CN105259057A - 小梁试件疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小梁试件疲劳试验装置，包括环境箱、应力加载系统和动力机构，应力加载系统设置在环境箱内，应力加载系统包括第一支座、第二支座和加载箱体，第一支座和第二支座分别位于加载箱体的下方两侧，加载箱体的底部设置有加载块，第一支座和第二支座的底部均设置有压力传感器，加载箱体内安装有第一转轴和第二转轴，第一转轴上安装有第一齿轮、第一偏心块和第二偏心块，第二转轴上安装有第二齿轮、第三偏心块和第四偏心块，第一齿轮与第二齿轮啮合，第一偏心块和第三偏心块对称设置，第二偏心块和第四偏心块对称设置。本发明结构简单，使用方便，不需要依赖多种高精度测量元件，制造成本低，维修简单，体积小，便于移动。

Description

小梁试件疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，尤其是涉及一种小梁试件疲劳试验装置。

背景技术

沥青混合料的疲劳特性对沥青路面设计、施工和养护具有重要的指导意义。目前，国内外在进行沥青混合料疲劳试验时，主要使用采用气动伺服加载系统或者电液伺服加载系统的疲劳试验机对沥青混合料小梁试件进行四点弯曲疲劳加载。使用伺服系统的疲劳试验机体积庞大，移动困难，并且伺服系统的发展需要充分利用多种高精度的测量元件以及电子技术和计算机技术，在实际使用中，还需要配备以电脑为基础的试验软件，因此采用伺服系统的疲劳试验机价格昂贵；并且，由于伺服系统电路的复杂性，所以其维修比较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种小梁试件疲劳试验装置，其结构简单、设计合理且操作简便，不需要依赖多种高精度测量元件，有效解决了现有沥青混合料疲劳试验机采用伺服系统加载价格昂贵、维修困难的问题，同时体积小，便于移动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：包括环境箱、应力加载系统和用于带动应力加载系统对待测小梁试件加载应力的动力机构，所述应力加载系统设置在所述环境箱内，所述应力加载系统包括第一支座、第二支座和加载箱体，所述第一支座和第二支座分别位于加载箱体的下方两侧，所述第一支座上开有第三安装孔，所述第二支座上开有第一安装孔，所述加载箱体的底部设置有加载块，所述加载块上开有第二安装孔，所述第三安装孔、第一安装孔和第二安装孔均与待测小梁试件配合，所述第一支座和第二支座的底部均设置有用于检测所述应力加载系统对所述环境箱施加压力的压力传感器，所述压力传感器设置在所述环境箱内底部，所述加载箱体内转动安装有第一转轴和第二转轴，所述第一转轴上安装有第一齿轮、第一偏心块和第二偏心块，所述第二转轴上安装有第二齿轮、第三偏心块和第四偏心块，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第一偏心块和第三偏心块对称设置，所述第二偏心块和第四偏心块对称设置。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述环境箱包括箱体，所述箱体内顶部设置有冷水机，所述箱体内底部设置有电热丝和用于测量箱体内温度的温度传感器，所述压力传感器固定在箱体内底部。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述箱体的中部设置有进水口，所述箱体的底部设置有出水口。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述箱体内顶部与加载箱体外顶部之间连接有保护绳。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述动力机构包括变速电动机和软轴，所述变速电动机的输出轴与软轴的内芯的一端连接，所述软轴的内芯的另一端与第一转轴连接。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第一支座和第二支座的顶部均设置有用于固定待测小梁试件的第一螺栓，所述加载块的底部设置有用于固定待测小梁试件的第二螺栓。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第一转轴和第二转轴均与待测小梁试件平行，所述第一齿轮和第一偏心块均与第一转轴过盈配合，所述第二偏心块与第一转轴过渡配合且能够调整第二偏心块与第一偏心块之间的夹角；所述第二齿轮和第三偏心块均与第二转轴过盈配合，所述第四偏心块与第二转轴过渡配合且能够调整第四偏心块与第三偏心块之间的夹角；第二偏心块和第一偏心块之间的夹角与第四偏心块和第三偏心块之间的夹角相等。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第一偏心块和第三偏心块的重量相等且大小相同，所述第二偏心块和第四偏心块的重量相等且大小相同。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述加载块的数量为两个，两个所述加载块对称设置在加载箱体的底部两端，所述第一支座、第二支座和两个加载块将待测小梁试件分成均匀的三段。

