液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于对脆性材料进行直接拉伸试验用的装置，特别涉及一种在直接拉伸试验中与试验机配套的岩石试样固定装置。
【背景技术】
[0002]对岩石试样进行直接拉伸试验是获得岩石抗拉强度数据的主要手段。在直接拉伸试验中，与试验机配套的试样固定装置一般由上位夹具和下位夹具组成，上位夹具和下位夹具均包括与试验机连接的接头，固定试样的端帽，连接接头与端帽的链条；下位夹具由于要承接拉伸试验所破坏的部分试样和下端帽，还包括刚性筒体和垫板组成的支撑构件。此种结构的试样固定装置，由于支撑构件不能在整个试验过程对试样和下端帽起到有效支撑作用，因而不能进行峰值应力后的力学效应测试。
[0003]CN200610022224.8公开了一种直接拉伸试验的弹簧支撑式下位夹具，将试样固定装置中下位夹具的支撑构件设计为压缩螺旋弹簧或压缩螺旋弹簧和托板的组合。这样虽然实现了直接测试岩石类脆性材料试验峰值应力后的力学效应，但尚存在以下不足:(1)试验中压缩螺旋弹簧的中心线易与试验机的中心线不重合，从而会对被测试试件形成附加偏心力，影响测试结果的准确性；(2)由于上位夹具与下位夹具的结构不同，因而试验中试件两端加载刚度不一致，导致被测试岩石突然破坏，对有效测定峰值应力后的力学效应仍不是很理想；(3)链条与端帽连接时，操作极为不方便且劳动强度较大，对拉伸承载能力低的岩石，还极易造成试件损伤而导致无法试验。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置，以便能确保试验中螺旋弹簧的中心线与试验机的中心线重合及试件两端加载刚度一致，并使链条与端帽的连接便捷、省力，提高功效。
[0005]本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置，由下位夹具和上位夹具组成；所述下位夹具包括与试验机底部加载座连接的下接头、固定试样的下端帽、连接下接头与下端帽的下链条、第一螺旋弹簧、第一中心限位机构、第二中心限位机构和第一液压机构，下端帽由试样固定槽和连接段构成；所述上位夹具包括与试验机顶部加载座连接的上接头、固定试样的上端帽、连接上接头与上端帽的上链条、第二螺旋弹簧、第三中心限位机构、第四中心限位机构和第二液压机构，上端帽由试样固定槽和连接段构成；所述第一中心限位机构、第二中心限位机构、第三中心限位机构和第四中心限位机构的结构相同，均由三爪卡盘、支撑件和转接板组成，支撑件的一端与转接板连接，另一端与三爪卡盘连接；所述第一液压机构、第二液压机构的结构相同，均包括圆环形活塞及与圆环形活塞组合的圆环形油缸；第一中心限位机构与试验机底部加载座组合安装，第一中心限位机构中的三爪卡盘与试验机底部加载座接触，所述下接头位于三爪卡盘的中心孔内，第一中心限位机构中三爪卡盘的三个卡爪自由端分别与下接头的外侧面接触；第二中心限位机构与下端帽组合安装，第二中心限位机构中的三爪卡盘与下端帽的试样固定槽底部外壁接触，下端帽的连接段位于三爪卡盘的中心孔内，第二中心限位机构中三爪卡盘的三个卡爪自由端分别与下端帽连接段的外侧面接触；第一液压机构与第一中心限位机构或第二中心限位机构组合安装，当第一液压机构与第一中心限位机构组合安装时，第一液压机构中的圆环形油缸与第一中心限位机构中的转接板连接，第一螺旋弹簧的一端与第一液压机构中的圆环形活塞连接，另一端与第二中心限位机构中的转接板连接，当第一液压机构与第二中心限位机构组合安装时，第一液压机构中的圆环形油缸与第二中心限位机构中的转接板连接，第一螺旋弹簧的一端与第一液压机构中的圆环形活塞连接，另一端与第一中心限位机构中的转接板连接，所述下链条位于第一中心限位机构、第一液压机构、第一螺旋弹簧、第二中心限位机构围成的空间内；第三中心限位机构与上端帽组合安装，第三中心限位机构中的三爪卡盘与上端帽的试样固定槽底部外壁接触，上端帽的连接段位于三爪卡盘的中心孔内，第三中心限位机构中三爪卡盘的三个卡爪自由端分别与上端帽连接段的外侧面接触；第四中心限位机构与试验机顶部加载座组合安装，第四中心限位机构中的三爪卡盘与试验机顶部加载座接触，所述上接头位于三爪卡盘的中心孔内，第四中心限位机构中三爪卡盘的三个卡爪自由端分别与上接头的外侧面接触；第二液压机构与第三中心限位机构或第四中心限位机构组合安装，当第二液压机构与第三中心限位机构组合安装时，第二液压机构中的圆环形油缸与第三中心限位机构中的转接板连接，第二螺旋弹簧的一端与第二液压机构中的圆环形活塞连接，另一端与第四中心限位机构中的转接板连接，当第二液压机构与第四中心限位机构组合安装时，第二液压机构中的圆环形油缸与第四中心限位机构中的转接板连接，第二螺旋弹簧的一端与第二液压机构中的圆环形活塞连接，另一端与第三中心限位机构中的转接板连接，所述上链条位于第三中心限位机构、第二液压机构、第二螺旋弹簧、第四中心限位机构围成的空间内。
