CN113008685B - 一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统及实施方法，本系统包括两个环形设计的反力架、自适应加载装置、距离调整组件、转轴组件、液压缸加载组件，两个反力架平行布置在刚性平台上，反力架为多段钢构件通过螺栓连接组成；距离调整组件包括电动推杆、固定杆以及调整平台；转轴组件包括转动杆和转动块，液压缸加载组件包括液压缸和分配梁，本系统配合其实施方法能够解决现有技术中反力加载系统不能实现加载位置调整、系统自平衡的问题。

Description

一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统

技术领域

本发明涉及土木工程试验装置技术领域，具体涉及一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统及实施方法。

背景技术

随着我国工业化、城市化进程推进，交通隧道（公路、铁路、地铁、海底隧道等）的开发利用进入快速增长阶段；据统计，截至2018年，我国已建交通隧道总里程达3万公里，已成为交通隧道建设规模最大的国家之一。隧道结构一般属于围压受力状态，评估隧道结构的承载能力对于隧道设计与运营安全具有重要意义。模型试验在工程研究中心的应用越来越广泛，反力加载系统可用以测定隧道模型的承载能力。然而，随着隧道用途的多样化，隧道截面形状不断更新（圆形、矩形、马蹄形、椭圆形、多边形、双圆形组合式断面等）。现有的加载反力加载系统表现出一定的缺陷；如：1.现有反力加载系统在模型进行加载过程中，需要对反力架进行固定，不能实现自平衡，且通常需要较好的基础，对实验场地有较大的限制；2.现有反力加载系统难以适用于不同截面形状的隧道结构测试需求；3.现有反力加载系统很难实现对完整的隧道衬砌结构模型进行加载。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统及实施方法，其能够解决现有技术中反力加载系统不能实现加载位置调整、系统自平衡的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，包括两个平行布置在刚性平台上的反力架，两个所述反力架之间连接有若干套均布的自适应加载装置，所述自适应加载装置包括分配梁,所述分配梁上端面铰接若干均布的液压缸，所述液压缸远离分配梁的一端与调整平台底部固定，所述调整平台顶面固定有电动推杆和两个对称设在电动推杆两侧的固定杆，所述固定杆、电动推杆与转动块滑动连接，所述转动块的两端对称固定有两个转动杆，两个所述转动杆远离转动块的一端分别与两个反力架上预设的销孔销式连接，所述自适应加载装置还包括用于调整转动块转动角度的角度调整组件和用于限定分配梁沿固定杆方向位移的锁止组件，所述刚性平台上端面设有若干个液压支撑缸，所述液压缸、液压支撑缸分别通过各自对应的分油台与液压动力站油路连接。

优选地，所述角度调整组件包括调整顶杆，所述调整顶杆中部通过第一伸缩杆连接调整底杆中部，所述调整顶杆两端分别与两个反力架上预设的凹槽滑动插接，所述调整底杆与转动块固定连接，所述第一伸缩杆通过其自身伸缩带动转动块转动。

优选地，所述锁止组件包括固定在转动块上的L型固定架，所述L型固定架远离转动块的一端固定连接第二伸缩杆，所述第二伸缩杆伸出端固定连接刚性楔块，所述固定杆朝向电动推杆的一侧面开有若干均布的凹槽，所述刚性楔块两侧能够嵌入凹槽内对分配梁起到位置锁止作用，所述刚性楔块中部开有能够容纳电动推杆的缺口。

优选地，所述调整平台的下端面与液压缸的缸体底部固定连接，所述分配梁与液压缸伸出加载端万向铰接。

优选地，所述反力架采用环形设计，所述反力架为多段钢构件通过螺栓连接组成。

优选地，所述分配梁与试验模型柔性挂接以起到位移限制保护作用。

优选地，所述液压支撑缸与液压缸的加载端均设有液压缸载荷传感器以及液压缸位移传感器，所述液压缸、液压支撑缸与对应的分油台之间均设有液压缸比例阀用以实现各自独立的液压供给。

