CN112730084A - 荷载施加装置及荷载施加系统 - Google Patents

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王建胜
朱海堂
熊江林
陈群
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Zhengzhou University
Henan Institute of Engineering
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Abstract

本申请涉及一种荷载施加装置及荷载施加系统，该荷载施加装置包括第一支撑座、第二支撑座、多个施力件、多个荷载传递件和多个第一导向柱，第一导向柱的上端连接于第一支撑座，第一导向柱的下端连接于第二支撑座，每个荷载传递件的两端分别可滑动地连接于两个第一导向柱，荷载传递件与第二支撑座之间限定出用于放置试件的试件放置工位，多个施力件安装在第一支撑座上，荷载传递件用于将对应的施力件施加的荷载传递至试件上。该荷载施加装置能够在单次试验中对多个试件同时进行荷载施加试验，而且能够同时对不同试件施加不同大小或不同形式的荷载，有利于提升荷载施加装置的加载试验的效率，加快不同加载方案的试验进度。

Description

荷载施加装置及荷载施加系统
技术领域
本申请涉及材料测试设备技术领域，具体而言，涉及一种荷载施加装置及荷载施加系统。
背景技术
在现有技术中，荷载施加装置允许一次性进行加载试验的试件的数量少。而且，在单次检测试验中，即便能够对多个试件进行加载试验，但荷载施加装置对多个试件通常施加大小及形式相同的荷载，导致试件的加载试验效率低。
发明内容
本申请的实施例旨在提供一种荷载施加装置及荷载施加系统，该荷载施加装置能够提高试件加载试验的效率。
为了实现上述目的，本申请实施例的第一方面提供了一种荷载施加装置，包括第一支撑座、第二支撑座、多个施力件、多个荷载传递件和多个第一导向柱；所述第一导向柱的上端连接于所述第一支撑座，所述第一导向柱的下端连接于所述第二支撑座，每个所述荷载传递件的两端分别可滑动地连接于两个所述第一导向柱，所述荷载传递件与所述第二支撑座之间限定出用于放置试件的试件放置工位，所述多个施力件安装在所述第一支撑座上，所述荷载传递件用于将对应的所述施力件施加的荷载传递至所述试件上。
可选地，所述荷载施加装置还包括多个荷载传感器，所述多个荷载传感器用于监测对应的所述施力件施加到所述荷载传递件上的荷载值。
可选地，所述第一导向柱沿上下方向布置有刻度尺。
可选地，所述施力件包括液压千斤顶，所述液压千斤顶的液压缸体安装于所述第一支撑座，所述液压千斤顶的活塞杆用于抵顶所述荷载传递件。
可选地，所述荷载施加装置还包括可伸缩件，所述可伸缩件的上端连接于所述荷载传递件，所述可伸缩件的下端连接于所述第二支撑座。
可选地，相邻两个第一导向柱之间至少设置有两个所述可伸缩件，所述荷载传递件上设置有第一滑槽，所述第二支撑座上设置有第二滑槽，所述第一滑槽与所述第二滑槽相对设置，所述可伸缩件的上端可滑动地连接于所述第一滑槽，所述可伸缩件的下端可滑动地连接于所述第二滑槽。
可选地，所述荷载施加装置还包括第三支撑座、升降机构及多个第二导向柱，所述第二导向柱的上端贯穿所述第一支撑座并连接于所述第三支撑座，所述第二导向柱的下端连接于所述第二支撑座，所述升降机构安装于所述第三支撑座，用于驱动所述第一支撑座在所述第二导向柱上沿上下方向移动。
可选地，所述第一支撑座、所述第二支撑座和所述第三支撑座均为矩形板体结构，所述第一导向柱和所述第二导向柱均为四个；四个所述第一导向柱的上端分别贯穿所述第一支撑座并连接于所述第三支撑座；四个所述第二导向柱的上端分别贯穿所述第一支撑座并连接于所述第三支撑座的四个角的位置，四个所述第二导向柱的下端分别连接于所述第二支撑座的四个角的位置。
