本發(fā)明涉及一種夾持密封夾具，具體涉及一種用于管材拉-脹測(cè)試實(shí)驗(yàn)的管材端部夾持密封結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
拉-脹實(shí)驗(yàn)是測(cè)試管材性能的一種方法，在管材拉-脹測(cè)試實(shí)驗(yàn)中管材端部既要夾持以施加軸向力，又要保證密封以施加內(nèi)壓。因此，管材端部的夾持和密封是實(shí)現(xiàn)管材拉-脹測(cè)試實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，二者相互關(guān)聯(lián)，直接影響管材拉-脹測(cè)試實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。常用的夾持方式有兩種：一是在管端內(nèi)部放入一個(gè)比管材內(nèi)徑略小的芯棒作為內(nèi)部支撐，然后在有芯棒支撐的管材外部用一對(duì)半圓形或V形夾具夾緊。但是這種夾持方式能夠提供的夾緊力較小，當(dāng)軸向力較大時(shí)夾緊部分容易滑脫導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，而且實(shí)驗(yàn)完成后芯棒很難取出。二是將管材端部壓扁形成兩個(gè)較大的相互平行的平面，然后在管端壓扁部分內(nèi)部放入合適大小的墊塊作為內(nèi)部支撐，最后通過一對(duì)平板式夾具夾持管材端部壓扁形成的兩個(gè)平面。但是管端壓扁后幾何形狀的改變會(huì)影響實(shí)驗(yàn)過程中管材的受力狀態(tài)，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。常用的密封方式也有兩種：一是在管材內(nèi)部放入帶有O型圈的芯軸，芯軸直徑稍小于管材內(nèi)徑以芯軸可以在管材內(nèi)自由移動(dòng)為宜，芯軸上有2～3個(gè)O型圈槽，使用時(shí)O型圈緊貼管材內(nèi)壁和芯軸槽底保證有效密封。這種密封方法簡(jiǎn)單有效并且對(duì)管材性能沒有影響，但是實(shí)際操作時(shí)需要在O型圈對(duì)應(yīng)的管材外部施加約束，以防止因管材脹形造成密封失效。二是在管材兩端口部各焊接一個(gè)與管材直徑相當(dāng)?shù)姆忸^，從而保證管材的密封。但是焊接時(shí)產(chǎn)生的熱會(huì)對(duì)原始管材材力學(xué)性能產(chǎn)生一定程度的影響，而且焊縫中可能存在缺陷，增加脹形實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生泄露的機(jī)率。但是，上述方法中夾持和密封是相互獨(dú)立的裝置，使用時(shí)兩者相互影響，很難保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。為此，需要一種管材端部夾持密封夾具解決管材拉-脹測(cè)試實(shí)驗(yàn)中管材端部夾持和密封不能有效結(jié)合的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為解決現(xiàn)有管材拉-脹測(cè)試實(shí)驗(yàn)夾持和密封相互獨(dú)立，使用時(shí)兩者相互影響，很難保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，管材夾持和密封不能有效結(jié)合，以及影響管材性能實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性的問題，進(jìn)而提出一種管材端部夾持密封夾具。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：一種管材端部夾持密封夾具包括芯軸、密封圈、楔形塊、托板、旋擰件、彈性元件、外卡圈、N個(gè)楔形內(nèi)爪、N個(gè)楔形外爪和N個(gè)頂桿；其中N為正整數(shù)，且8≥N≥3；芯軸為具有充液通道的芯軸，芯軸的一端為二臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，芯軸的另一端加工有與充液通道貫通的充液口；芯軸的中間段加工有外螺紋；旋擰件與芯軸的中間段螺紋連接，芯軸上套裝有外卡圈，外卡圈與芯軸之間布置有楔形塊、N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪；楔形塊插裝在芯軸上，N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪分別沿芯軸的周向設(shè)置，且楔形內(nèi)爪和楔形外爪錯(cuò)位布置，N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪之間構(gòu)成一個(gè)環(huán)形空隙，環(huán)形空隙用于插裝管材，楔形塊的大端底面與芯軸的一階臺(tái)面之間安裝有密封圈，楔形內(nèi)爪與楔形塊相接觸，相接觸的兩個(gè)面一個(gè)為楔形內(nèi)爪的內(nèi)圓弧面，一個(gè)為楔形塊上的外圓弧面，楔形外爪與外卡圈相接觸，相接觸的兩個(gè)面一個(gè)為楔形外爪的外圓弧面，一個(gè)為外卡圈上的內(nèi)圓弧面；旋擰件與外卡圈之間的芯軸上套裝有托板和彈性元件，外卡圈上插裝有與楔形外爪一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的頂桿，頂桿的上端與托板連接，頂桿的下端與楔形外爪的大端底面連接，彈性元件頂靠在托板和外卡圈上。一種管材端部夾持密封夾具包括芯軸、密封圈、托板、旋擰件、彈性元件、外卡圈、N個(gè)楔形內(nèi)爪、N個(gè)楔形外爪和N個(gè)頂桿；其中N為正整數(shù)，且8≥N≥3；芯軸為具有充液通道的芯軸，芯軸的一端為錐形結(jié)構(gòu)，芯軸的另一端加工有與充液通道貫通的充液口；芯軸的中間段加工有外螺紋；旋擰件與芯軸的中間段螺紋連接，芯軸上套裝有外卡圈，外卡圈內(nèi)腔與芯軸錐形結(jié)構(gòu)之間布置有N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪；N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪分別沿芯軸的周向設(shè)置，且楔形內(nèi)爪和楔形外爪錯(cuò)位布置，N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪之間構(gòu)成一個(gè)環(huán)形空隙，環(huán)形空隙用于插裝管材，楔形內(nèi)爪與芯軸錐形結(jié)構(gòu)外弧面相接觸的面為圓弧面，楔形外爪與外卡圈相接觸，相接觸的兩個(gè)面一個(gè)為楔形外爪的外圓弧面，一個(gè)為外卡圈上的內(nèi)圓弧面；芯軸的錐形結(jié)構(gòu)延伸有工形連接部，工形連接部的凹槽內(nèi)安裝有密封圈；旋擰件與外卡圈之間的芯軸上套裝有托板和彈性元件，外卡圈上插裝有與楔形外爪一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的頂桿，頂桿的上端與托板連接，頂桿的下端與楔形外爪的大端底面連接，彈性元件頂靠在托板和外卡圈上。本發(fā)明的有益效果是：一、本發(fā)明的楔形內(nèi)爪、楔形外爪和楔形塊或者楔形內(nèi)爪、楔形外爪和芯軸錐形段結(jié)構(gòu)可相對(duì)獨(dú)立移動(dòng)，保證管材內(nèi)外兩側(cè)同時(shí)受力，楔形結(jié)構(gòu)在使用時(shí)可以越拉越緊，防止管端滑脫；本發(fā)明的楔形內(nèi)爪和楔形外爪之間形成環(huán)形包絡(luò)空間，使夾緊力分布均勻，本發(fā)明采用密封圈密封，簡(jiǎn)單可靠，實(shí)驗(yàn)前后安裝和拆卸方便；本發(fā)明有效地解決了管材拉-脹測(cè)試實(shí)驗(yàn)中管材夾持和密封不能有效結(jié)合的問題，保證了管材性能實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；二、本發(fā)明的夾持密封結(jié)構(gòu)實(shí)際使用中可保證管材兩端無需進(jìn)行特殊處理，可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作；三、本發(fā)明適用于管材的整管拉伸、簡(jiǎn)單脹形、拉伸+脹形、壓縮+脹形等多種脹形實(shí)驗(yàn)。