專利名稱：自平衡的高壓氣體環境材料試驗機加載裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于材料力學性能測試設備，特別涉及一種具有自平衡功能的高壓氣體環境材料試驗機加載裝置。
背景技術：
在石油化工、天然氣化工等傳統能源工業領域及氫能、核能等新能源領域，均存在大量的高壓設備，它們長期工作在含硫蒸汽、氫氣、高溫水蒸氣等環境下，有可能因腐蝕、氫脆等引起材料失效，造成災難性后果，因此，有必要對材料在這些極端環境下的使用耐久性進行測試和評價。開發高壓氣體環境材料試驗機是開展相關實驗研究的首要環節。為借鑒現有的材料力學性能測試與評價方法，高壓氣體環境材料試驗機多采用在現有試驗機主機上對接高壓氣體環境箱的形式。然而，該類設備的開發面臨一個共同的難題，即環境箱內高壓氣體在加載桿上可產生高達數噸的推力，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；設置平衡腔的方法，需要設置多道高壓動密封，加工精度要求高。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提出一種自平衡的高壓氣體環境材料試驗機加載裝置。為解決技術問題，本實用新型采取以下措施提供一種自平衡的高壓氣體環境材料試驗機加載裝置，包括環境箱箱體、環境箱密封底座和環境箱密封組件構成的密閉腔體，環境箱密封底座貫穿設置加載桿；密閉腔體內設有載荷傳遞框、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； 在與環境箱密封底座相對的箱體上貫穿設置平衡套筒，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構與平衡套筒實現連接。作為一種改進，所述平衡套筒與環境箱箱體和載荷測量桿之間各設置動密封。作為一種改進，載荷測量桿靠近環境箱箱體一側為與大氣相通的中空結構，其內部設載荷敏感元件。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。本實用新型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計，能夠實現高壓氣體環境材料試驗機加載裝置的自平衡。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為加載裝置受力示意圖；圖3為試樣真實載荷測量結構局部示意圖。圖中的附圖標記為載荷測量桿支架1、平衡套筒2、環境箱箱體3、載荷傳遞框4、 被測試樣5、圓盤6、環境箱密封底座7、環境箱密封組件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，它們位于環境箱箱體3、環境箱密封底座7和環境箱密封組件8構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另一端通過螺紋結構與平衡套筒2連接，平衡套筒2內置有載荷測量桿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上端外表面產生的推力為F1=^iD02-D22)對載荷傳遞框4上端內表面產生的推力為F2=^(D02 -D12)對載荷傳遞框4下端外表面產生的推力為F3=^(D02-D32)對載荷傳遞框4下端內表面產生的推力為F4=^D02若要實現加載裝置的自平衡，則需滿足F2-F1 = F4-F3將F”F2、F3、F4代入上式，有
權利要求1.一種自平衡的高壓氣體環境材料試驗機加載裝置，包括環境箱箱體、環境箱密封底座和環境箱密封組件構成的密閉腔體，環境箱密封底座貫穿設置加載桿；其特征在于，密閉腔體內設有載荷傳遞框、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；在與環境箱密封底座相對的箱體上貫穿設置平衡套筒，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，則三者之間應滿足D^-D12 = D32。
2.根據權利要求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.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述載荷傳遞框通過螺紋結構與平衡套筒實現連接。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述平衡套筒與環境箱箱體和載荷測量桿之間各設置動密封。
5.根據權利要求1至4任意一項中所述的裝置，其特征在于，載荷測量桿靠近環境箱箱體一側為與大氣相通的中空結構，其內部設載荷敏感元件。
6.根據權利要求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。
專利摘要本實用新型涉及材料力學性能測試設備，旨在提供一種自平衡的高壓氣體環境材料試驗機加載裝置。該裝置包括環境箱密閉腔體，環境箱密封底座貫穿設置加載桿；密閉腔體內圓盤與載荷傳遞框的一端固定連接；在與環境箱密封底座相對箱體上貫穿設置平衡套筒，平衡套筒的一端固定連接至與圓盤相對載荷傳遞框一端；平衡套筒套設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，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。本實用新型通過對加載桿、載荷測量桿和平衡套筒截面的合理設計，能夠實現高壓氣體環境材料試驗機加載裝置的自平衡。
文檔編號G01N3/02GK202267626SQ20112040709
公開日2012年6月6日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者儲進科, 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