CN109115637A - 一种疲劳冲击组合加载结构试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疲劳冲击组合加载结构试验系统，包括反力架、疲劳及冲击加载装置、液压装置、数据采集装置和计算机控制装置，所述疲劳及冲击加载装置包括动态伺服作动器、静态伺服作动器和冲击作动器，所述液压装置通过液压元件分别与动态伺服作动器和静态伺服作动器连接，所述计算机控制装置分别与动态伺服作动器、静态伺服作动器和液压装置控制连接。该结构的疲劳冲击组合加载机构试验系统，可根据需要完成地下隧道、地下综合管廊、地下商场等大型地下工程模型结构的加载、保载以及卸载等复杂试验以及疲劳冲击试验，同时能够提供较大的测量范围及测量精度，以便满足不同的试验需要。

Description

一种疲劳冲击组合加载结构试验系统
技术领域
本发明涉及力学性能检测试验设备领域，具体涉及一种疲劳冲击组合加载结构试验系统。
背景技术
地下隧道、综合管廊、地下商场、山岭隧道等大型工程要求对大型结构件或整体模型进行力学性能检测及综合试验研究；同时，由于化工或者生活所用的燃气等产生的潜在爆炸危害，或是山体滑坡等造成的冲击对工程实际产生的疲劳冲击现象，现有技术所使用的试验设备很难同时满足疲劳冲击的要求以及对该现象进行模拟和测定。再者，在测量多种力学性能指标时需要多种试验仪器及试验设备来完成，非常浪费人力物力和时间成本，同时，由于大部分试验设备测量范围的局限性，不能满足公路铁路隧道以及大型地下空间工程建设的多样化和大型化的需要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种疲劳冲击组合加载结构试验系统，可根据需要完成地下隧道、地下综合管廊、地下商场等大型地下工程模型结构的加载、保载以及卸载等复杂试验以及疲劳冲击试验，同时能够提供较大的测量范围及测量精度，以便满足不同的试验需要。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种疲劳冲击组合加载结构试验系统，包括反力架、疲劳及冲击加载装置、液压装置、数据采集装置和计算机控制装置，所述疲劳及冲击加载装置包括用于对试件水平动态加载的动态伺服作动器、用于对试件水平静态加载的静态伺服作动器和用于对试件垂直冲击加载的冲击作动器，所述液压装置通过液压元件分别与动态伺服作动器和静态伺服作动器连接，所述计算机控制装置分别与动态伺服作动器、静态伺服作动器和液压装置控制连接。
进一步，所述冲击作动器包括安装在反力架顶端的电葫芦、通过电葫芦控制升降的电子吸盘和通过电子吸盘吸附的砝码组件，所述电葫芦和电子吸盘均与计算机控制装置控制连接，所述反力架顶部内侧设置有向下延伸的导向架，所述电子吸盘和砝码组件均与导向架上下滑动连接。
进一步，所述动态伺服作动器和静态伺服作动器均悬吊安装在反力架上，动态伺服作动器的非加载端和静态伺服作动器的非加载端均通过反力架进行水平限位，动态伺服作动器的加载端和静态伺服作动器的加载端均设置有弹性元件。
进一步，所述液压装置包括液压控制装置、油泵、油温报警器、油位报警器和滤油器堵塞报警器。
进一步，所述计算机控制装置包括动态试验步骤编辑模块和静态试验自动程控编程器。
进一步，所述反力架包括框架和底座。
本发明的有益效果：本发明的疲劳冲击组合加载结构试验系统，包括反力架、疲劳及冲击加载装置、液压装置、数据采集装置和计算机控制装置，所述疲劳及冲击加载装置包括动态伺服作动器、静态伺服作动器和冲击作动器，所述液压装置通过液压元件分别与动态伺服作动器和静态伺服作动器连接，所述计算机控制装置分别与动态伺服作动器、静态伺服作动器和液压装置控制连接。该结构的疲劳冲击组合加载机构试验系统，可根据需要完成地下隧道、地下综合管廊、地下商场等大型地下工程模型结构的加载、保载以及卸载等复杂试验以及疲劳冲击试验，同时能够提供较大的测量范围及测量精度，以便满足不同的试验需要。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为部分结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1-2所示：本发明提供了一种疲劳冲击组合加载结构试验系统，包括反力架、疲劳及冲击加载装置、液压装置、数据采集装置6和计算机控制装置7。
所述反力架包括框架101和底座102等部分，为自平衡双立柱结构，反力架的设计经过有限元受力分析，充分保证受力变形的要求，底座是用来固定框架的，整套加载框架均采用优质钢板焊接而成，各部件通过高强度螺栓联接，为可拆可调结构。
