CN107255599A - 一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，包括与疲劳试验机相连的承载架，以及用于安装试件固定端的工装体，工装体的左端安装在承载架上，工装体的右端固定在地基上；工装体的左端上安装有用于安装试件悬臂端的施力架，施力架位于作动器的正下方；施力架通过联铰与作动器相铰接，且施力架和作动器的铰接中心与工装体和承载架的连接中心均在作动器的油缸轴线上。本发明铰接中心和工装体与承载架之间的连接中心沿作动器油缸轴线共线，使竖向作动器载荷对承载架的整体结构不产生附加弯矩作用，实现疲劳加载时，工装体右端与地基的固定端处不受竖向疲劳载荷影响，保护了试件下方地基的安全。

Description

一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台

技术领域

本发明属于抗疲劳实验技术领域，具体是涉及一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台。

背景技术

大型悬臂结构件在工作过程中会承受弯曲疲劳载荷，在拉应力区域内的应力集中或焊接位置容易发生疲劳失效，所以在新结构定型前需要进行疲劳试验。一般对大型悬臂试样进行疲劳试验时，通常是利用螺栓把试样固定端直接锚固在钢盖板地基上，悬臂端承受疲劳载荷时，由于悬臂臂长的影响，使固定端锚固点的局部载荷较大，在长时间疲劳试验载荷作用下，与试件相连接的地基区域的载荷工况恶劣，地基容易破坏，进而影响试验结果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，实现了对大试样的疲劳试验，并且保护了地基不受破坏。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括与疲劳试验机相连的承载架，以及用于安装试件固定端的工装体，工装体的左端安装在承载架上，工装体的右端固定在地基上；工装体的左端上安装有用于安装试件悬臂端的施力架，施力架位于作动器的正下方；施力架通过联铰与作动器相铰接，且施力架和作动器的铰接中心与工装体和承载架的连接中心均在作动器的油缸轴线上。

进一步地，承载架包括两个在同一水平面上并列设置的承载板，承载板的下底面固定安装在疲劳试验机底部的横梁上；工装体安装在承载板的上侧面上。

进一步地，工装体的底部包括从右往左依次相连的第一底板、第二底板、第三底板和第四底板；工装体的前侧包括相连的第一侧板和第三侧板，后侧包括相连的第二侧板和第四侧板，第一侧板和第二侧板相互平行，第三侧板和第四侧板相互平行；第三侧板和第四侧板位于第一底板的两侧且长度小于第一底板的长度；其中，试件的固定端安装在第三侧板和第四侧板上，第一底板上安装有用于支撑试件的支撑装置，施力架固定安装在第四底板上；第四底板安装在承载架上。

进一步地，支撑装置包括安装在第一底板上的三个撑板；试件的中部连接试件支撑杆的上端，第一底板上安装有用于固定试件支撑杆下端的第一试件座板；第一底板上还安装有第二试件座板和第三试件座板，三个撑板、第一试件座板、第二试件座板和第三试件座板依次交替设置。

进一步地，第一底板的下侧安装固定座板，固定座板上安装有用于紧固的调整垫片和压板。

进一步地，第一侧板和第二侧板上对称焊接若干根第一加强筋和若干根第二加强筋，第一加强筋位于第四底板的两侧，第二加强筋分布于第三底板、第二底板以及第一底板的两侧；相邻的第一加强筋和相邻的第二加强筋之间间隔为1750mm～7200mm；工装体的棱边上焊接有若干角钢。

进一步地，第三侧板和第四侧板的右端连接第一加强板；第三侧板和第四侧板上开设销轴孔，并分别固定安装铰座，铰座通过铰轴与试件的固定端相铰接；铰座上套接销轴连接套，销轴连接套和第一加强板之间安装第二加强板；铰座的周向安装若干根用于加强销轴连接套的第三加强筋。

