CN105973799B - 多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，包括：环境箱；固定加载板和滑轮加载板对应平行设置，安装于所述环境箱内部；多个上连接件，其固定铰接在所述固定加载板的下表面上；多个试验加载件，其包括第一试件、末尾试件及其他试件，并且上端分别连接所述上连接件；多个下连接件，其分别连接所述试验加载件的下端，并且所述下连接件下端设置有动滑轮；多个定滑轮，其可拆卸的安装在所述滑轮加载板的上表面上。本发明具有结构紧凑、可靠性高、各试件荷载一致性好且节能稳定的特点。

Description

多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置

技术领域

本发明涉及粘结试件加载试验领域，具体涉及多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置。

背景技术

现代社会中，动车高速发展，车用胶接剂在动车的车窗玻璃上应用广泛。车窗胶接剂受湿度和温度的影响大，并且动车在高速行驶时由于车窗外的高速气流导致车窗受负压，当静止时车窗不受力，因此动车在运行的整个过程中受到湿热循环与交变载荷耦合加载的影响。由于车窗胶接剂在车体结构内部，在一定使用周期后，无法对其疲劳和老化现象进行预估，在对动车组进行维修时，由于不清楚车窗胶接剂的强度还能不能满足使用要求就对其进行更换，造成大量的浪费。因此有必要设计一种试验装置，对试件进行湿热循环与交变载荷耦合的动态试验，更好的模拟高速动车组车窗胶接剂实际工作环境，建立与实际受力情况近似等效的试验工况，对车窗胶接剂的疲劳和老化特性进行研究。

试件的交变载荷动态试验随能通过现有疲劳实验装置实现，但有明显的缺点和不足：一是无法将进行湿热循环与交变载荷耦合；二是每个装置只能对单个试件进行加载，参照粘接剂耐候性试验标准，若对试件进行120个周期(每周期约12小时)的循环试验，则需要2个月的时间。因此想对多个试件进行实验，实验周期过长；三是目前的低频疲劳实验装置通普遍用电液伺服系统加载，泵站耗电量过大，不利于节约能源。

在现有技术中，中国发明专利201510598834.1，公开了一种多试件粘接接头蠕变实验加载装置，该装置可对多个试件粘接接头同时进行加载，进而缩短试验周期，同时采用弧形杠杆和杠杆支座组件，实现粘接试件串联加载，各粘接试件受力相等、方向相同，但由于在试验过程中所有的试件采用串联加载，使其在试验的过程中会产生不稳定性，当其中某一试件发生受力方向改变后，会影响其他试件，同时要求试验载荷较大。

发明内容

本发明设计了一种能同时对多个试件进行湿热循环与交变载荷循环耦合加载的动态试验装置，目的之一是解决现有胶接剂动态加载试验技术存在的不足，目的之二是解决对多试件同时串联加载试验的不稳定性、试件之间试验影响大等问题。本发明具有结构紧凑、可靠性高、各试件荷载一致性好且节能稳定的特点。

本发明提供的技术方案为：

多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，包括：

环境箱；

固定加载板和滑轮加载板对应平行设置，安装于所述环境箱内部；

多个上连接件，其固定铰接在所述固定加载板的下表面上；

多个试验加载件，其包括第一试件、末尾试件及中间试件，并且所述试件上端分别连接所述上连接件；

多个下连接件，其分别连接所述多个试验加载件的下端，并且每个所述下连接件下端设置有动滑轮；

多个定滑轮，其可拆卸的安装在所述滑轮加载板的上表面上；所述定滑轮分为具有多行平行排列的水平定滑轮及竖直定滑轮，所述竖直定滑轮设置在相邻两行的水平定滑轮之间并且位于所述行的一端，用于使连接绳能够依次绕过所有所述定滑轮；

其中，所述动滑轮在相邻的所述水平定滑轮之间并且位于上方平行交错排布，连接绳绕过所述第一试件的动滑轮后，再依次绕过所述水平定滑轮及所述中间试件的动滑轮，最后绕过所述末尾试件的动滑轮后固定于所述滑轮加载板上。