上述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第三安装孔的形状为U字形，所述第一安装孔和第二安装孔的形状均为方形。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明结构简单、设计合理且使用操作简便、便携性强。

2、本发明使用四个偏心块对小梁试件加载应力，其中安装在第一转轴上的第一偏心块与第二偏心块之间具有一定夹角，安装在第二转轴的第三偏心块与第四偏心块之间具有一定夹角，两者的夹角相等，且第一偏心块和第三偏心块对称设置，第二偏心块和第四偏心块对称设置，改变偏心块之间的夹角可以调节对小梁试件所施加的应力，通过压力传感器测得的压力，经计算可得出应力加载系统对小梁试件加载的应力，以监测应力水平的变化，从而实现变应力加载；在数次加载循环后，小梁试件断裂，操作简便，加载效果好，测试准确。

3、本发明使用应力加载系统对待测小梁试件加载应力，当有动力输入时，第一转轴和第二转轴以相同的转速和相反的转向转动，由于第一偏心块和第三偏心块的重量相等且大小相同，第二偏心块和第四偏心块的重量相等且大小相同，因此，第一偏心块和第三偏心块的水平方向的分力相互抵消，第二偏心块和第四偏心块的水平方向的分力相互抵消，只存在竖直方向上的分力；又由于第一支座、第二支座和两个加载块将待测小梁试件分成均匀的三段，从而可实现对待测小梁试件四点疲劳试验加载。

4、由于小梁试件模拟的是路面，而路面也可能处于潮湿或浸水状态，本发明通过在箱体上设置进水口和出水口，当需要在潮湿或浸水时测试小梁试件的抗疲劳情况，只需要在环境箱内加入一定量的加水，通过温度传感器实时测量箱体内的温度，如果所测温度与测试温度不符，则冷水机或电热丝开始工作，直到箱体内的温度达到测试温度，实现了小梁试件在水中进行疲劳试验的要求。

5、本发明使用应力加载系统对待测小梁试件进行疲劳试验加载，能很好地模拟行驶于路面上的车辆对路面的影响，并且避免了需要使用多种高精度的测量元件的伺服系统，避免了使用价格昂贵的伺服系统，不需要使用复杂的计算机技术，同时该装置成本低廉，体积较小，维修十分方便，成本低廉。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明去除环境箱和动力机构后的结构示意图。

图3为本发明第一支座的结构示意图。

图4为本发明第二支座的结构示意图。

图5为本发明加载块和第二螺栓的位置关系示意图。

附图标记说明:

1—变速电动机；2—第三安装孔；3—软轴；

4—箱体；4-1—进水口；4-2—出水口；

5—冷水机；6—温度传感器；7—电热丝；

8-1—第一螺栓；8-2—第二螺栓；9—第二支座；

9-1—第一安装孔；10—第二转轴；11—加载箱体；

12-1—第一偏心块；12-2—第二偏心块；12-3—第三偏心块；

12-4—第四偏心块；13-1—第一齿轮；13-2—第二齿轮；

14—加载块；15—第一转轴；16—待测小梁试件；

17—第二安装孔；18—第一支座；19—压力传感器；

20—保护绳。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括环境箱、应力加载系统和用于带动应力加载系统对待测小梁试件16加载应力的动力机构，所述应力加载系统设置在所述环境箱内，所述应力加载系统包括第一支座18、第二支座9和加载箱体11，所述第一支座18和第二支座9分别位于加载箱体11的下方两侧，所述第一支座18上开有第三安装孔2，所述第二支座9上开有第一安装孔9-1，所述加载箱体11的底部设置有加载块14，所述加载块14上开有第二安装孔17，所述第三安装孔2、第一安装孔9-1和第二安装孔17均与待测小梁试件16配合，所述第一支座18和第二支座9的底部均设置有用于检测所述应力加载系统对所述环境箱施加压力的压力传感器19，所述压力传感器19设置在所述环境箱内底部，所述加载箱体11内转动安装有第一转轴15和第二转轴10，所述第一转轴15上安装有第一齿轮13-1、第一偏心块12-1和第二偏心块12-2，所述第二转轴10上安装有第二齿轮13-2、第三偏心块12-3和第四偏心块12-4，所述第一齿轮13-1与第二齿轮13-2啮合，所述第一偏心块12-1和第三偏心块12-3对称设置，所述第二偏心块12-2和第四偏心块12-4对称设置。