本申请实施例的第二方面提供了一种荷载施加系统，包括箱体和本申请实施例第一方面提供的荷载施加装置，所述箱体用于容纳侵蚀溶液，所述荷载施加装置放置于所述箱体内，以使所述试件能够与所述侵蚀溶液接触。
可选地，所述荷载施加装置还包括均安装于所述箱体的温度检测器、浓度检测器及液面检测器，所述温度检测器用于检测所述侵蚀溶液的温度，所述浓度检测器用于检测所述侵蚀溶液的离子浓度，所述液面检测器用于检测所述侵蚀溶液的液面高度。
在本申请提供的荷载施加装置中，由于具有多个施力件和多个荷载传递件，每个荷载传递件可独立操作。因此，能够在单次试验中对多个试件同时进行荷载施加试验，而且能够同时对不同试件施加不同大小或不同形式的荷载。例如，其中一个施力件用于向一个或多个试件施加大小为最大荷载的60％的荷载，另一个施力件用于向其他的试件施加大小为最大荷载的80％的荷载。或者，其中一个施力件用于向一个或多个试件施加弯曲荷载，另一个施力件用于向其他的试件施加轴向荷载。换言之，通过单次试验，即可完成对不同试件施加不同荷载水平与不同荷载形式的加载试验，有利于大幅提升荷载施加装置的加载试验的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一种实施例提供的荷载施加装置加载试件时的轴侧立体结构示意图；
图2为本申请一种实施例提供的荷载施加系统的轴侧立体结构示意图，其中，示出了箱体；
图3为本申请一种实施例提供的荷载施加系统的主视示意图；
图4为本申请实施例提供的荷载传递件的立体结构示意图。
图标：1000-荷载施加系统；100-荷载施加装置；11-第一支撑座；12-第二支撑座；13-第三支撑座；20-施力件；30-荷载传递件；31-第一滑槽；32-通孔；40-第一导向柱；50-第二导向柱；60-荷载传感器；90-可伸缩件；110-升降机构；120-滚轴；200-试件；300-箱体；400-侵蚀溶液；500-温度检测器；600-浓度检测器；700-液面检测器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1至图4所示，本申请的实施例提供了一种荷载施加装置100，该荷载施加装置100可以用于向试件200施加持续荷载。如图1所示，该荷载施加装置100包括第一支撑座11、第二支撑座12、多个施力件20、多个荷载传递件30和多个第一导向柱40。第一导向柱40的上端连接于第一支撑座11，第一导向柱40的下端连接于第二支撑座12。每个荷载传递件30的两端分别可滑动地连接于两个第一导向柱40。荷载传递件30与第二支撑座12之间限定出用于放置试件200的试件200放置工位，多个施力件20安装在第一支撑座11上，荷载传递件30用于将对应的施力件20施加的荷载传递至试件200上。
在本申请提供的荷载施加装置100中，由于具有多个施力件20和多个荷载传递件30，每个荷载传递件30可独立操作。因此，能够在单次试验中对多个试件200同时进行荷载施加试验，而且能够同时对不同试件200施加不同大小或不同形式的荷载。例如，其中一个施力件20用于向一个或多个试件200施加大小为最大荷载的60％的荷载，另一个施力件20用于向其他的试件200施加大小为最大荷载的80％的荷载。或者，其中一个施力件20用于向一个或多个试件200施加弯曲荷载，另一个施力件20用于向其他的试件200施加轴向荷载。换言之，通过单次试验，即可完成对不同试件200施加不同荷载水平与不同荷载形式的加载试验，有利于大幅提升荷载施加装置100的加载试验的效率。
通过上述技术方案，当需要对试件200进行加载试验时，可将试件200放置在试件200放置工位内，然后启动施力件20，向下对荷载传递件30施加荷载，使得荷载传递件30沿第一导向柱40向下移动，并最终抵顶试件200，以将施力件20施加的荷载传导至试件200上。