优选的是，还包括：多个条形加载支撑板，其固定连接在所述固定加载板的下表面上，并且分别平行设置；以及

多个长销轴，其依次穿过所述加载支撑板，并且与所述加载支撑板垂直设置，所述上连接件铰接在所述长销轴上。

优选的是，所述滑轮加载板上设置与所述定滑轮对应的定位通孔，所述定滑轮可拆卸的安装在所述定位通孔处。

优选的是，还包括：限位板，其上设置有与所述试验加载件安装位置对应的通孔，并且所述限位板平行于所述滑轮加载板安装，用于使所述试验加载件沿竖直方向移动。

优选的是，所述连接件为U形结构，并且在两端设置有凹槽；

其中，在所述上连接件的凹槽处与所述加载支撑板可拆卸的匹配安装，在所述下连接件的凹槽处与所述动滑轮可拆卸的匹配安装。

优选的是，所述连接绳通过设置在所述滑轮加载板上的通孔引到所述加载板外侧，并且绕过安装在所述滑轮加载板下表面的变向定滑轮后连接交变载荷。

优选的是，所述连接绳在绕过所述定滑轮以及所述动滑轮的过程中能够保持沿竖直方向移动。

优选的是，所述环境箱包括环境箱体及底板；其中，所述底板两端设置有滑动导轨，使所述底板能够沿水平方向滑动。

优选的是，所述滑轮加载板与所述底板之间设置有支撑块。

优选的是，所述环境箱内部安装有加热系统，外部安装有制冷系统以及加湿系统。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，能够对试件进行同步控制的湿度循环、温度循环和交变载荷循环的耦合动态加速老化试验，同时还可以进行湿度与交变载荷耦合循环、温度与交变载荷耦合循环及湿度与温度耦合循环试验，也可以进行单独的不同湿度循环、不同温度循环、不同交变载荷循环试验。试验装置可以提供基本的试验循环波形函数，也可以根据试验要求，由用户输入湿度循环、温度循环和交变载荷循环的载荷谱及循环次数，从而更真实的反应结构的实际工作环境，使加速老化试验结果更符合实际；

2、本发明多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，可用一个加载装置同时对多个试件同时进行加载，试件的受力方向不随其他试件的变形发生改变，各试件受力相等、方向相同，并且减少了总加载载荷，极大地缩短试验周期，降低了试验成本。通过一根钢丝绳和配套的静动滑轮系统完成对多个试件的加载，结构紧凑，保证了试验数据的可靠性和各试件载荷的一致性，本装置电动缸的出力仅为试验载荷的一半，在同等情况下降低了电动缸的功率，既降低了设备成本又收到了节能的效果；

3、本发明的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置主要针对高速动车组车体和车窗的负压循环设计，由于该过程是一个缓慢的准静态循环过程，本装置采用电动缸进行加载，总电力消耗不到0.2KW，而电液伺服式疲劳试验机的的液压泵站功率至少5KW，以同时加载20个以上试件，折算到单个试件，电力消耗仅为液压系统的0.02％，相比传统的电液伺服式疲劳试验机具有非常显著的节能效果。

4、本发明的多试件湿热循环与交变载荷耦合作用动态试验装置，带孔限位板的方形孔能够限制试件只能在竖直方向实现平动，能够对下U形连接件和试件的位置同时起到定位和限位的作用，保证电动缸不加载时钢丝绳不会脱离滑轮槽和U型件不脱落；

5、可通过刚性连接件替换的方法，实现不超过上限值的任意多个试件的加速老化试验。

附图说明

图1为本发明多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置结构示意图。

图2为本发明多试件湿热循环与交变载荷耦合动态加载装置装配图主视图。

图3为本发明滑轮加载板、钢丝绳夹头、钢丝绳、定滑轮的组件结构示意图。

图4为本发明固定加载板、加载支撑板、长销轴和上U形连接件的组件结构示意图。

图5为本发明动滑轮、上U形连接件、下U形连接件、试件、短销轴的组件结构示意图。

图6为本发明定滑轮及螺钉螺母连接的组件结构示意图。

图7为本发明带孔限位板的结构示意图。

图8为本发明加载支撑板的结构示意图。

图9为本发明试件的结构示意图。

图10为本发明刚性连接件的结构示意图。

图11为本发明环境箱体和环境箱底板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，由多试件湿热循环与交变载荷耦合动态加载装置、专门的高低温湿热环境箱和控制系统三大部分组成。

