CN107246993A - 一种力学性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种力学性能试验装置，包括固定装置、第一加力装置、第二加力装置；固定装置设有固定座与反力座，固定座与反力座分别固定于地面，固定座用于固定试样，反力座连接上横梁加力装置、下横梁加力装置；第一加力装置设有角度夹具、第一连接部件、第一加载部件，角度夹具用于成角度的夹持试样，第一连接部件连接角度夹具与第一加载部件，第一加载部件提供加载力，且第一加载部件可转动的连接反力座；第二加力装置设有夹具、第二连接部件、第二加载部件，夹具用于夹持试样，第二连接部件连接夹具与第二加载部件，第二加载部件提供加载力，且第二加载部件可转动的连接反力座。本发明的装置能实现多点、多方向、多角度组合加载试验。

Description

一种力学性能试验装置

技术领域

本申请涉及实验装置技术领域，特别是涉及一种力学性能试验装置。

背景技术

接触网是沿轨道交通线路上空架设的向电力机车供电的输电线路，在室外复杂环境下运转，其稳定性与安全性直接关系轨道交通的运营安全。接触网支撑装置安装在支撑柱上，用以支持接触网悬挂，并起到传递负荷的作用。接触网一般处于露天环境且无备用，受到环境温度、风雨雪等不利因素影响，运行条件恶劣，易发生事故，直接导致列车供电中断。因此，要保证列车的供电可靠性，必须确保接触网系统的安全可靠。

接触网支撑装置是接触网系统中的重要部件，在挂网前必须对其性能进行检测，尤其是力学性能，需要进行合理、全面的试验。力学性能试验主要包括上横梁的水平、垂向(45角合力)正反方静强度试验、疲劳试验、极限破坏试验，下横梁偏心正反向静强度试验、极限破坏试验等。该试验具有加载点、加载方向多、多个协调加载等难点，目前试验技术大都是采用液压油缸、加法码等方法实现静强度和极限试验，难以实现多点、多方向的组合加载试验要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的为提供一种力学性能试验装置，能实现多点、多方向组合加载试验，且能实现45°角斜拉加载的试验装置，检测接触网支撑装置的力学性能。

本发明提供的技术方案如下：

一种力学性能试验装置，包括固定装置、第一加力装置、第二加力装置；

所述固定装置设有固定座与反力座，所述固定座与所述反力座分别固定于地面，所述固定座用于固定试样，所述反力座连接上横梁加力装置2、下横梁加力装置3；

所述第一加力装置设有角度夹具、第一连接部件、第一加载部件，所述角度夹具用于成角度的夹持试样，所述第一连接部件连接角度夹具与第一加载部件，所述第一加载部件提供加载力，且所述第一加载部件可转动的连接所述反力座；

所述第二加力装置设有夹具、第二连接部件、第二加载部件，所述夹具用于夹持试样，所述第二连接部件连接夹具与第二加载部件，所述第二加载部件提供加载力，且所述第二加载部件可转动的连接所述反力座。

优选地，所述固定座沿竖直方向设有多个螺孔，所述试样的上部与下部分别通过螺栓固定在所述固定座的任一螺孔中。

优选地，所述固定装置还设有导向架，所述导向架设置在所述固定座与所述反力座之间，所述导向架固定于地面，用于固定试样。

优选地，所述固定座与所述反力座之间设有轨道，所述反力座沿轨道可移动的固定于地面，所述导向架沿轨道可移动的固定于地面。

优选地，所述第一加力装置设有第一连杆、丝杆，所述连杆设置在所述角度夹具上，所述丝杆一端与所述第一连杆相连，另一端与所述第一连接部件相连。

优选地，所述第二加力装置设有力臂，所述力臂设有定位槽，所述力臂一端通过定位槽与所述夹具固定，所述力臂的另一端可转动的连接所述第二连接部件。

优选地，所述力臂设有转动销、第二连杆，所述第二连杆一端通过所述转动销与所述力臂转动连接，所述第二连杆另一端与所述第二连接部件相连。

优选地，所述第一加力装置、第二加力装置分别设有载荷传感器、载荷显示仪。

优选地，所述第一加力装置、第二加力装置分别设有加力连接装置，所述第一加力装置的加力连接装置设于所述第一连接部件与所述第一加载部件之间，所述第二加力装置的加力连接装置设于所述夹具与所述第二加载部件之间。

