一种用于纤维复合材料抽油杆拉伸性能试验的夹具的制作方法

本实用新型属于实验设计领域，涉及一种用于纤维复合材料抽油杆拉伸性能试验的夹具。

背景技术：

随着油气田开发的深入，为满足深抽提液要求，解决井筒流体腐蚀抽油杆而影响抽油杆的使用寿命等问题，近年来纤维增强复合材料抽油杆(常用的是玻璃纤维和碳纤维)在油气开采中的应用规模不断增加。与钢制抽油杆相比，纤维增强复合材料抽油杆具有重量轻、弹性好、抗腐蚀等优点，不仅节省了成本和能耗，也提高了产量，因此得到了越来越多的应用。

在实际工作时，抽油机带动抽油机驴头低速上下往复运动时抽油杆柱的受力状态是不断变化的，上行时，抽油杆一般处于受拉状态，而下行时，对抽油泵柱塞产生向上的流动阻力，同时还有向上的摩擦阻力，这样就使抽油杆柱上部受拉、下部受压，因此，抽油杆的拉伸性能指标非常重要。然而，玻璃纤维复合材料抽油杆执行的标准(sy/t5029-2013、q/sytgrc144-2018)和碳纤维复合材料抽油杆执行的标准(syt6585-2013)均规定了拉伸试验样品的两端必须安装金属接箍，由于预制金属接箍需要在工厂进行，给其他检验机构和用户单位的检验造成不便，而且拉伸试验时容易在金属接箍处造成脱扣而使试验无效，此外，当试验量较大时预制接箍也增加了试验的成本。

因此，有必要设计一种可反复使用的夹具代替金属接箍，使纤维复合材料抽油杆的拉伸试验变得简便、准确和高效。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于纤维复合材料抽油杆拉伸性能试验的夹具，以解决现有的拉伸试验中预制金属接箍的高成本以及接箍处脱扣使试验无效的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种用于纤维复合材料抽油杆拉伸性能试验的夹具，包括第一托板、第一盖板、第二托板和第二盖板，第一托板、第一盖板、第二托板和第二盖板的内表面均开设有相同尺寸的凹槽；

使用时，第一盖板固定在第一托板的正上方，第二盖板固定在第二托板的正上方，试样的一端固定在第一托板和第一盖板形成的空腔中，另一端固定在第二托板和第二盖板形成的空腔中。

优选地，第一托板的尺寸、形状与第二托板相同，第一盖板的尺寸和形状与第二盖板相同。

优选地，所述凹槽的半径与待测试样的半径相同；凹槽的深度小于待测试样的半径。

优选地，所述凹槽的内表面设有磨砂层，凹槽表面的锚纹深度为40～80μm。

优选地，所述凹槽的圆弧处设有倒角面。

优选地，进行拉伸试验时，与拉伸试验机相互接触的夹具外表面的粗糙度为sa2.5～3.2级。

优选地，所述第一托板、第一盖板、第二托板和第二盖板上均开设有孔；使用时，第一托板上的孔和第一盖板上的孔之间通过紧固件连接，第二托板上的孔和第二盖板上的孔之间通过紧固件连接。

优选地，所述第一托板和第二托板的孔内设有内螺纹；紧固件为与内螺纹配合的螺母。

优选地，所述第一盖板和第二盖板上的孔为内沉槽孔。

优选地，所述第一托板、第一盖板、第二托板和第二盖板均采用低碳钢材料制成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种用于纤维复合材料抽油杆拉伸性能试验的夹具，包括第一托板、第一盖板、第二托板和第二盖板，第一盖板固定在第一托板的正上方，第二盖板固定在第二托板的正上方，试样的一端固定在第一托板和第一盖板形成的空腔中，另一端固定在第二托板和第二盖板形成的空腔中。能够分别通过第一托板与第一盖板的夹紧、第二托板与第二盖板的夹紧，使得试样能够紧固在夹具中。本实用新型的夹具加工制造方便、安装便捷，适于大规模生产，且一个夹具可以重复多次使用，极大地节省了预制金属接箍的成本；同时，托板与盖板能够对试样的两端进行完全夹紧，从而有效解决了杆状试样脱扣造成试验无效的问题。