具体地，对试件200进行轴向荷载施加试验时，可将试件200沿上下方向放置，并使试件200的下端与第二支撑座12接触，上端与荷载传递件30接触。这样，通过施力件20和荷载传递件30配合，实现对试件200施加轴向荷载。对试件200进行弯曲荷载施加试验时，可将多个试件200水平放置，并在上下相邻的两个试件200之间设置滚轴120，以将荷载分配到各个试件200上。这样，通过施力件20、荷载传递件30和滚轴120的配合，可实现对试件200施加轴向荷载。
需要说明的是，施力件20和荷载传递件30的数量可以相同，也可以不同，本申请对此不作限定。当施力件20和荷载传递件30的数量相同时，两者可一一对应，即，一个施力件20仅用于向一个荷载传递件30施加荷载。当施力件20和荷载传递件30的数量不相同时，例如施力件20的数量小于荷载传递件30的数量时，单个施力件20可通过不同的荷载传递件30向试件200施加荷载。
如图1至图3所示，在本申请的一种实施例中，施力件20和荷载传递件30的数量相同。这样，一个施力件20独立对应一个荷载传递件30，无需设置多余的传动机构去实现一个施力件20同构控制多个荷载传递件30，有利于简化结构。
为了准确检测施力件20施加的荷载大小，在本申请的一种实施例中，荷载施加装置100还包括多个荷载传感器(未图示)，多个荷载传感器用于监测对应的施力件20施加到力传导件上的荷载的值。通过设置多个荷载传感器，及时监测试件200的受力情况，利于试件200在预设的荷载条件下进行试验。
在本申请的一种实施例中，第一导向柱40沿上下方向布置有刻度尺(未图示)。通过设置刻度尺，能够快速、精确调整荷载传递件30的高度，以应对不同高度的试件200，方便快速将试件200安装至试件200放置工位。
在本申请的实施例中，施力件20可以具有任意适当的结构。可选地，如图1至图3所示，在本申请的一种实施例中，施力件20包括液压千斤顶，液压千斤顶的液压缸体安装于第一支撑座11，液压千斤顶的活塞杆用于抵顶荷载传递件30。进行荷载施加试验时，启动液压千斤顶，使得液压千斤顶的活塞杆伸出液压缸体并抵顶荷载传递件30，提供试验所需的荷载。
液压千斤顶能够施加较大的荷载，因此，有利于提高荷载施加装置100的荷载施加值。
在本实施例中，可选地，可将荷载传感器(如轴力传感器)安装于活塞杆的外端部。这样，活塞杆抵顶荷载传递件30时，荷载传感器能够监测到施力件20施加的荷载的值。根据该监测值，调节活塞杆的位置以保证液压千斤顶施加的荷载为预设荷载。
在本申请的其他实施例中，施力件20可包括弹簧、安装轴和锁紧螺母，安装轴的上端与第一支撑座11相连且穿出第一支撑座11的上表面，安装轴的下端与荷载传递件30的中部相连，弹簧套设在安装轴上，下端抵接于荷载传递件30，上端抵接于第一支撑座11，锁紧螺母螺纹连接在安装轴的上端并与第一支撑座11的上表面接触。这样，通过调节锁紧螺母，可调节弹簧施加到荷载传递件30上的荷载的大小。需要说明的是，在该实施例中，第一支撑座11可为多个并与荷载传递件30一一对应。
在本申请的其他实施例中，施力件20还可为直线电机，直线电机的推杆沿上下方向布置，以通过推杆的向下运动向荷载传递件30施加荷载。
如图1至图3所示，在本申请的一种实施例中，荷载施加装置100还包括可伸缩件90，可伸缩件90的上端连接于荷载传递件30，可伸缩件90的下端连接于第二支撑座12。
在本实施例中，一方面，可伸缩件90起到了对荷载传递件30的支撑作用，保证荷载传递件30不会因重力作用沿第一导向柱40掉落；另一方面，通过调节可伸缩件90的伸缩，可以调节荷载传递件30的高度，以便于安装不同高度的试件200或不同数量的试件200。
