CN109060509B - 柔性多功能大吨位索缆试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性多功能大吨位索缆试验系统，包括：纵梁、反力横梁、组合力传感器、组合千斤顶、动衡梁和作动器组；纵梁包括可组合使用的长纵梁和短纵梁，两组平行的纵梁的两端分别连接一反力横梁，合围形成矩形框架结构；组合力传感器和组合千斤顶分别设置在一个反力横梁的外侧；动衡梁活动设置在纵梁和反力横梁之间的框架空间内，动衡梁的两个侧部择一或者同时设置一作动器组，作动器组的直线作动器的一端连接到动衡梁上，另一端连接到对应一侧的反力横梁上；动衡梁的两侧部、组合力传感器及组合千斤顶均能与试验件的一端连接。上述的试验系统，功能多样、适用范围广、试验荷载大、效率高，能充分满足索缆试验的要求。

Description

柔性多功能大吨位索缆试验系统

技术领域

本发明涉及桥梁检测、试验技术领域，具体涉及一种柔性多功能大吨位索缆试验系统。

背景技术

桥梁等行业中使用的索缆在投入使用前需要进行疲劳、载荷等试验，以保证桥梁的安全。目前国内外已有的索缆试验系统存在一下问题：

1、一次只能对一个试件进行试验，效率低下；

2、尺寸不可调节，只能对一定长度的试件进行试验，适应范围太窄；

3、目前市场上没有超过3000吨的大吨位力传感器，进而试验系统的最大试验吨位为3000吨，吨位较小，且无法准确计量，试验荷载不能满足目前市场的需求；

4、功能单一，仅能对试件进行单独的疲劳试验加载或则静载试验加载。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提出一种功能多样、适用范围广、试验荷载大、效率高的索缆试验系统。

为达到上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：

柔性多功能大吨位索缆试验系统，包括：纵梁、反力横梁、组合力传感器、组合千斤顶、动衡梁和作动器组；所述纵梁包括长度不同的长纵梁和短纵梁，所述长纵梁和短纵梁择一使用，或者，长纵梁和短纵梁沿长度方向连接为一体使用；所述纵梁平行间隔设置有两组，纵梁的两端分别连接一所述反力横梁，合围形成矩形框架结构；所述反力横梁的中部开设有沿纵梁的长度方向延伸的第一试件孔，所述组合力传感器和组合千斤顶分别设置在一个反力横梁的与第一试件孔相对应的外侧；所述动衡梁活动设置在纵梁和反力横梁之间的框架空间内，动衡梁的与反力横梁相对的两个侧部择一或者同时设置一所述作动器组；所述作动器组包括至少两个相对于第一试件孔呈环形均匀排布的直线作动器，所述直线作动器的一端连接到动衡梁上，直线作动器的另一端连接到对应一侧的反力横梁上；所述动衡梁的两侧部、组合力传感器及组合千斤顶均能与试验件的一端连接。

进一步地，所述组合力传感器和组合千斤顶上分别设置与反力横梁的第一试件孔同轴的第二试件孔和第三试件孔，所述动衡梁的与第一试件孔对应的两侧面上均设置有试件固定接口；试验件的端部穿过所述第二试件孔、第三试件孔或试件固定接口后与一锚固螺母连接，将试验件对应连接到组合力传感器、组合千斤顶或动衡梁上。

进一步地，所述组合力传感器包括：压板和传感器，所述压板的中部开设所述第二试件孔；所述传感器相对于第二试件孔呈环形均匀排布的设置有多个，传感器的一端连接到压板上，另一端抵靠到对应一侧的反力横梁上。

进一步地，所述传感器设置有8个。

进一步地，所述组合千斤顶包括：座板和千斤顶，所述座板的中部开设所述第三试件孔；所述千斤顶在第三试件孔外侧的座板上均匀布置有多个，千斤顶的底端固定在座板上，千斤顶的伸出端能顶压到对应一侧的反力横梁上。

进一步地，所述组合千斤顶还包括：顶出螺管，所述顶出螺管设置在座板的第三试件孔内，顶出螺管能突出于座板的面向反力横梁的端面，且突出的长度可调。

进一步地，所述组合千斤顶还包括：套管，所述套管与第三试件孔适配的插装于第三试件孔内，套管的远离反力横梁的一端设置周向向外延伸的挡缘；所述顶出螺管螺接在所述套管的轴孔内。

