CN112834327A - 一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置 - Google Patents
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Abstract
一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,属于材料动态力学性能实验设备领域,本发明为解决现有霍普金森扭杆加紧释放机构夹紧力无法精确控制、释放过程缓慢、重复性差的问题。本发明包括缸体、活塞、导向螺栓、推压套、弹性夹头、缸体压盖、蝶形弹簧、液压油泵和电磁快速泄压阀;夹紧操作时,通过液压油泵向注油孔快速注油,推动活塞沿轴向向右移动,推动推压套向右移动施压,蝶形弹簧和弹性夹头同时受压变形,弹性夹头将霍普金森扭杆的输入杆夹紧;释放操作时,通过电磁快速泄压阀将活塞所在腔体的油快速卸载,蝶形弹簧将推压套瞬间向左弹开,令弹性夹头放松并与推压套之间产生间隙,将霍普金森扭杆的输入杆瞬间释放。
Description
技术领域
本发明涉及霍普金森扭杆实验***输入杆扭矩的加载和释放的装置,属于材料动态力学性能实验设备领域。
背景技术
霍普金森扭杆装置是研究高应变率下材料纯剪切力学性能特别是热塑剪切局部化现象的有效工具。在压缩、拉伸和扭转实验的基础上,可以确定材料的应力三轴度,实现有效预报材料在动态载荷作用下的断裂破碎行为。上世纪70年代,T.Nicholas等人发明了预储能型的霍普金森扭杆。这种霍普金森扭杆由固定的夹紧及释放机构将扭转的输入杆分成两段,一段有可加外力矩(载荷)的加载头,加载头用千斤顶/液压油缸或者其它装置将加载头旋转从而对杆施加扭矩在其上预储扭转变性能,而夹紧及释放机构将杆夹紧防止杆发生转动;另一段与被加载的试件连接。当预储变性能达到实验预定值时,夹紧及释放机构将杆瞬间释放,预储的变性能(应力、应变)以波的形式向试件传播,形成扭转加载波,作用在试件上。对夹紧及释放机构的基本要求是在施加扭矩时将扭杆可靠夹紧并能瞬间释放。
常规的霍普金森扭杆的夹紧释放机构主要由两个铰接的半圆桥臂和切槽螺栓组成,通过切槽螺栓的拧紧(或者在其对称方向采用液压缸或者千斤顶)对输入扭杆施加夹紧力,当施加的扭矩达到实验预定值时,进一步旋紧切槽螺栓(或者另一方向的千斤顶加载)而使切槽螺栓断裂,瞬间释放扭杆。这种夹紧释放机构在施加夹紧力时容易拧断切槽螺栓,导致实验失败;或者施加的夹紧力不足以克服施加的扭矩,在加载过程中不断去加大夹紧力(拧紧螺栓),以阻止扭杆旋转,在此过程中常常会发生螺栓突然断裂,导致实验失败;另一方面扭杆释放是通过切槽螺栓的断裂实现的,每次实验需要消耗一个切槽螺栓,大大增加了实验的成本,且切槽螺栓加工和材料有一定的随机性,拧断的时机也具有一定的随机性,经常导致实验失败;严重影响实验条件的重复性,实验可靠性低,制约了霍普金森扭杆的发展和应用。
发明内容
本发明目的是为了解决现有霍普金森扭杆加紧释放机构夹紧力无法精确控制、释放过程缓慢、重复性差的问题,提供了一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置。
本发明所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,包括缸体1、活塞3、导向螺栓4、推压套5、弹性夹头6、缸体压盖7、蝶形弹簧9、液压油泵和电磁快速泄压阀;
缸体1的左端底部开有通孔,缸体1的右端开口设置有缸体压盖7;
霍普金森扭杆的输入杆8依次穿过缸体1的左端通孔和右端缸体压盖7的中心通孔;
霍普金森扭杆的输入杆8外部套有弹性夹头6,弹性夹头6的夹持端部与缸体压盖7卡合固定,弹性夹头6的外部套有推压套5;
推压套5分为左右两段,右段外径与缸体1腔体内径相匹配,左段外径与缸体1左端通孔内径相匹配;
