CN106481618B - 载荷加载装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种载荷加载装置，包括加载主体和力传感器，所述力传感器和所述加载主体相连接，其中，所述加载主体为施力部件，所述力传感器用于检测所述加载主体施力的大小，所述力传感器设计为轴向较长的立柱式，其一部分设置在所述加载主体内部，所述力传感器包括弹性体和加载垫，所述加载垫设置在弹性体的一端；所述加载垫的一端与所述弹性体配合，另外一端为载荷施力端，所述另外一端的端面形成为平面。这样力传感器只有部分露在加载主体的外面，达到了即能保证力传感器的尺寸符合精度要求，又不增加设备整体的体积，不影响力系的稳定性的技术效果。

Description

载荷加载装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种载荷加载装置。

背景技术

在需要高输出力值、高精度、保压性能好的大吨位加载设备中，普遍采用液压油缸作为施力装置，其优点是结构简单、输出力值可随油缸内液压油压强的高低而调节，保压性能相对稳定精度高。例如桥梁静载试验机，大吨位压力机和桥梁张拉机等。液压油缸的输出力值获得有多种方法，一、油缸工作截面X液压油压强值＝输出力值。这种方法因为是计算值，不可控因素很多，误差较大，不能满足高精度力值输出的要求。二、力传感器与油缸串接，即将力传感器安装在油缸的前端或后端，直接测量和反馈油缸产生的输出力值，可以减少误差的产生，实现智能化控制，但大吨位力传感器对弹性体要求很高、体积大，安装在结构上有很多困难。

在实现智能控制的输出力设备上，采用力系中串接大力值力传感器是首选，而高精度大力值传感器几何尺寸很大(1000KN以上的)，尤其是轴向尺寸必须满足要求，才能达到设计精度。高精度立柱式传感器的弹性体有效工作区的长度和直径之比大于2，即L/d>2才能满足精度要求，但是如果轴向长度过长，在受压状态下稳定性变差。如限制轴向尺寸要求，传感器只能降低长度和直径之比，这样大大降低了传感器的精度，较也很难达到使用要求。若要实现智能控制，在施力装置的力系上直接串入大力值力传感器，不仅增加了设备的尺寸还降低了力系的稳定性，又因为设备中空间的限制，大力值传感器的串入有很多不便。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种能够在不降低力传感器精度情况下方便安装、受压状态稳定的载荷加载装置。

本发明提供的载荷加载装置，包括加载主体和力传感器，所述力传感器和所述加载主体相连接，其中，所述加载主体为施力部件，所述力传感器用于检测所述加载主体施力的大小，所述力传感器的一部分设置在所述加载主体内部，所述力传感器包括弹性体和加载垫，所述加载垫设置在弹性体的一端；所述加载垫的一端与所述弹性体配合，另外一端为载荷施力端，所述另外一端的端面形成为平面。

优选地，所述加载主体为液压缸，所述液压缸包括缸体和活塞，所述活塞包括活塞本体和活塞杆，在所述活塞杆的自由端设置有凹槽，所述力传感器的一部分设置在所述凹槽内。

优选地，所述力传感器为轴向较长的立柱式传感器，所述立柱式传感器的下端面与所述凹槽的槽底接触。

优选地，所述弹性体为柱状体，包括第一端和相对的第二端，在弹性体的第一端设置有第一配合面，在加载垫与第一配合面的接触端设置有第二配合面，所述第一配合面和第二配合面为球面配合。

