专利名称：缠绕复合高压静加载试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种试验装置，特别是一种结构部件的静态高压加载装置。
背景技术：
为了检验大型特种工程设备的刚度、 强度及静态特性是否满足设计要求，在所处的高压环境中能否正常运行，需将大型特种工程设备放在高压静载试验装置中进行相应的高压试验。
现有静载力学性能试验装置称为冷静压机，其技术参数为1)、额定工作压力300Mpa；2)、工作缸直径φ1000mm；3)、工作缸高度2000mm多。冷静压机主要由主机系统、液压系统、冷却过滤系统、电气控制系统等组成。主机系统主要由机架、液压缸、液压缸座和导轨座组成。该冷静压机主要是在压制品四周围加压，加载装置与压制品不是柔性接触，不能用来进行结构部件的静载力学性能测试。现有分体式高压静载试验装置的压力在80MPa以下，加载试件直径在900mm以内，尚不能满足工程试验需要，还有待进一步改进的内容有1、加载内径不大、液压不高，随着大型特种工程设备在工程中的应用，人们急需解决压力在200MPa和试件外经在1000mm、高度在1200mm以上的加载装置。
2、对大型特种工程设备可以说是一系统结构，以前的工作很大程度上注重于对结构系统中某部件进行测试，没有体现出对大型特种工程设备整个结构进行测试。
3、难于推广到真实结构试件的模拟测试。
发明内容
本发明的目的是提出一种缠绕复合高压静加载试验装置，解决现有试验装置加载腔室不大、液压不高、不能用来自行独立进行整个结构部件的静载力学性能测试的问题；并解决压力在200MPa和试件外经在1000mm、高度在1200mm以上的高压加载试验问题。
本发明的技术方案这种缠绕复合高压静加载试验装置，包括一个内置试件的筒形承压容器和与之连接的液压加载卸载系统，在试件表面贴有应变片和位移传感器，位移传感器经导线与数据采集系统相连，其特征在于上述筒形承压容器包括一个腰部缠绕钢丝的筒形副机架，在筒形副机架和试件下部承托一托盘，在筒形副机架顶部覆盖一顶盖，在筒形副机架和顶盖之间夹紧一橡胶囊；
上述筒形承压容器置于自约束主机架的空腔内，自约束主机架为一横置的筒形，筒的中部有一空腔，筒的外壁缠绕钢丝；高压油充满在橡胶囊与顶盖之间的空隙中；顶盖内置有进油油路与卸油油路，进油油路与卸油油路内端出口在顶盖内面，进油油路与卸油油路外端口与液压加载卸载系统串连。
上述筒形承压容器内壁与试件之间的夹缝里和试件外表面凹凸处浇灌有高弹材料。
上述高弹材料可以是聚氨酯密封材料、酚醛泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料。
上述筒形副机架的上表面内沿有凹形橡胶囊圆环座。
上述顶盖下表面布有O形高压密封槽。
上述托盘由环形的上托盘和环形变径的下托盘组成， 下托盘的上部外径与上托盘外径和筒形副机架内径相同，下托盘的下部外径大于筒形副机架内径，并承托在筒形副机架的下面。
上述下托盘的下部自内壁至外壁开有导线孔道。
有益效果本发明所设计的缠绕复合高压静加载试验装置采用用缠绕钢丝加强的承压容器、液压加载卸载系统和自约束复合式结构，主要对大型特种工程设备复杂组合件系统的静态力学性能测试。进行试验前将试件装配后镶嵌到测试件外筒里，然后在试件外表面凹凸处灌聚氨酯密封材料，形成规则的圆环平面，有利于橡胶囊承载受力。在试件表面贴应变片和位移传感器，通过导线与数据采集系统相连。然后将试件整体放入加载装置外筒里，在整体结构部件上表面放入预制的橡胶囊，将加载装置顶盖对正放到加载装置外筒上，连接加载装置顶盖间油路阀门。试验时，启动液压泵，用油压机压紧顶盖；当液压泵油压升至一定压力时，开启油压阀，根据试验需求对试件逐级加压，数据采集系统逐级记录测试结果，从而实现对高压状态下结构试件静态力学性能进行测试。
本发明的缠绕复合高压静加载试验装置的优点1.对外径在1000mm以内、高为1200mm以内的大型试验件可以产生高压，其高压可以达到200MPa以内，并且可以根据要求进行适当调节；2.可以分级加多种高压静载荷，从而研究试件的延性比等指标，与模拟分析结果对比；3.可以实现多种复杂组合结构和设备的测试研究。它能很好地为分析冲击波作用到大型特种工程设备的等效静载特性提供实验环境。
