CN108801903B - 一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置及试验方法，包括加速度传感器a、垂直巷道方向作动器、沿巷道方向作动器、地面、横梁、加速度传感器b、托盘、位移传感器、振动台位移传感器、振动台、水平钢架和振动台激振器,其中所述地面上设有与振动台对应的凹槽，所述振动台一相邻两侧边分别设有振动台激振器，所述振动台四周设有振动台位移传感器，所述振动台上端设有水平钢架，所述水平钢架上端垂直巷道方向上设有两条平行的横梁。本发明可以在不拆卸模型结构的情况下测量同一横梁托盘货物组合的沿巷道方向和垂直巷道方向的静动摩擦系数；模拟地震波环境获取导致货物滑移的频率及振幅范围，研究不同货物形态对于结构阻尼的影响。

Description

一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置及试验方法
技术领域
本发明属实验装置技术领域，特别是涉及一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置及试验方法。
背景技术
货架结构与普通钢结构建筑存在明显区别，在货架中，货物质量占货架总质量的95％，货物荷载对于货架结构抗震性能有较大影响。在地震作用下，货架结构的破坏模式除了整体结构的垮塌和主要承重构件的破坏外，托盘大幅度滑移也会导致货物跌落、货架结构破坏乃至人员伤亡，所以在钢货架结构分析中，托盘货物的滑动和跌落应属于一种正常使用极限状态加以考虑。通过测量托盘与横梁间、货物与托盘间的静摩擦系数和动摩擦系数，可直接评估地震环境下托盘货物的水平惯性力是否超过托盘与横梁之间、货物与托盘之间的最大静摩擦力，以免货物产生意外滑移，从而为货架抗震设计提供必要参数。此外在动态条件下，托盘横梁间的滑动状态分为托盘在横梁上静止、滑动和滑脱掉落三种状态，对横梁托盘模型结构样件进行振动试验来模拟地震波对横梁托盘系统的影响，并通过试验确定托盘在横梁上及货物在托盘上发生滑动的频率和振幅范围。此外，目前在货架系统中，货物不同形态如固态、液态的货物类型对于摩擦系数和结构阻尼的影响还不明确。因此，为了评估不同类型托盘横梁及不同形态货物之间的动态稳定性能，需要灵活、多功能、适应性强的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置及试验方法，解决现有市场缺少评估不同类型托盘横梁及不同形态货物之间的动态稳定性能，需要灵活、多功能、适应性强的装置的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，包括加速度传感器a、垂直巷道方向作动器、沿巷道方向作动器、地面、横梁、加速度传感器b、托盘、位移传感器、振动台位移传感器、振动台、水平钢架和振动台激振器,其中所述地面上设有与振动台对应的凹槽，所述振动台一相邻两侧边分别设有振动台激振器，所述振动台四周设有振动台位移传感器，所述振动台上端设有水平钢架，所述水平钢架上端垂直巷道方向上设有两条平行的横梁，所述托盘设置在横梁上端，所述托盘上端用于放置货物，所述托盘侧面设有加速度传感器b，所述托盘左右两侧、水平钢架上分别设有立柱，所述振动台相邻两侧面、地面上分别设有沿巷道方向作动器和垂直巷道方向作动器，所述沿巷道方向作动器分别与货物和托盘连接，所述垂直巷道方向作动器分别与货物和托盘连接，所述托盘侧面、与沿巷道方向作动器和垂直巷道方向作动器对应侧水平钢架上设有若干位移传感器，所述位移传感器分别与货物和托盘接触，用于检测货物和托盘的位移，所述货物上端设有加速度传感器a。
本发明的进一步的技术方案是，当测量托盘和货物之间的摩擦系数时，通过锁紧夹具将托盘与横梁进行固定。
本发明的又进一步的技术方案是，所述沿巷道方向作动器依次通过沿巷道方向作动器缸体a、力传感器a、作动器推板a与货物连接，所述沿巷道方向作动器依次通过沿巷道方向作动器缸体b、力传感器b、作动器推板b与货物连接。
本发明的再进一步的技术方案是，所述垂直巷道方向作动器依次通过垂直巷道方向作动器缸体c、力传感器c、作动器推板c与货物连接，所述垂直巷道方向作动器依次通过垂直巷道方向作动器缸体d、力传感器d、作动器推板d与货物连接。
