CN115165190A - 一种基于条带的格架夹持力测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于条带的格架夹持力测量装置及方法，包括底座、底部夹具、上部夹具、垫块、测头、装配条带；所述底座的表面设置有矩形的夹具放置槽，夹具放置槽的底面开设有垫块放置槽；所述底部夹具和上部夹具均为矩形框结构，矩形框的两相对内侧壁上设置有凸起夹块；所述装配条带上开设有卡槽，用于实现装配条带和试验条带本体的正交装配；所述垫块用于向上挤压刚凸发生初始变形；所述测头用于向弹簧施加一定压缩位移。本发明的测量装置可以等效模拟格架条带栅元的真实边界受力条件，采用该装置进行可以在条带上较准确的测出格架弹簧的夹持力，从而在格架设计早期可以通过实验获得格架弹簧的夹持力，缩短格架研发周期，降低格架研发成本。

Description

一种基于条带的格架夹持力测量装置及方法

技术领域

本发明涉及核燃料组件性能检测技术领域，具体而言，涉及一种基于条带的格架夹持力测量装置及方法。

背景技术

格架是核燃料组件的重要部件，具有夹持定位燃料棒，保持燃料棒中心距的作用。格架一般是通过多个冲制有弹簧和刚凸的条带相互正交配装配，并在装配交叉点上电焊组装而成。条带正交组装形成的小方格称为夹持栅元，通过对应条带栅元上的弹簧和刚凸配合对安置于其内的核燃料棒进行有效夹持，格架结构如图1所示。格架对弹簧夹持力的要求非常高，即夹持力不能太大，如果太大容易约束燃料棒纵向伸长而导致燃料棒弯曲，又不能太小，如果太小对燃料棒起不到夹持作用。因此，在格架研制过程中需要开展弹簧夹持力测量试验，以确定所设计的格架具有合适的夹持力。

在格架研发过程中，一般首先设计条带，即设计条带上冲制的弹簧和刚凸，设计基本定型后，再将若干条带正交装配焊接组成格架。因此，格架弹簧夹持力的测量也可分为两个阶段，第一阶段开展基于条带的弹簧夹持力测量，以进行条带弹簧设计选型和参数选取，第二阶段开展基于组装后格架的弹簧夹持力测量，以对格架夹持力进行最终测定验证。

在格架设计初期开展基于条带的格架夹持力测量，可以有效缩短格架研发周期，降低格架研制成本。但是通过专题和专利文献的检索，目前公开的文献均为基于格架的格架夹持力测量装置(如CN201719489U、CN201719491U、CN201719490U、CN204301905U、CN214309225U、CN107655601A)，即均为条带在组装为格架后进行的弹簧夹持力测定，这样的方式存在则若格架性能测试不理想，条带需要重新设计的问题。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

现有技术的问题在于需要将若干条带组装为格架后才能进行格架弹簧夹持力测定，若格架性能测试不理想，所有条带均需要重新设计，格架研发周期长，成本高，本发明目的在于提供一种基于条带的格架夹持力测量装置及方法，能够等效模拟格架中条带栅元的真实边界受力条件，采用本发明装置进行夹持力测量，能够在条带上就较准确的测出其组装成格架后弹簧的夹持力，从而在格架设计早期即条带设计过程中就可以通过实验获得格架弹簧的夹持力，而不需要条带设计定型组装成格架后才能获得弹簧的夹持力，从而缩短格架研发周期，降低格架研发成本。

本发明通过下述技术方案实现：

通过对格架结构进行分析，可以得出格架中条带栅元具有以下的边界受力特征，如图3所示：(1)条带之间通过装配槽正交装配组装在一起，垂直装配的条带之间相互具有支撑作用；(2)格架由条带组装后通过交叉点上的焊点连接，对于条带栅元来说相当于四角区域均受到固定作用；(3)每个夹持栅元内插入燃料棒，相邻夹持栅元的燃料棒会挤压当前条带的刚凸，在进行弹簧力测量时需考虑燃料棒挤压刚凸导致的刚凸初始变形。