进一步地，第一底板上安装限位支架，限位支架的上端安装限位角钢；第四底板和承载架之间设置垫板。

进一步地，试件的悬臂端通过试件销轴铰接在施力架上，试件销轴的端部设置端盖。

进一步地，作动器采用疲劳试验机液压伺服作动器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过设置承载架与疲劳试验机相连接，工装体的左端与疲劳试验机立柱下方的承载架横梁连接，工装体的右端与地基紧固，试件的固定端与工装体相连接，施力架与试件左侧的悬臂端相连接，疲劳试验机竖向的作动器活塞杆的前端与施力架铰接，并且铰接中心和工装体与承载架之间的连接中心沿作动器油缸轴线共线，使竖向作动器载荷对工装体和试件的整体结构不产生弯矩作用，实现疲劳加载时，工装体右端与地基的固定端处不受竖向疲劳载荷影响。本发明能够满足悬臂结构试件进行疲劳试验时，作动器产生的疲劳载荷不会通过试件传递到工装体右侧的地基上，相对于现有悬臂结构试件的疲劳加载工装，保护了试件下方地基的安全，达到了实验目的，特别适合于大尺寸试件或大荷载的疲劳试验，避免了试件下方地基承受疲劳载荷。

进一步地，本发明通过设置三个试件座板，能够适用于液压挖掘机的动臂和斗杆的疲劳试验；三个撑板和三个试件座板依次交替设置，使工装体结构更牢固。

进一步地，本发明通过设置固定座板、调整垫片和压板，能够方便地紧固工装体右端，便于试验进行。

进一步地，本发明通过设置第一加强筋，能够有效承担疲劳试验机产生集中力的影响；通过设置第二加强筋，增强结构稳定性。

进一步地，本发明通过设置第一加强板，用于连接第三侧板和第四侧板；通过设置销轴连接套，保护铰座；通过设置第二加强板和第三加强筋，以加固和加强销轴连接套。

进一步地，本发明通过设置限位支架，防止试件有过大振动；通过设置垫板，起减震作用。

附图说明

图1为本发明试件工装总装配的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明工装体的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为图4的A-A视图。

图6为图1的B—B视图。

图7为图1的E—E视图。

图8为图1的D—D视图。

图9为图3的C—C视图。

其中：1—联铰；2—施力架；3—试件；4—试件支撑杆；5—端盖；6—试件销轴；7—铰轴；8—固定座板；9—调整垫片；10—压板；11—举升油缸铰轴；12—举升油缸档环；13—支座；14—连接杆；15—限位支架；16—工装体；17—承载板；18—第二螺杆；19—第一加强筋；20—角钢；21—第二加强筋；22—第一侧板；23—第三侧板；24—铰座；25—第一加强板；26—第二加强板；27—第一撑板；28—第一试件座板；29—第二撑板；30—第一底板；31—第二试件座板；32—第三撑板；33—第三试件座板；34—第二底板；35—第三底板；36—第四底板；37—垫板；38—第四侧板；39—作动器；40—销轴连接套；41—第三加强筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

以下以作动器39所在一端为左，且作动器39位于施力架2的上方，仅为了更清楚地描述本发明，而不是对本发明的限定。

如图1至图2所示，本发明包括承载架、安装在承载架上的工装体16、试件3、施力架2，承载架通过螺栓与疲劳试验机立柱下方的横梁相连接，工装体16的左端通过第一螺杆固定在承载架上，工装体16的右端通过螺栓与地基上的T型槽紧固，试件3为悬臂结构疲劳试件，试件3的右端通过销轴孔与工装体16实现连接，施力架2通过试件销轴6与试件3的悬臂端相连接，施力架2的下底面通过螺栓固定在承载板17上；承载架上端安装作动器39，作动器39采用疲劳试验机液压伺服作动器，作动器39端部的联铰1与施力架2的上底面通过螺栓连接实现疲劳加载，施力架2和作动器39的铰接中心与工装体16和承载架的连接中心均在作动器39的油缸轴线上，实现在对试件3进行疲劳试验时，地基不会受到破坏。承载架包括两个在同一水平面上并列设置的承载板17和36个第二螺杆18，承载板17上底面通过螺栓固定在工装体16上，承载板17下底面通过第二螺杆18用一组螺栓紧固在疲劳试验机底部的横梁上。施力架2上安装的两个联铰1用于和疲劳试验机液压伺服作动器39连接。

如图3至图5所示，工装体16包括四个侧板、四个底板、三个撑板、三个试件座板、两个加强板、垫板37。

四个侧板分别为第一侧板22、第二侧板、第三侧板23和第四侧板38，第一侧板22和第二侧板相互平行，第三侧板23和第四侧板38相互平行。第一侧板22和第二侧板的左端均位于第四底板36侧部，右端分别和第三侧板23、第四侧板38相接，并且第一侧板22和第三侧板23焊接为一个整体，第二侧板和第四侧板38焊接为一个整体。

