十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一種高壓釜內(nèi)進行拉伸、壓縮、疲勞材料實驗裝置，具體地，涉及一種十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用在高壓釜內(nèi)進行拉伸、壓縮、疲勞等材料實驗時，尤其是在高壓釜內(nèi)高溫高壓、強腐蝕性等惡劣環(huán)境下，在高壓釜內(nèi)無法安裝力傳感器時，試驗機的載荷通過加載桿(由于絕大部分試驗機為拉伸試驗機，加載桿下稱“拉伸桿”)傳遞到高壓釜內(nèi)部，載荷值從高壓釜外部的力傳感器測量。這時，力傳感器的測量值并非加載到試樣上的實際載荷，要想得到實際加載到試樣上的載荷，還需要除去高壓釜內(nèi)壓作用到拉伸桿上的壓力以及拉伸桿密封圈的摩擦阻力。
[0003]實際試驗中，當(dāng)高壓釜內(nèi)的壓力較高，或者試樣的尺寸較小，或者材料的強度較低時，高壓釜內(nèi)壓對拉伸桿施加的載荷可超過試樣的屈服強度或斷裂強度，尚未正式開始試驗就可能直接將試樣拉廢，為了防止試樣在高壓釜加壓過程中尚未開始試驗就發(fā)生變形或斷裂，人們設(shè)計了一種三段的中空加載桿，如圖1所示。伸入高壓釜內(nèi)部和與加載系統(tǒng)連接的桿外徑為D，中間段為D的V 2倍，即1.414D。這樣，中間段桿的橫截面積剛好是伸入高壓釜部分拉伸桿橫截面積的2倍，兩者橫截面積之差與伸入高壓釜部分拉伸桿橫截面積相等。利用兩個密封圈和一個壓力外殼，在加載桿中間段與連接加載系統(tǒng)拉伸桿部分形成一個壓力平衡腔，通過拉伸桿的中心孔將高壓釜內(nèi)壓引入該壓力腔，就可以在拉伸桿軸肩上形成一個載荷，該載荷與高壓釜內(nèi)壓加載到拉伸桿上的力值相等，但方向相反，利用這個反力可自動平衡高壓釜內(nèi)作用在拉伸桿上的載荷。
[0004]三段中空桿式拉伸桿設(shè)計雖具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點，但也存在不少缺陷:這種三段式結(jié)構(gòu)同軸度要求高，對拉伸桿的加工和壓力平衡外殼的安裝對中要求高；拉伸桿需要在中心鉆深孔，當(dāng)拉伸桿較長，或者直徑較小時加工非常困難；更換密封圈更加困難，需要完全拆卸壓力平衡裝置多個部件；如果拉伸桿發(fā)生變形，或者試樣安裝時與拉伸桿對中性出現(xiàn)偏差，將導(dǎo)致摩擦阻力急劇變化，嚴重影響試驗結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的在高壓釜內(nèi)進行拉伸、壓縮、疲勞等材料實驗時，尤其是在高壓釜內(nèi)高溫高壓、強腐蝕性等惡劣環(huán)境下，高壓釜內(nèi)壓對加載桿施加的載荷超過試樣的屈服強度或斷裂強度，在尚未正式開始試驗就可能直接將試樣拉廢和摩擦阻力大的問題；提供了一種十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置，用在帶有高壓釜的力學(xué)實驗系統(tǒng)中，可大大簡化加載桿的制造工藝和更換密封圈操作，有效降低了摩擦阻力，同時也對試樣的對中性、壓力平衡配件的安裝精度要求大大降低，使得試驗和維護過程更加簡化，并得到更可靠的壓力平衡效果，提高實驗精度。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0007]一種十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置，包括:密封機構(gòu)、拉伸桿機構(gòu)、十字梁連接機構(gòu)、壓力平衡機構(gòu)以及拉伸機連接機構(gòu)；其中，所述拉伸桿機構(gòu)的一端與密封機構(gòu)連接，所述拉伸桿機構(gòu)的另一端通過十字梁連接機構(gòu)的一端與壓力平衡機構(gòu)連接，所述拉伸機連接機構(gòu)安裝在十字梁連接機構(gòu)的另一端上。