基于上述格架条带的边界受力特征，本发明提供一种基于条带的格架夹持力测量装置，包括底座、底部夹具、上部夹具、垫块、测头、装配条带；所述底座的表面设置有矩形的夹具放置槽，夹具放置槽的底面开设有垫块放置槽；所述底部夹具和上部夹具均为矩形框结构，矩形框的两相对内侧壁上设置有凸起夹块；所述装配条带上开设有卡槽，通过卡槽和试验条带本体上的装配槽实现装配条带和试验条带本体的正交装配；所述底部夹具和上部夹具用于夹持试验条带本体四周并安装固定在夹具放置槽中，所述底部夹具和上部夹具的凸起夹块用于夹紧装配条带和试验条带本体的交叉点；所述垫块设置在垫块放置槽中，通过限位螺栓向上挤压试验条带本体上的刚凸产生初始变形；所述测头设置在上部夹具上方用于向下挤压试验条带本体上的弹簧施加一定压缩位移。

本发明的测量装置可以等效模拟格架条带栅元的真实边界受力条件，采用该装置进行可以在条带上较准确的测出格架弹簧的夹持力，从而在格架设计早期可以通过实验获得格架弹簧的夹持力，缩短格架研发周期，降低格架研发成本。

本发明的测量装置的具体操作原理如下：将夹持力测量装置底座水平放置，在底座的夹具放置槽上安装底部夹具；将试验条带本体上正交装配好装配条带后，以试验条带本体水平、装配条带竖直的状态放置在底部夹具对应位置，然后安装上部夹具并固定在底座上。

其中底部夹具和上部夹具结构均为矩形框结构，且设置有凸起结构，试验时，试验条带本体通过底部夹具和上部夹具夹持两侧进行固定，凸起结构能够夹紧条带栅元的四角区域，从而模拟格架条带交叉点处的焊点固定作用；

所述装配条带上开设有卡槽，模拟格架条带装配槽的开槽结构，试验时，多个装配条带与试验条带本体正交装配，装配条带对条带栅元起到支撑作用，从而模拟格架条带正交装配后的相互支撑作用；

垫块的表面具有圆弧形凸起结构，垫在格架条带刚凸位置，其下表面支撑在限位螺栓处，通过使得垫块向上产生一定位移，挤压刚凸发生初始变形，从而模拟相邻夹持栅元燃料棒挤压当前条带栅元刚凸导致的初始变形；

测头的底端也具有圆弧形凸起结构，模拟燃料棒的圆弧形结构，在试验时通过驱动装置驱动测头向下运动对条带栅元上的弹簧施加一定压缩位移，测头的受到的反作用力即为弹簧在该压缩位移下的夹持力。

进一步的，垫块放置槽设置有贯穿底座的螺纹孔，螺纹孔内设置有限位螺栓，限位螺栓与垫块底面贴合，限位螺栓转动能够推动垫块向上位移挤压刚凸发生初始变形，底座的底面上对应螺纹孔处开设有矩形开槽，为限位螺栓提供移动空间。

进一步的，夹具放置槽上设置有螺栓孔，底部夹具和上部夹具两侧均设置有固定通孔，固定螺栓穿过底部夹具和上部夹具的固定通孔安装在螺栓孔中。

进一步的，试验条带本体至少包括3个相连条带栅元，相邻两个条带栅元之间设置有装配槽，因为试验条带本体的最两侧是夹持在底部夹具和上部夹具之间，因此位于最两侧的条带栅元边界条件不能等效模拟条带真实边界条件，因此至少需要3个条带栅元，才能保证有条带栅元完全等效模拟条带真实边界条件。

进一步的，垫块放置槽的底面上平行设置有多个用于安装装配条带的细槽，从而对装配条带起到良好的固定支撑作用，保证装配条带与试验条带本体的相互支撑作用。

底部夹具和上部夹具均为中心具有矩形空腔的薄板结构，底部夹具的上表面对应矩形空腔处设置凹槽，形成中间薄、两端厚的结构，用于安装试验条带本体。

一种基于条带的格架夹持力测量方法，包括如下步骤：

1)将夹持力测量装置底座水平放置，在底座的夹具放置槽上安装底部夹具；将试验条带本体上正交装配好装配条带后，以试验条带本体水平、装配条带竖直的状态放置在底部夹具对应位置，此时装配条带的下端穿过底部夹具并卡在垫块放置槽底面的细槽中，试验条带水平贴合放置在凹槽中，然后安装上部夹具，利用固定螺栓将夹具和试验条带本体固定在底座；

