CN107664602A - 一种机械加载式力学实验系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械加载式力学实验系统及使用方法，由承载系统、移动加载系统、加压系统和固定系统构成。所述的承载系统由上承载轨道、下承载梁和中连接杆构成；所述的移动加载系统由承载车箱、移动控制装置和配重砝码构成；所述的加压系统由牵引拉杆、加载压头、力传感器、反力承压板、实验承台、实验承台支柱和联动杆构成；所述的固定系统由限位滑轮、固定支座、销轴和限位挡梁组成。在使用过程中，本发明通过无线操控上承载轨道上的承载车箱，整体桁架结构可以沿支点转动，进而联动杆联动牵引拉杆向试件提供梯级荷载或长期稳定荷载。本发明利用杠杆原理，采用不易变形的桁架结构保证了荷载的稳定性，装配限位滑轮保证了加压的方向性，整体安装在地面以下保证了实验的安全性，其安装方便、操作简单，可适用于工程力学实验领域。
Description
技术领域
本发明涉及力学实验领域，特别是一种机械加载式力学实验系统及使用方法。
背景技术
随着我国经济社会的发展，各大工程技术领域的研究不断深入，开展材料的力学性能实验是进行科学探索必不可少的环节，因此各类电液伺服力学实验机也相继推广开来。传统电液伺服实验机可以产生较大的偏、轴压荷载，但因油缸内液压油的流动性、油缸口的渗透性使所产生的荷载不能趋于长期稳定，具有保压时长上限。因此在使用过程中其保压精度受液压伺服系统限制，难以控制的漏油问题又会影响实验环境。在维护过程中，密封件的损耗与更换致使维护费用较高。鉴于液压伺服系统保压性能较差，其造价及相关实验附加成本较高，而现有机械式实验机既不能提供较大的荷载，又难以保证实验精度，从而不能满足各类实验尤其是流变实验的“高精度、高效率、低成本”的要求。
因此，目前亟待发明一种能提供较大的长期稳定加压荷载进而提高实验精度的非电液伺服保压实验机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械加载式力学实验系统及使用方法，以解决传统电液伺服实验机存在的荷载稳定性差、对试件尤其是微小试件的加载实验结果精确度不高、长期荷载加载实验成本较高的缺陷，从而使该非传统实验机能提供稳定的长期荷载，提高实验精度，降低实验成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种机械加载式力学实验系统及使用方法，其特征在于：由承载系统、移动加载系统、加压系统和固定系统构成。所述的承载系统由上承载轨道、下承载梁和中连接杆构成；所述的上承载轨道与下承载梁之间由中连接杆连接组成桁架结构，整体形状大致呈三角形，其下承载梁偏左中位置焊接有套管，安装在固定支座的销轴中。所述的移动加载系统由承载车箱、移动控制装置和配重砝码构成；所述的承载车箱与移动控制装置组成电力载重小车，装配在上承载轨道上，并可以在上承载轨道上行使；所述的配重砝码装在承载车箱中。所述的加压系统由牵引拉杆、加载压头、力传感器、反力承压板、实验承台、实验承台支柱和联动杆构成；所述的牵引拉杆底部通过铰链连接在联动杆的顶端，其中部贯穿于实验承台的套孔中，顶端固定在反力承压板上；所述的加载压头安装在反力承压板底部，其底部安装力传感器；所述的实验承台通过实验承台支柱固定于地面上，其两侧中部成孔贯套牵引拉杆；所述的实验承台支柱安装在实验承台下方、地槽口周围的地面上；所述的联动杆顶端通过铰链连接牵引拉杆，其底部通过套管安装在下承载梁上的销轴上。所述的固定系统由限位滑轮、固定支座、销轴和限位挡梁组成；所述的限位滑轮固定在上承载轨道上方、地槽盖板下方的地槽墙壁上；所述的固定支座锚固在地槽底部，其上部安装有销轴，贯套在下承载梁上的套管中；所述的限位挡梁安装于地槽内、与上承载轨道在水平状态下相平齐的位置。