多试件湿热循环与交变载荷耦合动态加载装置，其组成包括：固定加载板1、滑轮加载板6、支撑柱4、定滑轮11、定滑轮13、定滑轮9、动滑轮14、加载支撑板20、钢丝绳7、钢丝绳夹头23、上U形连接件19、下U形连接件16、第一至第N个试件17、刚性连接件25、带孔限位板5、电动缸10、长销轴3、短销轴12、短销轴15、短销轴18、螺钉2、螺钉21。固定加载板1和滑轮加载板6对应平行放置，两个加载板之间放置支撑柱4，通过螺钉2将加载板和支撑柱4进行连接。将上U形连接件19铰接在长销轴3上，长销轴3连接在加载支撑板20，加载支撑板20通过螺钉21连接在固定加载板1上。试件17的上端销孔通过短销轴18与上U形连接件19连接，下端销孔通过短销轴15与下U形连接件16连接，下U形连接件16通过短销轴12与动滑轮14连接。通过带孔限位板5对试件17进行定位。将定滑轮11、13放在滑轮加载板6上呈S形排布，通过螺钉和螺母将定滑轮11、13安装在滑轮加载板6。钢丝绳夹头23通过螺母安装在滑轮加载板6上。首先将钢丝绳7的一端固定在钢丝绳夹头23，然后将钢丝绳7依次绕过其他定滑轮和动滑轮，最后通过滑轮加载板6上的通孔引出。将加载装置放于环境箱体22内部，用两块支撑块8将加载装置支起。通过滑轮加载板6外侧的定滑轮9实现钢丝绳7的变向，将钢丝绳7从环境箱体22底部的加载孔引出，在环境箱体22底部连接电动缸10。电动缸10施加交变载荷通过定滑轮11、13和动滑轮14依次加载在多个试件17上，实现试件17的串联加载。

固定加载板1和滑轮加载板6对应平行放置，两个加载板之间放置支撑柱4，通过螺钉2连接加载板和支撑柱4。

在固定加载板1上设置通孔，加载支撑板20侧面有螺纹孔，通过螺钉21可将加载支撑板20连接在固定加载板1上。假定每个加载支撑板20能同时对M个试件17进行连接，则在固定加载板1上需要放置N/M个相互平行等距的加载支撑板20。

将上U形连接件19铰接在长销轴3，上U形连接件19可绕长销轴3轴线发生微小转动。加载支撑板20设置销孔，长销轴3通过销孔连接到加载支撑板20上。

滑轮加载板6上设置与定滑轮数目相同的通孔，定滑轮11、13通过螺钉和螺母安装在滑轮加载板6上，将定滑轮放在滑轮加载板6上呈S形排布。根据定滑轮在滑轮加载板6的放置方式分为水平放置的定滑轮11和竖直放置的定滑轮13。定滑轮11和试件17相互平行，每两个试件17之间放置一个定滑轮11，每行M个试件17对应分布的定滑轮11为M-1个。将两个定滑轮13安装到每两行定滑轮11之间，定滑轮11和定滑轮13相互垂直。通过定滑轮13进行两行定滑轮11之间钢丝绳7的变向，实现钢丝绳7在滑轮加载板6上呈S型走向分布。

钢丝绳夹头23通过螺母安装在滑轮加载板6上，钢丝绳7的一端固定在钢丝绳夹头23，另一端则引伸出环境箱体22后连接电动缸10。加载装置于环境箱体22内进行湿热循环试验，并且通过电动缸10对试件17施加交变载荷，两者能实现耦合加载，更有效的模拟实验对象的工作环境和运行工况。

试件17由上铝合金试棒、粘接胶层、下铝合金试棒构成，上铝合金试棒和下铝合金试棒的上面都有一个销孔。

第一至第N个试件17，其包括第一试件、末尾试件和其他试件。钢丝绳7一端用钢丝绳夹头23固定，绕过动滑轮14对第一试件进行加载，然后钢丝绳7依次绕过其他定滑轮和动滑轮，缠绕方式呈S形分布对其他试件进行加载。钢丝绳7的另一端绕过动滑轮14对末尾试件加载完后通过滑轮加载板6上的通孔导向滑轮加载板的外侧。通过滑轮加载板6外侧的定滑轮9实现钢丝绳7的变向，将钢丝绳7从环境箱体22底部的加载孔引出，在环境箱体22底部通过电动缸10施加交变载荷。

加工若干个刚性连接件25，刚性连接件25与试件17的形状相同。根据实验特殊要求，若需要加载装置加载的试件数目P<总加载试件数W，通过刚性连接件25替换空缺试件的位置，实现不超过总加载试件数上限值的任意多个试件的试验。