附圖說明圖1是具體實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式六的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是夾持密封夾具開合狀態(tài)半剖視圖，圖4是具體實(shí)施方式五和具體實(shí)施方式十采用六個(gè)楔形內(nèi)爪和六個(gè)楔形外爪布置結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖4中夾緊管材狀態(tài)示意圖，圖6是具體實(shí)施方式四和具體實(shí)施方式九采用五個(gè)楔形內(nèi)爪和五個(gè)楔形外爪布置結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是圖6中夾緊管材狀態(tài)示意圖，圖8是管材變形性能實(shí)驗(yàn)中管材裝夾在夾持密封夾具上開始脹形時(shí)的初始狀態(tài)圖，圖9是管材無內(nèi)部壓力整管拉伸實(shí)驗(yàn)示意圖，圖10是管材兩端固定條件下的自由脹形過程示意圖，圖11是管材拉脹過程示意圖，圖12是管材壓脹過程示意圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1和圖3說明，本實(shí)施方式的一種管材端部夾持密封夾具，它包括芯軸1、密封圈2、楔形塊3、托板6、旋擰件7、彈性元件8、外卡圈9、N個(gè)楔形內(nèi)爪4、N個(gè)楔形外爪10和N個(gè)頂桿5；其中N為正整數(shù)，且8≥N≥3；芯軸1為具有充液通道的芯軸，芯軸1的一端為二臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，芯軸1的另一端加工有與充液通道貫通的充液口1-1；芯軸1的中間段加工有外螺紋；旋擰件7與芯軸1的中間段螺紋連接，芯軸1上套裝有外卡圈9，外卡圈9與芯軸1之間布置有楔形塊3、N個(gè)楔形內(nèi)爪4和N個(gè)楔形外爪10；楔形塊3插裝在芯軸1上，N個(gè)楔形內(nèi)爪4和N個(gè)楔形外爪10分別沿芯軸1的周向設(shè)置，且楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10錯(cuò)位布置，N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪之間構(gòu)成一個(gè)環(huán)形空隙，環(huán)形空隙用于插裝管材11，楔形塊3的大端底面與芯軸1的一階臺(tái)面之間安裝有密封圈2，楔形內(nèi)爪4與楔形塊3相接觸，相接觸的兩個(gè)面一個(gè)為楔形內(nèi)爪4的內(nèi)圓弧面，一個(gè)為楔形塊3上的外圓弧面，楔形外爪10與外卡圈9相接觸，相接觸的兩個(gè)面一個(gè)為楔形外爪10的外圓弧面，一個(gè)為外卡圈9上的內(nèi)圓弧面；旋擰件7與外卡圈9之間的芯軸1上套裝有托板6和彈性元件8，外卡圈9上插裝有與楔形外爪10一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的頂桿5，頂桿5的上端與托板6連接，頂桿5的下端與楔形外爪10的大端底面連接，彈性元件8頂靠在托板6和外卡圈9上。本實(shí)施方式的芯軸1的另一端端部還設(shè)計(jì)有銷釘孔1-2，以便于管材拉-脹性能試驗(yàn)時(shí)芯軸固定；楔形塊3的大端底面設(shè)計(jì)有凸臺(tái)，密封圈2設(shè)置在凸臺(tái)與芯軸1的一階臺(tái)面之間，密封圈2的截面直徑大于凸臺(tái)與芯軸1的一階臺(tái)面圍成的環(huán)形槽的寬度。旋擰件7可用螺母代替。楔形內(nèi)爪4與楔形塊3相接觸的兩個(gè)面是指楔形內(nèi)爪4內(nèi)圓弧面和楔形塊3外圓弧面，均傾斜布置，楔形外爪10與外卡圈9相接觸的兩個(gè)面是指楔形外爪10外圓弧面和外卡圈9的內(nèi)圓弧面，均傾斜布置。具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1和圖3說明，本實(shí)施方式的彈性元件8為螺旋彈簧。如此設(shè)置，廉價(jià)易得，使用拆裝方便。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1和圖3說明，本實(shí)施方式的密封圈2為O形密封圈。如此設(shè)置，廉價(jià)易得，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。其它與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖1和圖3說明，本實(shí)施方式的楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10的數(shù)量均為5個(gè)。