优选地，在所述弹性体的轴线上形成有贯通所述弹性体轴向的通孔。

优选地，在所述通孔内靠近所述弹性体第一端的端部，设置有固定结构。

优选地，在所述加载垫上与所述通孔对应的位置设置有插入孔；

所述固定结构包括卡栓和卡片；

所述卡栓包括相互连接的卡栓头和卡栓柱，所述插入孔的直径与所述卡栓柱的直径相匹配，所述卡栓头和卡片位于所述通孔内，所述卡栓柱通过所述卡片后插入所述插入孔内。

优选地，所述卡栓头和插入孔之间为过渡配合，和/或，所述卡片和通孔之间为紧配合。

优选地，在所述力传感器和活塞杆之间设置有定位装置。

优选地，在所述凹槽的槽底上开设有与所述通孔相对的定位孔，所述定位装置包括定位柱，所述定位柱的一部分位于所述定位孔内，一部分位于所述通孔内。

优选地，在所述凹槽靠近槽口的位置设置有支撑结构。

优选地，在所述力传感器露出所述凹槽的部分的侧壁上设置有适配器。

优选地，在所述适配器上设置有位移传感器。

本申请中，将力传感器的一部分设置在所述加载主体内部，只有部分露在加载主体的外面，达到了即能保证力传感器的尺寸符合精度要求，又不增加设备整体的体积，不影响力系的稳定性的技术效果。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本申请中的加载装置的整体结构示意图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为图1中的B部放大图；

图4为本申请中的液压缸整体结构示意图；

图5为图1中的C部放大图(为了更加清楚，图1中的定位柱41被省去)。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。

本申请中的载荷加载装置，特别是带有力传感器的加载装置用于对待测对象施加载荷，例如桥梁静载试验机、大吨位压力机和桥梁张拉机等。如图1所示，本申请中的加载装置包括加载主体1和力传感器2，所述力传感器2设置在加载主体1上，用于测量加载主体1所施加的载荷大小。所述加载主体可以为液压缸或者其他的施力结构，例如机械传动结构等，其中优选的为液压缸10。所述液压缸10包括缸体11和活塞12，所述活塞12包括活塞本体121和活塞杆122。所述活塞本体121能够在缸体11内沿缸体11的内部往复滑动，从而使得活塞杆122能够往复移动，对待测对象施加载荷。

如图1-2所示，所述力传感器2为大力值、立柱式传感器，包括传感器弹性体21和加载垫22，所述加载垫22设置在弹性体21的一端。所述加载垫22的一端与所述弹性体21配合，另外一端为加载施力端，与待测对象接触，从而能够将加载到待测对象上的载荷力直接传递到弹性体21上，通过检测弹性体21的弹性变形而测量载荷力的大小。该另外一端的端面优选形成为平面，便于力的稳定传递。

所述弹性体21为柱状体，包括第一端和相对的第二端。在一个优选实施例中，在弹性体21的第一端设置有第一配合面211，在加载垫22与第一配合面211的接触端设置有第二配合面221，通过所述第一配合面211和第二配合面221的配合使得所述弹性体21和加载垫22之间能够实现很好的力传递。优选地，所述第一配合面211和第二配合面221为球面配合。其中，可以是第一配合面211为凸球面，第二配合面221为相对应的凹球面，如图1-2所示。也可以第一配合面211为凹球面，第二配合面221为凸球面，都可以实现相同的功能。这样，通过将第一配合面211和第二配合面221设置为球面配合，可以实现弹性体21和加载垫22之间力传递时的自动调整，例如，当载荷力存在除与弹性体21的轴线平行的主载荷外，还存在其他偏载荷时，所述加载垫22和弹性体21之间可以进行适当的调整，以克服受力过程中的偏心力，使得受力方向不会发生变化，不会影响弹性体21的正常工作。