优选地，所述第一加载部件、第二加载部件为手动葫芦、电动葫芦中的任意一种。

新的接触网支撑装置，可以通过挂网试验法、有限元分析法、试验验证法来测试其力学性能。挂网试验法是将试样直接安装在供电网系统中，通过使用时间观察试样受力状态，验证试样是否满足挂网要求。挂网试验法周期长、风险大，难以获得具体的试验数据，无法指导产品的设计与研发。有限元分析法是建立试样模型，通过在分析软件中施加相应载荷来获得产品的力学性能参数，但这些数据只能参考。而试验验证法，是设计一种完全符合挂网使用实际工况来验证试样性能的方法，通过将试样(如新型接触网支撑装置)安装于专用的试验装置上，通过试验装置施加相应的载荷来测试试样的各项力学性能，能确保产品质量，大大提高使用该新型接触网支撑装置的供电网系统的安全可靠性。

本发明的力学性能试验装置，通过固定座将试样(如接触网支撑装置)固定，然后将第一加力装置的角度夹具牢固夹持在试样的另一端，并将第一加力装置可转动的连接与反力座。通过调整夹具201的欲偏角度，并通过第一连接部件、第一加载部件与反力座相配合，实现带角度的加载，实现斜拉(带角度)的加载试验。实际使用中，可将角度夹具设计成两半结构，并设置螺孔，则可通过螺栓将角度夹具锁紧固定于接触网支撑装置的上部(如平腕臂)。根据需要进行试验的试样的不同，角度夹具也可设计成其他结构，便于夹持与固定。第二加力装置通过夹具、第二连接部件、第二加载部件，实现对试样(如接触网支撑装置的下部，如弧形臂的下部)的固定和加载静态力矩，实现静态偏矩试验。所述夹具可以设置成两半结构，并设置螺孔，则可通过螺栓将夹具锁紧固定于接触网支撑装置的下部(如弧形臂的下部)。根据需要进行试验的试样的不同，夹具也可设计成其他结构，便于夹持与固定。

固定座沿竖直方向设置多个螺孔，可以根据试样的高度、需要加载检测的部位高度或其他参数调整试样在固定座固定的高度。通过螺栓，可分别将试样的上部和下部(如接触网支撑装置的平腕臂、斜腕臂的末端)固定于固定座上，实现对试样的牢固固定。螺栓已足够固定试样。此外，也可使用U型连接座配合销子来固定试样。被测试样的上下端部首通过销子与连接座装配，然后通过螺纹与固定座固定，连接座与销子起过渡装配作用。

导向架设置在固定座与反力座之间，用于在整个试验装置的中部固定试样，如在接触网支撑装置的中部固定试样，防止试样发生横向位移，影响实验结果的准确性。

在固定座与反力座之间的地面设置轨道，使得反力座、导向架可移动的固定于地面，即当不同尺寸与形状的试样进行试验时，或需要检测的角度不同时，可以沿轨道移动反力座至合适位置，再固定反力座，然后固定试样进行试验。导向架也可根据试样尺寸和形状的不同，沿轨道移动至适宜位置，固定于地面，再与试样固定连接。设置轨道，一方面是为了方便反力座、导向架的移动，另一方面也是确保反力座、导向架是沿固定的直线往返，防止反力座、导向架与固定座相对的角度发生偏转，影响试验的进行。本发明中，第一加力装置与试样形成45°角夹持与加力试验，则试样与第二加力装置2的接触部位，其水平方向的力与竖直方向的力的大小是相等的。根据试样试验的不同要求，可以设置不同角度夹持，此时将试样的夹持部位与反力座之间的位置进行调整，如调整反力座在轨道上的位置，可以实现多角度的加力试验。