[0008]優(yōu)選地，所述十字梁連接機構(gòu)包括:拉伸機加載框，所述拉伸機加載框的兩端部上分別設(shè)有用于連接拉伸桿機構(gòu)和壓力平衡機構(gòu)的連接孔和用于安裝拉伸機連接機構(gòu)的安裝孔。
[0009]優(yōu)選地，所述密封機構(gòu)包括第一密封套；所述拉伸桿機構(gòu)包括拉伸桿a、拉伸桿密封圈以及壓力平衡連接板，所述第一密封套套裝于拉伸桿a上，所述壓力平衡連接板套裝于拉伸桿a上，并與第一密封套固接；所述拉伸桿密封圈設(shè)置于拉伸桿a與第一密封套之間；所述拉伸桿a的一端與高壓釜的高壓釜蓋可拆卸連接，所述拉伸桿a的另一端設(shè)置于連接孔內(nèi)。
[0010]優(yōu)選地，所述壓力平衡機構(gòu)設(shè)置于拉伸機加載框內(nèi)，包括壓力平衡桿a、壓力平衡套筒、壓力平衡桿密封圈、壓力平衡桿密封圈蓋板以及壓力平衡套筒支撐板，其中，所述壓力平衡桿a的一端設(shè)置于連接孔內(nèi)，并通過連接孔與拉伸桿a的另一端相連接，所述壓力平衡桿a的另一端與壓力平衡套筒的一端相連接，并通過壓力平衡桿密封圈蓋板密封固定，所述壓力平衡桿a與壓力平衡套筒之間設(shè)有壓力平衡桿密封圈；所述壓力平衡套筒內(nèi)部設(shè)有壓力平衡腔，所述壓力平衡套筒的筒壁上設(shè)有與壓力平衡腔相連通的引壓孔，所述壓力平衡套筒支撐板安裝于壓力平衡套筒的另一端并固定。
[0011]優(yōu)選地，所述拉伸機連接結(jié)構(gòu)包括拉伸機連接頭，所述拉伸機連接頭的一端安裝在所述安裝孔內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，所述十字梁連接機構(gòu)包括:十字梁和兩組連接桿組件，其中，所述拉伸桿機構(gòu)和壓力平衡機構(gòu)分別連接于十字梁上，所述拉伸機連接機構(gòu)與十字梁之間通過第一組連接桿組件固定連接，所述壓力平衡機構(gòu)與密封機構(gòu)之間通過第二組連接桿組件固定連接。
[0013]優(yōu)選地，所述密封機構(gòu)包括第一密封圈和第一密封圈蓋板；所述拉伸機構(gòu)包括拉伸桿b ;所述第一密封圈套裝在拉伸桿b上，并通過第一密封圈蓋板固定，所述拉伸桿b的一端與高壓釜的高壓釜蓋可拆卸連接；所述拉伸桿b的另一端螺接在十字梁上。
[0014]優(yōu)選地，所述拉伸機連接結(jié)構(gòu)包括拉伸機連接板和拉伸機連接桿，所述十字梁與拉伸機連接板之間通過第一組連接桿組件固定連接，所述拉伸機連接桿安裝在拉伸機連接板上。
[0015]優(yōu)選地，所述壓力平衡機構(gòu)包括壓力平衡套、壓力平衡套引壓孔和壓力平衡桿b，所述壓力平衡桿b的一端螺接在十字梁上，所述壓力平衡桿b的另一端與壓力平衡套相連接；所述壓力平衡套與第一密封圈蓋板之間通過第二組連接桿組件固定連接，所述壓力平衡套上設(shè)有壓力平衡套引壓孔。
[0016]優(yōu)選地，所述第一組連接桿組件包括兩根十字頭連接桿，兩根十字頭連接桿之間以180°間隔在圓周上均布；或，所述第一組連接桿組件包括三根十字頭連接桿，三根十字頭連接桿之間以120°間隔在圓周上均布；
[0017]所述第二組連接桿組件包括兩根第一密封壓力平衡連接桿，兩根第一密封壓力平衡連接桿之間以180°間隔在圓周上均布；或，所述第二組連接桿組件包括三根第一密封壓力平衡連接桿，三根第一密封壓力平衡連接桿之間以120°間隔在圓周上均布。
[0018]本發(fā)明的工作原理為:
