CN104181033A

CN104181033A - 一种重力载荷放大器

Info

Publication number: CN104181033A
Application number: CN201410424969.1A
Authority: CN
Inventors: 赵挺生; 金腾飞; 刘超群; 廖碧海; 唐菁菁; 饶岭; 刘�文
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2014-12-03

Abstract

本发明公开了一种重力载荷放大器，包括支座，所述支座上水平设置有用于放大所输入的载荷的杠杆，杠杆铰接在支座上，杠杆的一端为载荷输入端，载荷输入端连接有配重载荷放大滑轮装置，杠杆的另一端为用于连接锚固件的载荷输出端，配重载荷放大滑轮装置包括拉绳及一个以上的动滑轮，有一个动滑轮安装在杠杆上，拉绳的一端悬挂有配重。本发明能利用杠杆和配重载荷放大滑轮装置放大配重的重力荷载而输出拉力，输出的拉力大小只与配重的重力荷载有关，因而可以对锚固件施加恒定的拉力，从而可以更为合理地测试锚固件抗拉的耐久性能。

Description

一种重力载荷放大器

技术领域

本发明属于拉力测试装置领域，更具体地，涉及一种重力载荷放大器。

背景技术

在做抗拉性能测试的时候，可以利用拉力试验机或是抗拉强度测试机。

抗拉性能试验：利用拉力试验机或是抗拉强度测试机能够准确地记录拉力的大小，灵敏度也比较高，但测试的拉力范围相对较小，且设备比较复杂，造价相对较高，对精确度要求不是特别高的试验显得不太经济。

在做抗拉耐久性能试验(如检测各种锚杆、钢筋等锚固件的锚固力)时，常用的设备有锚杆拉拔仪。

抗拉耐久性能试验：锚杆拉拔仪由手动泵、液压缸、智能数显压力表、带快速接头的高压油管、锚具和手提便携箱组成，其液压缸为中空自复位式，智能数字压力表为可直接读取锚杆拉力值，操作简单。但在抗拉耐久性能试验中，需要对锚杆施加恒定的拉力，而锚杆拉拔仪在长期加载的过程中，当锚杆产生微小变形或是液压缸发生轻微漏油时，加载的拉力会有一定的衰减，这样会影响测量结果的准确性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种重力载荷放大器，其目的在于长时间输出恒定拉力于锚固件上，其结构简单、造价不高、方便实用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种重力载荷放大器，包括支座，所述支座上水平设置有用于放大所输入的载荷的杠杆，杠杆铰接在支座上，杠杆的一端为载荷输入端，载荷输入端连接有配重载荷放大滑轮装置，杠杆的另一端为用于连接锚固件的载荷输出端，配重载荷放大滑轮装置包括拉绳及一个以上的动滑轮，有一个动滑轮安装在杠杆上，拉绳的一端悬挂有配重。

优选地，所述杠杆的数量为两条以上，连接有配重载荷放大滑轮装置的杠杆为一级杠杆，一级杠杆设置在所有杠杆的最下方，一级杠杆的载荷输出端通过其上方的其它杠杆连接锚固件。

优选地，相邻的杠杆之间通过杠杆载荷放大滑轮装置连接在一起，所述杠杆载荷放大滑轮装置包括一个以上的动滑轮。

优选地，所述杠杆的数量为三条以上，同一根杠杆上的两个杠杆载荷放大滑轮装置分别设置在杠杆的左右两端。

优选地，最上方的杠杆上安装有用于连接锚固件的连接绳。

优选地，所述支座上竖直设置有两根支撑杆，每根杠杆均穿过两根支撑杆，其中一根支撑杆上设置有作为杠杆铰接支点的球形孔，杠杆上设置有与球形孔相应的球形部，另一根支撑杆上设置有便于杠杆转动的通孔。

优选地，所述杠杆的数量为两条以上，相邻的两根杠杆分别穿过的两个球形孔位于不同的支撑杆上。

优选地，每根杠杆上均设置有用于保持杠杆水平平衡状态的平衡块。

优选地，每根杠杆上均开有一个以上的便于其保持水平平衡状态的孔洞。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用了杠杆来放大载荷，能够取得下列有益效果：

一、对于精确度和灵敏度要求不是特别高且需要施加的拉力范围特别大的抗拉性能试验和抗拉耐久性能试验，本发明不仅可以满足精确度的要求，而且加载的范围也能完全满足要求，同时造价相对较低，显得更经济合理；

二、本发明利用杠杆和滑轮装置放大配重的重力荷载而输出拉力，输出的拉力大小只与配重的重力荷载有关，因而可以对锚固件施加恒定的拉力，从而可以更为合理地测试锚固件抗拉的耐久性能；