优选地，所述液压动力站的高压出口处设有纹波衰减器。

优选地，所述电动推杆、第一伸缩杆以及第二伸缩杆均采用电动伸缩杆并分别设有无线接收单元和控制其工作的控制单元。

本发明还提供一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统的实施方法，具体包括以下步骤：

1）角度调节组件根据实验模型加载点的角度要求，通过第一伸缩杆的杆体伸缩，实现控制调整底杆的位置变化，进而带动转动块的转动，实现自适应加载装置的角度调整；

2）角度调整完毕后，根据实验模型尺寸大小，通过电动推杆伸缩，实现液压缸和分配梁沿固定杆方向移动，实现距离调整；

3）距离调整完毕后，控制锁止组件推出刚性楔块插入固定杆的凹槽内，实现对分配梁位置的锁止功能；

4）多台液压缸的加载端伸出，通过分配梁对实验模型施加荷载。

本发明的有益效果在于：本发明在反力架底部设有刚性平台，在加载时系统能够实现自平衡；本发明设有自适应加载装置，对不同截面形状的隧道模型均可适用；本发明设有两座形状为环形的反力架，便于实现对隧道衬砌结构模型进行工程试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的自适应加载装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的距离调整组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的转轴组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的液压缸加载组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的角度调整组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的锁止组件的结构示意图。

附图标记说明：

1、反力架， 2、距离调整组件，2-1、电动推杆，2-2、固定杆，2-4、调整平台，3、自适应加载装置， 6、液压缸加载组件，6-1、液压缸，6-2、分配梁，7、角度调整组件，7-1、调整顶杆，7-2、调整底杆，7-3、第一伸缩杆，8、锁止组件，8-1、L型固定架，8-2、第二伸缩杆，8-3、刚性楔块，9、刚性平台，9-1、轨道凹槽，10、液压支撑缸，11、分油台，12、液压动力站，12-1、纹波衰减器，13、转轴组件，13-1、转动杆，13-2、转动块，13-3、矩形孔，13-4、圆孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图7所示，一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，包括两个环形设计的反力架1、自适应加载装置3、距离调整组件2、转轴组件13、液压缸加载组件6，两个反力架1平行布置在刚性平台9上，反力架1为多段钢构件通过螺栓连接组成；距离调整组件2包括电动推杆2-1、固定杆2-2以及调整平台2-4；转轴组件13包括转动杆13-1和转动块13-2，液压缸加载组件6包括液压缸6-1和分配梁6-2；

两个所述反力架1之间连接若干套均布的自适应加载装置3，所述自适应加载装置3包括分配梁6-2,所述分配梁6-2上端面铰接若干均布的液压缸6-1，所述液压缸6-1远离分配梁6-2的一端与调整平台2-4底部固定，所述调整平台2-4顶面固定有电动推杆2-1和两个对称设在电动推杆2-1两侧的固定杆2-2，所述固定杆2-2、电动推杆2-1与转动块13-2滑动连接，所述转动块13-2上开有供固定杆2-2穿过的矩形孔13-3和电动推杆2-1穿过的圆孔13-4，供所述转动块13-2的两端对称固定有两个转动杆13-1，两个所述转动杆13-1远离转动块13-2的一端分别与两个反力架1上预设的销孔销式连接；

所述自适应加载装置3还包括用于调整转动块13-2转动角度的角度调整组件7和用于限定分配梁6-2沿固定杆2-2方向位移的锁止组件8，所述刚性平台9上端面设有若干个液压支撑缸10，所述液压缸6-1、液压支撑缸10分别通过各自对应的分油台11与液压动力站12油路连接。

所述角度调整组件7包括调整顶杆7-1，所述调整顶杆7-1中部通过第一伸缩杆7-3连接调整底杆7-2中部，所述调整顶杆7-1两端分别与两个反力架1上预设的凹槽滑动插接，所述调整底杆7-2与转动块13-2固定连接，所述第一伸缩杆7-3通过其自身伸缩带动转动块13-2转动。

所述锁止组件8包括固定在转动块13-2上的L型固定架8-1，所述L型固定架8-1远离转动块13-2的一端固定连接第二伸缩杆8-2，所述第二伸缩杆8-2伸出端固定连接刚性楔块8-3，所述固定杆2-2朝向电动推杆2-1的一侧面开有若干均布的凹槽，所述刚性楔块8-3两侧能够嵌入凹槽内对分配梁6-2起到位置锁止作用，所述刚性楔块8-3中部开有能够容纳电动推杆2-1的缺口。

