一种超导多股线自适应夹具的制作方法

本发明涉及一种自适应夹具，具体指一种针对多股多芯导线（超导股线）进行性能测试用的自适应夹具。

背景技术：

多芯导线（股线）在电力设备中应用广泛，作为超导磁体的核心部件，管内超导电缆（CICC）主要由多级超导股线绕制而成，超导股线承担着超导磁体内部超导电流的传输工作。超导股线作为大型超导磁体的基本结构材料，其在外加载荷下的变形力学性能受到多种因素的综合影响；尤其在低温、强电磁场等多种因素耦合的复杂环境下，超导股线的综合力学性能及行为直接关系到ITER的安全与稳定运行。因此，开展超导股线在常温及低温等环境下的相关力学实验就显得尤为重要，而夹具是相关力学实验中不可或缺的器具，其对超导股线的夹持效果对实验结果有着重要的影响。

电子万能试验机的夹具大都为楔形夹具，夹持部分由左右两个楔形块组成，夹头是平面及V字型。如图14、15所示，在对股线夹持时，这两种夹头与股线的接触点均呈非均匀分布，一方面会对夹持部分的原结构造成改变，另一方面使得夹持时股线中各股受到的夹持力不均匀，导致各股所承受的拉载荷也不同，各股会产生不同的应变和滑移，造成测出的股线拉伸实验数据存在失真的问题。也有实验对平面夹头进行了改造，使其表面具有半圆形的槽，但由于改造后的圆弧半径固定，因此无法适应不同直径股线的夹持，针对不同直径股线的实际夹持效果如图16-18所示。此外，常见的平面夹头和V字形夹头与试件的接触面积较小，人为施加力达到夹紧状态时，无法提供足够的夹持力，造成试件在实验时与夹具存在一定程度的错动，从而使实验结果不可取。

而液压夹具在夹持试件时，可以提供较大的夹持力，对于常见的标准或非标准件的实验，具有很好的实验效果。但其在夹持超导股线时，由于液压夹具夹持力较大，夹持部分的股线会产生较大变形；同时，液压夹具的夹持部分同样为平面夹头或V字形夹头，同样使得各股会产生不同程度的应变和滑移，造成测出的股线实验数据存在失真问题。而对于超导股线在低温下的实验，液压夹具由于其原理的限制无法在低温（液氮）环境下工作，而要将夹具置于低温箱之外，使得超导股线的长度成倍增加，造成超导线不必要的浪费和成本的增加。

在实现本发明的过程中，我们发现现有夹具至少存在无法提供均匀分布或足够的夹持力，使得超导股线各股会相对滑移或错动，造成测出的股线实验数据失真，及对超导股线的外形结构造成改变等缺陷。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种超导多股线自适应夹具，能够对股线提供以环形均匀分布的夹持力，使得各股受力均匀，避免超导股线各股相对滑移或错动，确保了股线实验数据的精确度，减少了对股线结构的影响，并能适用于常温和低温环境的不同直径股线的实验。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种超导多股线自适应夹具，包括依次套装在支撑轴上的移动控制件、夹具盖和锥形腔，以及活动安装在支撑轴下端的数个楔形夹块；其中，移动控制件与支撑轴连接的中部设有压力轴承，移动控制件上端设有卡簧，使移动控制件在支撑轴上的位置相对固定；移动控制件内壁与夹具盖上部通过螺纹连接，夹具盖下部与锥形腔固定连接，楔形夹块沿环形均匀分布在锥形腔下端的环形口；将超导股线放置在由楔形夹块形成的夹具口，旋转移动控制件，由其带动夹具盖和锥形腔整体向上或向下移动，进而锥形腔下端的环形口向上移动使数个楔形夹块向中心聚拢夹紧超导股线，或向下移动使数个楔形夹块分散松开超导股线。

