CN109752242B - 一种压剪试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压剪试验装置，包括装置架、剪切板、用于向所述剪切板施加左右方向水平力的剪切加载机构及用于向所述剪切板施加竖向作用力的竖向加载机构，竖向加载机构包括通过铰接结构与所述装置架铰接相连的竖向加载缸，铰接结构包括铰接轴线沿前后方向延伸的铰接轴，竖向加载缸的动力输出端设置有加载板，加载板具有与所述剪切板相对布置的加载板剪切面，加载板剪切面与所述剪切板之间形成用于放置相应橡胶支座的支座放置空间，加载板与所述装置架之间设置有测力传感器，铰接轴的半径小于铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离。本发明提供了一种可以测量单个橡胶支座所受剪切力的压剪试验装置。
Description
技术领域
本发明涉及用于对橡胶支座进行压剪试验的压剪试验装置。
背景技术
压剪试验装置主要用于各种桥梁板式、盆式橡胶支座进行抗压、抗剪切力的复合条件下，检测橡胶支座的轴向径向抗压、抗剪、转角力学试验。可进行橡胶支座的抗压弹性模量、抗剪弹性模量、容许剪切角，摩擦系数和极限抗压强度等力学性能试验。
现有的液压压剪试验装置如图1所示，该压剪试验装置包括竖向加载机构和剪切加载机构，竖向加载机构包括竖向加载支架，竖向加载支架包括底座、立柱5和横梁4，在底座上设置有竖向加载缸6，剪切加载机构包括沿左右方向布置的导轨1，导轨上导向移动装配有加载小车2，加载小车2上设置有水平加载缸，水平加载缸上连接有剪切板9，水平加载缸与剪切板的传力路径上设置有用于检测剪切力的测力传感器10。
当需要对橡胶支座进行抗剪切力试验时，将两个橡胶支座8分别置于剪切板9的上下板面与横梁4和下压板7之间，竖向加载缸对橡胶支座施加竖向加载力以模拟桥重，加载小车的反力部3顶抵在横梁上并以横梁为反力架，通过水平加载缸对剪切板施加拉力，剪切板对上下侧的两个橡胶支座进行剪切，以模拟地震环境中的橡胶支座所承受到桥梁的剪切作用力。这样来测试橡胶支座的抗剪切性能，现有的这种液压压剪试验装置存在的问题在于：通过力传感器测得剪切加载机构对剪切板的拉力，即剪切板对两个橡胶支座的剪切力F，现有技术中单个橡胶支座所受到的剪切力被记为F/2，也就是说现有技术中力传感器只能测得两个橡胶支座的受力之和，这种粗略的计法并不准确，因为从严格意义上讲，两个橡胶支座所受到的剪切力并非完全一致，因此现有技术中同时测得两个橡胶支座所受到的剪切力之和，进而通过平均的算法求得单个橡胶支座的剪切力的方式并不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以测量单个橡胶支座所受剪切力的压剪试验装置。
为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：
一种压剪试验装置，包括装置架、剪切板、用于向所述剪切板施加左右方向水平力的剪切加载机构及用于向所述剪切板施加竖向作用力的竖向加载机构，竖向加载机构包括通过铰接结构与所述装置架铰接相连的竖向加载缸，铰接结构包括铰接轴线沿前后方向延伸的铰接轴，竖向加载缸的动力输出端设置有加载板，加载板具有与所述剪切板相对布置的加载板剪切面，加载板剪切面与所述剪切板之间形成用于放置相应橡胶支座的支座放置空间，加载板与所述装置架之间设置有测力传感器，铰接轴的半径小于铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离。
装置架还包括固定设置的承载横梁，承载横梁和竖向加载缸分别置于所述剪切板的两侧。
铰接结构还包括轴承座，铰接轴与竖向加载缸相连，铰接轴通过轴承与轴承座相连。
所述测力传感器的至少一端的高度可调。
所述加载板包括加载板横向部分和与所述竖向加载缸并列布置的加载板竖向部分，加载板横向部分与竖向加载缸的动力输出端相连，测力传感器连接于所述加载板竖向部分与装置架之间。
装置架上设置有导向方向沿上下方向延伸的装置架竖向导轨，加载板竖向部分上设置有导向方向沿上下方向延伸的加载板竖向导轨，测力传感器的一端导向移动装配于装置架竖向导轨上，测力传感器的另外一端导向移动装配于加载板竖向导轨上，测力传感器与加载板竖向部分之间设置有用于测力传感器移动调整后对测力传感器进行位置固定的传感器固定结构。