上U形连接件19，两端有凹槽和销孔，上销孔通过长销轴3连接加载支撑板20，下销孔通过短销轴18连接试件17的上端。下U形连接件，两端有凹槽和销孔，上销孔通过短销轴15连接试件17的下端，下销孔通过短销轴12连接动滑轮14。

上U形连接件19通过长销轴3连接在加载支撑板20上，放置M个长销轴3，则每个长销轴3能同时连接N/M个上U形连接件19。长销轴3和短销轴18轴线相互垂直，短销轴15和短销轴12轴线相互垂直，能形成类万向节结构，可以防止试件17在受拉力作用的同时也受到弯矩和扭矩的作用。

定滑轮11、13和动滑轮14上有绕中心轴转动的沟槽，设置沟槽的宽度略大于钢丝绳7的直径，可防止钢丝绳在沟槽中侧向滑动，避免试件17受力情况出现误差。定滑轮11、13的支座为U形结构，上端有销孔，底部有圆孔。定滑轮支座通过螺栓和六角螺母安装在滑轮加载板6，动滑轮支座的安装角度可以调节，以便在装配过程中适当进行角度调整。

在钢丝绳7的末端连接电动缸10可施加交变载荷，钢丝绳7施加的载荷使动滑轮14竖直往下运动，对试件17施加垂直方向的作用力。拉力通过定滑轮11、13和动滑轮14依次加载在多个试件17上，实现试件17的串联加载，每个试件都受到方向和大小都相同的作用力。能有效避免试验过程中试件的变形量对其他试件受力产生影响，保证了试验数据的可靠性。

电动缸10施加的交变载荷由钢丝绳7通过定滑轮11、13传递到动滑轮14上，电动缸10施加载荷是动滑轮14所承受拉力的1/2倍，动滑轮14所承受拉力等于试件17承受的作用力，能够实现在使用小载荷的前提下对试件17施加很大的作用力，大大降低了试验成本。

带孔限位板5上设置与试件17安装位置相对应的方形孔，下U形连接件16正好卡入带孔限位板5的方形孔中，方形孔能限制下U形连接件16只能沿竖直方向平移，能够对下U形连接件16和试件17的位置同时起到限位的作用。通过上U形连接件19与试件17的铰接使试件17均垂直放置且均布阵列于带孔限位板5中。带孔限位板5有助于试件17在加载装置中的定位，防止在安装时和实验过程中试件17在加载装置中任意晃动。

专门的高低温湿热环境箱，其组成包括：环境箱体22、支撑块8。

环境箱做成分体结构，环境箱的加热系统位于环境箱内部，制冷系统和加湿系统位于环境箱外部，能对环境箱空腔进行制热、制冷和加湿。将加载装置放于环境箱体22的底板24上，用两块支撑块8将加载装置支起。环境箱底板24两端有滑动导轨，可在安装之前将底板24拉出环境箱体22，将多个试件全部安装完成后再将底板24推进环境箱内。环境箱体22上部为长方形空腔，空腔容积大于加载装置的体积，环境箱底板24有圆形加载孔，圆形加载孔下部有容积能放置电动缸10。通过控制系统调节环境箱体22的湿度与温度及其控制电动缸10交变载荷循环次数，对试件17进行湿热循环试验。利用环境箱体22与电动缸10对多个试件同时进行湿热循环与交变载荷耦合动态加载试验。

实施例

本发明实施例假定加载装置尺寸长×宽×高＝500mm×350mm×400mm，则选用环境箱容积尺寸长×宽×高＝600mm×500mm×500mm。加载装置同时对35个试件同时进行加载，试件尺寸长×宽×高＝25mm×25mm×200mm，每个试件之间留有40mm的间隙，保证试件在湿热循环实验时所受的湿度和温度相一致。

将四根支撑柱4放在滑轮加载板6和固定加载板1之间，用螺钉2进行连接。使用螺钉21将7个加载支撑板20连接到固定加载板上，5个长销轴3将5×7个上U形连接件19连接到加载支撑板20。假定每个加载支撑板能对5个试件进行加载，则总共需要加载5×7个试件。每行5个试件加载需要使用4个定滑轮11，总共需要4×7个水平放置的定滑轮11。每相邻两行试件之间放置2个定滑轮13进行钢丝绳的变向，总共需要2×6个竖直放置的定滑轮13。使用螺钉和六角螺母将定滑轮11、13安装到滑轮加载板6上，所有定滑轮的分布呈S形。