作为本案的优化方案，所述移动控制件上水平连接有施力杆，通过施力杆转动移动控制件。

作为本案的优化方案，所述施力杆沿移动控制件圆周均匀设置有4根。

作为本案的优化方案，所述支撑轴包括上端小径段、中间大径段和底部安装盘，所述夹具盖套装在大径段，楔形夹块分别活动安装在底部安装盘的卡装槽内。

作为本案的优化方案，所述楔形夹块包括上端卡装块、下端夹块和中间连接部，楔形夹块通过中间连接部活动安装在支撑轴的卡装槽内；当下端夹块向中心聚拢时，夹块的上端面与支撑轴的底部安装盘紧密接触。

作为本案的优化方案，所述楔形夹块沿环形均匀设置有8个。

作为本案的优化方案，所述楔形夹块与超导股线接触的部分加工为锯齿形。

本发明的有益效果是：

1、采用沿环形均匀分布的多个楔形夹块结构，能够提供沿股线环形均匀分布的夹持力，使得股线各股受力均匀，有效避免了超导股线各股产生相对滑移或错动，确保了股线实验数据的精确度；

2、将移动控制件由传统夹具的螺纹配合改为压力轴承形式，能够得到更大的夹持力，确保夹持状态的稳固；

3、楔形夹块能达到自锁效果，随实验进行而越夹越紧，防止试件松弛或滑动；多个夹持块，使其与股线具有多个接触面，增大了夹持力；

4、在不更换夹具夹块的前提下，可以夹持不同直径的股线，适用范围广；且根据实际夹持试件的形状（圆、椭圆、三角型等）需要，可通过改变夹块的数目及布局以达到最佳的夹持效果；

5、能够在常温以及低温环境下正常使用，结构合理，体积小而紧凑，能够满足在密闭的低温箱中进行试件实验的正常使用要求，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明超导多股线自适应夹具的结构剖视图；

图2为本发明超导多股线自适应夹具的整体结构示意图；

图3为本发明超导多股线自适应夹具中支撑轴的结构示意图；

图4为本发明超导多股线自适应夹具中移动控制件的结构示意图；

图5为本发明超导多股线自适应夹具中夹具盖的结构示意图；

图6为本发明超导多股线自适应夹具中锥形腔的结构示意图；

图7为本发明超导多股线自适应夹具中压力轴承的结构示意图；

图8为本发明超导多股线自适应夹具中卡簧的结构示意图；

图9为本发明超导多股线自适应夹具中楔形夹块的结构示意图；

图10为本发明超导多股线自适应夹具在低温环境下的拉伸测试示意图；

图11为本发明超导多股线自适应夹具夹持超导股线的示意图；

图12为本发明超导多股线自适应夹具中移动控制件的压力轴承配合示意图；

图13为现有技术中移动控制件的螺纹配合示意图；

图14为现有技术中平夹头的夹持示意图；

图15为现有技术中V字形夹头的夹持示意图；

图16为现有技术中半圆形凹槽夹持小径股线的夹持示意图；

图17为现有技术中半圆形凹槽夹持直径相当的股线的夹持示意图；

图18为现有技术中半圆形凹槽夹持大径股线的夹持示意图；

图中：1-支撑轴，2-移动控制件，3-夹具盖，4-锥形腔，5-楔形夹块，6-施力杆，7-压力轴承，8-卡簧，9-环形口，10-卡装槽，11-低温箱，12-超导股线，13-夹具，14-导杆，1-1-小径段，1-2-大径段，1-3-安装盘，5-1-卡装块，5-2-连接部，5-3-夹块。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明及其效果作进一步阐述。

如图1-9所示，一种超导多股线自适应夹具，包括支撑轴1、移动控制件2、夹具盖3、锥形腔4和楔形夹块5，由夹具盖3和锥形腔4组成了夹具的外壳体；移动控制件2、夹具盖3和锥形腔4依次套装在支撑轴1上，其中，移动控制件2与支撑轴1连接的中部设有压力轴承7，移动控制件2的上端设有卡簧8，使得移动控制件2在支撑轴1上的位置相对固定；移动控制件2内壁与夹具盖3上部通过螺纹连接，夹具盖3下部与锥形腔4固定连接；支撑轴1下端活动安装有的数个楔形夹块5，楔形夹块5沿环形均匀分布在锥形腔4下端的环形口9，楔形夹块5优选设置有8个，能够沿各个方向环形包围所夹持物件；此外，楔形夹块5与超导股线接触的部分加工为锯齿形，增大了摩擦，确保夹持的稳固性。夹持时，将超导股线放置在由楔形夹块5形成的环形夹具口，旋转移动控制件2，由其带动夹具盖3和锥形腔4整体向上或向下移动，进而锥形腔4下端的环形口9向上移动使数个楔形夹块5向中心聚拢夹紧超导股线，或向下移动使数个楔形夹块5分散松开超导股线。