加载板竖向导轨为一个竖向导向轴，测力传感器的一端设置有导向套装于所述竖向导向轴上以实现测力传感器与加载板竖向导轨导向移动配合的导向套，传感器固定结构包括螺纹连接于所述导向套上的顶紧螺钉。
本发明的有益效果为：在对橡胶支座进行剪切试验时，将橡胶支座置于加载板剪切面与所述剪切板之间形成的支座放置空间中，竖向加载缸通过加载板向橡胶支座施加竖向加载力以模拟桥梁重量，剪切加载机构通过剪切板向橡胶支座施加水平方向剪切力，分析加载板的受力，加载板的加载板剪切面受到橡胶支座的水平方向摩擦力F1，测力传感器对加载板的拉力F2，F1与剪切板对橡胶支座的剪切力的大小相同，方向相反，另外在综合作用力下，竖向加载缸自身也具有一个绕铰接轴轴线摆动的趋势，假设使竖向加载缸绕铰接轴轴线摆动的力f，理应，F2=F1+f，因此f值的大小，影响对剪切力的测量精度，假设铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离L，该竖向距离L取决于竖向加载缸的伸展长度，铰接轴的半径为r，竖向加载机构的加载力为N，加载板的力矩平衡，则存在μNr=fL，式中μ表示铰接轴处的摩擦系数，因此f=μNr/L，由于铰接轴的半径r小于铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离L，因此本发明中的f是小于μN的，当然从理论上将L越大，f就越小，因此可以保证测力传感器对剪切力的测量精度。
附图说明
图1是本发明背景技术的结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的结构示意图；
图3是图2中的A处放大图；
图4是图1中装置架竖向导轨与装置架的配合示意图；
图5是本发明中竖向加载缸与加载板的受力分析图。
具体实施方式
一种压剪试验装置的实施例如图2~5所示：包括装置架、剪切板22、用于向剪切板施加竖向加载力的竖向加载机构和用于向剪切板施加左右方向水平加载力的剪切加载机构。本实施例中，装置架包括四个立柱5，固定于立柱底部的底座9和固定于立柱顶部的顶座12，装置架还包括固定于立柱上的承载横梁7，承载横梁处于底座9的上侧，承载横梁7与剪切板22之间设置有导向方向沿左右方向延伸的直线导轨13。装置架还包括沿上下方向导向移动装配于立柱上的升降横梁4。
压剪试验机还包括导向方向沿左右方向延伸的水平导轨1，剪切加载机构包括导向移动装配于水平导轨上的水平加载小车2，水平加载小车上设置有用于顶抵在右侧立柱上的反力臂3，水平加载小车上还设置有水平加载缸10，水平加载缸的活塞杆上设置有竖向销轴11，剪切板上设置有用于与竖向销轴相连的销轴孔，竖向销轴11的高度大于剪切板22的厚度，这样剪切板可以在竖向上具有一定的自由活动量，而不将竖向加载力传递给水平加载缸。
竖向加载机构包括竖向加载缸6，竖向加载缸的活塞杆底部固定有加载板30。竖向加载缸的上端通过铰接结构与升降横梁4相连，铰接结构包括轴线沿前后方向延伸的铰接轴16和固定于升降横梁上的轴承座17，轴承座17固定于升降横梁4的底部，铰接轴16固定于竖向加载缸6的缸体的顶部，铰接轴16通过轴承18与轴承座17相连。加载板30包括的加载板横向部分19和与竖向加载缸6并列布置的加载板竖向部分23，加载板横向部分19固定于竖向加载缸的活塞杆上。加载板竖向部分23与装置架之间设置有沿左右方向布置的测力传感器27，本发明中测力传感器27为S型测力传感器。加载板的加载板横向部分的底部具有与剪切板相对布置的加载板剪切面20，铰接轴16的半径小于铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离。装置架的左侧两个立柱之间设置有立柱连接梁28，立柱连接梁上设置有导向方向沿上下方向延伸的装置架竖向导轨29，本实施例中装置架竖向导轨为燕尾型导轨，加载板竖向部分23上设置有导向方向沿上下方向延伸的加载板竖向导轨24，测力传感器27的一端导向移动装配于装置架竖向导轨上，测力传感器的另外一端导向移动装配于加载板竖向导轨上，测力传感器与加载板竖向部分之间设置有用于测力传感器移动调整后对测力传感器进行位置固定的传感器固定结构。加载板竖向导轨为一个竖向导向轴，测力传感器的一端设置有导向套装于竖向导向轴上以实现测力传感器与加载板竖向导轨导向移动配合的导向套25，传感器固定结构包括螺纹连接于导向套上的顶紧螺钉26。