所述疲劳及冲击加载装置包括用于对试件水平动态加载的动态伺服作动器2、用于对试件水平静态加载的静态伺服作动器3和用于对试件垂直冲击加载的冲击作动器，可单独进行静力加载、疲劳加载或者进行冲击动力试验，亦可进行复杂的组合性试验。动态伺服作动器和静态伺服作动器均采用NCA标准高速直线伺服作动器，该作动器具有直线运动速度高、低阻尼、低泄露、高响应、高寿命等特点。动态伺服作动器和静态伺服作动器均悬吊安装在反力架上，动态伺服作动器的非加载端和静态伺服作动器的非加载端均通过反力架进行水平限位，动态伺服作动器的加载端和静态伺服作动器的加载端均设置有弹性元件，这样，在水平加载过程中，水平方向上的两台伺服作动器与试件连接后处于浮动状态，可有效的减少作动器的重量对试验结果产生的影响，弹性元件能提高在加载过程中的缓冲性能。所述冲击作动器包括安装在框架顶端的电葫芦401、通过电葫芦控制升降的电子吸盘402和通过电子吸盘吸附的砝码组件403，所述反力架顶部内侧设置有向下延伸的导向架404，导向架底部与试件8连接，所述电子吸盘和砝码组件均与导向架上下滑动连接，具体来说，电子吸盘通过横杆与导向架滑动连接，砝码组件与导向架构成滑槽滑轨式结构。导向架一方面限定了电子吸盘的运行轨迹，便于将掉落的砝码组件吸附重新放回框架顶部，另一方面，当电子吸盘释放砝码组件时，保证砝码组件垂直掉落，从而确保冲击作用和效果。砝码组件包括五种不同质量的砝码(5kg、10kg、20kg、50kg、100kg)，根据不同的试验要求，选择不同的砝码。
所述液压装置通过液压元件分别与动态伺服作动器和静态伺服作动器连接，液压装置包括液压控制装置501、油泵502、油温报警器、油位报警器和滤油器堵塞报警器，各构件的连接形式和安装形式为现有技术，这里不做详细介绍，整个液压装置功能完善，预警系统和应急处理装置齐全，高低压切换液压模块配合控制器具有低压启动、高低压切换功能，避免开车即高压，延长系统元件的运行寿命。报警设备齐全，具有液压油超温度范围禁止启动、油位过低报警、滤油器堵塞报警特点。同时液压装置兼有油液分配功能，可以将泵站液压油分配到不同作动器，使多个作动器同时工作。
所述数据采集装置采用最新式的动静态应变仪以及IMC数据采集装置对试验过程中的应变片、加速度传感器以及位移计所测得的数据进行实时的采集，采集精度较高，能够得到非常真实有效的试验数据，数据采集装置为现有技术，这里也不做详细介绍。
所述计算机控制装置分别与动态伺服作动器、静态伺服作动器、液压装置、电葫芦和电子吸盘控制连接。计算机控制装置可实现力、位移、变形闭环控制。计算机控制装置包括动态试验步骤编辑模块和静态试验自动程控编程器。通过动态试验步骤编辑模块的编辑功能，可完成各类波形的组合试验；通过静态试验自动程控编程器，用户可按照自己的需要编制试验过程，设定各个步骤，从而进行各种试验。
数据采集装置与计算机控制装置相互独立，分别使用不同的计算机控制，数据采集装置主要控制各种不同的传感器的工作与数据采集，与传感器连接；计算机控制装置主要控制各台作动器以及液压装置的正常工作，进行不同方式的试验加载。
整套试验系统的最大推力为1000kN,示值精度±1％，试验力测量范围4％-100％FS；最大拉力为600kN,示值精度±1％，试验力测量范围4％-100％FS；最大行程为200mm，精度0.5％FS，位移分辨率0.01mm；动态试验频率0.01-5Hz；冲击作动器采用不同种类的砝码组合以及通过调整电葫芦的高度自由落下产生不同大小的冲击力，所产生的冲量大小范围为29-116N/s；油源规格90L/min，21MPa，两台油泵电机组合。能够满足各种不同的试验条件，不同试验要求，不同测试范围的要求；更加能够适应现在工程建设多样化和大型化的需求。
综上所述，本申请的优点在于：可实现力、位移、变形闭环控制。通过动态试验步骤的编辑功能，可完成各类波形的组合试验；通过静态试验自动程控编程器，用户可按照自己的需要编制试验过程，设定各个步骤，同时，由于冲击作动器的存在，可以同时进行疲劳冲击或是动静态的组合性试验。可根据需要完成地下隧道、地下综合管廊、地下商场等大型地下工程模型结构的加载、保载以及卸载等复杂试验以及疲劳冲击试验，同时能够提供较大的测量范围及测量精度，以便满足不同的试验需要。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种疲劳冲击组合加载结构试验系统，其特征在于：包括反力架、疲劳及冲击加载装置、液压装置、数据采集装置和计算机控制装置，所述疲劳及冲击加载装置包括用于对试件水平动态加载的动态伺服作动器、用于对试件水平静态加载的静态伺服作动器和用于对试件垂直冲击加载的冲击作动器，所述液压装置通过液压元件分别与动态伺服作动器和静态伺服作动器连接，所述计算机控制装置分别与动态伺服作动器、静态伺服作动器和液压装置控制连接。
2.根据权利要求1所述的疲劳冲击组合加载结构试验系统，其特征在于：所述冲击作动器包括安装在反力架顶端的电葫芦、通过电葫芦控制升降的电子吸盘和通过电子吸盘吸附的砝码组件，所述电葫芦和电子吸盘均与计算机控制装置控制连接，所述反力架顶部内侧设置有向下延伸的导向架，所述电子吸盘和砝码组件均与导向架上下滑动连接。
3.根据权利要求2所述的疲劳冲击组合加载结构试验系统，其特征在于：所述动态伺服作动器和静态伺服作动器均悬吊安装在反力架上，动态伺服作动器的非加载端和静态伺服作动器的非加载端均通过反力架进行水平限位，动态伺服作动器的加载端和静态伺服作动器的加载端均设置有弹性元件。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的疲劳冲击组合加载结构试验系统，其特征在于：所述液压装置包括液压控制装置、油泵、油温报警器、油位报警器和滤油器堵塞报警器。
5.根据权利要求4所述的疲劳冲击组合加载结构试验系统，其特征在于：所述计算机控制装置包括动态试验步骤编辑模块和静态试验自动程控编程器。
6.根据权利要求5所述的疲劳冲击组合加载结构试验系统，其特征在于：所述反力架包括框架和底座。
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