專利名稱：自平衡的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置的制作方法
自平衡的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測試設(shè)備，特別涉及一種具有自平衡功能的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置。
背景技術(shù)：
在石油化工、天然氣化工等傳統(tǒng)能源工業(yè)領(lǐng)域及氫能、核能等新能源領(lǐng)域，均存在大量的高壓設(shè)備，它們長期工作在含硫蒸汽、氫氣、高溫水蒸氣等環(huán)境下，有可能因腐蝕、氫脆等引起材料失效，造成災(zāi)難性后果，因此，有必要對材料在這些極端環(huán)境下的使用耐久性進行測試和評價。開發(fā)高壓氣體環(huán)境材料試驗機是開展相關(guān)實驗研究的首要環(huán)節(jié)。
為借鑒現(xiàn)有的材料力學(xué)性能測試與評價方法，高壓氣體環(huán)境材料試驗機多采用在現(xiàn)有試驗機主機上對接高壓氣體環(huán)境箱的形式。然而，該類設(shè)備的開發(fā)面臨一個共同的難題，即環(huán)境箱內(nèi)高壓氣體在加載桿上可產(chǎn)生高達數(shù)噸的推力，必須采用合適的方法進行平衡。目前，加載桿軸向力的平衡方法主要有兩種一種是利用試驗機液壓推力進行抵消 ’另一種是通過設(shè)置一個與試驗腔連通的平衡腔來平衡軸向推力。
液壓平衡方法會消耗試驗機主機的部分加載能力，且在被測試樣斷裂時，氣體推力會對主機動力輸出裝置造成沖擊，降低其控制精度和使用壽命；設(shè)置平衡腔的方法，需要設(shè)置多道高壓動密封，加工精度要求高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種自平衡的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置。
為解決技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下措施
提供一種自平衡的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置，包括環(huán)境箱箱體、環(huán)境箱密封底座和環(huán)境箱密封組件構(gòu)成的密閉腔體，環(huán)境箱密封底座貫穿設(shè)置加載桿；密閉腔體內(nèi)設(shè)有載荷傳遞框、圓盤、試樣上夾具和試樣下夾具，圓盤與載荷傳遞框的一端固定連接； 在與環(huán)境箱密封底座相對的箱體上貫穿設(shè)置平衡套筒，平衡套筒的一端固定連接至與圓盤相對的載荷傳遞框一端；平衡套筒套設(shè)于載荷測量桿的外部，載荷測量桿的一端連接至固定在箱體外側(cè)的載荷測量桿支架，另一端與試樣上夾具相連；加載桿貫穿且固定連接至圓盤，其端部與試樣下夾具連接；設(shè)所述載荷測量桿直徑為D1、平衡套筒外徑為D2、加載桿直徑為D3，則三者之間應(yīng)滿足A2-D12 = D32。
作為一種改進，所述加載桿一端連接試驗機動力輸出端。
作為一種改進，所述載荷傳遞框通過螺紋結(jié)構(gòu)與平衡套筒實現(xiàn)連接。
作為一種改進，所述平衡套筒與環(huán)境箱箱體和載荷測量桿之間各設(shè)置動密封。
作為一種改進，載荷測量桿靠近環(huán)境箱箱體一側(cè)為與大氣相通的中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)載荷敏感元件。
作為一種改進，所述載荷敏感元件布置于載荷測量桿動密封與載荷測量桿端頭之間的光滑段的位置。
本發(fā)明的有益效果在于
通過對加載桿、載荷測量桿和平衡套筒截面的合理設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置的自平衡。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為加載裝置受力示意圖3為試樣真實載荷測量結(jié)構(gòu)局部示意圖。
圖中的附圖標記為載荷測量桿支架1、平衡套筒2、環(huán)境箱箱體3、載荷傳遞框4、 被測試樣5、圓盤6、環(huán)境箱密封底座7、環(huán)境箱密封組件8、加載桿9、試樣下夾具10、試樣上夾具11、載荷測量桿12、載荷敏感元件13、載荷測量桿動密封14。
具體實施方式
