CN201903484U - Mts结构试验加载系统专用高低温环境试验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，至少包括试验箱、传感器、支架、反力钢锭。在试验箱箱顶板和底板加工有U形槽，配上活动滑块，预留能使MTS作动器进入箱体的圆孔通道，圆孔通道孔径与反力钢锭圆柱直径相等，试验箱的支架用于移动箱体。本试验箱结构简单，内胆尺寸大，调试使用方便，易于维护，能与MTS结构试验加载系统相结合，可实现中、大型岩土体试样的温度场和应力场耦合条件下岩土体的物理力学试验及结构试验，为开展低温条件下土木工程科研工作提供了试验基础。

Description

MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱

技术领域

本实用新型涉及一种MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，具体地说是一种能与MTS结构试验加载系统配合使用的，实现中、大型试样在温度场和应力场耦合条件下进行物理力学试验及结构试验的设备。

背景技术

目前国内外市场上提供的定型冻融设备一般可分为三类：第一类是高低温交变试验箱，主要用于电工电子产品（包括元件、设备及其它产品）的高低温耐久性测试，其优点是采用直冷或风冷方式制冷、温控精确、产品工业化程度高，缺点主要是能耗大、大尺寸箱体需特别定做且费用昂贵；第二类是混凝土快速冻融设备，主要用于建材等行业进行混凝土快速抗冻测试，其优点是造价较低，缺点主要是根据混凝土冻融标准需采用防冻液制冷，无法满足岩土体干燥冻融要求，且存在低温难以达到-30℃或以下、温控精度不够等问题；第三类是高低温液浴循环试验箱，由于特有的液浴循环制冷方式使其具有能耗低、温控精度高、编程方式多样化、温度均匀度好、价格合理等优点，现正逐渐被用于寒区冻土工程科研工作中。

上述现有定型冻融设备的工作原理类似于大型数控冰箱，主要用于工业产品、混凝土试块等在单一温度场环境下的测试，无法直接用于温度场、应力场耦合条件下的力学试验。目前国内能在冻融条件下，结合MTS液压式伺服加载系统进行岩石力学和土力学试验的装置，仅有以中科院寒区旱区环境与工程研究所为代表的少数几家科研单位具备，其只能针对小尺寸的岩体标准试样开展测试，无法实现中、大型岩土体试样的物理力学模型试验。本说明书中提到的MTS结构试验加载系统是用于桥梁、建筑、隧道、道路、车辆等大型结构及构件的动、静态性能试验研究的设备。现有的规范中也没有能在温度场、应力场耦合条件下进行岩土体物理力学试验的原理、方法及规程，需有合适的冻融设备进行试验后才能进一步完善。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足，而提供一种能与MTS结构试验加载系统结合使用（主要体现在与MTS作动器、反力台相匹配），能实现中、大型试样在温度场和应力场耦合条件下进行物理力学试验及结构试验的专用高低温环境试验箱，且试验箱能达到结构简单、制造成本较低、使用方便、工作性能稳定、易于维护和保养。

实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：提供一种MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，至少包括试验箱箱体、观察窗、风机、温度传感器和支架，所述的试验箱箱体内有一内胆；箱体外壳前门中间设有一个观察窗，前门的左边安装有门扣，右边安装有前门上支板，前门上安装有密封条；箱体后背内侧安装有离心风机，电热管，蒸发器，后背板外侧上安装有四个低温循环管接口；箱顶板上安装有导线橡胶，固态继电器和散热器；箱顶板和底板均开有U形凹槽，配有可拆卸滑块，滑块与顶、底板面拼接后，在箱顶板、底板面之间形成圆孔通道；箱顶板上还设有上控制器罩，其内有灯杯，隔热圈，风道板固定条，箱体内安装有温度传感器，箱体底板下面设有试验箱支架和反力钢锭。

所述的试验箱箱体的内胆装有内胆密封条，内胆外周装有起保温作用的PU发泡橡胶。

所述的在箱体后背板外侧上安装有四个低温循环管接口通过硅胶管外接两台液浴循环装置调节箱。试验箱采用顶排风和后排风冷却方式进行制冷，通过可编程式数字化温控，能模拟气温变化进行正弦编程、线性编程及混编，从而控制环境试验箱内温度的变化。

所述的反力钢锭为工字形，在箱顶板、底板面之间形成圆孔通道的孔径与反力钢锭工字形的圆柱直径相等。圆孔通道的孔径与反力钢锭的圆柱直径相等，可使反力钢锭沿U形槽进入圆孔，并且紧密接触，保证箱体底面密封。所述的反力钢锭用于支撑中、大型岩样，防止其本身或加压时压坏环境试验箱底面。箱体顶板上的圆孔可使大型的MTS作动器进入箱体，并对箱体内试样进行力学试验，同时，试样上的监测工具如应变花、光纤光栅传感器或补水装置的导线均可由此圆孔引出。