其中，可伸缩件90被配置为当受到荷载传递件30挤压时能够收缩，从而不会对荷载传递件30对试件200传递荷载造成影响。或者，在安装试件200的过程中，利用可伸缩件90调节荷载传递件30的高度及用于辅助以便安装试件200，待试件200安装完成后，可从荷载施加装置100上拆卸可伸缩件90，以避免可伸缩件90影响到荷载传递件30对试件200施加荷载的影响。
可以理解，在本申请的其他实施例中，可不设置可伸缩件90，而使荷载传递件30与第一导向柱40阻尼配合，以避免荷载传递件30在重力作用下掉落。当施力件20施加荷载时，可先克服荷载传递件30与第一导向柱40之间的阻尼配合。
可选地，如1至图3所示，相邻两个第一导向柱40之间至少设置有两个可伸缩件90，荷载传递件30上设置有第一滑槽31，第二支撑座12上设置有第二滑槽(未图示)，第一滑槽31与第二滑槽相对设置，可伸缩件90的上端可滑动地连接于第一滑槽31，可伸缩件90的下端可滑动地连接于第二滑槽。基于此，通过使两个可伸缩件90在滑槽内相对滑动，即可调节两个可伸缩件90之间的距离，从而可适应在水平方向上固定不同长度的试件200。
如图4所示，荷载传递件30的两端分别设置有一个通孔32，以供第一导向柱40通过。
如图1至图3所示，在本申请的一种实施例中，荷载施加装置100还包括第三支撑座13、升降机构110(如起重机或直线电机)及多个第二导向柱50，第二导向柱50的上端贯穿第一支撑座11并连接于第三支撑座13，第二导向柱50的下端连接于第二支撑座12，升降机构110安装于第三支撑座13，用于驱动第一支撑座11在第二导向柱50上沿上下方向移动，以调节施力件20的高度。在本实施例中，施力件20的高度设置为可调，增大了荷载传递件30的高度调节的范围，进一步增大了对不同长度试件200的适用范围。
本申请对第一支撑座11、第二支撑座12及第三支撑座13的具体形状以及第一导向柱40和第二导向柱50的数量不作限定。可选地，如图1至图3所示，在本申请的一种实施例中，第一支撑座11、第二支撑座12和第三支撑座13均为矩形板体结构，第一导向柱40和第二导向柱50均为四个。
四个第一导向柱40的上端分别贯穿第一支撑座11并连接于第三支撑座13，四个第一导向柱40的下端分别连接于第二支撑座12。四个第二导向柱的上端分别贯穿第一支撑座并连接于第三支撑座13的四个角的位置，四个第二导向柱的下端分别连接于第二支撑座12的四个角的位置。即，四个第一导向柱40位于四个第二导向柱50限定的空间内。如图1所示，荷载传递件30可为四个，施力件20也可为四个。该荷载施加装置100结构紧凑简单，且一次性能够对多个试件200进行荷载施加试验。
如图2和图3所示，根据本申请实施例的另一方面，提供了一种荷载施加系统1000，该荷载施加系统1000还包括箱体300和上述的荷载施加装置100。箱体300用于容纳侵蚀溶液400，荷载施加装置100放置于箱体300内，以使试件200能够与侵蚀溶液400接触。通过在箱体300内加入侵蚀溶液400，可以对试件200进行腐蚀环境的模拟。换言之，本申请实施例提供了一种具有环境-荷载耦合功能的能够进行多试件荷载施加的荷载施加系统。
本申请提供的荷载施加系统1000既可以对试件200进行干湿循环,又可以对试件200进行全浸泡。具体地，当试件200加载持续荷载后,通过调整箱体300内的溶液高度,满足部分试件200进行干湿循环或试件200进行全浸泡。当试件200既要进行干湿循环,又要进行全浸泡时,可将需要全浸泡的试件200放到试件200放置工位的底部,将需要干湿循环的试件200放到试件200放置工位的上部,然后通过调整箱体300内的溶液高度(例如通过水龙头控制侵蚀溶液400的进量)，满足部分试件200进行干湿循环。
另外，通过调节侵蚀溶液400的浓度，可模拟在各种浓度下试件200的工作环境，以研究在该种环境下试件200的性能。