进一步地，所述动衡梁包括：主梁体和连接轴，所述连接轴设置在主梁体上且与第一试件孔同轴，连接轴具有贯通的轴孔，所述轴孔的中段与锚固螺母的外六角周面适配，轴孔的靠近端部的一段的直径小于中段，形成台阶孔状的所述试件固定接口；所述轴孔的中段内设置有锚固螺母。

进一步地，所述连接轴的外周面上开设有与轴孔的中段连通的螺母放置孔，所述锚固螺母能通过所述螺母放置孔进入到轴孔的中段内。

进一步地，所述直线作动器为液压伺服作动器。

采用上述技术方案，本发明的有益效果有：

1、试验荷载大：采用多作动器协同加载，提高了试验加载的最大试验荷载，满足了大荷载试验的需求；

2、试验效率高：通过增加动衡梁装置，具备了同时对两个试件进行试验的能力，大大提高了试验效率，降低能耗，提高投入产出比；

3、适用范围广：通过长纵梁和短纵梁组合的纵梁结构，形成长度可变的矩形受力框架，以适应不同规格试验件的实验需求，扩大了对试验件尺寸的包容能力，增加了试验系统的适用范围；

4、功能多样：通过使用组合千斤顶，实现静力张拉和锁死功能，使得试验系统不仅可以进行疲劳试验，还可以进行静载试验，一机多用，节约成本；

5、实现准确计量：使用组合力传感器来替代传统单传感器，克服了单个传感器的吨位不足的问题，通过多个传感器分别进行计量，提高了试验的测量范围，使得准确计量成为可能。

附图说明

图1为本实施例的平面结构示意图；

图2为本实施例组合力传感器的正视结构示意图；

图3为图2中A断面的半剖结构示意图；

图4为本实施例组合千斤顶的剖视结构示意图；

图5为本实施例动衡梁的半剖结构示意图；

图6为本实施例双作动器组单试件疲劳试验状态的平面结构示意图；

图7为本实施例单作动器组双试件疲劳试验状态的平面结构示意图；

图8为本实施例单作动器组单试件疲劳试验状态的平面结构示意图；

图9为本实施例静载试验状态的平面结构示意图；

附图标记：

100-试验系统，

10-纵梁，11-长纵梁，12-短纵梁，

20-反力横梁，21-第一试件孔，

30-组合力传感器，31-第二试件孔，32-压板，33-传感器，

40-组合千斤顶，41-第三试件孔，42-座板，43-千斤顶，44-顶出螺管，45-套管，451-挡缘，

50-动衡梁，51-试件固定接口，52-主梁体，53-连接轴，531-轴孔，532-螺母放置孔，

60-作动器组，61-直线作动器，

70-锚固螺母，

200-试验件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图5所示，本实施例提供的柔性多功能大吨位索缆试验系统100，其主体结构包括：纵梁10、反力横梁20、组合力传感器30、组合千斤顶40、动衡梁50和作动器组60；纵梁10平行间隔设置有两组，纵梁10的两端分别连接一反力横梁20，合围形成矩形框架结构，用以支撑和连接其他部件；其中，纵梁10包括长度不同的长纵梁11和短纵梁12，长纵梁11和短纵梁12择一使用，或者，长纵梁11和短纵梁12沿长度方向连接为一体使用，长纵梁11和短纵梁12之间，长纵梁11、短纵梁12和反力横梁20之间可通过螺栓连接，结构简单，便于拆装，从而可以形成三种长度的矩形框架结构，以适应不同规格试验件200的实验需求，扩大了对试验件200尺寸的包容能力，增加了试验系统100的适用范围。本实施例中，将纵梁10设计成两段组合的结构，可以适应绝大多数试验件200的实验需求，且能充分保证矩形框架结构的强度和结构稳定性，保证缆索试验的顺利进行；当然，为适应更加繁杂的试验件200尺寸规格，纵梁10也可以设计成更多长度不同梁体组件，从而可以组装出更多长度的矩形框架结构，适用范围更广。