2)将垫块安装在垫块放置槽，转动限位螺栓，使得垫块向上发生一定位移，挤压试验条带本体上的刚凸使刚凸产生一定初始变形；

3)在驱动装置作用下，根据设置的步长下压测头对弹簧施加压缩位移，记录不同步长时对应的夹持力，直至弹簧压缩变形至设计位置；

4)将试验条带本体从测量装置取下，检测结束。

步骤2)中，安装垫块后，先通过目视检查转动限位螺栓使得垫块与刚凸接触后，根据刚凸的设计初始变形量，通过限位螺栓的螺距计算出限位螺栓转动的角度，实现垫块对刚凸初始压缩变形量的精确控制；

步骤3)中：由于试验本体两侧被夹具完全夹持，造成两侧试验条带本体的条带栅元边界条件不能等效模拟条带真实边界条件，在试验时仅对除两侧以外的条带栅元进行弹簧夹持力测量。

步骤3)中：通过记录压头与弹簧接触产生0.2N的力值，来判定压头与弹簧接触。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实施例提供的一种基于条带的格架夹持力测量装置，通过模拟条带设计，能够对试验条带本体等效模拟格架条带相互正交装配支撑的边界条件，从而实现在条带上较准确的测出格架弹簧的夹持力的目的；

2、本发明实施例提供的一种基于条带的格架夹持力测量装置，通过底部夹具和上部夹具及凸起结构的设计，实现了对试验条带本体等效模拟格架条带交叉点上焊点固定作用的目的；

3、本发明实施例提供的一种基于条带的格架夹持力测量装置，通过表面具有圆弧形结构的垫块和限位螺栓的设计，实现了对试验条带本体等效模拟燃料棒对刚凸压缩产生初始变形的目的；

4、本发明实施例提供的一种基于条带的格架夹持力测量装置，实现了基于条带的格架弹簧夹持力测量，可以在格架条带设计阶段即可开展格架弹簧夹持力测量试验，缩短了格架研发设计周期，降低了格架设计成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供核燃料组件格架示意图；

图2为本发明实施例提供条带试验本体示意图；

图3为本发明实施例提供条带边界条带示意图；

图4为本发明实施例提供夹持力测量装置整体示意图；

图5为本发明实施例提供夹持力测量装置底座示意图；

图6为本发明实施例提供夹持力测量装置底部夹具示意图；

图7为本发明实施例提供夹持力测量装置上部夹具示意图；

图8为本发明实施例提供夹持力测量装置垫块结构示意图；

图9为本发明实施例提供夹持力测量装置测头结构示意图。

附图标记及对应零部件名称：

1-夹持栅元，2-条带，3-焊点，21-刚凸，22-弹簧，23-装配槽，4-燃料棒，5-底座，6-底部夹具，7-上部夹具，8-垫块，9-压头，10-装配条带，11-固定螺栓，51-螺栓孔，52-矩形开槽，53-矩形细槽，61-凸起结构，81-垫块弧形结构，91-压头弧形结构，101-卡槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。

现有技术分析

如图1所示，所述的格架为正方形框架，由若干条带2正交装配组成。条带结构如图2所示，所述条带上冲制有弹簧22和刚凸21结构，并开有装配槽23，条带通过装配槽正交装配，并在交叉点上焊接形成焊点3，组装成格架，形成若干夹持栅元1，通过每个栅元内的弹簧和刚凸对燃料棒有效夹持。

通过对格架结构进行分析，可以得出格架中条带栅元具有以下的边界受力特征，如图3所示：(1)条带之间通过装配槽正交装配组装在一起，垂直装配的条带之间相互具有支撑作用；(2)格架由条带组装后通过交叉点上的焊点连接，对于条带栅元来说相当于四角区域均受到固定作用；(3)每个夹持栅元内插入燃料棒4，相邻夹持栅元的燃料棒4会挤压当前条带的刚凸，在进行弹簧力测量时需考虑燃料棒挤压刚凸导致的燃料棒初始变形。