三、对于微小变形的抗拉性能试验和抗拉耐久性能试验，本发明可以施加长时间恒定的拉力，拉力大小只与配重的重力荷载有关。

附图说明

图1是本发明测试锚固件性能试验时的结构示意图；

图2是本发明中配重载荷放大滑轮装置上有多个动滑轮和定滑轮时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种重力载荷放大器，包括支座1，所述支座1上水平设置有杠杆2，杠杆2铰接在支座1上，优选地，所述支座1上竖直设置有两根支撑杆11，每根杠杆2均穿过两根支撑杆11，其中一根支撑杆11上设置有作为杠杆2铰接支点的球形孔12，杠杆2上设置有与球形孔12相应的球形部13，球形部13放置在球形孔12处，则杠杆2可以转动。另一根支撑杆11上设置有便于杠杆2转动的通孔14。杠杆2的一端为载荷输入端，载荷输入端连接有配重载荷放大滑轮装置3，杠杆2的另一端为用于连接锚固件8的载荷输出端，配重载荷放大滑轮装置3包括拉绳4及一个以上的动滑轮5，有一个动滑轮5安装在杠杆2上，拉绳4的一端悬挂有配重6。配重6作为载荷，施加作用力于杠杆2的载荷输入端。

如果配重载荷放大滑轮装置3只有一个动滑轮5而没有定滑轮7，则拉绳4的一端悬挂配重6，另一端固定安装在支座1上，动滑轮5则悬挂在杠杆2的载荷输入端。如果配重载荷放大滑轮装置3既包括动滑轮5又包括定滑轮7，如图2所示，则定滑轮7固定连接在支座1上，拉绳4的一端悬挂配重6，另一端则安装在挂勾上。

如果本只设置一条杠杆2，则杠杆2的载荷输入端连接配重载荷放大滑轮装置3，杠杆2的载荷输出端直接通过连接绳10连接锚固件8。

进一步，所述杠杆2的数量为两条以上，连接有配重载荷放大滑轮装置3的杠杆2为一级杠杆，一级杠杆设置在所有杠杆2的最下方，一级杠杆的载荷输出端通过其上方的其它杠杆2连接锚固件8，相邻的杠杆2之间通过杠杆载荷放大滑轮装置9连接在一起，所述杠杆载荷放大滑轮装置9包括一个以上的动滑轮5，最上方的杠杆2上安装有用于连接锚固件8的连接绳10。杠杆载荷放大滑轮装置9可以设置成图1所示的结构，只包含一个定滑轮7和一个动滑轮5；另外，其还可以是多个动滑轮5和多个定滑轮7组合的结构。

更进一步，所述杠杆2的数量为三条以上，同一根杠杆2上的两个杠杆载荷放大滑轮装置9分别设置在杠杆2的左右两端。相邻的两根杠杆2分别穿过的两个球形孔12位于不同的支撑杆11上。

进一步，每根杠杆2上均设置有用于保持杠杆2水平平衡状态的平衡块15，每根杠杆2上均开有一个以上的便于其保持水平平衡状态的孔洞16，使体系在配重6的重力荷载为零时能够保持平衡。

图1示出了安装两条杠杆2时的情况，配重6通过配重载荷放大滑轮装置3放大重力荷载后加载在下方杠杆2的右端。左边的支撑杆11和右边的支撑杆11的腹板均开有两个孔，其中一个孔为球形孔12，作为杠杆2转动的支点，另一个孔为方形的通孔14，杠杆2可以小范围转动。为了便于杠杆2放大载荷，每根杠杆2的输入端的拉力的力臂均小于其输出端的拉力的力臂，即铰接支点并不是设置在杠杆2的正中间。下方的杠杆2为一级杠杆，其右端通过配重载荷放大滑轮装置3连接有配重6，将配重6的重力放大，再经过一级杠杆自身放大，一级杠杆的左端的拉力通过定滑轮7改变方向，并通过动滑轮5放大后加载在上方的杠杆2的左端，上方的杠杆2自身又将拉力放大，上方的杠杆2的右端最终输出经过四次放大后的拉力。下方的杠杆2的左端附加了一个平衡物块，上方的杠杆2的右端附加了一个平衡物块，使整个体系能在配重6为零的条件下达到平衡，其配重6荷载的近似放大倍数可以通过配重载荷放大滑轮装置3、杠杆载荷放大滑轮装置9的计算和杠杆2平衡关系的计算求出。

工作时，只需在拉绳4上悬挂配重6，然后将连接绳10固定在锚固件8上，即可以测试锚固件8的耐久性能。

本发明的重力荷载放大器在使用时，将杠杆2上的连接绳10与需要施加拉力的锚固件8连接，通过逐步放大配重6的重力荷载来逐步放大输出的拉力大小，通过计算配重6的重力荷载和体系的重力荷载放大系数，在不考虑摩擦等其他因素的影响下，可以精确求出输出拉力的大小。

本装置中杠杆2从下至上依次命名为一级杠杆，二级杠杆，三级杠杆……n级杠杆，其中n为杠杆2的数量。按照装置的组装方法，可以增加任意数量的杠杆2，相邻杠杆2之间的定滑轮7和动滑轮5用钢绞线相连。

