CN114295469A - 一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置及使用方法，涉及管材拉伸试验技术领域，包括用于从外部夹持管材的外包组件和从内部夹持管材的内衬组件，外包组件包括分体式的圆环套，圆环套之间活动连接，内衬组件包括连接有动力元件的拉杆和滑动连接于拉杆外部的套杆，套杆位置固定，拉杆的靠近管材的一端的周向部位径向地转动连接有若干支承件，拉杆设有台阶结构，支承件均连接有与管材内壁紧贴的内衬板，支承件的中部均转动连接有斜拉件，斜拉件均转动连接于套杆的周向部位。具有如下有益效果：本发明提供设置了从外部夹持试样的外包组件和从内部夹持试样的内衬组件，大大提高了可操作性和准确性；内外同时夹持试样，十分牢固、均匀、可靠。

Description

一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置及使用方法

技术领域

本发明涉及管材拉伸试验技术领域，具体涉及一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置及使用方法。

背景技术

金属拉伸试验是指金属在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法，可以测定金属材料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等参数。目前，对于金属材料拉伸试验的主要检测方法为《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》(GB/T 228.1-2010)，对于金属材料试样的取样方法为《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》(GB/T 2975-2018)，其中，对于金属管材类的拉伸试样，机加工和试验机允许时，应使用全截面试样。目前试验机对于金属拉伸试验用的基本都是楔形夹具，对于金属管材试验，若使用全截面试样，当试验机夹具夹持试样时，因试样中空，会先导致试样受夹具夹持而压扁，从而导致在拉伸试验时，试样靠近夹持区域附近经常先被破坏，无法准确测定材料的实际特性。

现有方案一般为对金属试样进行机加工，取条形试样，然后在试验机上开展拉伸试验。主要缺陷在于：(1)需要额外的机加工设备，且对机加工设备的加工要求高，加工过程中不能对试样产生破坏；(2)对试样的加工精度要求高，最高尺寸公差±0.02mm，最低尺寸公差±0.15mm，如加工精度不满足要求，需要重新取样加工，工作效率低；(3)试样取条形试样，为弧形面，试样横截面计算过程复杂，且横截面计算结果存在一定的偏差，会影响后续测试结果计算的准确性；(4)条形试样的安装要求高，在安装过程中，必须仔细安装，确保试样几何居中，试样上、下保持竖直并且均匀受力。综上所述，现有的管材试验方案对试验条件的要求十分高，试验的准确性和可操作性不高。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对现有的管材试验方案对试验条件的要求十分高，试验的准确性和可操作性不高的技术问题，本发明提供了一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置及使用方法，它的准确性和可操作性都很高，对试验条件要求不高，不需要额外的机加工设备，更加节能。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，包括用于从外部夹持管材的外包组件和从内部夹持管材的内衬组件，所述外包组件包括分体式的圆环套，所述圆环套之间活动连接，所述内衬组件包括连接有动力元件的拉杆和滑动连接于拉杆外部的套杆，所述套杆位置固定，所述拉杆的靠近管材的一端的周向部位径向地转动连接有若干支承件，所述拉杆的一端的周向部位设有与所述套杆配合的台阶结构，所述支承件均连接有与管材内壁紧贴的内衬板，所述支承件的中部均转动连接有斜拉件，所述斜拉件均转动连接于所述套杆的周向部位，所述外包组件和所述内衬组件均为对称结构并且夹持于管材的两端。

作为可选，所述套杆的外部固接有管状的环扣，所述环扣的靠近管材的一端设有环形钩状的倒扣结构，所述圆环套的靠近所述环扣的一端设有若干构造板，所述构造板与所述圆环套分别对应固接，所述构造板上设有与所述倒扣结构配合的扣合凸起。

作为可选，所述倒扣结构和所述扣合凸起的接触面为斜面，所述倒扣结构和所述扣合凸起之间扣合越深所述构造板越向拉杆的中心靠拢。

作为可选，所述圆环套为弧形，所述圆环套对称分布，对称的圆环套之间通过固定螺栓连接。

作为可选，同侧的所述圆环套为分体结构，分体的圆环套之间通过圆杆转动连接，所述圆环套上设有间隔设置的环形结构，环形结构内设有用于通过圆杆的圆孔，所述圆环套的环形结构互相间隔配合。

作为可选，所述对称的圆环套之间留有间隙。

作为可选，所述支承件转动连接于所述内衬板的中部。

作为可选，所述内衬板的弧形外表面设有齿纹。

作为可选，所述圆环套的内表面设有齿纹。

一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的使用方法，使用上述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，包括以下步骤：

