一种高压下球形接头启动力矩测试装置与方法

1.本发明涉及接头性能实验测量领域的技术领域，具体是涉及一种高压下球形接头启动力矩测测试装置与方法。


背景技术：

2.球形接头是一种新型的补偿器，具有很强的位移补偿能力和优异的高温高压耐久性，在飞机空气导管极端恶劣的工作环境中受到青睐。其弯曲能力与材料、管内流体的温度和压力以及接头的安装形式密切相关。弯曲摩擦力矩和弯曲刚度评价球形接头补偿能力的重要指标，直接决定了空气导管系统的力学特性。
3.在对球形接头的弯曲特性进行测量时，为方便安装和载荷的施加，需要在球形接头两端焊接直管，并将直管两端堵塞，以保证压力的施加。但是此操作会导致活动部分末端出现一个轴向的压力，从而导致实验中测得的内部支反力会比实际工况中的要大，从而导致不能掌握其准确的特性参数。


技术实现要素：

4.发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种高压下球形接头启动力矩测测试装置，能够实现在高压工况下准确测量出球形接头启动力矩。同时，本发明还提供了一种高压下球形接头启动力矩测测试方式，获得利用上述装置测量得到准确的球形接头启动力矩。
5.技术方案：为解决上述问题，本发明公开一种高压下球形接头启动力矩测测试装置，包括：固定模块、试验件模块、导轨模块、作动模块、滑动模块；固定模块用于固定试验件模块与导轨模块；试验件模块包括固定管部、活动管部、连接固定管部与活动管部的球形接头；导轨模块包括应力平衡装置、弧形导轨；作动模块包括疲劳机、连接装置；滑动模块包括滚轮、激光测距仪、挡板、滑轨；
6.活动管部的一端与应力平衡装置连接，应力平衡装置滑设于弧形导轨上；疲劳机与连接装置的一端连接，连接装置的另一端套固有滚轮、激光测距仪；挡板固定于活动管部靠近球形接头的一端；滑轨沿活动管部长度方向设置，滑轨底部固定于活动管部远离球形接头的一端，滑轨底部套设于滚轮上，滚轮位于滑轨内滑动；
7.固定管部、球形接头、活动管部同轴连接时，疲劳机带动连接装置沿竖直方向运动，应力平衡装置于弧形导轨上滑动使活动管部带动球形接头的中轴线相对固定管部的中轴线发生偏转；应力平衡装置上还设有激光角度仪，激光角度仪用于测量试验过程中球形接头的中轴线相对固定管部的中轴线的偏转角度；滚轮于滑轨内滑动，激光测距仪用于测量测量试验前后挡板与滚轮的距离。
8.进一步的，固定模块包括端部固定装置、中部固定装置、尾部固定装置、水平实验台架；端部固定装置、中部固定装置、尾部固定装置均固定于水平实验台架上；固定管部的一端与端部固定装置连接，弧形导轨与尾部固定装置连接；中部固定装置的顶部套固于固定管部外围。
9.进一步的，连接装置的另一端呈倒t字形，倒t字形的宽部套固有滚轮、激光测距仪。
10.进一步的，所述滚轮的数量为两个，两个滚轮分别套固于倒t字形宽部的两端；滑轨包括套接部、与套接部顶部固连且沿活动管部长度方向设置的滑轨部，滑轨部包括第一滑轨部、第二滑轨部；套接部套固于活动管部上；第一滑轨部套设于一个滚轮上，该滚轮位于第一滑轨部内沿活动中空管部长度方向滑动；第二滑轨部套设于另一个滚轮上，该滚轮位于第二滑轨部内沿活动中空管部长度方向滑动。
11.进一步的，所述尾部固定装置开设插口，弧形导轨远离应力平衡装置的一侧设有与插口匹配的凸块，弧形导轨通过凸块与插口的匹配与尾部固定装置连接。
12.进一步的，活动管部的另一端与应力平衡装置嵌套连接。
13.此外，本发明还提供一种高压下球形接头启动力矩测测试方法，包括以下步骤：
14.(1)测量实验前，测量挡板与距离球形接头的距离，记为l；
15.(2)对试验件模块进行冲压操作，使试验件模块内部充满高压气体；
16.(3)操作完成后，通过激光角度仪获取球形接头的中轴线相对固定管部的中轴线的偏转角度α，通过激光测距仪获取操作结束后挡板与滚轮的最终距离l1
′
；
17.(4)通过球形接头的力矩计算公式得出球形接头的启动力矩；所述计算公式：
18.m＝f
·
cosα
·
(l+l1
′
)
19.式中，m表示启动力矩；f为疲劳机带动中空管部运动施加的作用力大小。
20.有益效果：本发明所述一种高压下球形接头启动力矩测测试装置相对于现有技术，其显著优点是：通过设置弧形导轨与压力平衡的设置，保证整个试验过程中由于封堵而出现的附加轴向力被抵消；在作动模块与滑动模块之间采用滚轮加滑轨的方式进行连接，保证了整个试验过程中滑块部分和试验件的管子运动同向，可实现大角度的球形接头特性实验；通过设置滑动模块中的滚轮使得其在受力沿滑轨滑动的过程中尽可能的减少附加摩擦力。本发明所述方法相对于现有技术而言，其显著优点是：通过本方法能够得到球形接头力矩测试过程中准确的启动力矩。
附图说明
21.图1所示为本发明所述装置的结构示意图；
22.图2所示为本发明所述装置中固定模块的结构示意图；