推压套5的右端面与缸体压盖7之间的空隙处设置有蝶形弹簧9,推压套5左段与缸体1侧壁及其左端底部之间形成的腔体内设置有活塞3,所述活塞3外圆与缸体1侧壁之间密封,活塞3内孔与推压套5左段外壁之间密封;
缸体1侧壁开有注油孔2,所述注油孔2与活塞3所在腔体连通;
夹紧操作时,通过液压油泵向注油孔2快速注油,推动活塞3沿轴向向右移动,推动推压套5向右移动施压,蝶形弹簧9和弹性夹头6同时受压变形,弹性夹头6将霍普金森扭杆的输入杆8夹紧;
释放操作时,通过电磁快速泄压阀将活塞3所在腔体的油快速卸载,蝶形弹簧9将推压套5瞬间向左弹开,令弹性夹头6放松并与推压套5之间产生间隙,将霍普金森扭杆的输入杆8瞬间释放。
优选地,密封采用Y形密封圈和/或圆形密封圈。
优选地,推压套5右段端部具有锥形内孔51,推压套5的锥形内孔51与弹性夹头6的锥形外圆61相匹配,释放状态时,推压套5与弹性夹头6的锥形外圆61之间存在间隙,夹紧状态时,推压套5与弹性夹头6的锥形外圆61之间的间隙消失,且压动弹性夹头6夹紧霍普金森扭杆的输入杆8。
优选地,推压套5的锥形内孔的圆锥角为29.5度,释放状态下弹性夹头6的锥形外圆61的圆锥角为30度。
优选地,推压套5右段外圆沿周向均布m个导向槽52,m≥3,缸体1侧壁沿周向对应开设m个螺栓孔,导向螺栓4通过对应的螺栓孔装配,导向螺栓4的螺纹端部与对应的导向槽52底部间隙配合,m个导向螺栓4用于限制推压套5的转动,并在夹紧或释放操作时沿轴向在导向槽52内移动。
优选地,弹性夹头6采用型号为DIN6343筒夹式的弹性夹头。
优选地,蝶形弹簧9选用外径D90、壁厚3.5毫米、极限行程h0为2.5毫米的蝶形弹簧。
优选地,蝶形弹簧9采用一片式结构或两片叠加式结构。
优选地,活塞3的右端面和推压套5右段左端面间隙配合;活塞3的左端面与缸体1的左端底部间隙配合,且该间隙处与注油孔2位置相对应。
优选地,液压油泵选用最大压力为63Mpa的泵。
本发明的有益效果:本发明提供的霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置由液压油的压力控制弹性夹头夹紧力的大小,可以根据扭矩的大小提供精确的夹紧力,也可以按着最大扭矩一次性施加最大的夹紧力,且扭杆的释放由快速泄压阀和蝶形弹簧变形量所产生的弹力大小控制。解决了现有夹紧释放装置结构设计复杂、使用不方便,夹紧力与释放不易控制、随机性大、实验成本高、可靠性差等缺点,实现了夹紧力的精确控制和扭矩载荷瞬间释放,保证了实验的一致性,降低了实验难度,提高了实验效率。
附图说明
图1是本发明所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置的结构示意图,释放状态;
图2是图1的局部放大图;
图3是本发明所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置的结构示意图,夹紧状态;
图4是推压套结构示意图,其中图4(a)是推压套主视图的纵剖图,图4(b)是图图4(a)的K向剖视图,图4(c)是图4(a)中导向槽的俯视图;
图5是标准DIN6343弹性夹头示意图,其中图5(a)是弹性夹头实物图,图5(b)是弹性夹头的结构示意图,D1为小端直径,D2为夹头端直径,L为弹性夹头长度。
具体实施方式
具体实施方式一:下面结合图1至图5说明本实施方式,本实施方式所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,包括缸体1、活塞3、导向螺栓4、推压套5、弹性夹头6、缸体压盖7、蝶形弹簧9、液压油泵和电磁快速泄压阀;
缸体1的左端底部开有通孔,缸体1的右端开口设置有缸体压盖7;
霍普金森扭杆的输入杆8依次穿过缸体1的左端通孔和右端缸体压盖7的中心通孔;
霍普金森扭杆的输入杆8外部套有弹性夹头6,弹性夹头6的夹持端部与缸体压盖7卡合固定,弹性夹头6的外部套有推压套5;
推压套5分为左右两段,右段外径与缸体1腔体内径相匹配,左段外径与缸体1左端通孔内径相匹配;