实现多种复杂组合结构和设备的测试研究。它能很好地为设计冲击波作用到大型特种工程设备的等效静载特性提供实验环境。
图1是本发明缠绕复合高压静加载试验装置示意图；
图2是自约束主机架及自约束主机架的缠绕钢丝示意图；图3是图2的B-B面示意图；图4是筒形副机架及筒形副机架的缠绕钢丝示意图；图5是图4的俯视图；图6是加载装置的顶盖的结构示意图；图7是图6的仰视图；图8是上托盘结构示意图；图9是图8的俯视图；图10是下托盘结构示意图；图11是图10的俯视图；图12是本发明油压的传递路线图；图13是本发明压力的传递路线示意图。
1-自约束主机架的缠绕钢丝、2-自约束主机架、3-顶盖、4-橡胶囊、5-筒形副机架、6-筒形副机架的缠绕钢丝、7-下托盘、8-数据采集系统、9-空腔、10-上托盘、11-第一应变片和位移传感器、12-第二应变片和位移传感器、13-第一试件、14-第二试件、15-第三试件、16-第四试件、17-第五试件、18-液压加载卸载系统、19-高压油、20-高弹材料、21-进油油路、22-卸油油路、23-凹形橡胶囊圆环座、24-O形高压密封槽、25-导线孔道。
具体实施例方式
实施例如图1所示，这种缠绕复合高压静加载试验装置，包括一个内置试件的筒形承压容器和与之连接的液压加载卸载系统，在试件表面贴有应变片和位移传感器，位移传感器经导线与数据采集系统相连。
上述筒形承压容器包括一个腰部缠绕钢丝6的筒形副机架5，在筒形副机架和试件下部承托一托盘，该托盘由环形的上托盘10和环形变径的下托盘7组成，下托盘的上部外径与上托盘外径和筒形副机架内径相同，下托盘的下部外径大于筒形副机架内径，并承托在筒形副机架的下面，为与数据采集系统8相连，下托盘的下部自内壁至外壁开有导线孔道25。在筒形副机架顶部覆盖一顶盖3，在筒形副机架和顶盖之间夹紧一橡胶囊4。为增加密封性，上述筒形副机架的上表面内沿有凹形橡胶囊圆环座23。上述顶盖下表面布有O形高压密封槽24。
上述筒形承压容器置于自约束主机架2的空腔内，自约束主机架为一横置的筒形，筒的中部有一空腔9，筒的外壁缠绕钢丝1。
液压加载卸载系统18是整个加载测试系统液压源，提供整个油路及加载容器油压。高压油19充满在橡胶囊4与顶盖3之间的空隙中；顶盖内置有进油油路21与卸油油路22，进油油路与卸油油路内端出口在顶盖内面，进油油路与卸油油路外端口与液压加载卸载系统18串连。
上述筒形承压容器内壁与试件之间的夹缝里和试件外表面凹凸处浇灌有高弹材料20，高弹材料可选择聚氨酯密封材料。橡胶囊4起到加载装置容器的密封作用，聚氨酯密封高弹材料20主要起到保护橡胶囊加载不产生应力集中破坏。
第一试件13、第二试件14、第三试件15、第四试件16、第五试件17从下而上顺序排列在筒形承压容器内。
在试件表面贴有第一应变片和位移传感器11、第二应变片和位移传感器12，位移传感器经导线与数据采集系统相连，导线从导线孔道25穿出。
筒形副机架5和上托盘10用于固定试件13-17，筒形副机架外面的缠绕钢丝6用于加固筒形副机架的结构承载能力，上托盘10可以根据试件大小进行调节加工；试件15、16、17与顶盖3、橡胶囊4形成高压腔室；顶盖3、下托盘7与筒形副机架5共同支撑试件。应变片和位移传感器11、12和数据采集系统8共同采集测试原始数据；自约束主机架2用来夹紧顶盖3和托盘7与筒形副机架5，以便加载装置内油压可以加到试件上，自约束主机架通过缠绕钢丝1加固增强结构抗拉能力。
各部分的连接关系为筒形副机架5与下托盘7和顶盖3夹在自约束主机架2上；试件13、14、15、16、17组成的测试件整体放置在上托盘10与筒形副机架5组成的容器内，上托盘10支撑在下托盘7上；聚氨酯密封高弹材料20浇灌到凹凸不平的试件夹缝里，形成圆环平面；橡胶囊放置在顶盖3与试件17、16、15与聚氨酯密封高弹材料20平面之间。自约束主机架2夹紧着顶盖和下托盘7。数据采集系统8通过导线与应变片相连，第一应变片和位移传感器11与第二应变片和位移传感器12布置在试件上。数据采集系统可选用已有的信号采集装置。
橡胶囊4的主要技术参数列表如下
聚氨酯密封高弹材料的主要技术参数列表如下