23.图3所示为本发明所述装置中试验件模块的结构示意图；
24.图4所示为本发明所述装置中导轨模块的模块的结构示意图；
25.图5所示为本发明所述装置中作动模块的结构示意图；
26.图6所示为本发明所述装置中滑动模块的结构示意图；
27.图7所示为本发明所述方法的力矩计算示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。
29.如图1所示，本发明提供的一种高压下球形接头启动力矩测测试装置，具体包括五个模块，分别为固定模块1、试验件模块2、导轨模块3、作动模块4、滑动模块5；
30.如图2所示，固定模块1具体包括：端部固定装置101、尾部固定装置103、位于端部固定装置101与尾部固定装置103之间的中部固定装置102以及水平实验台架104。所述端部固定装置101、中部固定装置102、尾部固定装置103均竖直固定于水平实验台架104上并间隔一定距离；端部固定装置101具有供冲压的进气口(图中未示出)，尾部固定装置103上还设有两个插口。如图3所示，试验件模块2具体包括：固定管部201、活动管部203、用于连接固定管部201与活动管部203的球形接头202。如图4所示，导轨模块3具体包括应力平衡装置301、弧形导轨302、激光角度仪303；应力平衡装置301包括嵌套装置与滑轮；滑轮滑动设置于弧形导轨302上，弧形导轨302接触滚轮的一侧面为内弧侧，另一侧具有两个凸块；激光角度仪303安装于应力平衡装置301上，用于时刻测得球形接头的偏转角度。
31.所述的固定管部201一端固定于端部固定装置101上，另一端通过球形接头202与活动管部203的一端连接，活动管部203的另一端与应力平衡装置301的嵌套装置嵌套连接。弧形导轨302的两个凸块对应的插入两个插口中将应力平衡装置301与尾部固定装置103相连。中部固定装置102的顶部套固于固定管部201的外围。
32.如图5所示，作动模块4包括疲劳机401、连接装置402；疲劳机401具有底座，两个支撑柱以及套设于两个支撑柱上的电机，电机用于带动连接装置402在竖直方向上移动；水平实验台架104高于疲劳机401的底座并自两个支撑柱中穿过。连接装置402的顶部与疲劳机401的电机底部固定连接，底部呈倒t字形的柱轴。如图6所示，滑动模块5包括滚轮501、激光测距仪502、挡板503、滑轨504；所述滚轮501具有两个，分别套固于连接装置402底部倒t字形的宽部的两端，激光测距仪502也套固于连接装置402底部倒t字形的宽部的端部。滑轨504的顶部为两个呈内部中空的正方形板，分别为第一滑轨部、第二滑轨部，第一滑轨部与第二滑轨部内部中空的部位设有沿试验件模块2长度方向延伸的滑槽，第一滑轨部与第二滑轨部均套设于滚轮501上，两个滚轮501分别置于第一滑轨部与第二滑轨部内滑动。滑轨504的底部为套接部，套接部为两个间隔一定距离的圆形套环，第一滑轨部与第二滑轨部均固定于套接部上。挡板503固定设置于活动管部203靠近球形接头202的一端，与球形接头202间隔一定距离；滑轨504设置于活动管部203远离球形接头202的一端。激光测距仪502用于测量挡板503与滚轮501的距离。
33.测量实验前，试验件模块2中的固定管部201、活动管部203、球形接头202均呈水平放置，每个部件的轴向中心线彼此重合，处于同一水平面。测量实验进行时，疲劳机401带动连接装置402沿竖直方向上升，滑轨504带动活动管部203上升，由于固定管部201被中部固定装置102固定，与固定管部201连接的球形接头202的部分无法移动，活动管部203带动球形接头202的中轴线相对固定管部201的中轴线发生偏转，活动管部203的另一端于弧形导轨302上滑动。球形接头202的转动导致试验件模块活动部分末端的轴向力方向在改变，通过弧形导轨302的作用来使此作用力时刻处于被抵消的状态。随着活动管部203的上升，滚轮501还会位于滑轨504内向远离球形接头202的方向滑动。
34.此外，基于上述装置，本发明还提供一种高压下球形接头启动力矩测测试装置的测量方法，具体包括以下步骤：
35.(1)进行测量实验前，如图7所示，测量挡板与距离球形接头的距离，记为l；
36.(2)对试验件模块进行冲压操作，使试验件模块内部充满高压气体；
37.(3)设定预设的位移值，操作疲劳机带动中空管部沿竖直方向上升预设位移值，完
成操作后，通过激光角度仪获取球形接头的中轴线相对固定管部的中轴线的偏转角度α；同时，滚轮位于滑轨内滑动，如图7所示，通过激光测距仪获取操作前挡板与滚轮的距离l1、操作结束后挡板与滚轮的最终距离l1
′
；
38.(4)通过球形接头的力矩计算公式得出球形接头的启动力矩；所述计算公式：
39.m＝f
·
cosα
·
(l+l1
′
)
40.式中，m表示启动力矩；f为疲劳机带动中空管部上升施加的作用力大小。