推压套5的右端面与缸体压盖7之间的空隙处设置有蝶形弹簧9,推压套5左段与缸体1侧壁及其左端底部之间形成的腔体内设置有活塞3,所述活塞3外圆与缸体1侧壁之间密封,活塞3内孔与推压套5左段外壁之间密封;
缸体1侧壁开有注油孔2,所述注油孔2与活塞3所在腔体连通;
夹紧操作时,通过液压油泵向注油孔2快速注油,推动活塞3沿轴向向右移动,推动推压套5向右移动施压,蝶形弹簧9和弹性夹头6同时受压变形,弹性夹头6将扭杆8夹紧;
释放操作时,通过电磁快速泄压阀将活塞3所在腔体的油快速卸载,蝶形弹簧9将推压套5瞬间向左弹开,令弹性夹头6放松并与推压套5之间产生间隙,将霍普金森扭杆的输入杆8瞬间释放。
密封采用Y形密封圈11和/或圆形密封圈10,采用其中任意一种就能实现密封,同时采用两种则密封效果更好。
推压套5右段端部具有锥形内孔51,推压套5的锥形内孔51与弹性夹头6的锥形外圆61相匹配,释放状态时,推压套5与弹性夹头6的锥形外圆61之间存在间隙,夹紧状态时,推压套5与弹性夹头6的锥形外圆61之间的间隙消失,且压动弹性夹头6夹紧霍普金森扭杆的输入杆8。
推压套5的锥形内孔的圆锥角为29.5度,释放状态下弹性夹头6的锥形外圆61的圆锥角为30度。
推压套5右段外圆沿周向均布m个导向槽52,m≥3,缸体1侧壁沿周向对应开设m个螺栓孔,导向螺栓4通过对应的螺栓孔装配,导向螺栓4的螺纹端部与对应的导向槽52底部间隙配合,m个导向螺栓4用于限制推压套5的转动,并在夹紧或释放操作时沿轴向在导向槽52内移动。
活塞3的右端面和推压套5右段左端面间隙配合;活塞3的左端面与缸体1的左端底部间隙配合,且该间隙处与注油孔2位置相对应。
工作原理:
活塞3放置在推压套5的一端外部,可沿推压套5的轴向移动,然后推压套5通过Y型密封圈11和O型圈10装入缸体1端面的圆孔内保证密封,而弹性夹头6放置在推压套5的内孔中,蝶形弹簧9放置在推压套5端面和缸体压盖7之间。
活塞3的内孔和外圆上具有Y型密封圈11和O型圈10,保证活塞3在缸体1内运动时与缸体1和推压套5之间的有效密封。
推压套5上周向具有均布的三个导向槽52,而缸体1上具有均布的三个螺纹孔,由三个导向螺栓4与推压套5上的三个导向槽52接触,二者间隙配合,实现推压套5的轴向移动和防止推压套5的转动。
推压套5具有锥形内孔51角度为29.5度与弹性夹头6的锥形外圆61角度为30度之间具有间隙,当推压套5在活塞3的作用下向右移动,锥形内孔51与锥形外圆61之间的间隙消失,使蝶形弹簧9和弹性夹头6同时受压变形,弹性夹头6将霍普金森扭杆的输入杆8可靠夹紧。当液压油由快速泄压阀卸载时,蝶形弹簧9将推压套5瞬间向左弹开,推压套5与弹性夹头6之间瞬间产生间隙,将霍普金森扭杆的输入杆8瞬间释放。
具体实施方式二:本实施方式对实施方式一作进一步说明,弹性夹头6采用型号为DIN6343筒夹式的弹性夹头。
采用标准夹头,利用本发明液压装置驱动该标准夹头的夹紧与释放。
具体实施方式三:本实施方式对实施方式一作进一步说明,蝶形弹簧9选用外径D90、壁厚3.5毫米、极限行程h0为2.5毫米的蝶形弹簧。
蝶形弹簧9采用一片式结构或两片叠加式结构。蝶形弹簧9采用一片式结构就能实现,若采用两片叠加使用,在蝶形弹簧压缩行程为2.5毫米时其产生的弹性恢复力可达3.5吨。
具体实施方式四:本实施方式对实施方式一作进一步说明,液压油泵选用最大压力为63Mpa的泵。
液压油泵在工作压力为50Mpa时可实现在杆中预储扭矩大于400N/m的加载能力。
Claims (10)
1.一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,包括缸体(1)、活塞(3)、导向螺栓(4)、推压套(5)、弹性夹头(6)、缸体压盖(7)、蝶形弹簧(9)、液压油泵和电磁快速泄压阀;
缸体(1)的左端底部开有通孔,缸体(1)的右端开口设置有缸体压盖(7);
霍普金森扭杆的输入杆(8)依次穿过缸体(1)的左端通孔和右端缸体压盖(7)的中心通孔;