进一步地，第一托板的尺寸、形状与第二托板相同，第一盖板的尺寸和形状与第二盖板相同，使得夹具对杆状试样两端的夹紧力相同，保证杆状试样在夹紧时保持平衡。

进一步地，凹槽的半径与杆状试样的半径相同，凹槽的深度小于杆状试样的半径，使凹槽与杆状试样的外壁紧密贴合，从而使杆状试样的两端能被第一托板与第一盖板、第二托板与第二盖板充分夹紧，避免杆状试样在试验进行过程中发生滑脱。

进一步地，凹槽的内表面设有磨砂层，锚纹深度达到40～80μm，能够防止试样在夹具加持下滑脱或松动。

进一步地，与拉伸试验机接触的夹具外表面的粗糙度控制在sa2.5～3.2级(微见刀痕)，避免太过光滑而使夹具在拉伸试验机的夹持处滑脱或松动。

进一步地，对第一托板和第一盖板第二托板和第二盖板的两端圆弧处均进行倒角处理，能够防止夹具在拉伸试验工作中对杆状试样造成挤压损伤，从而保证试验结果的准确性，避免试验无效的问题。

进一步地，紧固件紧固于第一托板与第一盖板的孔中，防止第一托板与第一盖板之间互相移动；紧固件紧固于第二托板与第二盖板的孔中，防止第二托板与第二盖板之间互相移动，增加了试样的紧固性。

进一步地，紧固件的尺寸与孔的内径相同；第一盖板及第二盖板上的孔为内沉槽孔，能够确保在紧固件拧紧后，紧固件的两端不能超出第一托板、第一盖板、第二托板和第二盖板的外表面。

进一步地，夹具材料选择硬度较高的低碳钢，避免了在拉伸试验中被挤压产生变形的风险，延长了夹具的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的夹具水平放置时的俯视图；

图2为本实用新型的夹具沿杆状试样轴线的剖面图；

图3为本实用新型的夹具垂直放置时的俯视图，(将图1旋转90°)；

图4为第一托板、第二托板的加工尺寸图；其中，(a)为第一托板或第二托板的俯视图的尺寸示意；(b)为第一托板或第二托板的侧视图的尺寸示意；

图5为第一盖板、第二盖板的加工尺寸图，其中，(a)为第一盖板或第二盖板的俯视图的尺寸示意；(b)为第一盖板或第二盖板的侧视图的尺寸示意。

其中：1-第一托板；2-第一盖板；3-第二托板；4-第二盖板；5-紧固件；6-杆状试样。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

实施例1

如图1～3所示，一种用于纤维复合材料抽油杆拉伸性能实验用夹具，包括第一托板1、第一盖板2、第二托板3、第二盖板4和紧固件5，第一托板1和第二托板3的上表面、第一盖板2和第二盖板4的下表面分别加工相同尺寸和形状的凹槽，此凹槽用于固定杆状试样；使用时，首先将第一托板1和第二托板3水平放置在同一平面上，将试样的两端分别置于第一托板1和第二托板3上的凹槽中，再将第一盖板固定在第一托板1的上方，将第二盖板4固定在第二托板3的上方，使试样的一端固定在第一托板1和第一盖板2的凹槽形成的空腔中，另一端固定在第二托板3和第二盖板4的凹槽形成的空腔中。

需要说明的是，第一托板1、第一盖板2、第二托板3、第二盖板4的长、宽、高相同，从而在使用状态时，使第一盖板2和第一托板1的正投影完全重合，第二盖板4和第二托板3的正投影完全重合；

实施例2

即凹槽的半径与杆状试样的半径相同，凹槽的深度小于杆状试样的半径，使得凹槽与杆状试样外壁紧密贴合，以保证杆状试样被夹具夹紧。其余内容同实施例1。

实施例3

对凹槽的内表面进行喷砂处理，凹槽锚纹深度达到40～80μm，从而防止试样在夹具加持下滑脱或松动。为了防止夹具在拉伸试验机的夹持处滑脱或松动，与拉伸试验机接触的夹具表面的粗糙度控制在sa2.5～3.2级，即微见刀痕，从而避免夹具太过光滑而使夹具在拉伸试验机的夹持处滑脱或松动。

