一种定位格架弹簧压缩测试专用夹具

1.本发明属于材料力学测试技术领域，具体的说，是涉及一种用于对压水堆燃料组件中的定位格架弹簧进行压缩测试的专用夹具。


背景技术：

2.压水堆燃料组件作为压水反应堆的核心部件，主要包括燃料棒束、定位格架、以及上下安装座等组件。其中定位格架由一系列规则排布的条带交叉焊接而成，从而形成规则排布的栅元，每个栅元都通过四个格架内刚凸以及两个三弯弹簧对燃料棒夹持和定位，从而形成长方体的定位格架外观以及内部多个长方体槽的特殊结构。对于整个燃料组件，重点要考虑定位格架的结构完整性问题，其中包括定位格架弹簧的压缩变形行为。在现有的技术条件下，常规的夹具无法夹持，如何进行定位格架弹簧的压缩测试成为了一个新问题，所以设计一种专用的定位格架弹簧压缩测试夹具已十分必要。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种定位格架弹簧压缩测试专用夹具，能够保证定位格架在对称加载中保持位置不变，同时可分别测试定位格架不同位置处的内部弹簧，从而测量燃料组件定位格架弹簧的压缩变形行为，获得弹簧片的力-位移曲线。
4.为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
5.本发明提供了一种定位格架弹簧压缩测试专用夹具，包括弹簧压缩组件和定位格架保持组件；
6.所述弹簧压缩组件包括左右两个格架下夹具、左右两个格架上夹具、左右两个顶杆；左侧的所述格架下夹具、所述格架上夹具、所述顶杆相互连接构成长方形框体，右侧的所述格架下夹具、所述格架上夹具、所述顶杆相互连接构成长方形框体；两侧构成的长方形框体同平面设置，并且其中两个所述顶杆相对靠近，而两个所述格架下夹具、两个所述格架上夹具相对远离；
7.两个所述格架下夹具结构相同且对称设置，每个所述格架下夹具为直角形结构；两个所述格架下夹具的顶部分别通过第一螺钉固定于试验机左右横梁上的标准夹具；两个所述格架上夹具结构相同且对称设置，每个所述格架上夹具为直角形结构；两个所述格架上夹具的底部分别通过销钉与两个所述格架下夹具的顶部连接；两个所述顶杆的下端分别通过第二螺钉固定连接于两个所述格架下夹具的底部，两个所述顶杆的上端分别插装于两个所述格架上夹具顶部的配合孔；加载过程中，试验机左右横梁上的标准夹具通过所述格架上夹具与所述格架下夹具对所述顶杆的上下两端同时施力，所述顶杆的中间区域用于插入定位格架与定位格架内部弹簧均匀接触；
8.所述定位格架保持组件包括一个支架托、前后两个导轨、前后两个滑块；所述支架托位于所述格架下夹具和所述格架上夹具之间；
9.所述支架托包括左右两块相互平行的侧板，两块所述侧板底部连接有底板，两块
所述侧板前后分别连接有两块翼板；两块所述侧板之间用于放置定位格架，所述定位格架与所述侧板为间隙配合，所述定位格架底部承托于所述底板；所述底板与所述格架下夹具之间存在间距，所述顶杆通过所述底板开设的贯穿孔穿过；
10.两块所述翼板分别由所述侧板前后向外伸出，每块所述翼板连接有滑块，所述滑块安装于前后两个所述导轨，所述导轨固定于试验机，所述滑块能够带动所述支架托沿所述导轨直线滑动；
11.所述定位格架能够在所述支架托内部前后移动，且所述支架托能够带动所述定位格架左右移动，从而调节所述顶杆在所述定位格架中的位置，以测试所述定位格架中不同位置的内部弹簧。
12.进一步地，所述格架下夹具由一体成型的竖向梁和横向梁构成直角形结构，其横向梁均位于竖向梁底部；所述格架下夹具的竖向梁顶端设置有向外伸出的连接体，该连接体上设置有竖直方向的螺栓孔和销钉孔，该螺栓孔用于安装所述第一螺钉，该销钉孔用于安装所述销钉；所述格架下夹具的横向梁末端开设有方形槽，方形槽内部设置有水平方向的螺纹孔，该螺纹孔用于安装所述第二螺钉。
13.进一步地，所述格架上夹具由一体成型的竖向梁和横向梁构成直角形结构，其横向梁均位于竖向梁顶部；所述格架上夹具的竖向梁底端设置有向外伸出的连接体，该连接体上设置有竖直方向的螺栓孔和销钉孔，该螺栓孔用于所述第一螺钉的装卸，该销钉孔用于安装所述销钉；所述格架上夹具的横向梁末端开设用于插入所述顶杆上端的所述配合孔。
14.进一步地，所述侧板中间切割有长方形的缺口
15.本发明的有益效果是：
16.(一)本发明的定位格架弹簧压缩测试专用夹具，其弹簧压缩组件中顶杆与格架上夹具的连接，格架上夹具与格架下夹具的连接，均设计为易于通过机械手进行安装和拆卸的方式，以更好地满足定位格架弹簧压缩测试时外部热室环境的防辐射要求。