第一连杆、丝杆本发明的力学性能试验装置，通过夹具与试样连接，可以通过在夹具两侧安装偏转力臂，通过定位槽、转动销、第二连杆，形成偏转力距，对试样进行偏转试验。

连杆是安装在力臂上端中间位移，通过转动销以销了方式装配，偏转力矩M＝水平载荷Fx力臂臂长L。

载荷显示仪与载荷传感器相连，载荷传感器设置在第一加力装置、第二加力装置上，如可将载荷传感器设置在第一加力装置的角度夹具与第一连接部件之间、设置在第二加力装置的第二连接部件与第二加载部件之间。载荷传感器串联在加力装置与夹具之间，随试样变形可移动。

现有的复合加载试验技术主要分液压油缸加载和挂法码两种方法，其中液压油缸加载主要是采用两个或多个液压油缸组合进行加载试验，这种加载方法由于涉及到液压油缸、油源、控制系统等，试验成本高，试验工装复杂，适用于直线加载、大载荷、高频率的疲劳或动载试验，不适用于小载荷、多点加载、带角度加载的静载试验。挂法码试验方法虽然可以满足小载荷静载试验要求，但法码始终是一种恒定载荷，无法实现无级调节、载荷显示等功能。

加力连接装置是为了满足手葫芦吊钩装配而设计的部件。加力连接装置可以设置成加力环，加力环一端是螺纹连接载荷传感器，另一端是圆环形与吊钩装配。加力连接装置也可设置成其他形状。

现有的斜拉(带角度)加载试验通常通过安装滑轮来改变加力方向，只适用于90°角的转换试验；或通过在加力油缸前后安装铰接件来实现带角度加载，属于刚性连接，在一些异形件试样加载试验中容易与试样发生干涉。而本发明的力学性能试验装置，通过夹具和反力座的设置，可实现带角度的加载，同时，通过使用非金属类吊具，如编织类吊带等柔性连接的方式，绕开试样下端梁，从而形成过中心加载方式。本发明同时利用动葫芦或电动葫芦，和柔性连接解决试验干涉的问题。

本发明的力学性能试验装置，第一加载部件、第二加载部件使用手动葫芦或电动葫芦，和柔性连接解决试验干涉的问题，同时实现斜拉(带角度)加载试验，并通过载荷传感器、载荷显示仪显示载荷值。避免采用液压油缸试验工装复杂、不适用于小载荷、多点加载、带角度加载的静载试验的问题；同时手动葫芦或电动葫芦能够逐步调整所加载的力的大小，实现无级调节，解决采用挂砝码方法只能提供一种恒定载荷加载、无法实现无级调节的不足，实现对试样的多个加力点，同时或单独施加静载荷，测试试样的静态力学性能。

本发明的力学性能试验装置，可以对包括新型接触网支撑装置在内的试样进行复合加载试验，测试不同工况下的力学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中力学性能试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中力学性能试验装置的俯视图；

附图标记：1-固定装置；101-固定座；102-反力座；103-导向架；2-第一加力装置；201-角度夹具；202-第一连接部件；203-第一加载部件；3-第二加力装置；301-夹具；302-第二连接部件；303-第二加载部件；304-力臂；4-载荷传感器；5-载荷显示仪；6-加力连接装置；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请如图1至图2所示，本发明实施例提供一种力学性能试验装置，包括固定装置1、第一加力装置2、第二加力装置3；

所述固定装置1设有固定座101与反力座102，所述固定座101与所述反力座102分别固定于地面，所述固定座101用于固定试样，所述反力座102连接上横梁加力装置2、下横梁加力装置3；

