作动筒204上，所述回油口202、进油口203分别设置在液压伺服阀201的两侧，所述力传感器206安装在液压作动筒204的顶端且通过航空插头与控制器相连接，所述位移传感器205设置在液压作动筒204的顶部；
进一步的，所述加载冷却系统3又包括水箱301、潜水泵302、进水口303、回水口304，所述潜水泵302设置在水箱301内，所述潜水泵302分别通过管路连接有进水口303、回水口304。
进一步的，所述加载冷却系统3为一个过渡段结构，一端通过螺纹连接在力传感器206上，另一端通过螺纹连接球头球窝一体化加载系统5。
进一步的，所述球头球窝一体化加载系统5又包括球头501、球头压板502、球窝503，所述球头501嵌套在球窝503内，通过球窝压板502与球窝503之间的螺纹连接使三者连接成一体。
进一步的，所述对中装置7又包括调节圆环701、安装板702、螺纹顶杆703，所述调节圆环701同心放置在承力台801的顶面，所述调节圆环701的外周均布有安装板702，所述安装板702为L形结构，L形结构的长板通过螺钉固定安装在承力台801上，L形结构的短板与调节圆环701的之间留有一定间隙且其上开设有螺纹孔，每个所述螺纹孔内分别安装有螺纹顶杆703。
进一步的，所述安装板702的数量为4个。
进一步的，所述高温烘箱4采用电加热的方式进行加热。
工作原理：试验件6在进行高温轴压复合加载试验时，承力横梁1、承力工装8、承力立柱9、支撑装置10、和承力地基11主要起到整个系统的平台和辅助功能。首先在承力工装8上通过对中装置7把试验件6调节到静力加载试验系统2的对中位置，具体调节方式为：调节四个在调节圆环701四周均布90°的螺纹顶杆703，带动调节圆环701和试验件6实现左右和前后移动，到达中心位置后划线标定，然后关闭高温烘箱4的箱门，高温烘箱4开始工作，同时加载冷却系统3开启，加载冷却系统3主要通过潜水泵302带动管路一端进水一端出水带走高温所传递给装置的热量，当高温烘箱4稳定到所需温度后，由静力加载系统2带动球头球窝一体化加载系统5进行高温轴压复合加载，静力加载试验系统2用于给试验件6施加轴向压力，在试验过程中通过液压伺服阀201连接控制器控制液压作动筒204伸长对试验件6施加轴压，轴压的大小通过力传感器206反馈给控制器进行控制；球头球窝一体化加载系统5由球头501，球窝压板502和球窝503组成，通过球窝压板502与球窝503之间的螺纹连接把三者连接成一体，在轴压施加过程中通过球头501带动球窝503转动解耦来实现轴压的平稳性和均匀性；承力工装8主要由笼形框架803和加力帽802构成，主要用于承受在轴压过程中的强度和刚度，保证承力台801的稳定性和可靠性，确保试验件6完成试验考核。
本发明通过设置高温烘箱、静力加载试验系统、加载冷却系统，解决了壳体在高温轴压复合加载环境下的实现方式问题，以及壳体在高温轴压复合环境下由于加载不均匀和不对中所带来的壳体考核边界不准、试验数据不真实的问题，避免了壳体在高温轴压复合环境下加载设备过热损坏，导致试验中断甚至对试验件造成破坏的情况。其中，球头球窝一体化加载系统具有自适应找平和解耦功能，能保证加载过程的平稳性和均匀性。本发明突破了标准的拉压试验机所不能达到的试验环境，可以满足壳体在暴露的温度高达500度甚至更高、轴压高达50吨甚至更高的严酷环境下的试验需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，包括承力横梁、静力加载试验系统、加载冷却系统、高温烘箱、球头球窝一体化加载系统、对中装置、承力工装、承力立柱、支撑装置、承力地基，所述承力地基上左、右对称设有承力立柱，所述承力立柱顶部设有承力横梁，所述承力立柱的上、下两端分别通过螺栓实现与承力地基、承力横梁的固定连接，所述承力立柱之间设有高温烘箱，所述高温烘箱底部设有支撑装置，所述支撑装置通过螺栓固定安装在承力地基上；
所述承力横梁底部中间位置设有静力加载试验系统，所述静力加载试验系统底部设有加载冷却系统，所述加载冷却系统底部固定连接有球头球窝一体化加载系统，所述球头球窝一体化加载系统由高温烘箱顶部伸入至高温烘箱内部；
所述高温烘箱底部的承力地基上设有承力工装；
所述承力工装又包括承力台、加力帽、笼形框架，所述笼形框架为圆筒形结构，所述承力台同心设置在笼形框架的顶部，所述承力台中心设有加力帽，所述笼形框架的底部与承力地基固定安装，所述笼形框架的顶部由高温烘箱底部伸入至高温烘箱内部；
所述承力台顶面设有对中装置。
2.按照权利要求1所述的一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，所述静力加载试验系统由控制器及伺服作动器两部分构成，所述控制器设置在测控间，其中，所述伺服作动器又包括液压伺服阀、回油口、进油口、液压作动筒、位移传感器、力传感器，所述液压伺服阀设置在液压作动筒上，所述回油口、进油口分别设置在液压伺服阀的两侧，所述力传感器安装在液压作动筒的顶端且通过航空插头与控制器相连接，所述位移传感器设置在液压作动筒的顶部。
3.按照权利要求1所述的一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，所述加载冷却系统又包括水箱、潜水泵、进水口、回水口，所述潜水泵设置在水箱内，所述潜水泵分别通过管路连接有进水口、回水口。
4.按照权利要求2或3所述的一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，所述加载冷却系统为一个过渡段结构，一端通过螺纹连接在力传感器上，另一端通过螺纹连接球头球窝一体化加载系统。
5.按照权利要求1所述的一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，所述球头球窝一体化加载系统又包括球头、球头压板、球窝，所述球头嵌套在球窝内，通过球窝压板与球窝之间的螺纹连接使三者连接成一体。
6.按照权利要求1所述的一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，所述对中装置又包括调节圆环、安装板、螺纹顶杆，所述调节圆环同心放置在承力台的顶面，所述调节圆环的外周均布有安装板，所述安装板为L形结构，L形结构的长板通过螺钉固定安装在承力台上，L形结构的短板与调节圆环的之间留有一定间隙且其上开设有螺纹孔，每个所述螺纹孔内分别安装有螺纹顶杆。
7.按照权利要求6所述的一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，所述安装板的数量为4个。
8.按照权利要求1所述的一种用于高温轴压复合加载环境下的壳体试验装置，其特征在于，所述高温烘箱采用电加热的方式进行加热。
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