17.(二)本发明的定位格架弹簧压缩测试专用夹具，其弹簧压缩组件中顶杆与格架上夹具、格架下夹具的连接方式，保证了在对称加载过程中定位格架的位置不变，更重要的是保证了在对称加载过程中顶杆始终与定位格架内部弹簧均匀接触，避免加载过程中弯矩的影响。
18.(三)本发明的定位格架弹簧压缩测试专用夹具，其定位格架保持组件的支架托可有效固定定位格架的左右位置，既方便机械手放置定位格架时，又保证试验过程中定位格架不发生偏转，同时支架托及顶杆与定位格架的大接触面可以使机械手放置的左右误差不受影响。
19.(四)本发明的定位格架弹簧压缩测试专用夹具，其定位格架保持组件的支架托与导轨、滑块的联合设计可以使定位格架在前后方向和左右方向的一定范围内自由调节，方便测试不同位置处的定位格架内部弹簧。
附图说明
20.图1为本发明实施例所提供定位格架弹簧压缩测试专用夹具的立体示意图；
21.图2为本发明实施例所提供定位格架弹簧压缩测试专用夹具的正视图；
22.图3为本发明实施例所提供定位格架弹簧压缩测试专用夹具的左视图；
23.图4为本发明实施例所提供定位格架弹簧压缩测试专用夹具的俯视图；
24.图5为本发明实施例所提供定位格架弹簧压缩测试专用夹具中弹簧压缩组件的拆分示意图；
25.图6为本发明实施例所提供定位格架弹簧压缩测试专用夹具中支架托结构图。
26.上述图中：1：格架下夹具；2：销钉；3：第一内六角螺钉；4：十字槽螺钉；5：导轨；6：支架托；601：底板；602：贯穿孔；603：侧板；604：翼板；7：梅花槽圆头螺钉；8：定位格架；9：格架上夹具；901：长方体配合孔；10：滑块；11：顶杆；12：第二内六角螺钉。
具体实施方式
27.为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
28.如图1至图4所示，本实施例提供了一种定位格架弹簧压缩测试专用夹具，主要包括弹簧压缩组件和定位格架保持组件两大部分。
29.如图5所示，弹簧压缩组件主要包括左右两个格架下夹具1、左右两个格架上夹具9、左右两个顶杆11。左侧的格架下夹具1、格架上夹具9、顶杆11相互连接构成长方形框体，右侧的格架下夹具1、格架上夹具9、顶杆11相互连接构成长方形框体。左侧构成的长方形框体和右侧构成的长方形框体同平面设置；并且在两侧构成的长方形框体中两个顶杆11相对靠近而两个格架下夹具1、两个格架上夹具9相对远离。
30.左右两个格架下夹具1结构相同且对称设置，每个格架下夹具1由一体成型的竖向梁和横向梁构成直角形结构，其中横向梁均位于竖向梁底部。格架下夹具1的竖向梁顶端设置有向外伸出的连接体，连接体上设置有两个竖直方向的螺栓孔和一个竖直方向的销钉孔，该两个螺栓孔用于通过第一内六角螺钉3与试验机左右横梁上的标准夹具固定；该销钉孔用于通过销钉2与格架上夹具9进行固定。格架下夹具1的横向梁末端开设有方形槽，方形槽内部设置有水平方向的螺纹孔，该螺纹孔用于通过第二内六角螺钉12与顶杆11下端连接。
31.左右两个格架上夹具9结构相同且对称设置，每个格架上夹具9由一体成型的竖向梁和横向梁构成直角形结构，其中横向梁均位于竖向梁顶部。格架上夹具9的竖向梁底端设置有向外伸出的连接体，连接体上设置有两个竖直方向的螺栓孔和一个竖直方向的销钉孔，该两个螺栓孔不用于连接，而仅用于方便第一内六角螺钉3的安装和拆卸；该销钉孔用于通过销钉2与格架下夹具1进行固定。格架上夹具9的横向梁末端开设有配合孔901，配合孔901用于使顶杆11上端插入，并与顶杆11上端通过间隙配合进行连接。
32.左右两个顶杆11结构相同且对称设置，每个顶杆11的下端和上端分别与格架下夹具1和格架上夹具9连接。左右顶杆11的下端分别卡入左右格架下夹具1的方形槽中，并且下端设置有水平方向的螺纹孔，该螺纹孔与格架下夹具1的方形槽中螺纹孔对齐，并安装第二内六角螺钉12，从而将左右顶杆11分别与左右格架下夹具1相连接。左右顶杆11的上端分别插入左右两个格架上夹具9的配合孔901中，顶杆11上端与配合孔901间隙配合，实现左右顶杆11与左右格架上夹具9的连接。顶杆11的中间区域模拟燃料棒与定位格架8内部弹簧在竖直方向上均匀接触。