进一步的，所述的上承载轨道由两条高强锻造呈平行状态的方钢管组成，两承载轨道之间的距离约为35cm，其方钢管高度约为10cm，宽度约为5cm，上承载轨道起始位置至固定支座支点位置（即A点处至B点处）距离约为2m，支点位置至联动杆位置（即B点处至C点处）约为30cm支点位置至上承载轨道的末端位置（即C点处至D点处）长度约为4.5m；所述的下承载梁为两条平行的圆钢管组成，直径约为6cm，分为起始位置至固定支座支点、固定支座支点至下承载梁远端两段焊接而成，从支点位置起两段圆钢管均呈向上倾斜状态，其支点位置处焊接有套管，偏右位置处内侧焊有销轴；所述的中连接杆为刚性连接杆，两端带有球铰分别焊于上承载轨道和下承载梁上，其竖向方向杆和斜杆的长度从支点位置向两端逐渐减小。
进一步的，所述的承载车箱为薄钢板制作而成，规格为40×40×20cm，底部装有前后两组车轮，车轮边缘做限位处理，其后车轴上装有齿轮；所述的移动控制装置由高精度控制发动机、蓄电池、无线电力控制和遥控器组成，发动机上装有链条与后车轴上的齿轮相连；所述的配重砝码为200kg的铸铁，顶部和底部均做了限位凸起和限位孔。
进一步的，所述的牵引拉杆为2根高强刚性杆，直径约为2.5cm，其表面做了光滑处理；所述的反力承压板为刚性钢板，其规格为30×30×10cm，底部开有螺纹槽；所述的加载压头与力传感器均与其他实验机通用；所述的实验承台为高强刚性垫块，其规格与反力承压板相同，两侧中部开有2个套孔，套孔表面涂有润滑油；所述的实验承台支柱为4根钢管混凝土柱，直径为10cm，高度为40cm，其上端分别固定在实验承台的角部，其底端固定于地槽口周围的地面上；所述的联动杆为2根高强刚性杆，直径比牵引拉杆稍大，其顶端带有铰链，底端带有套管。
进一步的，所述的限位滑轮为4个带槽滑轮，其中2个为一组分别对牵引拉杆在水平方向进行限位处理；所述的固定支座为硬铁制作而成，上部分为四棱台，顶部开槽并设有销轴，下部分为棱柱体。
本发明一种机械加载式力学实验系统及使用方法，在实验室指定位置开挖好地槽后，可按以下步骤安装和使用：
（1）在指定位置将安装有防偏移连接块的固定支座用锚钉锚固在地槽底面上；
（2）安装上承载轨道、下承载梁和中连接杆组成的桁架结构，将下承载梁上的套管销轴装置安装在固定支座的销轴上，并将限位挡梁安装于地槽内、与上承载轨道在水平状态下相平齐的位置上；
（3）在指定位置将实验承台支柱锚固在地槽口地面上，并将实验承台安装在实验承台支柱上，安装带有2根牵引拉杆的反力承压板，将牵引拉杆嵌套在实验承台两侧的套孔中，将加载压头和力传感器分别拧入各自对应的螺纹槽中；
（4）在下承载梁内侧销轴位置处安装联动杆，顶端铰链与牵引拉杆牢固焊接；
（5）在上承载轨道安装移动加压承载车箱，并将地槽盖板盖置于地槽口；
（6）在使用过程中，先将载有配重砝码的承载车箱置于初始位置（A点处）使上承载轨道紧贴限位挡梁置于水平状态，此时整体桁架结构处于力平衡状态；将待测试件放置于加载承台的中心位置，如果高度不合适可以增加刚性垫块；操作移动控制装置的遥控器使承载车箱缓慢行驶，牵引拉杆向下移动对试件产生荷载，并通过力传感器记录实时荷载；实验结束，操作承载车载向起始位置方向移动，联动杆联动牵引拉杆向上移动；如果所测试件承受的荷载较大，也可以通过增加移动加载备用车箱的方式进行增压。
本发明一种机械加载式力学实验系统及使用方法，其优点为：
（1）利用杠杆原理，采用桁架结构，并利用桁架结构的自重，使结构整体趋于稳定的同时也保证了荷载的稳定性；
（2）采用非电液伺服的加载方式，可以提供稳定的长期荷载，也可实现从零加载，保证了力学性能实验的精度，并因节省了人力、物力而大大降低了实验成本；
（3）通过安装限位滑轮，使联动杆不发生水平方向的偏移，提高了实验机的可靠性；
（4）整体结构安装在地面以下，大大节省了地上空间，又不会对实验人员的人身安全带来影响，同时操作平台安装在地面以上，便于实验人员的观察与操作；
（5）整体结构安装方便，操作简单，相比电液伺服加载实验机其成本大大降低。
附图说明
图1为本发明纵向剖面示意图（沿1-1截面）。
图2为本发明水平向平面示意图。
图例说明：1-上承载轨道；2-下承载梁；3-中连接杆；4-承载车箱；5-移动控制装置；6-配重砝码；7-牵引拉杆；8-加载压头；9-力传感器；10-反力承压板；11-实验承台；12-实验承台支柱；13-联动杆；14-限位滑轮；15-固定支座；16-销轴；17-限位挡梁；18-地槽盖板。
具体实施方式