进一步地，如图3所示，所述支撑轴1包括上端小径段1-1、中间大径段1-2和底部用于安装楔形夹块5的安装盘1-3；将夹具盖3套装在大径段1-2，该段为移动控制件2旋转带动夹具外壳整体上移或下移的受力段，增大轴径，使得夹具整体满足强度要求。如图9所示，楔形夹块5包括上端卡装块5-1、下端夹块5-3和中间连接部5-2，楔形夹块5通过中间连接部5-2活动安装在支撑轴安装盘1-3的卡装槽10内；当下端夹块5-3向中心聚拢时，夹块5-3的上端面与支撑轴1的底部安装盘1-3紧密接触，限制楔形夹块5进一步上移，进而配合锥形腔4的环形口9上移箍紧楔形夹块5，确保足够的夹持力。

更进一步地，沿移动控制件2的外圆周水平、均匀连接有4根施力杆6，通过施力杆6转动移动控制件2，方便操作且省时省力。

如图10、11所示，现结合超导股线在低温下的拉伸测试，对其实施过程进一步阐述：

1、对超导股线12的受力夹持部分（端部2~3cm）进行简单的包裹，防止人为因素对线材形状造成破坏；

2、将夹具13上、下对应放入低温箱11，而后通过导杆14将其与电子万能试验机连接；

3、将超导股线12的上端包裹部分放入上方夹具13的夹具口，接着通过施力杆6沿可减小移动控制件2与锥形腔4距离的方向转动移动控制件2，即向下转动移动控制件2；

4、与支撑轴1位置相对固定的压力轴承7将限制移动控制件2向下移动，由移动控制件2的螺纹带动夹具盖3和锥形腔4向上移动，楔形夹块5向上与支撑轴1底面接触后，随着锥形腔4的下端环形口9继续上移，将使多个楔形夹块5向中心靠拢，从而环向包围夹持试件；采用同样的方式将超导股线的下端夹持固定。

5、关闭低温箱，进行低温环境下的准备和测量工作；

6、卸载试件时，向相反的方向转动移动控制件2，固定在移动控制件2上端的卡簧8将限制其向上移动，带动夹具盖3和锥形腔4向下移动，楔形夹块5分开，卸除试件。

利用本夹具装置进行超导股线的夹持时，首先，能够对股线提供以环形均匀分布的夹持力，使得各股受力均匀，达到同步拉伸的效果，有效避免了超导股线各股产生相对滑移或错动，确保了股线实验数据的精确度；其次，在不更换夹具夹块的前提下，可以夹持不同直径的股线，适用范围广，并且可根据实际夹持试件的形状（圆、椭圆、三角型等）需要，改变夹块的数目及布局以达到最佳的夹持效果；此外，将移动控制件由传统夹具的螺纹配合改为压力轴承形式，能够得到更大的夹持力，确保夹持状态的稳固（如图12、13所示）。密闭的低温箱中进行试件的装卸操作时，要求夹具不能过大，而现有试验机提供的夹具大都体积庞大，自然无法使用。将试验机提供的夹具进行小型化后，虽然能够在低温箱中使用，但是夹持部分仍为平面、V字形或具有半圆型槽的平夹头，为了试验的准确性，数据的采集必须远离夹持段，从而需适当增加试件长度，使得试件的可拉伸空间减小；本夹具装置结构合理，体积小型、紧凑，能够满足要求在密闭的低温箱中正常使用。

以上实施例仅是示例性的，并不会局限本发明，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，所做出的其它等同变型和改进，均应视为本发明的保护范围。