33.左右两个格架上夹具9与左右两个格架下夹具1分别连接后，两者的竖向梁通过连接体对接，横向梁上下对应且相互平行。左右两个顶杆11分别连接在左右两个格架上夹具9与左右两个格架下夹具1的横向梁之间，与两者的竖向梁相互平行；即顶杆11与格架上夹具9和格架下夹具1的横向梁形成工字形结构。由此，试验机左右横梁上的标准夹具通过两个格架上夹具9与两个格架下夹具1进行加载，从而使得左侧的格架上夹具9与格架下夹具1对左侧的顶杆11上下两端，右侧的格架上夹具9与格架下夹具1对右侧的顶杆11上下两端同时施力，保证了定位格架8位置不变以及顶杆11在竖直方向上与定位格架8内部弹簧的均匀接触。由于格架上夹具9的横向梁与格架下夹具1的横向梁均与顶杆11相垂直，从而能够避免加载过程中的弯矩影响。其中，顶杆11的中间区域可以根据定位格架8内部弹簧的结构设计成不同形状。
34.可见，弹簧压缩组件用于与试验机左右横梁上的标准夹具连接，置于试验机横梁之间的测试区域内，可以实现对称加载，保证定位格架8位置不变，同时保证加载过程中没有弯矩的影响。
35.定位格架保持组件主要包括一个支架托6、两个导轨5、两个滑块10。
36.如图6所示，支架托6主要由一块底板601，左右两块侧板603和前后两块翼板604构成。支架托6位于格架下夹具1、格架上夹具9之间，侧板603的底边与格架下夹具1、格架上夹具9的横向梁相垂直。
37.左右两块侧板603相互平行设置，两块侧板603之间用于放置定位格架8；定位格架8与左右两块侧板603均为间隙配合，以保证试验过程中定位格架8不会发生偏转。每块侧板603中间切割有长方形的缺口，用于方便格架下夹具1和格架上夹具9的安装。
38.底板601位于两块侧板603底部且设置在两块侧板603之间，底板601用于托举定位格架8，以承受定位格架8的重量。底板601与左右两个格架下夹具1的横向梁之间存在间距，即不与左右两个格架下夹具1相接触。底板601中部设置有长方形的贯穿孔602，贯穿孔602用于使左右两个顶杆11穿过。
39.左右两块侧板603和底板601构成两端无挡板的长方体槽固定区，用于方便机械手放置定位格架8。定位格架8能够在侧板603的两端之间进行移动，实现定位格架8前后方向测试位置的调节。
40.前后两块翼板604位于侧板603顶部且与底板601平行，分别由侧板603前后两端向外伸出；每块翼板604两侧端部分别与两块侧板603的端部衔接。每块翼板604开设有两个螺钉孔，用于通过梅花槽圆头螺钉7连接滑块10，滑块10位于翼板604底部。滑块10与导轨5相配合，滑块10能够沿导轨5直线滑动，从而带动支架托6沿导轨5直线位移。导轨5通过多个间隔设置的十字槽螺钉4固定在试验机上表面，并与试验机长度方向平行，实现支架托6整体沿试验机长度方向低摩擦的滑动，从而移动定位格架8左右方向的测试位置。
41.支架托6、导轨5、滑块10的联合设计使得定位格架8在前后方向、左右方向均可在一定范围内移动，从而方便测试定位格架8内部不同位置处的弹簧。定位格架8内部弹簧测试时需要通过机械手完成试样的安装和位置的移动；试样的安装包括定位格架8的放置，格架上夹具9与格架下夹具1的连接；试样的移动包括定位格架8的前后位置调整和左右位置调整。
42.可见，定位格架保持组件用以辅助机械手放置定位格架8试样，承受定位格架8重
量，同时保证在试验过程中定位格架8不发生偏转；并且用于调整定位格架8的前后左右位置。
43.本发明的定位格架弹簧压缩测试专用夹具，其使用过程如下：
44.(1)分别将左右两个顶杆11的底端通过第二内六角螺钉12固定于左右两个格架下夹具1的方形槽处。
45.(2)将左右两个格架下夹具1通过第一内六角螺钉3与试验机左右横梁上的标准夹具固定，操作试验机使得左右两个顶杆11靠近至贴合。
46.(3)将支架托6的两块翼板604分别通过梅花槽圆头螺钉7与滑块10连接，滑块10安装于导轨5，并将导轨5通过十字槽螺钉4固定在试验机上表面，导轨5与试验机长度方向平行，至此夹具主体安装完毕。
47.(4)使用机械手拾取定位格架8放入支架托6的两块侧板603之间，并使左右两个顶杆11插入定位格架8的待测定方孔中，待定位格架8与支架托6的底板601接触后停止。
48.(5)使用机械手拾取左右两个格架上夹具9，分别与左右两个顶杆11通过配合孔901竖直插接，同时将左右两个格架上夹具9分别与左右两个格架下夹具1通过销钉2固定，至此完成试样的放置。
49.(6)调试试验机中的力学加载条件，进行力学试验。
50.(7)待完成试验后，操作试验机使得左右两个顶杆11靠近至贴合，然后使用机械手拾取左右两个格架上夹具9。
51.(8)使用机械手移动定位格架8在支架托6中的前后位置，然后移动支架托6沿导轨5的左右位置，从而实现改变定位格架8内部弹簧试验位置，重复上述步骤完成对定位格架8内部下一位置弹簧的压缩测试。
52.尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。