实施例1

如图4-图9所示，本发明实施例提供一种基于条带的格架夹持力测量装置，包括底座5、底部夹具6、上部夹具7、垫块8、测头9、装配条带10；

所述底座5为支撑结构，表面设置有矩形的夹具放置槽，夹具放置槽的底面开设有垫块放置槽，垫块放置槽的底面上平行设置有多个用于安装装配条带的矩形细槽53，夹具放置槽上设置有螺栓孔51，垫块放置槽设置有贯穿底座的螺纹孔，螺纹孔内设置有限位螺栓，限位螺栓与垫块底面贴合，底座的底面上对应螺纹孔处开设有矩形开槽，

所述底部夹具6和上部夹具7均为矩形框结构，矩形框的两相对内侧壁上设置有凸起夹块61底部夹具的上表面对应矩形空腔处设置凹槽，形成中间薄、两端厚的结构，用于安装试验条带本体；

底部夹具6和上部夹具7两侧均设置有固定通孔，固定螺栓11穿过底部夹具和上部夹具的固定通孔安装在螺栓孔51中；

所述装配条带10上开设有卡槽101，通过卡槽和试验条带本体上的装配槽实现装配条带和试验条带本体的正交装配；所述底部夹具和上部夹具用于夹持试验条带本体四周并安装固定在夹具放置槽中，所述底部夹具和上部夹具的凸起夹块用于夹紧装配条带和试验条带本体的交叉点；

所述垫块8设置在垫块放置槽中，通过限位螺栓向上挤压试验条带本体上的刚凸发生初始变形，垫块8与刚凸接触面为模拟燃料棒的垫块弧形结构81。

所述测头9设置在上部夹具上方用于向下挤压试验条带本体上的弹簧施加一定压缩位移，测头9与弹簧接触面为模拟燃料棒的测头弧形结构91。

本发明的测量装置可以等效模拟格架条带栅元的真实边界受力条件，采用该装置进行可以在条带上较准确的测出格架弹簧的夹持力，从而在格架设计早期可以通过实验获得格架弹簧的夹持力，缩短格架研发周期，降低格架研发成本。

本发明的测量装置的具体操作原理如下：将夹持力测量装置底座水平放置，在底座的夹具放置槽上安装底部夹具；将试验条带本体上正交装配好装配条带后，以试验条带本体水平、装配条带竖直的状态放置在底部夹具对应位置，然后安装上部夹具并固定在底座上。

其中底部夹具和上部夹具结构均为矩形框结构，且设置有凸起结构，试验时，试验条带本体通过底部夹具和上部夹具夹持两侧进行固定，凸起结构能够夹紧条带栅元的四角区域，从而模拟格架条带交叉点处的焊点固定作用；

所述装配条带上开设有卡槽，模拟格架条带装配槽的开槽结构，试验时，多个装配条带与试验条带本体正交装配，装配条带对条带栅元起到支撑作用，从而模拟格架条带正交装配后的相互支撑作用；

垫块的表面具有圆弧形凸起结构，垫在格架条带刚凸位置，其下表面支撑在限位螺栓处，通过使得垫块向上产生一定位移，挤压刚凸发生初始变形，从而模拟相邻夹持栅元燃料棒当前条带栅元刚凸挤压导致的初始变形；

测头的底端也具有圆弧形凸起结构，模拟燃料棒的圆弧形结构，在试验时通过驱动装置驱动测头向下运动对条带栅元上的弹簧施加一定压缩位移，测头的受到的反作用力即为弹簧在该压缩位移下的夹持力。

实施例2

一种基于条带的格架夹持力测量方法，采用由5个条带栅元相连组成的试验条带本体进行试验，包括如下步骤：

1)将夹持力测量装置底座水平放置，在底座的夹具放置槽上安装底部夹具；将试验条带本体上正交装配好装配条带后，以试验条带本体水平、装配条带竖直的状态放置在底部夹具对应位置，此时装配条带的下端穿过底部夹具并卡在垫块放置槽底面的细槽中，试验条带水平贴合放置在凹槽中，然后安装上部夹具，利用固定螺栓将夹具和试验条带本体固定在底座；

2)将垫块安装在垫块放置槽，转动限位螺栓，使得垫块向上发生一定位移，挤压试验条带本体上的刚凸使刚凸产生一定初始变形；

3)在驱动装置作用下，根据设置的步长下压测头对弹簧施加压缩位移，记录不同步长时对应的夹持力，直至弹簧压缩变形至设计位置；

4)将试验条带本体从测量装置取下，检测结束。

步骤2)中，安装垫块后，先通过目视检查转动限位螺栓使得垫块与刚凸接触后，根据刚凸的设计初始变形量，通过限位螺栓的螺距计算出限位螺栓转动的角度，实现垫块对刚凸初始压缩变形量的精确控制；