所述第一加力装置2设有角度夹具201、第一连接部件202、第一加载部件203，所述角度夹具201用于成角度的夹持试样，所述第一连接部件202连接角度夹具201与第一加载部件203，所述第一加载部件203提供加载力，且所述第一加载部件203可转动的连接所述反力座102；

所述第二加力装置3设有夹具301、第二连接部件302、第二加载部件303，所述夹具301用于夹持试样，所述第二连接部件302连接夹具301与第二加载部件303，所述第二加载部件303提供加载力，且所述第二加载部件303可转动的连接所述反力座102。

新的接触网支撑装置，可以通过挂网试验法、有限元分析法、试验验证法来测试其力学性能。挂网试验法是将试样直接安装在供电网系统中，通过使用时间观察试样受力状态，验证试样是否满足挂网要求。挂网试验法周期长、风险大，难以获得具体的试验数据，无法指导产品的设计与研发。有限元分析法是建立试样模型，通过在分析软件中施加相应载荷来获得产品的力学性能参数，但这些数据只能参考。而试验验证法，是设计一种完全符合挂网使用实际工况来验证试样性能的方法，通过将试样(如新型接触网支撑装置)安装于专用的试验装置上，通过试验装置施加相应的载荷来测试试样的各项力学性能，能确保产品质量，大大提高使用该新型接触网支撑装置的供电网系统的安全可靠性。

本发明的力学性能试验装置，通过固定座101将试样(如接触网支撑装置)固定，然后将第一加力装置2的角度夹具201牢固夹持在试样的另一端，并将第一加力装置2可转动的连接与反力座102。通过调整夹具201的欲偏角度，并通过第一连接部件202、第一加载部件203与反力座102相配合，实现带角度的加载，实现斜拉(带角度)的加载试验。实际使用中，可将角度夹具201设计成两半结构，并设置螺孔，则可通过螺栓将角度夹具201锁紧固定于接触网支撑装置的上部(如平腕臂)。根据需要进行试验的试样的不同，角度夹具201也可设计成其他结构，便于夹持与固定。第二加力装置3通过夹具301、第二连接部件302、第二加载部件303，实现对试样(如接触网支撑装置的下部，如弧形臂的下部)的固定和加载静态力矩，实现静态偏矩试验。所述夹具301可以设置成两半结构，并设置螺孔，则可通过螺栓将夹具301锁紧固定于接触网支撑装置的下部(如弧形臂的下部)。根据需要进行试验的试样的不同，夹具301也可设计成其他结构，便于夹持与固定。

优选地，所述固定座101沿竖直方向设有多个螺孔，所述试样的上部与下部分别通过螺栓固定在所述固定座101的任一螺孔中。

固定座101沿竖直方向设置多个螺孔，可以根据试样的高度、需要加载检测的部位高度或其他参数调整试样在固定座固定的高度。通过螺栓，可分别将试样的上部和下部(如接触网支撑装置的平腕臂、斜腕臂的末端)固定于固定座101上，实现对试样的牢固固定。螺栓已足够固定试样。此外，也可使用U型连接座配合销子来固定试样。被测试样的上下端部首通过销子与连接座装配，然后通过螺纹与固定座101固定，连接座与销子起过渡装配作用。

优选地，所述固定装置1还设有导向架103，所述导向架103设置在所述固定座101与所述反力座102之间，所述导向架103固定于地面，用于固定试样。

导向架103设置在固定座101与反力座102之间，用于在整个试验装置的中部固定试样，如在接触网支撑装置的中部固定试样，防止试样发生横向位移，影响实验结果的准确性。