如图4所示，在一个优选实施例中，在所述活塞杆122的自由端设置有凹槽123，所述力传感器2的一端设置在所述凹槽123内。具体地，所述弹性体21的第二端设置在所述凹槽123内。优选地，所述弹性体21的第二端端面为平面，所述凹槽123的槽底面1231也为平面，这样可方便地将液压缸10的力传递到弹性体21上，从而能够通过加载垫22传递到待测对象上，对待测对象施加载荷力，同时通过弹性体21的弹性变形检测载荷力的大小。所述弹性体21的长度L和直径D之比优选为L/D>2，这样能够达到高精度力柱传感器的尺寸要求。由于在活塞杆122的自由端设置有凹槽123，力传感器2的一部分放入该凹槽123内，即能保证大力值力传感器的尺寸符合精度要求，又不增加设备整体的体积，原有系统不必作任何的改造，不影响力系的稳定性，能够得到稳定的高精度智能施力控制系统。同时，力传感器的弹性体21直接检测载荷力的大小，对载荷力的测量准确、精度高。优选地，将力传感器2的大部分嵌入所述活塞杆122上的凹槽123内，能够降低受力接触高度，不占用系统的高度空间且结构简单。

如图1-2所示，在一个优选实施例中，在所述弹性体21的轴线上形成有贯通所述弹性体轴向的通孔212，所述通孔212优选为圆柱形通孔，其截面直径优选为30-40mm。通过设置该通孔212，使得弹性体21在加工过程中淬火时，能够减小弹性体21的淬火壁厚，使得弹性体21的淬火结果更加均匀，大大提高弹性体的制造精度、工作性能和工作寿命。

如图1-2所示，优选地，在所述通孔212内靠近所述弹性体21第一端的端部，也就是通孔212与加载垫22相接合的一端设置有固定结构3，该固定结构用于将加载垫22临时地固定在所述弹性体21上，可以防止加载垫22随意脱离所述弹性体21，造成加载垫22的丢失。

如图2-3所示，在一个优选实施例中，所述固定结构3包括卡栓31和卡片32，所述卡栓31包括卡栓头311和卡栓柱312。所述卡栓头311和卡栓柱312优选为圆柱体，两者在轴向上依次连接，所述卡栓头311的直径大于所述卡栓柱312的直径，但小于所述通孔212的直径。在所述加载垫22上与所述通孔212对应的位置设置有插入孔222。优选地，所述插入孔222与所述卡栓柱312之间为螺纹连接。所述卡片32为垫片状，其外径大于所述卡栓头311的外径，其内径大于所述卡栓柱312的外径，所述卡片32套设在卡栓头311和加载垫22的端部之间的卡栓柱312上，并位于所述通孔212内。所述卡片32和卡栓柱312之间形成间隙配合,两者之间的间隙优选为4-5mm；所述卡片32和通孔212之间为过盈配合，但过盈量不宜太大，以使得能够方便地将所述卡栓31和卡片32从所述通孔212内取出。在所述卡片32和卡栓柱312之间设置比较大的间隙配合，这样，在存在偏载荷的情况下，当所述加载垫22产生一定的偏移、卡栓31随着加载垫22同时偏移时，卡片32不会对卡栓31的移动、进而对加载垫22的移动产生干涉，提高了载荷加载装置的适用性。通过所述卡片32和通孔212之间的过盈配合可以使得所述卡片32能够保持在固定位置，从而将加载垫22和弹性体21临时地固定在一起。当需要取下加载垫22时，只要将所述加载垫22向上翘起，克服卡片32和通孔212之间的较小的过盈配合的结合力，就可方便地将加载垫22取下，不会破坏加载垫22和弹性体21的结构以及两者之间的连接结构，方便易操作。

如图1所示，优选地，为了方便弹性体21在活塞杆122内的装配，所述弹性体21设置为阶梯状，其中小外径的部分插入所述活塞杆122的凹槽123内，大外径的部分露出所述凹槽123，这样可在保证测量精度的情况下方便力传感器2的装配。

在一个优选实施例中，为了对弹性体21进行支撑，使得弹性体21能够处于良好的受力状态，在所述凹槽123靠近槽口的位置设置有支撑结构1232，所述支撑结构1232优选为支撑环(参见图4)。该支撑环能够起到导向和支撑作用，当出现偏载时支撑环能够支撑所述弹性体21的外圆柱面。同时，该支撑结构1232还能使得在所述弹性体21的外壁和凹槽123的侧壁之间形成一定的间隙，例如形成1mm左右的间隙，这样，当弹性体21在载荷的作用下产生微变形时，凹槽123的侧壁不会对弹性体21的变形产生干涉，能够有效增加弹性体21的灵敏度，提高检测精度。