第一侧板22和第二侧板之间设置连接杆14，起加固的作用，第一侧板22和第二侧板上分别开设有四个销轴孔，其中三个用于连接悬臂式试件，剩余的一个销轴孔与试件支撑杆4的下端连接；第三侧板23和第四侧板38上开设销轴孔，并分别固定一个铰座24，实现与试件3连接。

工装体16底部由四个底板拼接组成，四个底板包括从右向左依次相连的第一底板30、第二底板34、第三底板35和第四底板36，第一底板30放置于地基上，第二底板34水平设置且和地基之间留有15mm左右的间隙；第三底板35倾斜设置，第四底板36高于第一底板30和第二底板34。

第一底板30用于固定试件3，第一底板30上，从右向左依次焊接有第一撑板27、第一试件座板28、第二撑板29、第二试件座板31、第三撑板32和第三试件座板33，第一撑板27、第二撑板29和第三撑板32用于支撑试件3，比如，当试件3为液压挖掘机的斗杆时，第三撑板32起支撑作用，试件3为液压挖掘机的动臂时，第一撑板27和第二撑板29起支撑作用。第一试件座板28、第二试件座板31和第三试件座板33用于安装试件3，其中，在试件3是液压挖掘机的斗杆时，第二试件座板31和第三试件座板33共同起到安装支撑作用，在试件3是液压挖掘机的动臂时，第一试件座板28即可起到安装支撑作用。第一撑板27、第二撑板29和第三撑板32与三个试件座板交错布置，使工装体16结构更牢固。

第三侧板23和第四侧板38的长度小于第一底板30的长度，且分别位于第一底板30两侧。四个侧板和四个底板对应相连。

第一底板30的右部安装有第一加强板25和第二加强板26，第一加强板25用于连接第三侧板23和第四侧板38右端的端部，第二加强板26用于加固销轴连接套40，两个销轴连接套40套装在两个铰座24上，保护铰座24；第一底板30的右端通过螺栓与地基上的T型槽紧固。第四底板36通过螺杆固定在承载架上，第四底板36用于固定施力架2。

试件3的中部连接试件支撑杆4的上端，试件支撑杆4的下端安装在支座13上，支座13固定安装在第一试件座板28上。

第一底板30上安装限位支架15，限位支架15的上端安装限位角钢，保证试件3和限位支架15之间存在一定距离，防止试件3有过大振动。

垫板37的上底面与第四底板36的下底面连接，垫板37的下底面与试验台架的承载板17连接，起减震作用，四根第一加强筋19两两对称焊接在第一侧板22和第二侧板的左侧部，可承担横梁产生的集中力。

工装体16的棱边上多处焊接有角钢20，且工装体16上均匀安装若干根竖直的第二加强筋21，相邻加强筋之间的距离在1750mm～7200mm范围内浮动，第一加强筋19、第二加强筋21和角钢20贯穿于工装体16，起加强紧固作用，增强侧板的稳定性，第三加强筋41倾斜安装在铰座24上，在180°范围内均匀布置，用于加强销轴连接套40。

如图6所示，试件3与施力架2铰接处安装有端盖5和试件销轴6。

如图7所示，铰座24通过铰轴7与试件3的右端铰接，通过铰轴7固定试件3右端的竖直位置，试件3可以绕铰轴7转动；第一底板30的右端下侧安装固定座板8，固定座板8的下面安装有10个调整垫片9，固定座板8的上面安装有两个压板10，用以调整工装体16右端的高度。

如图8所示，试件支撑杆4和试件3铰接处安装举升油缸铰轴11和举升油缸档环12，试件支撑杆4和试件3通过举升油缸铰轴11实现连接，两个举升油缸档环12限制举升油缸铰轴11的轴向运动，使连接可靠。

如图9所示，第二加强筋21的两端支撑着两个铰座24，铰座24的铰孔内安装销轴7与试件3铰接，铰座24上焊接安装有第三加强筋41。

本发明的工作过程为：

疲劳试验机底部的横梁安装在立柱上，作动器39垂直悬空在试验机上方，可对试件3施加竖直方向的力，工装体16的左端安装在承载板17上，承载板17用36个螺杆安装在试验机底部的横梁上，工装体16的右端与地面自然接触，试件3与施力架2铰接，得到可进行悬臂结构端部加载的自平衡式抗疲劳试验台。