[0019]釜內(nèi)的壓力由引壓孔引入壓力平衡套(筒)的壓力平衡腔，壓力平衡套(筒)用螺栓桿與壓力平衡連接板連接，而壓力平衡連接板則用螺栓固定在第一密封套(圈)上，進而與高壓釜固定。十字梁同時連接拉伸桿和壓力平衡桿；壓力平衡桿與拉伸桿直徑相同，壓力平衡腔內(nèi)壓作用在壓力平衡桿上，其靜力與高壓釜內(nèi)壓作用在拉伸桿上的靜力相等。因此拉伸機加載到加載框上的力為實際應(yīng)加到高壓釜內(nèi)試樣上的力。釜內(nèi)壓力通過壓力平衡套引壓孔引入，在壓力平衡套內(nèi)腔對壓力平衡桿所形成的靜力抵消掉拉伸桿在釜內(nèi)所受的向外靜力。釜內(nèi)壓力對拉伸桿加載到試樣上的靜載荷被平衡。這種結(jié)構(gòu)，還可用于多桿拉伸試驗機中。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]1、采用十字梁結(jié)構(gòu)，密封圈從原來三段桿式壓力平衡的三個減少為兩個，十字梁結(jié)構(gòu)連接拉伸桿和壓力平衡桿，拉伸桿高壓釜密封與壓力平衡套分離結(jié)構(gòu)，兩個密封圈實現(xiàn)壓力平衡結(jié)構(gòu)，大大簡化了結(jié)構(gòu)，同時大幅度降低了摩擦阻力；
[0022]2、拉伸桿和壓力平衡桿加工方法簡單，安裝容易，對壓力平衡裝置的安裝精度、以及試樣安裝的對中性要求大大降低；
[0023]3、可大大簡化拉伸桿的維護和密封圈的更換操作；
[0024]4、外部引壓至壓力平衡套結(jié)構(gòu)，外部引壓方式可使壓力平衡效果更加可靠，提高實驗精度。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0026]圖1為現(xiàn)有三段桿式壓力平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖中:100為高壓釜蓋，101為拉伸桿密封環(huán)，102為拉伸桿，103為壓力平衡腔，104為壓緊螺母，105為引壓中心孔，106位2#密封環(huán)座，107為壓力平衡密封環(huán)1.4倍桿徑，108為壓力平衡套，109排氣孔，110為1#密封環(huán)座，111為拉伸桿密封環(huán)；
[0028]圖2為十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2(a)為實施例1的十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖中:200為高壓釜蓋，201為I號密封套，202為拉伸桿a，203為拉伸桿密封圈，204為壓力平衡連接板，205為壓力平衡桿a，206為拉伸機加載框，207為壓力平衡桿密封圈蓋板，208為壓力平衡桿密封圈，209為壓力平衡套筒，210為引壓孔，211為壓力平衡腔，212為壓力平衡套支撐板，213為拉伸機連接頭；
[0031]圖2(b)為實施例2的十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖中:300為高壓釜蓋，301為I號密封圈蓋板，302為I號密封圈，303為拉伸桿b，304為十字梁，305為壓力平衡桿b，306為I號密封圈壓力平衡連接桿，307為壓力平衡套，308為十字頭連接桿，309為壓力平衡套引壓孔，310為拉伸機連接板，311為拉伸機連接桿。
【具體實施方式】
[0033]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0034]實施例1
[0035]本實施例提供了一種十字梁式高壓釜上試驗機壓力平衡裝置，包括:密封機構(gòu)、拉伸桿機構(gòu)、十字梁連接機構(gòu)、壓力平衡機構(gòu)以及拉伸機連接機構(gòu)；其中，所述拉伸桿機構(gòu)的一端與密封機構(gòu)連接，所述拉伸桿機構(gòu)的另一端通過十字梁連接機構(gòu)的一端與壓力平衡機構(gòu)連接，所述拉伸機連接機構(gòu)安裝在十字梁連接機構(gòu)的另一端上。
[0036]進一步地，所述十字梁連接機構(gòu)包括:拉伸機加載框，所述拉伸機加載框的兩端部上分別設(shè)有用于連接拉伸桿機構(gòu)和壓力平衡機構(gòu)的連接孔和用于安裝拉伸機連接機構(gòu)的安裝孔。
[0037]進一步地，所述密封機構(gòu)包括