如图4、图5所示，在一个优选实施例中，为了对弹性体21进行准确定位，使得在存在偏向载荷时，弹性体21不会横向移位，在所述弹性体21和活塞杆122之间设置有定位装置4。所述定位装置4包括定位柱41，在所述凹槽123的槽底上，开设有与所述通孔212相对的定位孔1233。所述定位孔1233的直径稍小于所述通孔212的直径。所述定位孔1233优选为盲孔，其孔深小于所述定位柱41的长度。装配后，所述定位柱41一部分位于所述定位孔1233内，该部分与所述定位孔1233之间形成过盈配合，过盈量为0.02mm左右；另外一部分位于所述通孔212内，该部分与所述通孔212之间形成间隙配合，间隙量为0.1mm左右。这样，定位柱41能够对所述弹性体21形成准确的定位，同时还非常方便将所述弹性体21从所述定位柱41上取下，不会破坏所述弹性体21的结构。所述空位柱41的长度不宜过长，优选为5-10mm，这样可在实现定位的同时不影响弹性体21和凹槽123之间的配合。

如图1-2所示，优选地，在所述弹性体21露出所述凹槽123的部分的侧壁上设置有适配器5，用于生成和传输弹性体21的检测数据。为了检测弹性体21的位移情况，在所述适配器5上设置有位移传感器6，所述位移传感器优选为拉绳传感器，所述拉绳传感器的拉绳的一端设置在适配器5上，另外一端设置在所述活塞缸体11上，优选设置在缸体11与所述适配器相对的表面上。这样，当所述弹性体21随所述活塞杆122往复移动时，可通过该位移传感器6方便地检测到活塞杆122、弹性体21的移动情况以及它们的移动位置；同时，还能监控力系在受力时的速度和变形，在本申请的智能施力控制系统中，实现双控。

本申请中的加载装置还包括控制器，用于根据力传感器2测得的力值和想要达到的力的目标值调整液压缸10的工作过程，例如调节液压缸10的液压油的压强和流量。

本申请中，将原来的受力接触面由活塞的顶部下移到活塞杆凹槽的底部，使力传感器的大部分镶嵌在活塞杆的凹槽内部，只把传感器的适配器与顶部的球面部份露在外面，达到了即能保证大力值力传感器的尺寸符合精度要求，又不增加设备整体的体积，不影响力系的稳定性的目的。

为了便于描述，下面以液压缸10竖直放置、活塞杆122的自由端朝向上方的放置方式对本申请中的载荷装置的工作过程进行说明。本申请中的加载装置的工作过程为：启动装置，液压缸10的下油口进油，推动活塞12，活塞12推动力传感器2一同向上运动，当力传感器2上面的加载垫22与受力系统(待测对象)的上横梁接触后整体受力，力传感器2将所受的力传输给控制系统，通过控制系统根据力值的大小控制液压缸10，例如控制液压缸10中的液压油的压强和流量，根据工艺要求进行加压、保压、减压、回油等操作，完成整个操作过程。