本发明的再进一步的技术方案是，所述水平钢架上设有两个移动安装槽，用于方便调节立柱安装距离，以适用不同宽度托盘货物的测试。
本发明的再进一步的技术方案是，所述位移传感器在垂直巷道方向上安装六个、沿巷道方向安装三个，其中垂直巷道方向上的横梁、托盘和货物上分别安装两个位移传感器，沿巷道方向上的货物上安装两个位移传感器、托盘上安装一个位移传感器。
本发明的更进一步的技术方案是，所述沿巷道方向作动器和垂直巷道方向作动器分别通过螺栓固定于地面上，所述地面上设有移动安装槽，且沿巷道方向作动器和垂直巷道方向作动器可沿移动安装槽移动。
一种使用所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置检测动静摩擦系数方法，其中包括以下步骤：
(a)试验前分别测量托盘的质量为N1、货物2的质量为N2，并记录下来；
(b)将本装置安装在水平钢架上，将水平钢架沿巷道方向用螺栓固定在地面上；
(c)在测量横梁和托盘间摩擦系数时，利用沿巷道方向作动器的作动器缸体对托盘施加匀速增大的力，实时监测托盘和横梁上的位移传感器示值变化，当二者出现差异的瞬间，记录此时力传感器的示值为Fs，同时控制沿巷道方向作动器不再施力，托盘不再移动；
(d)继续启动作动器对托盘施力，直至托盘匀速滑动，以此恒定力推动托盘货物匀速运动一段距离，取这个匀速的力的平均值为Fd；
(e)多次测量取平均值，舍弃前几次测量结果，以尽可能模拟实际使用条件，计算结果，托盘与横梁间的静摩擦系数μ0＝Fs/(N1+N2)；动摩擦系数μ1＝Fd/(N1+N2)；
(f)将沿巷道方向作动器8沿地面移动安装槽退回到安全位置，启用垂直巷道方向作动器，重复第三、四、五步，测量垂直巷道方向的摩擦系数，多次测量取平均值；
(g)当测量托盘和货物之间的摩擦系数时，用锁紧夹具将托盘和横梁固定，利用垂直巷道方向作动器施力推动货物，按上述步骤得到横梁与托盘间及托盘与货物间的动静摩擦系数；
(h)改变横梁、托盘、货物的尺寸、类型，测得不同横梁、托盘、货物间的动静摩擦系数。
一种使用所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置影响横梁托盘货物间产生相对滑移条件方法，其中包括以下步骤：
(1)将本装置安装在水平钢架上，水平钢架固定安装在振动台上；
(2)将垂直巷道方向作动器和沿巷道方向作动器沿地面上的安装槽滑动到安全地带，利用电脑对振动台激振器输入不同地震信号数据，推动振动台运动，当施加地震信号时，可模拟地震波对于托盘货架系统的影响；托盘和货物上的加速度传感器a和加速度传感器b实时记录加速度，以判断结构所受的水平惯性力F＝-ma是否小于最大静摩擦力，来判断托盘或货物是否会发生滑动；
(3)在施加不同激励信号时，利用振动台上的加速度传感器记录振动台运动频率，利用振动台位移传感器记录振动台振幅，并记录输入激励信号的特征,实时监测托盘和横梁上的位移传感器，当二者出现差值时，说明此时托盘出现滑动，记录此时振动台上加速度传感器的频率和此频率对应的振幅，多次测量后，即可得到导致托盘货物发生滑动的频率和振幅范围；
(4)改变货物的形态，如固态货物、液态货物等进行试验，可进一步研究货物形态对于动态性能的影响；
(5)改变横梁、托盘、货物的尺寸、类型，重新进行试验。
本发明涉及一种横梁托盘货物间摩擦系数的检测装置，摩擦系数主要通过以下公式计算：静摩擦系数μ0＝Fs/(N1+N2)；动摩擦系数μ1＝Fd/(N1+N2)；其中，N1、N2分别为托盘和货物的质量；Fs、Fd分别为最大静摩擦力及滑动摩擦力。利用此检测装置按一定步骤分别测量以上几个变量值，计算得出不同类型横梁和托盘间及托盘和货物间的摩擦系数。
本发明的另一个技术方案在检测摩擦系数装置的基础上增加振动台装置，在托盘和货物上分别设置一个加速度传感器，为了精确记录振动台激励信号，在振动台上设置4个加速度传感器及4个位移传感器，所述位移传感器可以检测往复运动位移。
所述振动台可以输入不同的激励信号，如地震信号、正弦信号、余弦信号等，可以给出输入信号的特征(如最大加速度、频率、振幅和持续时间等)。
将待测的货架横梁托盘结构和位移传感器固定安装在水平钢架上，水平钢架用螺栓固定在振动台上，安装在振动台上的模型结构受到振动台运动影响产生惯性力，从而模拟低周交变载荷对横梁托盘结构的作用。振动试验中，货物、横梁和托盘间的位移传感器示值出现差异判定货物、托盘、横梁间产生滑移，记录振动台运动时托盘和货物的加速度幅值及周期。通过对振动台施加不同地震信号，可确定导致货物、托盘发生滑动直至掉落的频率和振幅范围；也可模拟地震波对横梁托盘系统的影响，测试导致托盘滑动的能量等级。