[0006]本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位式岩石试样固定装置中，所述第一中心限位机构、第二中心限位机构、第三中心限位机构和第四中心限位机构中的支撑件为四根圆杆，转接板为圆环形板，四根圆杆均匀安装在三爪卡盘和转接板的圆环面上；或所述第一中心限位机构、第二中心限位机构、第三中心限位机构和第四中心限位机构中的支撑件为两个横截面为圆弧形的板体，转接板为圆环形板，两个板体对称安装在三爪卡盘和转接板的圆环面上。
[0007]本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置中，所述三爪卡盘是手动卡盘或气动卡盘或液压卡盘。
[0008]本发明具有以下有益效果:
[0009]1、由于本发明所述岩石试样固定装置的下位夹具和上位夹具中均设置有螺旋弹簧和两个中心限位机构，因而不仅能确保试验中试件两端加载刚度一致，更有效的测试岩石试验峰值应力后的力学效应，而且通过下位夹具和上位夹具的中心限位机构中的三爪卡盘能确保试验中螺旋弹簧的中心线与试验机的中心线重合，避免了附加偏心力的产生，不仅提高了试验成功率，还有利于提高测试结果的准确性。
[0010]2、由于下位夹具和上位夹具中均设置有液压机构，链条与端帽连接时，可通过液压机构中的圆环形活塞带动螺旋弹簧和中心限位机构运动或压缩螺旋弹簧，将链条与端帽的连接部位暴露出来，因而链条与端帽的连接便捷、省力，功效提高，同时还有利于保护被测试件在加载前不被造成损伤而影响测试结果的可靠性。
【附图说明】
[0011]图1为本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置的结构示意图。
[0012]图2为三爪卡盘的一种结构示意图。
[0013]图3为本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置中第一中心限位机构或第二中心限位机构或第三中心限位机构或第四中心限位机构的第一种结构示意图(支撑件为圆杆)。
[0014]图4为图3的俯视图。
[0015]图5为本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置中第一中心限位机构或第二中心限位机构或第三中心限位机构或第四中心限位机构的第二种结构示意图(支撑件为弧形板体)。
[0016]图6为图5的俯视图。
[0017]图7为本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置中第一液压机构或第二液压机构的结构示意图。
[0018]图8为图7的俯视图。
[0019]图中，I一试验机底部加载座，2一二爪卡盘，2-1一第一爪盘体，2-2一第二爪盘体，2-3一卡爪，2-4一小维齿轮，2-5一大维齿轮，2-5-1一平面螺纹，2-5-2一维齿，3一下接头，4一支撑件，5—转接板，6—下链条，7—下插销，8—下端帽，9一岩石试样，10—上端帽，11一上插销，12 一上链条，13 一上接头，14 一试验机顶部加载座，15 一第一螺旋弹費，16 一第二螺旋弹簧，17 —圆环形活塞，18 —圆环形油缸，19一活塞限位环，20—密封圈，21—输油管，22—控制阀ο
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例对本发明所述液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置做进一步说明。
[0021]本实施例中，液压弹簧式直接拉伸试验用三爪卡盘限位岩石试样固定装置如图1所示，由下位夹具和上位夹具组成。所述下位夹具包括与试验机底部加载座I连接的下接头3、固定试样的下端帽8、连接下接头与下端帽的下链条6、第一螺旋弹簧15、第一中心限位机构、第二中心限位机构和第一液压机构，下端帽8由试样固定槽和连接段构成，第一螺旋弹簧15为圆柱压缩螺旋弹簧；所述上位夹具包括与试验机顶部加载座14连接的上接头13、固定试样的上端帽10、连接上接头与上端帽的上链条12、第二螺旋弹簧16、第三中心限位机构、第四中心限位机构和第二液压机构，上端帽10由试样固定槽和连接段构成，第二螺旋弹簧16为圆柱压缩螺旋弹簧。
[0022]所述第一中心限位机构、第二中心限位机构、第三中心限位机构和第四中心限位机构的结构相同，均由三爪卡盘2、支撑件4和转接板5组成，如图3、图4所示；三爪卡盘为手动卡盘，其结构如图2所示，包括第一爪盘体2-1、第二爪盘体2-2、三个卡爪2-3、小锥齿轮2-4和大锥齿轮2-5，第一爪盘体2-1、第二爪盘体2-2为圆环形盘体，它