优选地，所述固定座101与所述反力座102之间设有轨道，所述反力座102沿轨道可移动的固定于地面，所述导向架103沿轨道可移动的固定于地面。

在固定座101与反力座102之间的地面设置轨道，使得反力座102、导向架103可移动的固定于地面，即当不同尺寸与形状的试样进行试验时，或需要检测的角度不同时，可以沿轨道移动反力座至合适位置，再固定反力座102，然后固定试样进行试验。导向架103也可根据试样尺寸和形状的不同，沿轨道移动至适宜位置，固定于地面，再与试样固定连接。设置轨道，一方面是为了方便反力座102、导向架103的移动，另一方面也是确保反力座102、导向架103是沿固定的直线往返，防止反力座102、导向架103与固定座101相对的角度发生偏转，影响试验的进行。本发明中，第一加力装置2与试样形成45°角夹持与加力试验，则试样与第二加力装置2的接触部位，其水平方向的力与竖直方向的力的大小是相等的。根据试样试验的不同要求，可以设置不同角度夹持，此时将试样的夹持部位与反力座102之间的位置进行调整，如调整反力座102在轨道上的位置，可以实现多角度的加力试验。

优选地，所述第一加力装置2设有第一连杆、丝杆，所述连杆设置在所述角度夹具201上，所述丝杆一端与所述第一连杆相连，另一端与所述第一连接部件202相连。

连杆用于传递作用力，丝杆通过螺纹与第一连接部件202相连，当设置载荷传感器时，丝杆可以与载荷传感器连接。

优选地，所述第二加力装置3设有力臂304，所述力臂304设有定位槽，所述力臂304一端通过定位槽与所述夹具301固定，所述力臂304的另一端可转动的连接所述第二连接部件302。

优选地，所述力臂304设有转动销、第二连杆，所述第二连杆一端通过所述转动销与所述力臂(304)转动连接，所述第二连杆另一端与所述第二连接部件302相连。

本发明的力学性能试验装置，通过夹具与试样连接，可以通过在夹具两侧安装偏转力臂304，通过定位槽、转动销、第二连杆，形成偏转力距，对试样进行偏转试验。

连杆是安装在力臂上端中间位移，通过转动销以销孔方式装配，偏转力矩M＝水平载荷Fx力臂臂长L。

优选地，所述第一加力装置2、第二加力装置3分别设有载荷传感器4、载荷显示仪5。

载荷显示仪5与载荷传感器4相连，载荷传感器4设置在第一加力装置2、第二加力装置3上，如可将载荷传感器4设置在第一加力装置2的角度夹具201与第一连接部件202之间、设置在第二加力装置3的第二连接部件302与第二加载部件303之间。载荷传感器4串联在加力装置与夹具之间，随试样变形可移动。

优选地，所述第一加力装置2、第二加力装置3分别设有加力连接装置6，所述第一加力装置2的加力连接装置6设于所述第一连接部件202与所述第一加载部件203之间，所述第二加力装置3的加力连接装置6设于所述夹具301与所述第二加载部件303之间。

加力连接装置6是为了满足手葫芦吊钩装配而设计的部件。加力连接装置6可以设置成加力环，加力环一端是螺纹连接载荷传感器4，另一端是圆环形与吊钩装配。加力连接装置6也可设置成其他形状。

优选地，所述第一加载部件203、第二加载部件303为手动葫芦、电动葫芦中的任意一种。

现有的复合加载试验技术主要分液压油缸加载和挂法码两种方法，其中液压油缸加载主要是采用两个或多个液压油缸组合进行加载试验，这种加载方法由于涉及到液压油缸、油源、控制系统等，试验成本高，试验工装复杂，适用于直线加载、大载荷、高频率的疲劳或动载试验，不适用于小载荷、多点加载、带角度加载的静载试验。挂法码试验方法虽然可以满足小载荷静载试验要求，但法码始终是一种恒定载荷，无法实现无级调节、载荷显示等功能。