步骤一、管材取样，试样的形状仍旧为管状，只是长度较原管材更短，所选取的试样的直径小于内衬板张开时的最大极限直径；

步骤二、试验机横梁与套杆固接，整个装置为对称结构并且需要夹持于试样的两端，分为上、下夹持装置，调整试验机横梁的位置，使上、下夹持装置之间的距离稍大于试样长度，利用动力元件调整上夹持装置的拉杆往下运动，利用动力元件调整下夹持装置的拉杆往上运动，使内衬组件的圆弧形的若干内衬板径向收拢，至内衬板的直径小于试样的内径；

步骤三、将上夹持装置的内衬组件置于试样上端内部，确保圆弧形的内衬板全部在试样内部；利用动力元件调整上夹持装置的拉杆往上运动，从而使圆弧形的内衬板外张，直至贴合至试样内壁，并产生压力，此时，支承件与试样的轴向的角度为α，α为60°至80°；

步骤四、将外包组件的一个外包板贴合至试样外壁，调整环扣的上下位置，使环扣下端的环形的倒扣结构低于构造板内部的扣合凸起，然后安装另一个外包板，拧紧外包组件两侧边的固定螺栓，调整套杆的位置，使环扣向上运动直至环扣下端的倒扣结构与构造板内部的扣合凸起接触；

步骤五、调整试验机下横梁的位置，将下夹持装置的内衬组件置于试样的下端内部，安装下夹持装置时，参照步骤二至步骤四，以与上夹持装置对称的结构安装下夹持装置，完成整个夹持装置的安装。

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供的技术方案设置了从外部夹持试样的外包组件和从内部夹持试样的内衬组件，外包组件环状包裹试样，内衬组件周向地从内部夹持试样，无需使用额外的机加工设备加工试样，不需要对试样进行任何处理，不涉及到机加工精度的要求，大大提高了可操作性和准确性；内外同时夹持试样，十分牢固、均匀、可靠，完全可以用全截面试样开展管材的拉伸试验，试验截面积计算准确全面；外包组件的圆环套之间具有可调整的间隙，内衬组件的内衬板可收缩和张开，可适用一定范围内不同管径的管材，具有弹性的工作范围，构造板收缩，内衬板张开后试样能自动几何居中；整个夹持装置模块化设计，分为外包组件和内衬组件，安装和拆卸都较为简单方便，不需要使用太多的额外辅助用具，工作效率高。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的内衬组件的结构示意图。

图3为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的A-A截面图。

图4为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的B-B截面图。

图5为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的外包组件的结构示意图。

图6为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的外包组件的轴向视图。

图7为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的外包组件的剖面图。

图8为本发明实施例提出的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的环扣部位的结构示意图。

1、外包组件；2、内衬组件；3、试样；4、动力元件；5、拉杆；6、试验机横梁；7、环扣；8、套杆；9、斜拉件；10、支承件；11、内衬板；12、构造板；13、圆环套；14、固定螺栓；15、圆杆；16、内部凸起；17、齿纹；18、倒扣结构；19、扣合凸起。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本发明要求保护的范围内。

实施例

结合附图1-8，一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，包括用于从外部夹持管材的外包组件1和从内部夹持管材的内衬组件2，管材为管状，当试验机夹具夹持试样3时，因试样3中空，会先导致试样3受夹具夹持而压扁，外包组件1和内衬组件2将试样3的内壁和外壁同时夹持，管材此时只受到垂直于管材的内壁表面和外壁表面的压力，管材本身不易变形。所述外包组件1包括分体式的圆环套13，所述圆环套13之间活动连接，分体式的圆环套13在安装时可以一个一个安装，圆环套13之间活动连接，更加便于安装。所述内衬组件2包括连接有动力元件4的拉杆5和滑动连接于拉杆5外部的套杆8，本实施例中，动力元件4为小型液压油缸，拉杆5与套杆8滑动连接，拉杆5和套杆8用于控制拉杆5端部的支承件10和斜拉件9。所述套杆8位置固定，套杆8与试验机横梁6连接，套杆8固定不动。所述拉杆5的靠近管材的一端的周向部位径向地转动连接有若干支承件10，本实施例中，支承件10为两端具有铰接结构的条形件，所述支承件10均连接有与管材内壁紧贴的内衬板11，支承件10的一端与所述内衬板11的中部铰接，内衬板11为具有一定长度的弧形板，内衬板11的横截面为圆弧形，用于与管材的内壁形状配合以便于贴紧内壁，分散内衬板11对管材的压力，避免应力集中破坏管材，同时增大接触面积以增大摩擦力。所述拉杆5的一端的周向部位设有与所述套杆8配合的台阶结构，如图2所示，在拉杆5向上运动时可能会有整个拉杆5缩进套杆8中的趋势，导致拉杆5与支承件10的连接处与套杆8干涉并发生碰撞，从而导致拉杆5、支承件10以及套杆8损坏，台阶结构用于限位拉杆5，避免拉杆5失位，保护了拉杆5、支承件10以及套杆8的结构。每个支承件10的中部均铰接有斜拉件9，斜拉件9为两端具有铰接结构的条形件，所述斜拉件9铰接于所述套杆8的端部的周向部位，拉杆5和套杆8滑动连接，在滑动过程中支承件10以与拉杆5的铰接处为支点形成杠杆结构，斜拉件9绕与套杆8的铰接处转动，由于套杆8固定不动，在图2中的状态下，拉杆5向上运动，拉杆5与套杆8的端部贴近，支承件10与内衬板11的铰接处得到径向向外的运动趋势，内衬板11得到径向向外的压力并将此压力作用于管材。所述外包组件1和所述内衬组件2均为对称结构并且夹持于管材的两端，上、下固定住管材的试样3，用于拉伸试验。