本實施例中的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置，如圖1所示，包括平衡套筒2、 載荷傳遞框4、圓盤6、加載桿9、試樣下夾具10、試樣上夾具11和載荷測量桿12等，它們位于環(huán)境箱箱體3、環(huán)境箱密封底座7和環(huán)境箱密封組件8構(gòu)成的密閉高壓腔體中。加載桿9 一端接于試驗機動力輸出端，另一端通過圓盤6與載荷傳遞框4連接，載荷傳遞框4另一端通過螺紋結(jié)構(gòu)與平衡套筒2連接，平衡套筒2內(nèi)置有載荷測量桿12，載荷測量桿12 —端與載荷測量桿支架1相連，并相對環(huán)境箱箱體3固定，另一端與試樣上夾具11相連。當加載桿9上下運動時，平衡套筒2、載荷傳遞框4、圓盤6和試樣下夾具10隨其一起運動，此時， 試樣5上端固定，下端隨試樣下夾具10上下運動，即完成對試樣5的加載。
如圖2所示，載荷傳遞框4上下表面的外徑為Dtl、載荷測量桿直徑為D1、平衡套筒外徑為D2、加載桿直徑為D3。若高壓試驗腔內(nèi)的氣體壓力為P，那么高壓氣體對載荷傳遞框 4上端外表面產(chǎn)生的推力為
F1=^iD02-D22)
對載荷傳遞框4上端內(nèi)表面產(chǎn)生的推力為
F2=^(D02 -D12)
對載荷傳遞框4下端外表面產(chǎn)生的推力為
F3=^(D02-D32)
對載荷傳遞框4下端內(nèi)表面產(chǎn)生的推力為
F4=^D02
若要實現(xiàn)加載裝置的自平衡，則需滿足
F2-F1 = F4-F3
將F”F2、F3、F4代入上式，有
權(quán)利要求
1.一種自平衡的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置，包括環(huán)境箱箱體、環(huán)境箱密封底座和環(huán)境箱密封組件構(gòu)成的密閉腔體，環(huán)境箱密封底座貫穿設(shè)置加載桿；其特征在于，密閉腔體內(nèi)設(shè)有載荷傳遞框、圓盤、試樣上夾具和試樣下夾具，圓盤與載荷傳遞框的一端固定連接；在與環(huán)境箱密封底座相對的箱體上貫穿設(shè)置平衡套筒，平衡套筒的一端固定連接至與圓盤相對的載荷傳遞框一端；平衡套筒套設(shè)于載荷測量桿的外部，載荷測量桿的一端連接至固定在箱體外側(cè)的載荷測量桿支架，另一端與試樣上夾具相連；加載桿貫穿且固定連接至圓盤，其端部與試樣下夾具連接；設(shè)所述載荷測量桿直徑為D1、平衡套筒外徑為D2、加載桿直徑為D3，則三者之間應(yīng)滿足D^-D12 = D32。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加載桿一端連接試驗機動力輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述載荷傳遞框通過螺紋結(jié)構(gòu)與平衡套筒實現(xiàn)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述平衡套筒與環(huán)境箱箱體和載荷測量桿之間各設(shè)置動密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項中所述的裝置，其特征在于，載荷測量桿靠近環(huán)境箱箱體一側(cè)為與大氣相通的中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)載荷敏感元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述載荷敏感元件布置于載荷測量桿動密封與載荷測量桿端頭之間的光滑段的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測試設(shè)備，旨在提供一種自平衡的高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置。該裝置包括環(huán)境箱密閉腔體，環(huán)境箱密封底座貫穿設(shè)置加載桿；密閉腔體內(nèi)的圓盤與載荷傳遞框的一端固定連接；在與環(huán)境箱密封底座相對的箱體上貫穿設(shè)置平衡套筒，平衡套筒的一端固定連接至與圓盤相對的載荷傳遞框一端；平衡套筒套設(shè)于載荷測量桿的外部，載荷測量桿的一端連接至固定在箱體外側(cè)，另一端與試樣上夾具相連；加載桿貫穿且固定連接至圓盤，其端部與試樣下夾具連接；設(shè)所述載荷測量桿直徑為D1、平衡套筒外徑為D2、加載桿直徑為D3，則D22-D12＝D32。本發(fā)明通過對加載桿、載荷測量桿和平衡套筒截面的合理設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓氣體環(huán)境材料試驗機加載裝置的自平衡。
文檔編號G01N3/02GK102507306SQ20111032361
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者儲進科, 劉賢信, 周池樓, 孫國有, 施建峰, 趙永志, 鄭津洋, 顧超華 申請人:浙江大學(xué)