本申请中的加载装置采用力传感器检测和反馈施力的方式，输出力值为加载装置的直接受力值，数值可靠，误差小。实现压力系统智能数值采集反馈控制。施力主体采用液压油缸施力，受力状态稳定，压力高，没有外力干扰，结构简单易操作。根据力传感器的特点，将力传感器的大部分镶嵌在液压缸10的活塞12内，将活塞12与力传感器2的接触面降低到活塞杆122的底部，降低了压力接触面，即保证了大吨位力传感器在尺寸上的要求，又简化了整体系统的结构，减少了因力传感器所占用的空间。本申请中将将力传感器设计成受力体(弹性体21)的长度/直径>2的形状，根据受力状态和大吨位力传感器的特点，可以简化力传感器的结构，大大降低传感器的材料成本，提高精度。本申请中的立柱式力传感器，受力合理，其顶部设计成凸/凹球面，配合一个带凹/凸球面的加载垫，形成一对球面压力副，当受力支架产生变形时可自动调正接触方向。本申请在力传感器的适配器中加装了一套位移传感器6，该位移传感器6的一端安装在适配器盒内，另一端与活塞缸体11相连，当液压缸10带动力传感器2上升时，位移传感器6通过拉绳也同时测出相应的位移，配合控制系统，达到力传感器和位移传感器双控的效果。

应当说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”、“第二”之类的关系术语仅仅用来将某个实体或操作与另一实体或操作区分开，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还可以包括没有明确列出的其它要素，或者是还可以包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种载荷加载装置，包括加载主体和力传感器，所述力传感器和所述加载主体相连接，其中，所述加载主体为施力部件，所述力传感器用于检测所述加载主体施力的大小，其特征在于，所述力传感器的一部分设置在所述加载主体内部，所述力传感器包括弹性体和加载垫，所述加载垫设置在弹性体的一端；所述加载垫的一端与所述弹性体配合，另外一端为载荷施力端，所述另外一端的端面形成为平面。

2.根据权利要求1所述的载荷加载装置，其特征在于，所述加载主体为液压缸，所述液压缸包括缸体和活塞，所述活塞包括活塞本体和活塞杆，在所述活塞杆的自由端设置有凹槽，所述力传感器的一部分设置在所述凹槽内。

3.根据权利要求2所述的载荷加载装置，其特征在于，所述力传感器为轴向较长的立柱式传感器，所述立柱式传感器的下端面与所述凹槽的槽底接触。

4.根据权利要求1所述的载荷加载装置，其特征在于，所述弹性体为柱状体，包括第一端和相对的第二端，在弹性体的第一端设置有第一配合面，在加载垫与第一配合面的接触端设置有第二配合面，所述第一配合面和第二配合面为球面配合。

5.根据权利要求2所述的载荷加载装置，其特征在于，在所述弹性体的轴线上形成有贯通所述弹性体轴向的通孔。

6.根据权利要求5所述的载荷加载装置，其特征在于，在所述通孔内靠近所述弹性体第一端的端部，设置有固定结构。

7.根据权利要求6所述的载荷加载装置，其特征在于，

在所述加载垫上与所述通孔对应的位置设置有插入孔；

所述固定结构包括卡栓和卡片；

所述卡栓包括相互连接的卡栓头和卡栓柱，所述插入孔和所述卡栓柱之间为螺纹连接，所述卡栓头和卡片位于所述通孔内，所述卡栓柱穿过所述卡片后旋入所述插入孔内。

8.根据权利要求7所述的载荷加载装置，其特征在于，所述卡栓柱和卡片之间为间隙配合，和/或，所述卡片和通孔之间为过盈配合。

9.根据权利要求5所述的载荷加载装置，其特征在于，在所述力传感器和活塞杆之间设置有定位装置。

10.根据权利要求9所述的载荷加载装置，其特征在于，

在所述凹槽的槽底上开设有与所述通孔相对的定位孔，所述定位装置包括定位柱，所述定位柱的一部分位于所述定位孔内，一部分位于所述通孔内。

11.根据权利要求2、3、5-10任一项所述的载荷加载装置，其特征在于，在所述凹槽靠近槽口的位置设置有支撑结构。

12.根据权利要求2、3、5-10任一项所述的载荷加载装置，其特征在于，在所述力传感器露出所述凹槽的部分的侧壁上设置有适配器。

13.根据权利要求12所述的载荷加载装置，其特征在于，在所述适配器上设置有位移传感器。