步骤3)中：由于试验本体两侧被夹具完全夹持，造成两侧试验条带本体的条带栅元边界条件不能等效模拟条带真实边界条件，在试验时仅对除两侧以外的条带栅元进行弹簧夹持力测量。

步骤3)中：通过记录压头与弹簧接触产生0.2N的力值，来判定压头与弹簧接触。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，包括底座(5)、底部夹具(6)、上部夹具(7)、垫块(8)、测头(9)、装配条带(10)；

所述底座(5)的表面设置有矩形的夹具放置槽，夹具放置槽的底面开设有垫块放置槽；

所述底部夹具(6)和上部夹具(7)均为矩形框结构，矩形框的两相对内侧壁上设置有凸起夹块(61)；

所述装配条带(10)上开设有卡槽(101)，通过卡槽和试验条带本体上的装配槽(23)实现装配条带(10)和试验条带本体的正交装配；

所述底部夹具(6)和上部夹具(7)用于夹持试验条带本体四周并安装固定在夹具放置槽中，所述底部夹具(6)和上部夹具(7)的凸起夹块(61)用于夹紧装配条带(10)和试验条带本体的交叉点；

所述垫块(8)设置在垫块放置槽中用于向上挤压试验条带本体上的刚凸(21)发生初始变形；

所述测头(9)设置在上部夹具(7)上方用于向下挤压试验条带本体上的弹簧(22)施加压缩位移。

2.根据权利要求1所述的一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，所述垫块(8)的表面和测头(9)的下端均为圆弧形凸起结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，垫块放置槽设置有贯穿底座(5)的螺纹孔，螺纹孔内设置有限位螺栓，限位螺栓与垫块(8)底面贴合，限位螺栓转动能够推动垫块(8)向上位移挤压刚凸(21)发生初始变形。

4.根据权利要求1所述的一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，夹具放置槽上设置有螺栓孔(51)，底部夹具(6)和上部夹具(7)两侧均设置有固定通孔，固定螺栓(11)穿过底部夹具(6)和上部夹具(7)的固定通孔安装在螺栓孔(51)中。

5.根据权利要求1所述的一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，试验条带本体至少包括3个相连条带栅元，相邻两个条带栅元之间设置有装配槽(23)。

6.根据权利要求1所述的一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，垫块放置槽的底面上平行设置有多个用于安装装配条带(10)的矩形细槽(53)。

7.根据权利要求1所述的一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，底部夹具(6)和上部夹具(7)均为中心具有矩形空腔的薄板结构，底部夹具(6)的上表面对应矩形空腔处设置有用于放置试验条带本体的凹槽。

8.根据权利要求3所述的一种基于条带的格架夹持力测量装置，其特征在于，底座(5)的底面对应螺纹孔处设置有矩形开槽(52)，限位螺栓从矩形开槽(52)伸入螺纹孔后与垫块(8)底面贴合。

9.一种基于所述格架夹持力测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将夹持力测量装置底座水平放置，在底座的夹具放置槽上安装底部夹具；将试验条带本体上正交装配好装配条带后，将试验条带本体放置在底部夹具对应位置，然后安装上部夹具，利用固定螺栓将夹具和试验条带本体固定在底座；

2)将垫块安装在垫块放置槽，转动限位螺栓，使得垫块向上发生一定位移，挤压试验条带本体上的刚凸使刚凸产生一定初始变形；

3)在驱动装置作用下，根据设置的步长下压测头对弹簧施加压缩位移，记录不同步长时对应的夹持力，直至弹簧压缩变形至设计位置；

4)将试验条带本体从测量装置取下，检测结束。

10.根据权利要求9所述的一种基于格架夹持力测量装置的测量方法，其特征在于，步骤2)中，安装垫块后，先通过目视检查转动限位螺栓使得垫块与刚凸接触，然后根据刚凸的设计初始变形量，通过限位螺栓的螺距计算出限位螺栓转动的角度，实现垫块对刚凸初始压缩变形量的精确控制。

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