所述套杆8的外部固接有管状的环扣7，环扣7可以采用焊接的连接方式固接于套杆8，固接套杆8是为了使套杆8可以带动环扣7一起运动。所述环扣7的靠近管材的一端设有环形钩状的倒扣结构18，所述圆环套13的靠近所述环扣7的一端设有若干构造板12，所述构造板12与所述圆环套13分别对应固接，所述构造板12上设有与所述倒扣结构18配合的扣合凸起19。如图8所示，所述倒扣结构18和所述扣合凸起19的接触面为斜面，所述倒扣结构18和所述扣合凸起19之间扣合越深所述构造板12越向拉杆5的中心靠拢。在构造板12越向拉杆5的中心靠拢的同时，圆环套13也被带动更加向拉杆5的中心靠拢，圆环套13会向内挤压地更加紧，提高摩擦力，增大夹持管材的夹持力。

所述圆环套13为弧形，所述圆环套13对称分布，此处的对称分布为轴向视角的对称分布，如图6所示，对称的圆环套13之间通过固定螺栓14连接。所述对称的圆环套13之间留有间隙，通过拧紧固定螺栓14可以加强圆环套13的夹持力，并且使圆环套13的适用管材直径具有一定范围，实现多管径的管材夹持。

同侧的所述圆环套13为分体结构，分体的圆环套13之间通过圆杆15转动连接，所述圆环套13上设有间隔设置的环形结构，环形结构内设有用于通过圆杆15的圆孔，所述圆环套13的环形结构互相间隔配合。圆杆15穿过相邻的圆环套13的圆孔，从而将圆环套13连接在一起并且圆环套13之间可以转动。圆环套13可以相对转动，圆环套13以圆杆15为支点形成杠杆结构，固定螺栓14作用于圆环套13的力使得圆环套13绕支点向内挤压，提高了圆环套13的夹持力，同时避免固定螺栓14的紧固力过多作用于圆环套13本身。

所述内衬板11的弧形外表面设有齿纹17，如图3所示，本实施例中，齿纹17为菱形，用于提高摩擦力，防止管材的试样3滑动。所述圆环套13的内表面设有齿纹17，如图7所示，本实施例中，齿纹17为菱形，用于提高摩擦力，防止管材的试样3滑动。

一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的使用方法，使用上述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，包括以下步骤：

步骤一、管材取样，试样3的形状仍旧为管状，只是长度较原管材更短，所选取的试样3的直径小于内衬板11张开时的最大极限直径，试样3的总长度约为600mm，所选取的钢管直径与内衬板11张开时的直径大致匹配。内衬板11张开的极限位置理论上来说不具有向外的压力，所以这里选取近似的，不可取极限值。

步骤二、如图1所示，试验机横梁6与套杆8固接，整个装置为对称结构并且需要夹持于试样3的两端，分为上、下夹持装置。调整试验机横梁6的位置，使上、下夹持装置之间的距离稍大于试样3长度，稍大于指多出范围在0％-30％之间，利用动力元件4调整上夹持装置的拉杆5往下运动，利用动力元件4调整下夹持装置的拉杆5往上运动，使内衬组件2的圆弧形的若干内衬板11径向收拢，至内衬板11的直径小于试样3的内径。这里的动力元件4为小型液压油缸，小型液压油缸受工作人员控制将拉杆5进行拉伸或推动的操作。