将试件17上销孔通过销轴18连接在上U形连接件19，试件17下销孔通过销轴15连接在下U形连接件16上。

带孔限位板5上有35个方形孔，将其放于固定加载板1和滑轮加载板6之间。下U形连接件16和动滑轮14通过短销轴12安装在一起，将其组件放入带孔限位板5的方形孔内。

使用六角螺母将钢丝绳夹头23安装到滑轮加载板6，使用螺钉和六角螺母将两个定滑轮9安装到滑轮加载板6外侧。先将钢丝绳7一端固定在钢丝绳夹头23上，另一端以S形的连接方式依次绕过动滑轮14和定滑轮11、13，最后将钢丝绳7穿过滑轮加载板6上的销孔。通过滑轮加载板6外侧的两个定滑轮9实现钢丝绳7的变向，将钢丝绳7从环境箱体22底部的加载孔引出，在环境箱体22底部连接电动缸10。

环境箱做成分体结构，环境箱的加热系统位于环境箱内部，制冷系统和加湿系统位于环境箱外部，能对环境箱空腔进行制热、制冷和加湿。将加载装置放于环境箱体22的底板24上，用两块支撑块8将加载装置支起。环境箱底板24两端有滑动导轨，可在安装之前将底板24拉出环境箱体22，将多个试件全部安装完成后再将底板24推进环境箱内。环境箱体22上部为长方形空腔，空腔容积大于加载装置的体积，环境箱底板24有圆形加载孔，圆形加载孔下部有容积能放置电动缸10。通过控制系统调节环境箱体22的湿度与温度及其控制电动缸10交变载荷循环次数，对试件17进行湿热循环试验。利用环境箱体22与电动缸10对多个试件同时进行湿热循环与交变载荷耦合动态加载试验。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，包括：

环境箱；

固定加载板和滑轮加载板对应平行设置，安装于所述环境箱内部；

多个上连接件，其固定铰接在所述固定加载板的下表面上；

多个试验加载件，其包括第一试件、末尾试件及中间试件，并且所述试件上端分别连接所述上连接件；

多个下连接件，其分别连接所述多个试验加载件的下端，并且每个所述下连接件下端设置有动滑轮；

多个定滑轮，其可拆卸的安装在所述滑轮加载板的上表面上；所述定滑轮分为具有多行平行排列的水平定滑轮及竖直定滑轮，所述竖直定滑轮设置在相邻两行的水平定滑轮之间并且位于所述行的一端，用于使连接绳能够依次绕过所有所述定滑轮；

其中，所述动滑轮在相邻的所述水平定滑轮之间并且位于上方平行交错排布，连接绳绕过所述第一试件的动滑轮后，再依次绕过所述水平定滑轮及所述中间试件的动滑轮，最后绕过所述末尾试件的动滑轮后固定于所述滑轮加载板上。

2.如权利要求1所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，还包括：多个条形加载支撑板，其固定连接在所述固定加载板的下表面上，并且分别平行设置；以及

多个长销轴，其依次穿过所述加载支撑板，并且与所述加载支撑板垂直设置，所述上连接件铰接在所述长销轴上。

3.如权利要求1或2所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，所述滑轮加载板上设置与所述定滑轮对应的定位通孔，所述定滑轮可拆卸的安装在所述定位通孔处。

4.如权利要求3所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，还包括：限位板，其上设置有与所述试验加载件安装位置对应的通孔，并且所述限位板平行于所述滑轮加载板安装，用于使所述试验加载件沿竖直方向移动。

5.如权利要求2所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，所述连接件为U形结构，并且在两端设置有凹槽；

其中，在所述上连接件的凹槽处与所述加载支撑板可拆卸的匹配安装，在所述下连接件的凹槽处与所述动滑轮可拆卸的匹配安装。

6.如权利要求4所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，所述连接绳通过设置在所述滑轮加载板上的通孔引到所述加载板外侧，并且绕过安装在所述滑轮加载板下表面的变向定滑轮后连接交变载荷。

7.如权利要求1、2、4-6中任一项所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，所述连接绳在绕过所述定滑轮以及所述动滑轮的过程中能够保持沿竖直方向移动。

8.如权利要求7所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，所述环境箱包括环境箱体及底板；其中，所述底板两端设置有滑动导轨，使所述底板能够沿水平方向滑动。

9.如权利要求8所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，所述滑轮加载板与所述底板之间设置有支撑块。

10.如权利要求8所述的多试件湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置，其特征在于，所述环境箱内部安装有加热系统，外部安装有制冷系统以及加湿系统。