所述试验箱的支架两侧面设有斜撑杆和竖直支撑杆，竖直支撑杆与斜撑杆相接，支架的后侧设有支架横撑杆，支架下部设有四个撑高关节脚蹄和便于箱体移动的万向滑轮。整个试验箱支架呈开口在侧面的U形，箱体外壳与支架之间采用螺丝固定，安装时支架的U形开口面朝向MTS结构试验加载系统的反力台，支架脚设置四个万向滑轮使试验箱可移动便捷装样。

本实用新型环境试验箱具有如下优点：

1、本环境试验箱最主要的特点是内胆尺寸大，最主要的效果是解决了目前市场上现有冻融设备无法直接用于温度场、应力场耦合条件下的动、静态加载试验，尤其无法对中、大型岩土体、边坡支护体进行模型试验。本环境试验箱能满足上述需求，且使用简单，工作性能稳定，制冷机噪音、能耗控制在允许范围内，无需特殊维护，性价比高。

2、本试验箱采用顶排风和后排风冷却方式，使箱体内部快速制冷。采用传感器和循环泵液流结合设计，提高了控温精度和温场均匀度。采用风道式循环通风方式，使箱内风力分布均匀，不会吹散轻细物品，温场均匀度高。

3、本试验箱下底面所开的U形凹槽便于先将大型试样安置在MTS反力台上，利用专用的试验箱支架移动试验箱，沿反力钢锭移动，方便试样进入试验箱内。

4、本环境试验箱箱体内设有温度传感器，可实时获得箱体内温度变化情况，温度调节范围不大于-30℃～60℃，升/降温速度快，能在24h内完成1个±30℃冻融循环过程，温度波动度≯±0.5℃；且箱内温度偏差≯2℃。可采用温度测量控制软件程式对其进行数字化温控，模拟气温变化进行正弦编程、线性编程及混编。本试验箱设计科学，结构简单，制造成本低、操作方便，工作参数的比较容易调节，控制方法简单，为开展低温条件下土木工程科研工作提供了试验基础。

附图说明

图1为本实用新型材料试验机专用高低温环境试验箱主视示意图。

图2为图1Ⅰ-Ⅰ剖面示意图。

图3、图4为图1俯视图和仰视示意图。

图5为图2Ⅱ-Ⅱ剖面示意图。

图6a、图6b为反力钢锭主视和俯视示意图。

上述图中：1前门， 2滑块，3 U形凹槽，4圆孔通道，5上控制器罩，6灯杯，7隔热圈，8风道板固定条，9离心风轮，10电热管，11蒸发器，12低温循环管接口，13MTS反力台，14支架，15风道板，16温度传感器，17观察窗，18控制器，19反力钢锭，20门扣组件，21前门上支板，22导线橡胶圈，23固态继电器，24散热器，25线槽， 26内胆，27试验箱外壳，28内胆密封条，29前门密封条，30后背板，31竖直支撑杆，32支架横撑杆，33支架斜撑杆，34撑高关节脚蹄，35万向滑轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。

实施例1：本实用新型的材料试验机专用高低温环境试验箱，其结构如图1、2所示。至少包括试验箱外壳27、观察窗17、离心风轮9、温度传感器16、支架14、反力钢锭19。试验箱箱体内有一大尺寸的内胆26；箱体外壳27的前门1中间设了一个观察窗17，前门的左边安装有门扣组件20，右边安装有前门上支板21；箱顶板上还设有上控制器罩5，其内有灯杯6，隔热圈7，风道板固定条8，箱体后背一侧安装有离心风轮9，电热管10，蒸发器11，后背板30上装有低温循环管接口12；底板面下设有试验箱专用支架14、支架设有竖直支撑杆31，支架横撑杆32，支架斜撑杆33，撑高关节脚蹄34，万向滑轮35。

参见图3、4和5，箱顶板上安装有导线橡胶圈22，固态继电器23、散热器24和线槽25；箱顶板和底板均开有U形凹槽3，配有可拆卸滑块2，滑块与顶、底板面拼接后，在顶板面、底板面之间留有圆孔通道4；箱体上设风道板15，箱体内自带温度传感器16，内胆安装有内胆密封条28，前门上安装有前门密封条29。

本实用新型的环境试验箱，试验箱的前门1设置了观察窗17，便于实时掌握和观察试验进程，前门控制器18导线与线槽25间连接应确保前门转动灵活，不缠绕或折断导线。试验箱内胆尺寸为1000×1000×1000mm，允许尺寸不大于1000×1000×1000mm的试样进行试验。内胆材料采用拉丝抛光不锈钢，其抗蚀性强，便于清洁，内胆底部采用陶瓷纤维板衬垫，以支撑内胆重量，内胆外周采用PU发泡橡胶保温。箱体外壳材料应采用冷轧钢板静电喷涂，以满足防磁、防静电、防辐射要求。