如此設(shè)置，使用方便，滿足實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式三相同。具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖1和圖3說明，本實(shí)施方式的楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10的數(shù)量均為6個(gè)。如此設(shè)置，使用方便，滿足實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式三相同。具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖2說明，本實(shí)施方式的一種管材端部夾持密封夾具，它包括芯軸1、密封圈2、托板6、旋擰件7、彈性元件8、外卡圈9、N個(gè)楔形內(nèi)爪4、N個(gè)楔形外爪10和N個(gè)頂桿5；其中N為正整數(shù)，且8≥N≥3；芯軸1為具有充液通道的芯軸，芯軸1的一端為錐形結(jié)構(gòu)，芯軸1的另一端加工有與充液通道貫通的充液口1-1；芯軸1的中間段加工有外螺紋；旋擰件7與芯軸1的中間段螺紋連接，芯軸1上套裝有外卡圈9，外卡圈9內(nèi)腔與芯軸1錐形結(jié)構(gòu)之間布置有N個(gè)楔形內(nèi)爪4和N個(gè)楔形外爪10；N個(gè)楔形內(nèi)爪4和N個(gè)楔形外爪10分別沿芯軸1的周向設(shè)置，且楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10錯(cuò)位布置，N個(gè)楔形內(nèi)爪和N個(gè)楔形外爪之間構(gòu)成一個(gè)環(huán)形空隙，環(huán)形空隙用于插裝管材11，楔形內(nèi)爪4與芯軸1錐形結(jié)構(gòu)外弧面相接觸的面為圓弧面，楔形外爪10與外卡圈9相接觸，相接觸的兩個(gè)面一個(gè)為楔形外爪10的外圓弧面，一個(gè)為外卡圈9上的內(nèi)圓弧面；芯軸1的錐形結(jié)構(gòu)延伸有工形連接部1-3，工形連接部1-3的凹槽內(nèi)安裝有密封圈2；旋擰件7與外卡圈9之間的芯軸1上套裝有托板6和彈性元件8，外卡圈9上插裝有與楔形外爪10一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的頂桿5，頂桿5的上端與托板6連接，頂桿5的下端與楔形外爪10的大端底面連接，彈性元件8頂靠在托板6和外卡圈9上。本實(shí)施方式的密封圈2設(shè)置在工形連接部1-3的凹槽之間，該凹槽的槽深小于密封圈2的截面直徑。旋擰件7可用螺母代替。楔形外爪10與外卡圈9相接觸的兩個(gè)面是指楔形外爪10外圓弧面和外卡圈9的內(nèi)圓弧面，均傾斜布置。具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖2說明，本實(shí)施方式的彈性元件8為螺旋彈簧。如此設(shè)置，廉價(jià)易得，使用拆裝方便。其它與具體實(shí)施方式六相同。具體實(shí)施方式八：結(jié)合圖2說明，本實(shí)施方式的密封圈2為O形密封圈。如此設(shè)置，廉價(jià)易得，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。其它與具體實(shí)施方式六或七相同。具體實(shí)施方式九：結(jié)合圖2說明，本實(shí)施方式的楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10的數(shù)量均為5個(gè)。如此設(shè)置，數(shù)量適中，使用方便，滿足實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式八相同。具體實(shí)施方式十：結(jié)合圖2說明，本實(shí)施方式的楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10的數(shù)量均為6個(gè)。如此設(shè)置，數(shù)量適中，使用方便，滿足實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式八相同。