反力横梁20的中部开设有沿纵梁10的长度方向延伸的第一试件孔21，组合力传感器30和组合千斤顶40分别设置在一个反力横梁20的与第一试件孔21相对应的外侧，动衡梁50活动设置在纵梁10和反力横梁20之间的框架空间内；组合力传感器30和组合千斤顶40上分别设置与反力横梁20的第一试件孔21同轴的第二试件孔31和第三试件孔41，动衡梁50的与第一试件孔21对应的两侧面上均设置有试件固定接口51，试验件200的端部能穿过第一试件孔21、第二试件孔31、第三试件孔41或试件固定接口51后与一锚固螺母70连接，从而将试验件200对应连接到组合力传感器30、组合千斤顶40或动衡梁50上，以便进行试验。

具体的，参见图2和图3，组合力传感器30包括：压板32和传感器33，压板32的中部开设前述的第二试件孔31；传感器33相对于第二试件孔31呈环形均匀排布的设置有多个，多个传感器33的一端连接到压板32上，另一端抵靠到对应一侧的反力横梁20。本实施例中的传感器33设置有8个，8个传感器33等角度环形均匀布置并通过螺栓固定在一个压板32上，形成组合力传感器30。为了保证组合力传感器30的精度，与传感器33相连的压板32的面和与之接触的反力横梁20的面均为精加工面；组合力传感器30的测量范围是单个传感器33的8倍，克服了单个传感器33的吨位不足的问题，把测量量程也提高了8倍，感应吨位可超过6000吨，且通过多个传感器33分别进行计量，使得准确计量成为可能。

参见图4，组合千斤顶40包括：座板42和千斤顶43，座板42的中部开设前述的第三试件孔41；千斤顶43在第三试件孔41外侧的座板42上均匀布置有多个，千斤顶43的底端固定在座板42上，千斤顶43的伸出端能顶压到对应一侧的反力横梁20上，从而通过千斤顶43的伸缩，能调节座板42与反力横梁20的距离，小范围调整试验系统100的长度，以匹配长度小范围变化的试验件200的试验需求，进一步提供试验系统100的适应性。同时，为便于将调节后的座板42进行有效的物理支撑定位，本实施例例在座板42的第三试件孔41内设置有顶出螺管44，顶出螺管44能突出于座板42的面向反力横梁20的端面，且突出的长度可调；具体的，在第三试件孔41内适配的插装一套管45，且套管45的远离反力横梁20的一端设置周向向外延伸的挡缘451，一对套管45进行轴向限位，顶出螺管44即螺接在该套管45的轴孔531内，从而旋转顶出螺管44即能调节固定座板42。当然，顶出螺管44和套管45都应该是高强度的，以满足大荷载试验对配件强度的要求。通过使用组合千斤顶40，实现静力张拉和锁死功能，使得试验系统100不仅可以进行疲劳试验，还可以进行静载试验，一机多用，节约成本。

参见图5，动衡梁50包括主梁体52和连接轴53，连接轴53设置在主梁体52上且与第一试件孔21同轴，连接轴53的两端设置前述的试件固定接口51。具体的，本实施例中的连接轴53具有贯通的轴孔531，轴孔531的中段与锚固螺母70的外六角周面适配，轴孔531的靠近端部的一段的直径小于中段，形成台阶孔状的试件固定接口51；连接轴53的外周面上开设有与轴孔531的中段连通的螺母放置孔532，锚固螺母70能通过该螺母放置孔532进入到轴孔531的中段内；进而试验件200的端部插入到轴孔531内，并通过试验件200端部的螺纹旋接到轴孔531内的锚固螺母70上，外拉试验件200而不会使其从动衡梁50上脱出，从而实现试验件200在动衡梁50上的连接。通过动衡梁50可以同时安装两个试验件200，使试验系统100具备了同时对两个试验件200进行试验的能力，大大提高了试验效率，降低能耗，提高投入产出比。