霍普金森扭杆的输入杆(8)外部套有弹性夹头(6),弹性夹头(6)的夹持端部与缸体压盖(7)卡合固定,弹性夹头(6)的外部套有推压套(5);
推压套(5)分为左右两段,右段外径与缸体(1)腔体内径相匹配,左段外径与缸体(1)左端通孔内径相匹配;
推压套(5)的右端面与缸体压盖(7)之间的空隙处设置有蝶形弹簧(9),推压套(5)左段与缸体(1)侧壁及其左端底部之间形成的腔体内设置有活塞(3),所述活塞(3)外圆与缸体(1)侧壁之间密封,活塞(3)内孔与推压套(5)左段外壁之间密封;
缸体(1)侧壁开有注油孔(2),所述注油孔(2)与活塞(3)所在腔体连通;
夹紧操作时,通过液压油泵向注油孔(2)快速注油,推动活塞(3)沿轴向向右移动,推动推压套(5)向右移动施压,蝶形弹簧(9)和弹性夹头(6)同时受压变形,弹性夹头(6)将霍普金森扭杆的输入杆(8)夹紧;
释放操作时,通过电磁快速泄压阀将活塞(3)所在腔体的油快速卸载,蝶形弹簧(9)将推压套(5)瞬间向左弹开,令弹性夹头(6)放松并与推压套(5)之间产生间隙,将霍普金森扭杆的输入杆(8)瞬间释放。
2.根据权利要求1所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,密封采用Y形密封圈和/或圆形密封圈。
3.根据权利要求1所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,推压套(5)右段端部具有锥形内孔(51),推压套(5)的锥形内孔(51)与弹性夹头(6)的锥形外圆(61)相匹配,释放状态时,推压套(5)与弹性夹头(6)的锥形外圆(61)之间存在间隙,夹紧状态时,推压套(5)与弹性夹头(6)的锥形外圆(61)之间的间隙消失,且压动弹性夹头(6)夹紧霍普金森扭杆的输入杆(8)。
4.根据权利要求3所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,推压套(5)的锥形内孔的圆锥角为29.5度,释放状态下弹性夹头(6)的锥形外圆(61)的圆锥角为30度。
5.根据权利要求2所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,推压套(5)右段外圆沿周向均布m个导向槽(52),m≥3,缸体(1)侧壁沿周向对应开设m个螺栓孔,导向螺栓(4)通过对应的螺栓孔装配,导向螺栓(4)的螺纹端部与对应的导向槽(52)底部间隙配合,m个导向螺栓(4)用于限制推压套(5)的转动,并在夹紧或释放操作时沿轴向在导向槽(52)内移动。
6.根据权利要求1所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,弹性夹头(6)采用型号为DIN6343筒夹式的弹性夹头。
7.根据权利要求1所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,蝶形弹簧(9)选用外径D90、壁厚3.5毫米、极限行程h0为2.5毫米的蝶形弹簧。
8.根据权利要求1或7所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,蝶形弹簧(9)采用一片式结构或两片叠加式结构。
9.根据权利要求1所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,活塞(3)的右端面和推压套(5)右段左端面间隙配合;活塞(3)的左端面与缸体(1)的左端底部间隙配合,且该间隙处与注油孔(2)位置相对应。
10.根据权利要求1所述一种霍普金森扭杆液压式夹紧及释放装置,其特征在于,液压油泵选用最大压力为63Mpa的泵。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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