如图2和图3所示，荷载施加系统1000还包括均安装于箱体300的温度检测器500、浓度检测器600及液面检测器700，温度检测器500用于检测侵蚀溶液400的温度，浓度检测器600用于检测侵蚀溶液400的离子浓度，液面检测器700用于检测侵蚀溶液400的液面高度。这样，利用上述三个检测器，可以监控侵蚀溶液400的离子浓度、温度以及箱体300内的侵蚀溶液400的高度，以保证试件200在预设的温度、侵蚀溶液400的离子浓度以及液面高度下进行试验，以保证试验所得数据的准确性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种荷载施加装置，其特征在于，包括第一支撑座、第二支撑座、多个施力件、多个荷载传递件和多个第一导向柱；
所述第一导向柱的上端连接于所述第一支撑座，所述第一导向柱的下端连接于所述第二支撑座，每个所述荷载传递件的两端分别可滑动地连接于两个所述第一导向柱，所述荷载传递件与所述第二支撑座之间限定出用于放置试件的试件放置工位，所述多个施力件安装在所述第一支撑座上，所述荷载传递件用于将对应的所述施力件施加的荷载传递至所述试件上。
2.根据权利要求1所述的荷载施加装置，其特征在于，所述荷载施加装置还包括多个荷载传感器，所述多个荷载传感器用于监测对应的所述施力件施加到所述荷载传递件上的荷载值。
3.根据权利要求1所述的荷载施加装置，其特征在于，所述第一导向柱沿上下方向布置有刻度尺。
4.根据权利要求1所述的荷载施加装置，其特征在于，所述施力件包括液压千斤顶，所述液压千斤顶的液压缸体安装于所述第一支撑座，所述液压千斤顶的活塞杆用于抵顶所述荷载传递件。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的荷载施加装置，其特征在于，所述荷载施加装置还包括可伸缩件，所述可伸缩件的上端连接于所述荷载传递件，所述可伸缩件的下端连接于所述第二支撑座。
6.根据权利要求5所述的荷载施加装置，其特征在于，相邻两个第一导向柱之间至少设置有两个所述可伸缩件，所述荷载传递件上设置有第一滑槽，所述第二支撑座上设置有第二滑槽，所述第一滑槽与所述第二滑槽相对设置，所述可伸缩件的上端可滑动地连接于所述第一滑槽，所述可伸缩件的下端可滑动地连接于所述第二滑槽。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的荷载施加装置，其特征在于，所述荷载施加装置还包括第三支撑座、升降机构及多个第二导向柱，所述第二导向柱的上端贯穿所述第一支撑座并连接于所述第三支撑座，所述第二导向柱的下端连接于所述第二支撑座，所述升降机构安装于所述第三支撑座，用于驱动所述第一支撑座在所述第二导向柱上沿上下方向移动。
8.根据权利要求7所述的荷载施加装置，其特征在于，所述第一支撑座、所述第二支撑座和所述第三支撑座均为矩形板体结构，所述第一导向柱和所述第二导向柱均为四个；
四个所述第一导向柱的上端分别贯穿所述第一支撑座并连接于所述第三支撑座；
四个所述第二导向柱的上端分别贯穿所述第一支撑座并连接于所述第三支撑座的四个角的位置，四个所述第二导向柱的下端分别连接于所述第二支撑座的四个角的位置。
9.一种荷载施加系统，其特征在于，包括箱体和权利要求1-8中任一项所述的荷载施加装置，所述箱体用于容纳侵蚀溶液，所述荷载施加装置放置于所述箱体内，以使所述试件能够与所述侵蚀溶液接触。
10.根据权利要求9所述的荷载施加系统，其特征在于，所述荷载施加系统还包括均安装于所述箱体的温度检测器、浓度检测器及液面检测器，所述温度检测器用于检测所述侵蚀溶液的温度，所述浓度检测器用于检测所述侵蚀溶液的离子浓度，所述液面检测器用于检测所述侵蚀溶液的液面高度。
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