参见图6和图7，动衡梁50的与反力横梁20相对的两个侧部择一或者同时设置一作动器组60，每组的作动器组60包括至少两个相对于第一试件孔21呈环形均匀排布的直线作动器61，直线作动器61优选为液压伺服作动器，直线作动器61的一端连接到动衡梁50上，直线作动器61的另一端连接到对应一侧的反力横梁20上。从而通过液压伺服控制系统驱动，使各直线作动器61协同运动：同一作动器组60上的直线作动器61同向做功，两组作动器组60的做功方向始终相反，从而对动衡梁50施加同一轴向的伸缩作用力，实现动衡梁50的往复运动。本实施例中，每组动器组60中设置两个直线作动器61，进而可以实现双直线作动器61或四直线作动器61同时做功，为试验系统100提供更大的作用力，提高了试验加载的最大试验荷载，满足了大荷载试验的需求。

上述的柔性多功能大吨位索缆试验系统100，通过纵梁10的长度组合、组合千斤顶40和作动器组60的选择性使用等不同组装方案，可以实现多种工作状态和功能。

参见图1，所示为试验系统100进行双作动器组双试件疲劳试验的功能状态：纵梁10采用长纵梁11和短纵梁12组合的大长度状态，组合千斤顶40和两组作动器组60同时使用。

此状态下，按照顺序依次将第一个试验件200的内端穿过组合力传感器30的第二试件孔31和同侧反力横梁20第一试件孔21，最后插入同侧动衡梁50的试件固定接口51，试验件200的内端旋接到试件固定接口51内的锚固螺母70上，试验件200的外端同样螺接一个锚固螺母70，从而将第一个试验件200锚固到组合力传感器30和动衡梁50上；同理，将第二个试验件200的内端穿过组合千斤顶40的第三试件孔41和同侧反力横梁20第一试件孔21，最后插入同侧动衡梁50的试件固定接口51，试验件200的内端旋接到试件固定接口51内的锚固螺母70上，试验件200的外端同样螺接一个锚固螺母70，从而将第二个试验件200锚固到组合千斤顶40和动衡梁50上；之后，先使用组合千斤顶40给试验件200施加静力，顶紧锚固螺母70，使两个试验件200与组合力传感器30、动衡梁50和组合千斤顶40之间形成刚性接触，然后旋出顶出螺管44将前述的几者机械顶紧、锁死，之后组合千斤顶40缩回退出工作，将支撑力转移到顶出螺管44上，此时两个试验件200承受的静力由顶出螺管44传递到纵梁10和反力横梁20组成的矩形框架上；最后通过两组作动器组60的4个直线作动器61对动衡梁50施加往复作用力，通过动衡梁50把作动器组60传来的力分配到两个试验件200上，动衡梁50的运动使两个试验件200进行往复受力，从而在两个试验件200上产生往复应力，达到对两个试验件200同时进行疲劳试验的效果。

参见图6，所示为试验系统100进行双作动器组单试件疲劳试验的功能状态：去掉组合千斤顶40，其他结构与图1所示的双作动器组双试件疲劳试验状态相同，此状态下，只能进行一个试验件200的疲劳试验，具体操作如下：

按照双作动器组双试件疲劳试验的操作方式，通过锚固螺母70将一个试验件200锚固到组合力传感器30和动衡梁50上，并通过锚固螺母70将试验件200拉紧锁定；之后同样通过两组作动器组60的4个直线作动器61对动衡梁50施加往复作用力，通过动衡梁50的运动使试验件200进行往复受力，从而对试验件200产生往复应力，达到疲劳试验的效果。

此种使用状态，能够为试验件200提供大吨位的试验荷载，满足高强度索缆的疲劳试验需求。

参见图7，所示为试验系统100进行单作动器组双试件疲劳试验的功能状态，仅用一组作动器组60，其他结构与图1所示的双作动器组双试件疲劳试验状态相同。此状态下的操作方式与图1所示的双作动器组双试件疲劳试验完全一样，同样能对两个试验件200同时进行疲劳试验，只是提供的荷载相对较小，适合强度相对较小的索缆的疲劳试验需求。

参见图8，所示为试验系统100进行单作动器组单试件疲劳试验的功能状态：去掉组合千斤顶40及一组作动器组60，其他结构与图1所示的双作动器组双试件疲劳试验状态相同；此状态下，只能进行一个试验件200的疲劳试验，具体操作与图6所示的双作动器组单试件疲劳试验的相同，适合索缆强度适中且试件较少的疲劳试验。