根据所选的试件3，选择试件座板，然后通过销轴使试件3与工装体16铰接，试件3的左端与施力架2铰接，通过调节施力架2上的螺栓，使施力架2与试件3固定，工装体16的左端通过螺栓与两个承载板17连接，承载板17通过螺杆固定在试验机底部的横梁上，工装体16的右端通过地脚螺栓与地面固定连接，当所有工序准备好后，可以通过作动器39对试件3进行疲劳试验。

本发明能够满足悬臂结构试件进行疲劳试验时，疲劳载荷不会传递到地基上，保护了地基安全，达到了实验目的。

Claims (10)

1.一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：包括与疲劳试验机相连的承载架，以及用于安装试件(3)固定端的工装体(16)，工装体(16)的左端安装在承载架上，工装体(16)的右端固定在地基上；工装体(16)的左端上安装有用于安装试件(3)悬臂端的施力架(2)，施力架(2)位于作动器(39)的正下方；施力架(2)通过联铰(1)与作动器(39)相铰接，且施力架(2)和作动器(39)的铰接中心与工装体(16)和承载架的连接中心均在作动器(39)的油缸轴线上。

2.根据权利要求1所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：承载架包括两个在同一水平面上并列设置的承载板(17)，承载板(17)的下底面固定安装在疲劳试验机底部的横梁上；工装体(16)安装在承载板(17)的上侧面上。

3.根据权利要求1所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：工装体(16)的底部包括从右往左依次相连的第一底板(30)、第二底板(34)、第三底板(35)和第四底板(36)；工装体(16)的前侧包括相连的第一侧板(22)和第三侧板(23)，后侧包括相连的第二侧板和第四侧板(38)，第一侧板(22)和第二侧板相互平行，第三侧板(23)和第四侧板(38)相互平行；第三侧板(23)和第四侧板(38)位于第一底板(30)的两侧且长度小于第一底板(30)的长度；其中，试件(3)的固定端安装在第三侧板(23)和第四侧板(38)上，第一底板(30)上安装有用于支撑试件(3)的支撑装置，施力架(2)固定安装在第四底板(36)上；第四底板(36)安装在承载架上。

4.根据权利要求3所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：支撑装置包括安装在第一底板(30)上的三个撑板；试件(3)的中部连接试件支撑杆(4)的上端，第一底板(30)上安装有用于固定试件支撑杆(4)下端的第一试件座板(28)；第一底板(30)上还安装有第二试件座板(31)和第三试件座板(33)，三个撑板、第一试件座板(28)、第二试件座板(31)和第三试件座板(33)依次交替设置。

5.根据权利要求3所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：第一底板(30)的下侧安装固定座板(8)，固定座板(8)上安装有用于紧固的调整垫片(9)和压板(10)。

6.根据权利要求3所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：第一侧板(22)和第二侧板上对称焊接若干根第一加强筋(19)和若干根第二加强筋(21)，第一加强筋(19)位于第四底板(36)的两侧，第二加强筋(21)分布于第三底板(35)、第二底板(34)以及第一底板(30)的两侧；相邻的第一加强筋(19)和相邻的第二加强筋(21)之间间隔为1750mm～7200mm；工装体(16)的棱边上焊接有若干角钢。

7.根据权利要求3所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：第三侧板(23)和第四侧板(38)的右端连接第一加强板(25)；第三侧板(23)和第四侧板(38)上开设销轴孔，并分别固定安装铰座(24)，铰座(24)通过铰轴(7)与试件(3)的固定端相铰接；铰座(24)上套接销轴连接套(40)，销轴连接套(40)和第一加强板(25)之间安装第二加强板(26)；铰座(24)的周向安装若干根用于加强销轴连接套(40)的第三加强筋(41)。

8.根据权利要求3所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：第一底板(30)上安装限位支架(15)，限位支架(15)的上端安装限位角钢；第四底板(36)和承载架之间设置垫板(37)。

9.根据权利要求1所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：试件(3)的悬臂端通过试件销轴(6)铰接在施力架(2)上，试件销轴(6)的端部设置端盖(5)。

10.根据权利要求1所述的一种大型悬臂式承载结构的自平衡式抗疲劳试验台，其特征在于：作动器(39)采用疲劳试验机液压伺服作动器。