有益效果
本发明适应不同规格大小、不同种类托盘横梁和不同形态货物，可以在不拆卸模型结构的情况下测量同一横梁托盘货物组合的沿巷道方向和垂直巷道方向的动静摩擦系数；可模拟地震波对托盘货架系统的影响，并检测托盘在横梁上及货物在托盘发生滑动的频率和振幅范围；且可通过本装置进行试验来进一步研究不同货物形态对于摩擦系数和结构阻尼的影响，为托盘货架的可靠性设计提供必要参数。
附图说明
图1是本发明结构正视图。
图2是本发明结构侧视图。
图3是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1-3所示，一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，包括加速度传感器a3、垂直巷道方向作动器4、沿巷道方向作动器8、地面9、横梁12、加速度传感器b13、托盘14、位移传感器15、振动台位移传感器18、振动台19、水平钢架20和振动台激振器21,其中所述地面9上设有与振动台19对应的凹槽，所述振动台19一相邻两侧边分别设有振动台激振器21，所述振动台19四周设有振动台位移传感器18，所述振动台19上端设有水平钢架20，所述水平钢架20上端垂直巷道方向上设有两条平行的横梁12，所述托盘14设置在横梁12上端，所述托盘14上端用于放置货物2，所述托盘14侧面设有加速度传感器b13，所述托盘14左右两侧、水平钢架20上分别设有立柱1，所述振动台19相邻两侧面、地面9上分别设有沿巷道方向作动器8和垂直巷道方向作动器4，所述沿巷道方向作动器8分别与货物2和托盘14连接，所述垂直巷道方向作动器4分别与货物2和托盘14连接，所述托盘14侧面、与沿巷道方向作动器8和垂直巷道方向作动器4对应侧水平钢架20上设有若干位移传感器15，所述位移传感器15分别与货物2和托盘14接触，用于检测货物2和托盘14的位移，所述货物2上端设有加速度传感器a3。
当测量托盘14和货物2之间的摩擦系数时，通过锁紧夹具11将托盘14与横梁12进行固定。
所述沿巷道方向作动器8依次通过沿巷道方向作动器缸体a7、力传感器a6、作动器推板a5与货物2连接，所述沿巷道方向作动器8依次通过沿巷道方向作动器缸体b10、力传感器b、作动器推板b与货物2连接。
所述垂直巷道方向作动器4依次通过垂直巷道方向作动器缸体c16、力传感器c、作动器推板c与货物2连接，所述垂直巷道方向作动器4依次通过垂直巷道方向作动器缸体d17、力传感器d、作动器推板d与货物2连接。
所述水平钢架20上设有两个移动安装槽，用于方便调节立柱1安装距离，以适用不同宽度托盘货物的测试。
所述位移传感器15在垂直巷道方向上安装六个、沿巷道方向安装三个，其中垂直巷道方向上的横梁12、托盘14和货物2上分别安装两个位移传感器，沿巷道方向上的货物2上安装两个位移传感器、托盘14上安装一个位移传感器。
所述沿巷道方向作动器8和垂直巷道方向作动器4分别通过螺栓固定于地面9上，所述地面9上设有移动安装槽，且沿巷道方向作动器8和垂直巷道方向作动器4可沿移动安装槽移动。
实施例1
如图1-3所示，本发明检测动静摩擦系数具体实施方式如下：
第一步，试验前分别测量托盘14的质量为N1、货物2的质量为N2，并记录下来；
第二步，将由立柱1、横梁12、托盘14、货物2组合而成的模型结构和位移传感器按图1布置方式固定安装在水平钢架20上，水平钢架沿巷道方向用螺栓固定在地面上；
第三步，在测量横梁和托盘间摩擦系数时，利用沿巷道方向作动器8的作动器缸体10对托盘14施加匀速增大的力，实时监测托盘14和横梁12上的位移传感器示值变化，当二者出现差异的瞬间，记录此时力传感器的示值为Fs，同时控制沿巷道方向作动器8不再施力，托盘不再移动；
第四步，继续启动作动器对托盘施力，直至托盘匀速滑动，以此恒定力推动托盘货物匀速运动一段距离，取这个匀速的力的平均值为Fd；
第五步，多次测量取平均值，舍弃前几次测量结果，以尽可能模拟实际使用条件，计算结果，托盘与横梁间的静摩擦系数μ0＝Fs/(N1+N2)；动摩擦系数μ1＝Fd/(N1+N2)；