参见图9，所示为试验系统100进行静载试验的功能状态，不使用动衡梁块0和作动器组60，视试验件200的具体长度选择使用不同组合长度的纵梁10，或者不使用纵梁10，本实施实施例中，使用短纵梁12为一般长度的试验件200提供静载实验环境。

具体操作时，试验件200依次穿过组合力传感器30、反力横梁20和组合千斤顶40，两端通过锚固螺母70锚固到组合力传感器30和组合千斤顶40上，之后通过组合千斤顶40对试验件200施加作用力即可进行静载试验。

综上所述，采用上述技术方案的柔性多功能大吨位索缆试验系统，功能多样、适用范围广、试验荷载大、效率高，能充分满足索缆试验的要求。

需要说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.柔性多功能大吨位索缆试验系统，其特征在于，包括：纵梁、反力横梁、组合力传感器、组合千斤顶、动衡梁和作动器组；

所述纵梁包括长度不同的长纵梁和短纵梁，所述长纵梁和短纵梁择一使用，或者，长纵梁和短纵梁沿长度方向连接为一体使用；所述纵梁平行间隔设置有两组，纵梁的两端分别连接一所述反力横梁，合围形成矩形框架结构；所述反力横梁的中部开设有沿纵梁的长度方向延伸的第一试件孔，所述组合力传感器和组合千斤顶分别设置在一个反力横梁的与第一试件孔相对应的外侧；

所述动衡梁活动设置在纵梁和反力横梁之间的框架空间内，动衡梁的与反力横梁相对的两个侧部择一或者同时设置一所述作动器组；

所述作动器组包括至少两个相对于第一试件孔呈环形均匀排布的直线作动器，所述直线作动器的一端连接到动衡梁上，直线作动器的另一端连接到对应一侧的反力横梁上；

所述动衡梁的两侧部、组合力传感器及组合千斤顶均能与试验件的一端连接；

所述组合力传感器上设置与反力横梁的第一试件孔同轴的第二试件孔，所述组合千斤顶上设置与反力横梁的第一试件孔同轴的第三试件孔，所述动衡梁的与第一试件孔对应的两侧面上均设置有试件固定接口；试验件的端部穿过所述第二试件孔、第三试件孔或试件固定接口后与一锚固螺母连接，将试验件对应连接到组合力传感器、组合千斤顶或动衡梁上；

所述组合千斤顶包括：座板和千斤顶，所述座板的中部开设所述第三试件孔；所述千斤顶在第三试件孔外侧的座板上均匀布置有多个，千斤顶的底端固定在座板上，千斤顶的伸出端能顶压到对应一侧的反力横梁上；

所述组合千斤顶还包括：顶出螺管和套管，所述顶出螺管设置在座板的第三试件孔内，所述套管与第三试件孔适配的插装于第三试件孔内，套管的远离反力横梁的一端设置周向向外延伸的挡缘；所述顶出螺管螺接在所述套管的轴孔内，顶出螺管能突出于座板的面向反力横梁的端面，且突出的长度可调。

2.根据权利要求1所述的柔性多功能大吨位索缆试验系统，其特征在于，

所述组合力传感器包括：压板和传感器，所述压板的中部开设所述第二试件孔；所述传感器相对于第二试件孔呈环形均匀排布的设置有多个，传感器的一端连接到压板上，另一端抵靠到对应一侧的反力横梁上。

3.根据权利要求2所述的柔性多功能大吨位索缆试验系统，其特征在于，

所述传感器设置有8个。

4.根据权利要求1所述的柔性多功能大吨位索缆试验系统，其特征在于，

所述动衡梁包括：主梁体和连接轴，所述连接轴设置在主梁体上且与第一试件孔同轴，连接轴具有贯通的轴孔，所述轴孔的中段与锚固螺母的外六角周面适配，轴孔的靠近端部的一段的直径小于中段，形成台阶孔状的所述试件固定接口；所述轴孔的中段内设置有锚固螺母。

5.根据权利要求4所述的柔性多功能大吨位索缆试验系统，其特征在于，

所述连接轴的外周面上开设有与轴孔的中段连通的螺母放置孔，所述锚固螺母能通过所述螺母放置孔进入到轴孔的中段内。

6.根据权利要求1所述的柔性多功能大吨位索缆试验系统，其特征在于，

所述直线作动器为液压伺服作动器。