本实用新型环境试验箱为便于MTS结构试验加载系统能直接对箱体内试样进行加载，在箱顶、底面分别开U形凹槽3，预留能使MTS作动器进入箱体的圆孔通道4，U形凹槽3长500mm，圆孔孔径为210mm，滑块2能沿U形凹槽3滑动，与顶面拼接后在顶面留出直径为210mm的圆孔，如图3所示。MTS作动器可通过箱顶圆孔进入环境箱，对试样进行动态或静态加载。对于顶板和底板间所开的圆孔通道4需做好圆孔与圆孔通道处的密封及保温隔热工作，应采用三元乙丙橡胶（EPDM橡胶）保温，确保结合良好，活动顺畅。圆孔通道孔径与反力钢锭圆柱直径相等，使两者紧密接触，保证箱体底面密封。反力钢锭用于支撑大型试样，防止MTS作动器加载过程中压坏试验箱底面。

为与MTS结构试验加载系统相结合，试验箱的专用支架14设计成开口在侧面的U形，U形开口面朝向MTS反力台 13。箱体外壳与支架之间采用螺丝固定，支架两侧内加竖直支撑杆31和支架横撑杆32，支撑起上部环境箱，支架脚有四个万向滑轮35，可轻松推动箱体，并设置撑高关节脚蹄34，当其下降至地面与支架万向滑轮脚平齐时，一起支撑箱体，确保仪器不再移动。

实施例2：本实用新型的MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱操作过程如下：

使用本环境试验箱下方设有专用支架14，首先将反力钢锭19置于MTS反力台 13上，试样放置于反力钢锭之上固定；取下底板的可拆卸滑块2，将U形槽3对准反力钢锭19，推动试验箱子，U形槽沿反力钢锭圆柱处移动，当上部MTS作动器正好对准顶板处圆孔通道时即装样完毕，随后插上可拆卸滑块2，用保温橡塑对接口处进行保温隔热处理，装样过程方便灵活。应用专用软件设置高低温恒温液浴循环装置调节箱和本环境试验箱的温度，使试验箱体内温度按程序设定温度变化。MTS作动器可通过顶板圆孔直接对箱体内试样进行加载，完成温度场和应力场耦合条件下的力学试验。若不使用MTS作动器进行加载，则可用圆形泡沫和橡胶封住顶部圆孔通道，例如岩体-支护体一体化模型的冻融循环试验。

本实用新型的试验箱能结合MTS结构试验加载系统进行岩石力学和土力学试验，以及大型试样的结构试验，为开展低温条件下土木工程科研工作提供了试验基础。本试验箱可广泛应用于土木工程科学、材料科学等方面的研究，如低温学、冻土学、冻融力学等科学领域。

Claims (5)

1.一种MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，至少包括试验箱箱体、观察窗、风机、温度传感器和支架，其特征在于：所述的试验箱箱体内有一内胆；箱体外壳前门中间设有一个观察窗，前门的左边安装有门扣，右边安装有前门上支板，前门上安装有密封条；箱体后背内侧安装有离心风机，电热管，蒸发器，后背板外侧上安装有四个低温循环管接口；箱顶板上安装有导线橡胶，固态继电器和散热器；箱顶板和底板均开有U形凹槽，配有可拆卸滑块，滑块与顶、底板面拼接后，在箱顶板、底板面之间形成圆孔通道；箱顶板上还设有上控制器罩，其内有灯杯，隔热圈，风道板固定条，箱体内安装有温度传感器，箱体底板下面设有试验箱的支架和反力钢锭。

2.根据权利要求1所述的MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，其特征在于：所述的试验箱箱体的内胆装有内胆密封条，内胆外周装有起保温作用的PU发泡橡胶。

3.根据权利要求1所述的MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，其特征在于：所述的在箱体后背板外侧上安装有四个低温循环管接口通过硅胶管外接两台液浴循环装置调节箱。

4.根据权利要求1所述的MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，其特征在于：所述的反力钢锭为工字形，在箱顶板、底板面之间形成圆孔通道的孔径与反力钢锭工字形的圆柱直径相等。

5.根据权利要求1所述的MTS结构试验加载系统专用高低温环境试验箱，其特征在于：所述试验箱的支架两侧面设有斜撑杆和竖直支撑杆，竖直支撑杆与斜撑杆相接，支架的后侧设有支架横撑杆，支架下部设有四个撑高关节脚蹄和便于箱体移动的万向滑轮。

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