第六步，将沿巷道方向作动器8沿地面移动安装槽退回到安全位置，启用垂直巷道方向作动器4，重复第三、四、五步，测量垂直巷道方向的摩擦系数，多次测量取平均值；
第七步，当测量托盘14和货物2之间的摩擦系数时，用锁紧夹具11将托盘14和横梁12固定，利用垂直巷道方向作动器4施力推动货物，按上述步骤得到横梁与托盘间及托盘与货物间的动静摩擦系数；
第八步，改变横梁、托盘、货物的尺寸、类型，测得不同横梁、托盘、货物间的动静摩擦系数。
实施例2
如图1-3，本发明检测影响横梁托盘货物间产生相对滑移条件其步骤如下：
第一步，将由立柱1、横梁12、托盘14、货物2组合而成的模型结构和按图1、图2形式布置的位移传感器固定安装在水平钢架20上，水平钢架固定安装在振动台19上；
第二步，将作动器4和8沿地面上的安装槽滑动到安全地带，利用电脑对振动台激振器21输入不同地震信号数据，推动振动台19运动，当施加地震信号时，可模拟地震波对于托盘货架系统的影响；托盘和货物上的加速度传感器3和13实时记录加速度，以判断结构所受的水平惯性力F＝-ma是否小于最大静摩擦力，来判断托盘或货物是否会发生滑动；
第三步，在施加不同激励信号时，利用振动台上的加速度传感器记录振动台运动频率，利用振动台位移传感器21记录振动台振幅，并记录输入激励信号的特征(如最大加速度、频率、振幅和持续时间)。实时监测托盘14和横梁12上的位移传感器，当二者出现差值时，说明此时托盘出现滑动，记录此时振动台上加速度传感器的频率和此频率对应的振幅，多次测量后，即可得到导致托盘货物发生滑动的频率和振幅范围；
第四步，改变货物的形态，如固态货物、液态货物等进行试验，可进一步研究货物形态对于动态性能的影响；
第五步，改变横梁、托盘、货物的尺寸、类型，重新进行试验。

Claims (9)

1.一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，包括加速度传感器a(3)、垂直巷道方向作动器(4)、沿巷道方向作动器(8)、地面(9)、横梁(12)、加速度传感器b(13)、托盘(14)、位移传感器(15)、振动台位移传感器(18)、振动台(19)、水平钢架(20)和振动台激振器(21),其特征在于：所述地面(9)上设有与振动台(19)对应的凹槽，所述振动台(19)一相邻两侧边分别设有振动台激振器(21)，所述振动台(19)四周设有振动台位移传感器(18)，所述振动台(19)上端设有水平钢架(20)，所述水平钢架(20)上端垂直巷道方向上设有两条平行的横梁(12)，所述托盘(14)设置在横梁(12)上端，所述托盘(14)上端用于放置货物(2)，所述托盘(14)侧面设有加速度传感器b(13)，所述托盘(14)左右两侧、水平钢架(20)上分别设有立柱(1)，所述振动台(19)相邻两侧面、地面(9)上分别设有沿巷道方向作动器(8)和垂直巷道方向作动器(4)，所述沿巷道方向作动器(8)分别与货物(2)和托盘(14)连接，所述垂直巷道方向作动器(4)分别与货物(2)和托盘(14)连接，所述托盘(14)侧面、与沿巷道方向作动器(8)和垂直巷道方向作动器(4)对应侧的水平钢架(20)上设有若干位移传感器(15)，所述位移传感器(15)分别与货物(2)和托盘(14)接触，用于检测货物(2)和托盘(14)的位移，所述货物(2)上端设有加速度传感器a(3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，其特征在于：当测量托盘(14)和货物(2)之间的摩擦系数时，通过锁紧夹具(11)将托盘(14)与横梁(12)进行固定。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，其特征在于：所述沿巷道方向作动器(8)依次通过沿巷道方向作动器缸体a(7)、力传感器a(6)、作动器推板a(5)与货物(2)连接，所述沿巷道方向作动器(8)依次通过沿巷道方向作动器缸体b(10)、力传感器b、作动器推板b与货物(2)连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，其特征在于：所述垂直巷道方向作动器(4)依次通过垂直巷道方向作动器缸体c(16)、力传感器c、作动器推板c与货物(2)连接，所述垂直巷道方向作动器(4)依次通过垂直巷道方向作动器缸体d(17)、力传感器d、作动器推板d与货物(2)连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，其特征在于：所述水平钢架(20)上设有两个移动安装槽，用于方便调节立柱(1)安装距离，以适用不同宽度托盘货物的测试。