如图1所示，所述环境箱包括箱体4，所述箱体4内顶部设置有冷水机5，所述箱体4内底部设置有电热丝7和用于测量箱体4内温度的温度传感器6，所述压力传感器19固定在箱体4内底部。使用时，通过温度传感器6实时测量箱体4内的温度，如果所测温度与测试温度不符，则冷水机5或电热丝7开始工作，直到箱体4内的温度达到测试温度。

如图1所示，所述箱体4的中部设置有进水口4-1，所述箱体4的底部设置有出水口4-2。由于小梁试件模拟的是路面，路面也可能处于潮湿或浸水状态，在需要进行潮湿或浸水时测试小梁试件疲劳试验时，只需要在环境箱内加入一定量的加水，水温的控制方式与上述水温控制方式相同。

如图1所示，所述箱体4内顶部与加载箱体11外顶部之间连接有保护绳20，在试验结束时，小梁试件断裂，保护绳20可以拉住加载箱体11限制其运动，避免造成伤害。

如图1所示，所述动力机构包括变速电动机1和软轴3，所述变速电动机1的输出轴与软轴3的内芯的一端连接，所述软轴3的内芯的另一端与第一转轴15连接。使用时，变速电动机1转动，带动软轴3的内芯转动，软轴3的内芯转动带动第一转轴15转动。

如图1和图2所示，所述第一支座18和第二支座9的顶部均设置有用于固定待测小梁试件16的第一螺栓8-1，所述加载块14的底部设置有用于固定待测小梁试件16的第二螺栓8-2，采用螺栓固定，固定方便可靠。

如图2所示，所述第一转轴15和第二转轴10均与待测小梁试件16平行，所述第一齿轮13-1和第一偏心块12-1均与第一转轴15过盈配合，所述第二偏心块12-2与第一转轴15过渡配合且能够调整第二偏心块12-2与第一偏心块12-1之间的夹角；所述第二齿轮13-2和第三偏心块12-3均与第二转轴10过盈配合，所述第四偏心块12-4与第二转轴10过渡配合且能够调整第四偏心块12-4与第三偏心块12-3之间的夹角；第二偏心块12-2和第一偏心块12-1之间的夹角与第四偏心块12-4和第三偏心块12-3之间的夹角相等。

本实施例中，所述第一偏心块12-1和第三偏心块12-3的重量相等且大小相同，所述第二偏心块12-2和第四偏心块12-4的重量相等且大小相同，这样第一偏心块12-1和第三偏心块12-3的水平方向的分力相互抵消，第二偏心块12-2和第四偏心块12-4的水平方向的分力相互抵消，只存在竖直方向上的分力，加载效果好。

如图1和图2所示，所述加载块14的数量为两个，两个所述加载块14对称设置在加载箱体11的底部两端，所述第一支座18、第二支座9和两个加载块14将待测小梁试件16分成均匀的三段，这样可实现对待测小梁试件四点疲劳试验加载；当然，加载块14也可以为一个，实现对待测小梁试件三点疲劳试验加载。