使用时，将橡胶支座8置于剪切板22与加载板剪切面20之间，竖向加载缸6通过加载板30向橡胶支座施加竖向力N，此过程橡胶支座会发生一定的压缩变形，相应的测力传感器也会随着加载板移动，竖向力加载结束后，松开顶紧螺钉，调整测力传感器的上下高度，尽量保证测力传感器的高度与剪切板的上板面高度一致。水平加载缸对剪切板施加向右方向的拉力，剪切板对橡胶支座施加向右方向的剪切力。加载板剪切面受到橡胶支座的水平方向摩擦力F1，测力传感器对加载板的水平拉力F2，F1与剪切板对橡胶支座的剪切力的大小相同，方向相反，另外在综合作用力下，竖向加载缸自身也具有一个绕铰接轴轴线摆动的趋势，假设使竖向加载缸绕铰接轴轴线摆动的力f，理应，F2=F1+f，因此f值的大小，影响对剪切力的测量精度，假设铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离L，铰接轴的半径为r，竖向加载机构的加载力为N，加载板的转动力矩平衡，则存在μNr=fL，μNr为轴承对铰接轴的阻力矩，式中μ表示铰接轴处的摩擦系数，即轴承的摩擦系数，一般为0.001~0.003，因此f=μNr/L，由于铰接轴的半径r小于铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离L，因此本发明中的f是小于μN的，当然从理论上r/L的比值越小，本实施例中，r/L为0.001，即L越大，f就越小，因此可以保证测力传感器对剪切力的测量精度。图中F3表示轴承对铰接轴的摩擦力，F3=μN。本发明中，竖向加载缸既能够向橡胶支座施加竖向加载力，又能够通过自身长度来减小测力误差，保证测力精度。
在本发明的其它实施例中：测力传感器还可以是轮辐式测力传感器；测力传感器的两端高度还可以仅有一端能够调整，比如说测力传感器的右端与加载板铰接相连，测力传感器的左端沿上下方向导向移动装配于装置架上，或者测力传感器的左端与装置架铰接相连，测力传感器的右端沿上下方向导向移动装配于加载板上。
Claims (6)
1.一种压剪试验装置，包括装置架、剪切板、用于向所述剪切板施加左右方向水平力的剪切加载机构及用于向所述剪切板施加竖向作用力的竖向加载机构，其特征在于：竖向加载机构包括通过铰接结构与所述装置架铰接相连的竖向加载缸，铰接结构包括铰接轴线沿前后方向延伸的铰接轴，竖向加载缸的动力输出端设置有加载板，加载板具有与所述剪切板相对布置的加载板剪切面，加载板剪切面与所述剪切板之间形成用于放置相应橡胶支座的支座放置空间，加载板与所述装置架之间设置有测力传感器，铰接轴的半径小于铰接轴轴线距离加载板剪切面之间的竖向距离，装置架还包括固定设置的承载横梁，承载横梁和竖向加载缸分别置于所述剪切板的两侧。
2.根据权利要求1所述的压剪试验装置，其特征在于：铰接结构还包括轴承座，铰接轴与竖向加载缸相连，铰接轴通过轴承与轴承座相连。
3.根据权利要求1所述的压剪试验装置，其特征在于：所述测力传感器的至少一端的高度可调。
4.根据权利要求3所述的压剪试验装置，其特征在于：所述加载板包括加载板横向部分和与所述竖向加载缸并列布置的加载板竖向部分，加载板横向部分与竖向加载缸的动力输出端相连，测力传感器连接于所述加载板竖向部分与装置架之间。
5.根据权利要求4所述的压剪试验装置，其特征在于：装置架上设置有导向方向沿上下方向延伸的装置架竖向导轨，加载板竖向部分上设置有导向方向沿上下方向延伸的加载板竖向导轨，测力传感器的一端导向移动装配于装置架竖向导轨上，测力传感器的另外一端导向移动装配于加载板竖向导轨上，测力传感器与加载板竖向部分之间设置有用于测力传感器移动调整后对测力传感器进行位置固定的传感器固定结构。
6.根据权利要求5所述的压剪试验装置，其特征在于：加载板竖向导轨为一个竖向导向轴，测力传感器的一端设置有导向套装于所述竖向导向轴上以实现测力传感器与加载板竖向导轨导向移动配合的导向套，传感器固定结构包括螺纹连接于所述导向套上的顶紧螺钉。
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