自约束主机架及钢丝如图2、图3所示，为了提高压力容器的周向强度，除了在自约束主机架外缠绕钢丝1外，自约束主机架必须应用滚锻方法生产，其主要生产过程如下35CrMo合金钢滚锻-粗加工-调质-精加工。主要技术参数列表如下
筒形副机架5及缠绕钢丝6如图4、图5所示，在上边沿加工用于密封的橡胶囊圆环座23。为了提高压力容器的周向强度，除了在筒形副机架外壁缠绕钢丝6外，筒形副机架必须应用滚锻方法生产，其主要生产过程和主要技术参数与自约束主机架一样。
顶盖3如图6、图7所示，进油油路21、22与卸油路镶嵌在顶盖3结构内，并在上面加工了两条与橡胶配合形成的O形高压密封槽24。其主要技术参数列表如下
上托盘10如图8、图9所示，为了引出测试导线，采用空心圆柱体；试件高度变化，无需重新加工下托盘7，生产改变上托盘10的高度即可。其主要技术参数与顶盖3一样。
下托盘7如图10、图11所示，为了引出测试导线，将导线通道25镶嵌在变半径空心圆柱体内，其主要技术参数与顶盖3一样。
如图12所示，试验时液压加载卸载系统18的高压油通过油路传递到顶盖3内部油路里，最后进入橡胶囊4与顶盖3之间形成的腔室，对被测试结构件加压。
如图13所示，进行试验时，高压油对橡胶囊4直接作用，加载力通过橡胶囊4传到聚氨酯密封高弹材料20，同时传到第五试件17、第四试件16、第三试件15，第五试件17又将力传到第四试件16，第四试件16传到第三试件15，再通过第三试件15传到部分传递到第二试件14，再传到第一试件13；这些力最后都通过第一试件13经加载装置副机架5、上托盘10、下托盘7传递到与自约束主机架2上。
权利要求
1.一种缠绕复合高压静加载试验装置，包括一个内置试件的筒形承压容器和与之连接的液压加载卸载系统，在试件表面贴有应变片和位移传感器，位移传感器经导线与数据采集系统相连，其特征在于上述筒形承压容器包括一个腰部缠绕钢丝的筒形副机架，在筒形副机架和试件下部承托一托盘，在筒形副机架顶部覆盖一顶盖，在筒形副机架和顶盖之间夹紧一橡胶囊；上述筒形承压容器置于自约束主机架的空腔内，自约束主机架为一横置的筒形，筒的中部有一空腔，筒的外壁缠绕钢丝；高压油充满在橡胶囊与顶盖之间的空隙中；顶盖内置有进油油路与卸油油路，进油油路与卸油油路内端出口在顶盖内面，进油油路与卸油油路外端口与液压加载卸载系统串连。
2.根据权利要求1所述的缠绕复合高压静加载试验装置，其特征在于上述筒形承压容器内壁与试件之间的夹缝里和试件外表面凹凸处浇灌有高弹材料。
3.根据权利要求2所述的缠绕复合高压静加载试验装置，其特征在于上述高弹材料是聚氨酯密封材料、酚醛泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料。
4.根据权利要求1或2或3所述的缠绕复合高压静加载试验装置，其特征在于上述筒形副机架的上表面内沿有凹形橡胶囊圆环座。
5.根据权利要求1或2或3所述的缠绕复合高压静加载试验装置，其特征在于上述顶盖下表面布有O形高压密封槽。
6.根据权利要求1或2或3所述的缠绕复合高压静加载试验装置，其特征在于上述托盘由环形的上托盘和环形变径的下托盘组成，下托盘的上部外径与上托盘外径和筒形副机架内径相同，下托盘的下部外径大于筒形副机架内径，并承托在筒形副机架的下面。
7.根据权利要求6所述的缠绕复合高压静加载试验装置，其特征在于上述下托盘的下部自内壁至外壁开有导线孔道。
全文摘要
一种缠绕复合高压静加载试验装置，包括一个内置试件的筒形承压容器和与之连接的液压加载卸载系统，在试件表面贴有应变片和位移传感器，位移传感器经导线与数据采集系统相连，其筒形承压容器包括一个腰部缠绕钢丝的筒形副机架，在筒形副机架和试件下部承托一托盘，在筒形副机架顶部覆盖一顶盖，在筒形副机架和顶盖之间夹紧一橡胶囊；上述筒形承压容器置于自约束主机架的空腔内，自约束主机架为一横置的筒形，筒的外壁缠绕钢丝；高压油充满在橡胶囊与顶盖之间的空隙中。解决了压力在200MPa和试件外经在1000mm、高度在1200mm以上的高压加载试验问题，可以用来自行独立进行整个结构部件的静载力学性能测试。
文档编号G01N3/10GK101059409SQ20061020098
公开日2007年10月24日 申请日期2006年10月12日 优先权日2006年10月12日
发明者顾忠明, 程伟, 赵汝斌, 赵寿根 申请人:第二炮兵工程设计研究院