如图3至图5所示，所述第三安装孔2的形状为U字形，所述第一安装孔9-1和第二安装孔17的形状均为方形。

本实施例中，所述第一齿轮13-1和第二齿轮13-2均为直齿圆柱齿轮。

本发明的工作原理为：使用时，打开环境箱，将待测小梁试件16依次穿过第三安装孔2、第一安装孔9-1和第二安装孔17后，采用第一螺栓8-1和第二螺栓8-2将待测小梁试件16固定。若温度传感器6所测的箱体4内的温度与测试温度不符，则冷水机5或电热丝7开始工作，直到箱体4内的温度达到所需测试温度。然后，开启变速电动机1，变速电动机1带动软轴3的内芯转动，软轴3的内芯带动第一转轴15转动，第一转轴15带动第一齿轮13-1旋转，因第二齿轮13-2与第一齿轮13-1啮合，所以第二齿轮13-2旋转，第二齿轮13-2带动第二转轴10转动，即第一转轴15和第二转轴10同时转动，且转动方向相反，转速相同。此时，安装在第一转轴15上的第一偏心块12-1和第二偏心块12-2，与安装在第二转轴10上的第三偏心块12-3和第四偏心块12-4以同转速反向转动，加载箱体11在第一偏心块12-1、第二偏心块12-2、第三偏心块12-3和第四偏心块12-4产生的偏心力的竖向分力的作用下，对待测小梁试件16施加竖向的作用力，实现对待测小梁试件16疲劳试验加载。加载过程中，通过压力传感器19测得的压力，进一步计算可以得出应力加载系统对小梁试件加载的应力，在数次加载循环后，小梁试件断裂，由此可得在此应力水平下小梁试件的疲劳寿命。加载力的大小调节，可通过调整第二偏心块12-2与第一偏心块12-1之间的夹角，及第四偏心块12-4与第三偏心块12-3之间的夹角来实现，每次调整时，应保证第一偏心块12-1和第三偏心块12-3对称，以及第二偏心块12-2和第四偏心块12-4对称。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：包括环境箱、应力加载系统和用于带动应力加载系统对待测小梁试件(16)加载应力的动力机构，所述应力加载系统设置在所述环境箱内，所述应力加载系统包括第一支座(18)、第二支座(9)和加载箱体(11)，所述第一支座(18)和第二支座(9)分别位于加载箱体(11)的下方两侧，所述第一支座(18)上开有第三安装孔(2)，所述第二支座(9)上开有第一安装孔(9-1)，所述加载箱体(11)的底部设置有加载块(14)，所述加载块(14)上开有第二安装孔(17)，所述第三安装孔(2)、第一安装孔(9-1)和第二安装孔(17)均与待测小梁试件(16)配合，所述第一支座(18)和第二支座(9)的底部均设置有用于检测所述应力加载系统对所述环境箱施加压力的压力传感器(19)，所述压力传感器(19)设置在所述环境箱内底部，所述加载箱体(11)内转动安装有第一转轴(15)和第二转轴(10)，所述第一转轴(15)上安装有第一齿轮(13-1)、第一偏心块(12-1)和第二偏心块(12-2)，所述第二转轴(10)上安装有第二齿轮(13-2)、第三偏心块(12-3)和第四偏心块(12-4)，所述第一齿轮(13-1)与第二齿轮(13-2)啮合，所述第一偏心块(12-1)和第三偏心块(12-3)对称设置，所述第二偏心块(12-2)和第四偏心块(12-4)对称设置。

2.按照权利要求1所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述环境箱包括箱体(4)，所述箱体(4)内顶部设置有冷水机(5)，所述箱体(4)内底部设置有电热丝(7)和用于测量箱体(4)内温度的温度传感器(6)，所述压力传感器(19)固定在箱体(4)内底部。

3.按照权利要求2所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述箱体(4)的中部设置有进水口(4-1)，所述箱体(4)的底部设置有出水口(4-2)。

4.按照权利要求2所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述箱体(4)内顶部与加载箱体(11)外顶部之间连接有保护绳(20)。

5.按照权利要求1所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述动力机构包括变速电动机(1)和软轴(3)，所述变速电动机(1)的输出轴与软轴(3)的内芯的一端连接，所述软轴(3)的内芯的另一端与第一转轴(15)连接。

6.按照权利要求1所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第一支座(18)和第二支座(9)的顶部均设置有用于固定待测小梁试件(16)的第一螺栓(8-1)，所述加载块(14)的底部设置有用于固定待测小梁试件(16)的第二螺栓(8-2)。

7.按照权利要求1所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第一转轴(15)和第二转轴(10)均与待测小梁试件(16)平行，所述第一齿轮(13-1)和第一偏心块(12-1)均与第一转轴(15)过盈配合，所述第二偏心块(12-2)与第一转轴(15)过渡配合且能够调整第二偏心块(12-2)与第一偏心块(12-1)之间的夹角；所述第二齿轮(13-2)和第三偏心块(12-3)均与第二转轴(10)过盈配合，所述第四偏心块(12-4)与第二转轴(10)过渡配合且能够调整第四偏心块(12-4)与第三偏心块(12-3)之间的夹角；第二偏心块(12-2)和第一偏心块(12-1)之间的夹角与第四偏心块(12-4)和第三偏心块(12-3)之间的夹角相等。

8.按照权利要求1所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第一偏心块(12-1)和第三偏心块(12-3)的重量相等且大小相同，所述第二偏心块(12-2)和第四偏心块(12-4)的重量相等且大小相同。

9.按照权利要求1所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述加载块(14)的数量为两个，两个所述加载块(14)对称设置在加载箱体(11)的底部两端，所述第一支座(18)、第二支座(9)和两个加载块(14)将待测小梁试件(16)分成均匀的三段。

10.按照权利要求1所述的小梁试件疲劳试验装置，其特征在于：所述第三安装孔(2)的形状为U字形，所述第一安装孔(9-1)和第二安装孔(17)的形状均为方形。