现有的斜拉(带角度)加载试验通常通过安装滑轮来改变加力方向，只适用于90°角的转换试验；或通过在加力油缸前后安装铰接件来实现带角度加载，属于刚性连接，在一些异形件试样加载试验中容易与试样发生干涉。而本发明的力学性能试验装置，通过夹具和反力座102的设置，可实现带角度的加载，同时，通过使用非金属类吊具，如编织类吊带等柔性连接的方式，绕开试样下端梁，从而形成过中心加载方式。本发明同时利用动葫芦或电动葫芦，和柔性连接解决试验干涉的问题。

本发明的力学性能试验装置，第一加载部件203、第二加载部件303使用手动葫芦或电动葫芦，和柔性连接解决试验干涉的问题，同时实现斜拉(带角度)加载试验，并通过载荷传感器4、载荷显示仪5显示载荷值。避免采用液压油缸试验工装复杂、不适用于小载荷、多点加载、带角度加载的静载试验的问题；同时手动葫芦或电动葫芦能够逐步调整所加载的力的大小，实现无级调节，解决采用挂砝码方法只能提供一种恒定载荷加载、无法实现无级调节的不足，实现对试样的多个加力点，同时或单独施加静载荷，测试试样的静态力学性能。

本发明的力学性能试验装置，可以对包括新型接触网支撑装置在内的试样进行复合加载试验，测试不同工况下的力学性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种力学性能试验装置，其特征在于，包括固定装置(1)、第一加力装置(2)、第二加力装置(3)；

所述固定装置(1)设有固定座(101)与反力座(102)，所述固定座(101)与所述反力座(102)分别固定于地面，所述固定座(101)用于固定试样，所述反力座(102)连接上横梁加力装置(2)、下横梁加力装置(3)；

所述第一加力装置(2)设有角度夹具(201)、第一连接部件(202)、第一加载部件(203)，所述角度夹具(201)用于成角度的夹持试样，所述第一连接部件(202)连接角度夹具(201)与第一加载部件(203)，所述第一加载部件(203)提供加载力，且所述第一加载部件(203)可转动的连接所述反力座(102)；

所述第二加力装置(3)设有夹具(301)、第二连接部件(302)、第二加载部件(303)，所述夹具(301)用于夹持试样，所述第二连接部件(302)连接夹具(301)与第二加载部件(303)，所述第二加载部件(303)提供加载力，且所述第二加载部件(303)可转动的连接所述反力座(102)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定座(101)沿竖直方向设有多个螺孔，所述试样的上部与下部分别通过螺栓固定在所述固定座(101)的任一螺孔中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定装置(1)还设有导向架(103)，所述导向架(103)设置在所述固定座(101)与所述反力座(102)之间，所述导向架(103)固定于地面，用于固定试样。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述固定座(101)与所述反力座(102)之间设有轨道，所述反力座(102)沿轨道可移动的固定于地面，所述导向架(103)沿轨道可移动的固定于地面。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加力装置(2)设有第一连杆、丝杆，所述连杆设置在所述角度夹具(201)上，所述丝杆一端与所述第一连杆相连，另一端与所述第一连接部件(202)相连。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二加力装置(3)设有力臂(304)，所述力臂(304)设有定位槽，所述力臂(304)一端通过定位槽与所述夹具(301)固定，所述力臂(304)的另一端可转动的连接所述第二连接部件(302)。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述力臂(304)设有转动销、第二连杆，所述第二连杆一端通过所述转动销与所述力臂(304)转动连接，所述第二连杆另一端与所述第二连接部件(302)相连。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加力装置(2)、第二加力装置(3)分别设有载荷传感器(4)、载荷显示仪(5)。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加力装置(2)、第二加力装置(3)分别设有加力连接装置(6)，所述第一加力装置(2)的加力连接装置(6)设于所述第一连接部件(202)与所述第一加载部件(203)之间，所述第二加力装置(3)的加力连接装置(6)设于所述夹具(301)与所述第二加载部件(303)之间。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加载部件(203)、第二加载部件(303)为手动葫芦、电动葫芦中的任意一种。