[發明專利]自平衡的高壓氣體環境材料試驗機加載裝置

有效

• 申請號: 201110323614.X
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102507306A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 鄭津洋;劉賢信;孫國有;儲進科;周池樓;趙永志;施建峰;顧超華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明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。

發明內容

本發明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，本發明采取以下措施：

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D₂²-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。

本發明的有益效果在于：

通過對加載桿、載荷測量桿和平衡套筒截面的合理設計，能夠實現高壓氣體環境材料試驗機加載裝置的自平衡。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

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12一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。