重力荷载的放大过程有如下几个阶段：一级杠杆远端的配重载荷放大滑轮装置将荷载放大，一级杠杆利用杠杆原理将荷载放大，一级杠杆和二级杠杆之间的杠杆载荷放大滑轮装置9将荷载放大，二级杠杆利用杠杆原理将荷载放大，二级杠杆和三级杠杆之间的杠杆载荷放大滑轮装置9将荷载放大，三级杠杆利用杠杆原理将荷载放大……，最后，最上方的n级杠杆将载荷放大，直接作用在锚固件8上。

每级的杠杆2上的力臂均不相等，其中较长的力臂为a_n,较短的力臂为b_n，譬如，一级杠杆的远端到支点的距离为a₁，近端到支点的距离为b₁；二级杠杆的远端到支点的距离为a₂，近端到支点的距离为b₂；三级杠杆的远端到支点的距离为a₃，近端到支点的距离为b₃……n级杠杆的远端到支点的距离为a_n，近端到支点的距离为b_n。

设一级杠杆的远端的配重载荷放大滑轮装置3将荷载放大的倍数为A，其大小根据配重载荷放大滑轮装置3上的滑轮的组装方式确定。如图1中，配重载荷放大滑轮装置3中只有一个动滑轮5，其放大倍数为2，如配重载荷放大滑轮装置3采用图2的组装方式，则其放大倍数大于2。

另外，配重载荷放大滑轮装置3的组装方式不同，其放大倍数也不同。

一级杠杆远端的配重载荷放大滑轮装置3将荷载放大的倍数为A，一级杠杆自身将荷载放大的倍数为一级杠杆和二级杠杆之间的杠杆载荷放大滑轮装置9将荷载放大的倍数为B，二级杠杆自身将荷载放大的倍数为二级杠杆和三级杠杆之间的杠杆载荷放大滑轮装置9将荷载放大的倍数为B，三级杠杆自身将荷载放大的倍数为装置的可靠性系数为k，则

若装置总共有一条杠杆2，则装置的重力荷载放大系数为：

k \times A \times \frac{a_{1}}{b_{1}}

若装置总共有两条杠杆2，则装置的重力荷载放大系数为：

k \times A \times \frac{a_{1}}{b_{1}} \times B \times \frac{a_{2}}{b_{2}}

若装置总共有三条杠杆2，则装置的重力荷载放大系数为：

k \times A \times \frac{a_{1}}{b_{1}} \times B \times \frac{a_{2}}{b_{2}} \times B \times \frac{a_{3}}{b_{3}}

若装置总共有n条(n＞3)杠杆2，则装置的重力荷载放大系数为：

k \times A \times \frac{a_{1}}{b_{1}} \times B \times \frac{a_{2}}{b_{2}} \times B \times \frac{a_{3}}{b_{3}} \times . . . . . . \times B \times \frac{a_{n - 1}}{b_{n - 1}} \times B \times \frac{a_{n}}{b_{n}}

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种重力载荷放大器，其特征在于：包括支座(1)，所述支座(1)上水平设置有用于放大所输入的载荷的杠杆(2)，杠杆(2)铰接在支座(1)上，杠杆(2)的一端为载荷输入端，载荷输入端连接有配重载荷放大滑轮装置(3)，杠杆(2)的另一端为用于连接锚固件(8)的载荷输出端，配重载荷放大滑轮装置(3)包括拉绳(4)及一个以上的动滑轮(5)，有一个动滑轮(5)安装在杠杆(2)上，拉绳(4)的一端悬挂有配重(6)。

2.根据权利要求1所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：所述杠杆(2)的数量为两条以上，连接有配重载荷放大滑轮装置(3)的杠杆(2)为一级杠杆，一级杠杆设置在所有杠杆(2)的最下方，一级杠杆的载荷输出端通过其上方的其它杠杆(2)连接锚固件(8)。

3.根据权利要求2所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：相邻的杠杆(2)之间通过杠杆载荷放大滑轮装置(9)连接在一起，所述杠杆载荷放大滑轮装置(9)包括一个以上的动滑轮(5)。

4.根据权利要求3所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：所述杠杆(2)的数量为三条以上，同一根杠杆(2)上的两个杠杆载荷放大滑轮装置(9)分别设置在杠杆(2)的左右两端。

5.根据权利要求2所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：最上方的杠杆(2)上安装有用于连接锚固件(8)的连接绳(10)。

6.根据权利要求1所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：所述支座(1)上竖直设置有两根支撑杆(11)，每根杠杆(2)均穿过两根支撑杆(11)，其中一根支撑杆(11)上设置有作为杠杆(2)铰接支点的球形孔(12)，杠杆(2)上设置有与球形孔(12)相应的球形部(13)，另一根支撑杆(11)上设置有便于杠杆(2)转动的通孔(14)。

7.根据权利要求6所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：所述杠杆(2)的数量为两条以上，相邻的两根杠杆(2)分别穿过的两个球形孔(12)位于不同的支撑杆(11)上。

8.根据权利要求1所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：每根杠杆(2)上均设置有用于保持杠杆(2)水平平衡状态的平衡块(15)。

9.根据权利要求1所述的一种重力载荷放大器，其特征在于：每根杠杆(2)上均开有一个以上的便于其保持水平平衡状态的孔洞(16)。