6.根据权利要求1所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，其特征在于：所述位移传感器(15)在垂直巷道方向上安装六个、沿巷道方向安装三个，其中垂直巷道方向上的横梁(12)、托盘(14)和货物(2)上分别安装两个位移传感器，沿巷道方向上的货物(2)上安装两个位移传感器、托盘(14)上安装一个位移传感器。
7.根据权利要求1所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置，其特征在于：所述沿巷道方向作动器(8)和垂直巷道方向作动器(4)分别通过螺栓固定于地面(9)上，所述地面(9)上设有移动安装槽，且沿巷道方向作动器(8)和垂直巷道方向作动器(4)可沿移动安装槽移动。
8.一种使用权利要求3所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置检测动静摩擦系数方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)试验前分别测量托盘(14)的质量为N1、货物(2)的质量为N2，并记录下来；
(b)将本装置安装在水平钢架上，将水平钢架沿巷道方向用螺栓固定在地面上；
(c)在测量横梁和托盘间摩擦系数时，利用沿巷道方向作动器(8)的作动器缸体b(10)对托盘(14)施加匀速增大的力，实时监测托盘(14)和横梁(12)上的位移传感器示值变化，当二者出现差异的瞬间，记录此时力传感器的示值为Fs，同时控制沿巷道方向作动器(8)不再施力，托盘不再移动；
(d)继续启动作动器对托盘施力，直至托盘匀速滑动，以此恒定力推动托盘货物匀速运动一段距离，取这个匀速的力的平均值为Fd；
(e)多次测量取平均值，舍弃前几次测量结果，以尽可能模拟实际使用条件，计算结果，托盘与横梁间的静摩擦系数μ0＝Fs/(N1+N2)；动摩擦系数μ1＝Fd/(N1+N2)；
(f)将沿巷道方向作动器（ 8） 沿地面移动安装槽退回到安全位置，启用垂直巷道方向作动器(4)，重复步骤(c)、(d)和(e)，测量垂直巷道方向的摩擦系数，多次测量取平均值；
(g)当测量托盘(14)和货物(2)之间的摩擦系数时，用锁紧夹具(11)将托盘(14)和横梁(12)固定，利用垂直巷道方向作动器(4)施力推动货物，得到横梁与托盘间及托盘与货物间的动静摩擦系数；
(h)改变横梁、托盘、货物的尺寸、类型，测得不同横梁、托盘、货物间的动静摩擦系数。
9.一种使用权利要求1所述的一种用于检测横梁托盘货物相对滑动的装置影响横梁托盘货物间产生相对滑移条件方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将本装置安装在水平钢架上，水平钢架固定安装在振动台(19)上；
(2)将垂直巷道方向作动器(4)和沿巷道方向作动器(8)沿地面上的安装槽滑动到安全地带，利用电脑对振动台激振器(21)输入不同地震信号数据，推动振动台(19)运动，当施加地震信号时，可模拟地震波对于托盘货架系统的影响；托盘和货物上的加速度传感器a(3)和加速度传感器b(13)实时记录加速度，以判断结构所受的水平惯性力F＝-ma是否小于最大静摩擦力，来判断托盘或货物是否会发生滑动；
(3)在施加不同激励信号时，利用振动台上的加速度传感器记录振动台运动频率，利用振动台位移传感器(21)记录振动台振幅，并记录输入激励信号的特征,实时监测托盘(14)和横梁(12)上的位移传感器，当二者出现差值时，说明此时托盘出现滑动，记录此时振动台上加速度传感器的频率和此频率对应的振幅，多次测量后，即可得到导致托盘货物发生滑动的频率和振幅范围；
(4)改变货物的形态，如固态货物、液态货物进行试验，可进一步研究货物形态对于动态性能的影响；
(5)改变横梁、托盘、货物的尺寸、类型，重新进行试验。
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