步骤三、将上夹持装置的内衬组件2置于试样3上端内部，确保圆弧形的内衬板11全部在试样3内部，由于内衬板11与支承件10的连接为点连接，若支承件10部分在试样3外部，并且这部分超过了连接点，那么内衬板11将翻转，压力无法作用到试样3上。利用小型液压油缸调整上夹持装置的拉杆5往上运动，从而使圆弧形的内衬板11外张，直至贴合至试样3内壁，并产生压力，此时，如图2所示，支承件10与试样3的轴向的角度为α，α为60°至80°，α过小，内衬板11的直径会过小，α过大，内衬板11则会在向外张开后继而向内收缩，不利于试样3的夹持；

步骤四、将外包组件1的一个外包板贴合至试样3外壁，调整环扣7的上下位置，使环扣7下端的环形的倒扣结构18低于构造板12内部的扣合凸起19，然后安装另一个外包板，拧紧外包组件1两侧边的固定螺栓14，调整套杆8的位置，使环扣7向上运动直至环扣7下端的倒扣结构18与构造板12内部的扣合凸起19接触；

步骤五、调整试验机下横梁的位置，将下夹持装置的内衬组件2置于试样3的下端内部，安装下夹持装置时，参照步骤二至步骤四，以与上夹持装置对称的结构安装下夹持装置，完成整个夹持装置的安装。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，包括用于从外部夹持管材的外包组件和从内部夹持管材的内衬组件，所述外包组件包括分体式的圆环套，所述圆环套之间活动连接，所述内衬组件包括连接有动力元件的拉杆和滑动连接于拉杆外部的套杆，所述套杆位置固定，所述拉杆的靠近管材的一端的周向部位径向地转动连接有若干支承件，所述拉杆的一端的周向部位设有与所述套杆配合的台阶结构，所述支承件均连接有与管材内壁紧贴的内衬板，所述支承件的中部均转动连接有斜拉件，所述斜拉件均转动连接于所述套杆的周向部位，所述外包组件和所述内衬组件均为对称结构并且夹持于管材的两端。

2.根据权利要求1所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，所述套杆的外部固接有管状的环扣，所述环扣的靠近管材的一端设有环形钩状的倒扣结构，所述圆环套的靠近所述环扣的一端设有若干构造板，所述构造板与所述圆环套分别对应固接，所述构造板上设有与所述倒扣结构配合的扣合凸起。

3.根据权利要求2所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，所述倒扣结构和所述扣合凸起的接触面为斜面，所述倒扣结构和所述扣合凸起之间扣合越深所述构造板越向拉杆的中心靠拢。

4.根据权利要求1所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，所述圆环套为弧形，所述圆环套对称分布，对称的圆环套之间通过固定螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，同侧的所述圆环套为分体结构，分体的圆环套之间通过圆杆转动连接，所述圆环套上设有间隔设置的环形结构，环形结构内设有用于通过圆杆的圆孔，所述圆环套的环形结构互相间隔配合。

6.根据权利要求4所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，所述对称的圆环套之间留有间隙。

7.根据权利要求1所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，所述支承件转动连接于所述内衬板的中部。

8.根据权利要求1所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，所述内衬板的弧形外表面设有齿纹。

9.根据权利要求1所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，其特征在于，所述圆环套的内表面设有齿纹。

10.一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置的使用方法，其特征在于，使用权利要求1-9中任一项所述的一种用于管材拉伸试验的环形夹持装置，包括以下步骤：

步骤一、管材取样，试样的形状仍旧为管状，只是长度较原管材更短，所选取的试样的直径小于内衬板张开时的最大极限直径；

步骤二、试验机横梁与套杆固接，整个装置为对称结构并且需要夹持于试样的两端，分为上、下夹持装置，调整试验机横梁的位置，使上、下夹持装置之间的距离稍大于试样长度，利用动力元件调整上夹持装置的拉杆往下运动，利用动力元件调整下夹持装置的拉杆往上运动，使内衬组件的圆弧形的若干内衬板径向收拢，至内衬板的直径小于试样的内径；

步骤三、将上夹持装置的内衬组件置于试样上端内部，确保圆弧形的内衬板全部在试样内部；利用动力元件调整上夹持装置的拉杆往上运动，从而使圆弧形的内衬板外张，直至贴合至试样内壁，并产生压力，此时，支承件与试样的轴向的角度为α，α为60°至80°；

步骤四、将外包组件的一个外包板贴合至试样外壁，调整环扣的上下位置，使环扣下端的环形的倒扣结构低于构造板内部的扣合凸起，然后安装另一个外包板，拧紧外包组件两侧边的固定螺栓，调整套杆的位置，使环扣向上运动直至环扣下端的倒扣结构与构造板内部的扣合凸起接触；

步骤五、调整试验机下横梁的位置，将下夹持装置的内衬组件置于试样的下端内部，安装下夹持装置时，参照步骤二至步骤四，以与上夹持装置对称的结构安装下夹持装置，完成整个夹持装置的安装。

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