工作過程：一、選擇夾具：選用與管材11內(nèi)徑相匹配的芯軸1、楔形內(nèi)爪4、楔形塊3和密封圈2，選用與管材11外徑相匹配的楔形外爪10；楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10均為多爪形式且靠近管材11一側(cè)均為與管材11外形相同的弧面，因此在內(nèi)爪4和外爪10之間會(huì)形成一個(gè)環(huán)形空隙，可以使管材11端部插入該環(huán)形空隙內(nèi)。二、夾持：本夾持密封夾具為楔形結(jié)構(gòu)，可以自鎖起到越拉越緊的作用。如圖1所示，使用時(shí)旋緊旋擰件7，可以使芯軸1相對(duì)外卡圈9沿軸線向外移動(dòng)，芯軸1帶動(dòng)楔形塊3一起移動(dòng)，而楔形塊3和楔形內(nèi)爪4之間的楔形結(jié)構(gòu)將楔形塊3的軸向向外移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾ㄐ蝺?nèi)爪4的沿徑向向外的移動(dòng)。同時(shí)，旋緊旋擰件7時(shí)旋擰件7會(huì)沿軸線方向靠近外卡圈9從而壓緊托板6，托板6進(jìn)一步壓緊頂桿5，頂桿5推動(dòng)楔形外爪10沿軸線方向移動(dòng)，楔形外爪10和外卡圈9之間的楔形結(jié)構(gòu)將軸向移動(dòng)轉(zhuǎn)化為楔形外爪10沿徑向向內(nèi)的移動(dòng)。因此，緊固旋擰件7旋緊后，楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10會(huì)同時(shí)夾緊管材11端部，并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力。此時(shí)給管材11施加軸向拉力，可以起到軸向拉力越大夾緊力也越大的效果，防止管材11在脹形實(shí)驗(yàn)過程中端部的夾緊部分滑脫。另外，本夾具的楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10可相對(duì)獨(dú)立移動(dòng)，即當(dāng)旋緊旋擰件7的過程中楔形內(nèi)爪4(或者楔形外爪10)首先接觸到管材11，那么楔形內(nèi)爪4(或楔形外爪10)就會(huì)停止移動(dòng)，而楔形內(nèi)爪4(或者楔形外爪10)會(huì)繼續(xù)移動(dòng)直至兩者都接觸管材11并夾緊，從而保證管材11內(nèi)外兩側(cè)受力均勻。三、密封：本夾具可以選用的密封方式有兩種：(1)軸向壓緊式密封，如圖1和圖3所示。密封圈2套在芯軸1和楔形塊3形成的環(huán)形槽內(nèi)，密封圈2截面直徑大于環(huán)形槽寬度。旋緊旋擰件7后密封圈2受到芯軸1和楔形塊3沿軸向的壓力被迫向外膨脹從而貼緊管材11內(nèi)壁，保證管材11端部密封。(2)徑向壓緊式密封，如圖2所示。本密封方式省去了楔形塊3，密封圈2套在芯軸1的工形連接部1-3凹槽內(nèi)，其槽深小于密封圈2的截面直徑。管材插入夾具后密封圈2受到管材11內(nèi)壁和芯軸1的徑向壓緊力，從而貼緊管材11內(nèi)壁和芯軸1表面保證管材11端部密封。另外，旋緊旋擰件7可以使楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10夾緊管材11端部，其中楔形外爪10相比楔形內(nèi)爪4要長(zhǎng)，其長(zhǎng)出部分在管材11外表面形成外部約束，防止脹形實(shí)驗(yàn)時(shí)管材11在此處發(fā)生脹形影響密封效果。如圖1-圖12所示，本發(fā)明的管材端部夾持密封夾具用于管材變形性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照上述過程組裝好夾具并將管材置于楔形內(nèi)爪4和楔形外爪10之間的環(huán)形空隙內(nèi)，管材11兩端各布置的兩個(gè)端部夾持密封夾具分別通過芯軸1的銷釘孔1-2與拉伸設(shè)備連接以傳遞軸向拉力，通過芯軸1上的充液口1-1向管材11充液通道內(nèi)充入高壓介質(zhì)以向管材11提供內(nèi)壓。如圖8-圖12所示，本發(fā)明可以完成的脹形實(shí)驗(yàn)方式可以為無內(nèi)部壓力整管拉伸、兩端固定脹形、拉脹以及壓脹四種基本實(shí)驗(yàn)方式中的任意一種。采用本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)多種不同脹形實(shí)驗(yàn)方法，細(xì)致研究管材的脹形性能，也可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜加載路徑條件下管材的脹形實(shí)驗(yàn)。