本发明提供一种机械加载式力学实验系统及使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1和图2所示，一种机械加载式力学实验系统及使用方法，其特征在于：由承载系统、移动加载系统、加压系统和固定系统构成。所述的承载系统由上承载轨道1、下承载梁2和中连接杆3构成；所述的上承载轨道1与下承载梁2之间由中连接杆3连接组成桁架结构，整体形状大致呈三角形，其下承载梁2偏左中位置焊接有套管，安装在固定支座15的销轴16中。所述的移动加载系统由承载车箱4、移动控制装置5和配重砝码6构成；所述的承载车箱4与移动控制装置5组成电力载重小车，装配在上承载轨道1上，并可以在上承载轨道1上行使；所述的配重砝码6装在承载车箱4中。所述的加压系统由牵引拉杆7、加载压头8、力传感器9、反力承压板10、实验承台11、实验承台支柱12和联动杆13构成；所述的牵引拉杆7底部通过铰链连接在联动杆13的顶端，其中部贯穿于实验承台11的套孔中，顶端固定在反力承压板10上；所述的加载压头8安装在反力承压板10底部，其底部安装力传感器9；所述的实验承台11通过实验承台支柱12固定于地面上，其两侧中部成孔贯套牵引拉杆7；所述的实验承台支柱12安装在实验承台11下方、地槽口周围的地面上；所述的联动杆13顶端通过铰链连接牵引拉杆7，其底部通过套管安装在下承载梁2上的销轴16上。所述的固定系统由限位滑轮14、固定支座15、销轴16和限位挡梁17组成；所述的限位滑轮14固定在上承载轨道1上方、地槽盖板18下方的地槽墙壁上；所述的固定支座15锚固在地槽底部，其上部安装有销轴16，贯套在下承载梁2上的套管中；所述的限位挡梁17安装于地槽内、与上承载轨道1在水平状态下相平齐的位置。
进一步的，所述的上承载轨道1由两条高强锻造呈平行状态的方钢管组成，两承载轨道之间的距离约为35cm，其方钢管高度约为10cm，宽度约为5cm，上承载轨道1起始位置至固定支座15支点位置（即A点处至B点处）距离约为2m，支点位置至联动杆13位置（即B点处至C点处）约为30cm支点位置至上承载轨道1的末端位置（即C点处至D点处）长度约为4.5m；所述的下承载梁2为两条平行的圆钢管组成，直径约为6cm，分为起始位置至固定支座15支点、固定支座15支点至下承载梁2远端两段焊接而成，从支点位置起两段圆钢管均呈向上倾斜状态，其支点位置处焊接有套管，偏右位置处内侧焊有销轴16；所述的中连接杆3为刚性连接杆，两端带有球铰分别焊于上承载轨道1和下承载梁2上，其竖向方向杆和斜杆的长度从支点位置向两端逐渐减小。
进一步的，所述的承载车箱4为薄钢板制作而成，规格为40×40×20cm，底部装有前后两组车轮，车轮边缘做限位处理，其后车轴上装有齿轮；所述的移动控制装置5由高精度控制发动机、蓄电池、无线电力控制和遥控器组成，发动机上装有链条与后车轴上的齿轮相连；所述的配重砝码6为200kg的铸铁，顶部和底部均做了限位凸起和限位孔。
进一步的，所述的牵引拉杆7为2根高强刚性杆，直径约为2.5cm，其表面做了光滑处理；所述的反力承压板10为刚性钢板，其规格为30×30×10cm，底部开有螺纹槽；所述的加载压头8与力传感器9均与其他实验机通用；所述的实验承台11为高强刚性垫块，其规格与反力承压板10相同，两侧中部开有2个套孔，套孔表面涂有润滑油；所述的实验承台支柱12为4根钢管混凝土柱，直径为10cm，高度为40cm，其上端分别固定在实验承台11的角部，其底端固定于地槽口周围的地面上；所述的联动杆13为2根高强刚性杆，直径比牵引拉杆7稍大，其顶端带有铰链，底端带有套管。
进一步的，所述的限位滑轮14为4个带槽滑轮，其中2个为一组分别对牵引拉杆7在水平方向进行限位处理；所述的固定支座15为硬铁制作而成，上部分为四棱台，顶部开槽并设有销轴16，下部分为棱柱体。
本发明一种机械加载式力学实验系统及使用方法，在实验室指定位置开挖好地槽后，可按以下步骤安装和使用：
（1）在指定位置将安装有防偏移连接块的固定支座15用锚钉锚固在地槽底面上；
（2）安装上承载轨道1、下承载梁2和中连接杆3组成的桁架结构，将下承载梁2上的套管销轴16装置安装在固定支座15的销轴16上，并将限位挡梁17安装于地槽内、与上承载轨道1在水平状态下相平齐的位置上；