其余内容同实施例1。

实施例4

对第一托板1和第一盖板2的两端开槽的半圆弧处、第二托板3和第二盖板4两端开槽的半圆弧处均进行倒角处理。其余内容同实施例1。

实施例5

第一托板1、第一盖板2、第二托板3和第二盖板4均开有孔；第一托板1和第一盖板2的孔径位置相同，第二托板3和第二盖板4的孔径位置相同；使用时，将紧固件5固定在第一托板1与第一盖板2的孔中，防止第一托板1与第一盖板2间互相移动；紧固件5固定在第二托板3与第二盖板4孔中，防止第二托板3与第二盖板4间互相移动。紧固件5的尺寸与孔的内径相同，且紧固件5与第一盖板2及第二盖板4的配合采用内沉槽设计，能够确保拧紧后，紧固件5的两端均不会超出第一托板1、第一盖板2、第二托板3、和第二盖板4的外表面。

在本实施例中，第一托板1和第二托板3的开孔内壁预制螺纹，第一盖板2和第二盖板4开孔内壁无螺纹；紧固件5为六角螺栓。

其余内容同实施例1。

实施例6

第一托板1、第一盖板2、第二托板3和第二盖板4的两端分别开有2个孔；其余内容同实施例5。

上述实施例中，第一托板1、第一盖板2、第二托板3、第二盖板4材料采用硬度较高的低碳钢材料制成。

为了保证常见规格的杆状试样能与夹具配合完好，参见图4和图5，第一托板1、第一盖板2、第二托板3和第二盖板4的具体尺寸见表1。

表1夹具尺寸一览表(单位：mm)

备注：φ—杆状试样外径；r—凹槽半径；h—凹槽深度；l—托板或盖板的长度；w—托板或盖板的宽度；t—托板或盖板的高度；e—孔中心至托板或盖板边缘的距离(长度方向)；b—螺栓孔中心至托板/盖板边缘的距离(宽度方向)；s—两个螺栓孔中心之间的距离；d—螺栓孔内径；d—紧固件螺纹段外径。

表1中对常见的不同规格的纤维复合材料抽油杆均设计了相对应的夹具尺寸和形状，即第一托板1、第一盖板、第一托板1i、第二盖板的尺寸与杆状试样的直径匹配，从而能够使不同规格的杆状试样采用相对应的夹具。从而使得本实用新型的夹具可以满足市场上现有规格的纤维复合材料抽油杆的拉伸试验，实用性更强，适用范围更广。

使用本实用新型的装置进行纤维复合材料抽油杆的拉伸性能试验，过程如下：

将第一托板1和第二托板3水平放置在同一水平面上；将杆状试样6的两端放置在第一托板1和第二托板3的凹槽内，并且杆状试样6的两端均不能伸出凹槽外，将第一盖板2放置在第一托板1的正上方，将第二盖板4放置在第二托板3的正上方；将紧固件5固定在第一托板1和第一盖板2的孔中，并用扳手拧紧，使得第一托板1与第一盖板2之间不会发生相互移动，同样将其余的紧固件5固定在第二托板3和第二盖板4的孔中，并用扳手拧紧，使得第二托板3和第二盖板4之间不会发生相互移动，并保持第一托板1与第二托板3平行，第一盖板2与第二盖板4平行；将组装好的杆状试样6夹持于拉伸试验机的上下夹头上，并使杆状试样6的轴线与拉伸试验机上、下夹头的中心线重合；进行拉伸试验；拉伸试验结束后，对夹具进行清理，清除掉夹具上的树脂粉末，使夹具表面露出金属光泽，待下次继续循环使用；由于拉伸试验过程中杆状试样6表面树脂飞溅且断裂瞬间响声巨大，在拉伸试验过程中应佩戴护目镜和耳塞；在整个夹具组装及拉伸试验过程中应佩戴厚实的胶皮手套，防止玻璃纤维或碳纤维扎伤皮肤。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。