（3）在指定位置将实验承台支柱12锚固在地槽口地面上，并将实验承台11安装在实验承台支柱12上，安装带有2根牵引拉杆7的反力承压板10，将牵引拉杆7嵌套在实验承台11两侧的套孔中，将加载压头8和力传感器9分别拧入各自对应的螺纹槽中；
（4）在下承载梁2内侧销轴16位置处安装联动杆13，顶端铰链与牵引拉杆7牢固焊接；
（5） 在上承载轨道1安装移动加压承载车箱4，并将地槽盖板18盖置于地槽口；
（6）在使用过程中，先将载有配重砝码6的承载车箱4置于初始位置（A点处）使上承载轨道1紧贴限位挡梁17置于水平状态，此时整体桁架结构处于力平衡状态；将待测试件放置于加载承台的中心位置，如果高度不合适可以增加刚性垫块；操作移动控制装置5的遥控器使承载车箱4缓慢行驶，牵引拉杆7向下移动对试件产生荷载，并通过力传感器9记录实时荷载；实验结束，操作承载车载向起始位置方向移动，联动杆13联动牵引拉杆7向上移动；如果所测试件承受的荷载较大，也可以通过增加移动加载备用车箱的方式进行增压。
Claims (3)
1.一种机械加载式力学实验系统及使用方法，其特征在于：由承载系统、移动加载系统、加压系统和固定系统构成；所述的承载系统由上承载轨道、下承载梁和中连接杆构成；所述的移动加载系统由承载车箱、移动控制装置和配重砝码构成；所述的加压系统由牵引拉杆、加载压头、力传感器、反力承压板、实验承台、实验承台支柱和联动杆构成；所述的固定系统由限位滑轮、固定支座、销轴和限位挡梁组成。
2.如权利要求1所述的一种机械加载式力学实验系统及使用方法，其特征在于：所述的上承载轨道与下承载梁之间由中连接杆连接组成桁架结构，整体形状大致呈三角形，其下承载梁偏左中位置焊接有套管，安装在固定支座的销轴中；所述的承载车箱与移动控制装置组成电力载重小车，装配在上承载轨道上，并可以在上承载轨道上行使，所述的配重砝码装在承载车箱中；所述的牵引拉杆底部通过铰链连接在联动杆的顶端，其中部贯穿于实验承台的套孔中，顶端固定在反力承压板上；所述的加载压头安装在反力承压板底部，其底部安装力传感器；所述的实验承台通过实验承台支柱固定于地面上，其两侧中部成孔贯套牵引拉杆；所述的实验承台支柱安装在实验承台下方的地槽口周围的地面上；所述的联动杆顶端通过铰链连接牵引拉杆，其底部通过套管安装在下承载梁上的销轴上；所述的限位滑轮固定在上承载轨道上方、地槽盖板下方的地槽墙壁上；所述的固定支座锚固在地槽底部，其上部安装有销轴，贯套在下承载梁上的套管中；所述的限位挡梁安装于地槽内、与上承载轨道在水平状态下相平齐的位置。
3.如权利要求1所述的一种机械加载式力学实验系统及使用方法，在实验室指定位置开挖好地槽后，可按以下步骤安装和使用：
（1）位置将安装有防偏移连接块的固定支座用锚钉锚固在地槽底面上；
（2）安装上承载轨道、下承载梁和中连接杆组成的桁架结构，将下承载梁上的套管销轴装置安装在固定支座的销轴上，并将限位挡梁安装于地槽内、与上承载轨道在水平状态下相平齐的位置上；
（3）在指定位置将实验承台支柱锚固在地槽口地面上，并将实验承台安装在实验承台支柱上，安装带有2根牵引拉杆的反力承压板，将牵引拉杆嵌套在实验承台两侧的套孔中，将加载压头和力传感器分别拧入各自对应的螺纹槽中；
（4）在下承载梁内侧销轴位置处安装联动杆，顶端铰链与牵引拉杆牢固焊接；
（5）在上承载轨道安装移动加压承载车箱，并将地槽盖板盖置于地槽口；
（6）在使用过程中，先将载有配重砝码的承载车箱置于初始位置（A点处）使上承载轨道紧贴限位挡梁置于水平状态，此时整体桁架结构处于力平衡状态；将待测试件放置于加载承台的中心位置，如果高度不合适可以增加刚性垫块；操作移动控制装置的遥控器使承载车箱缓慢行驶，牵引拉杆向下移动对试件产生荷载，并通过力传感器记录实时荷载；实验结束，操作承载车载向起始位置方向移动，联动杆联动牵引拉杆向上移动；如果所测试件承受的荷载较大，也可以通过将地槽盖板打开增加配重砝码的方式进行增压。
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