所述电动推杆2-1、第一伸缩杆7-3以及第二伸缩杆8-2均采用电动伸缩杆并分别设有无线接收单元和控制其工作的控制单元，无线接收单元接收外部控制室内无线发射单元发出的信号，将信号传输到控制单元从而控制电动推杆2-1、第一伸缩杆7-3以及第二伸缩杆8-2活动。

所述调整平台2-4的下端面与液压缸6-1的缸体底部固定连接，所述分配梁6-2与液压缸6-1伸出加载端万向铰接。

所述分配梁6-2与试验模型柔性挂接以起到位移限制保护作用，避免实验模型坍塌后可能引发的安全问题。

所述刚性平台9的上端面开设有与轨道相适的轨道凹槽9-1。

所述液压支撑缸10与液压缸6-1的加载端均设有液压缸载荷传感器以及液压缸位移传感器，所述液压缸6-1、液压支撑缸10与对应的分油台11之间均设有液压缸比例阀用以实现各自独立的液压供给。

所述液压动力站12的高压出口处设有纹波衰减器12-1。

设置外部控制台，控制台设有与第一伸缩杆7-3、电动推杆2-1以及第二伸缩杆8-2上无线接收单元适配的无线发射单元；

本实施例还提供一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统的实施方法，具体包括以下步骤：

1）角度调节组件7根据实验模型加载点的角度要求，通过第一伸缩杆7-3的杆体伸缩，实现控制调整底杆7-2的位置变化，进而带动转动块13-2的转动，实现自适应加载装置3的角度调整；

2）角度调整完毕后，根据实验模型尺寸大小，通过电动推杆2-1伸缩，实现液压缸6-1和分配梁6-2沿固定杆2-2方向移动，实现距离调整；

3）距离调整完毕后，控制锁止组件8推出刚性楔块8-3插入固定杆2-2的凹槽内，实现对分配梁6-2位置的锁止功能；

4）多台液压缸6-1的加载端伸出，通过分配梁6-2对实验模型施加荷载。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，其特征在于，包括两个平行布置在刚性平台（9）上的反力架（1），两个所述反力架（1）之间连接有若干套均布的自适应加载装置（3），所述自适应加载装置（3）包括分配梁（6-2）,所述分配梁（6-2）上端面铰接若干均布的液压缸（6-1），所述液压缸（6-1）远离分配梁（6-2）的一端与调整平台（2-4）底部固定，所述调整平台（2-4）顶面固定有电动推杆（2-1）和两个对称设在电动推杆（2-1）两侧的固定杆（2-2），所述固定杆（2-2）、电动推杆（2-1）与转动块（13-2）滑动连接，所述转动块（13-2）的两端对称固定有两个转动杆（13-1），两个所述转动杆（13-1）远离转动块（13-2）的一端分别与两个反力架（1）上预设的销孔销式连接，所述自适应加载装置（3）还包括用于调整转动块（13-2）转动角度的角度调整组件（7）和用于限定分配梁（6-2）沿固定杆（2-2）方向位移的锁止组件（8），所述刚性平台（9）上端面设有若干个液压支撑缸（10），所述液压缸（6-1）、液压支撑缸（10）分别通过各自对应的分油台（11）与液压动力站（12）油路连接；

所述角度调整组件（7）包括调整顶杆（7-1），所述调整顶杆（7-1）中部通过第一伸缩杆（7-3）连接调整底杆（7-2）中部，所述调整顶杆（7-1）两端分别与两个反力架（1）上预设的凹槽滑动插接，所述调整底杆（7-2）与转动块（13-2）固定连接，所述第一伸缩杆（7-3）通过其自身伸缩带动转动块（13-2）转动；

所述锁止组件（8）包括固定在转动块（13-2）上的L型固定架（8-1），所述L型固定架（8-1）远离转动块（13-2）的一端固定连接第二伸缩杆（8-2），所述第二伸缩杆（8-2）伸出端固定连接刚性楔块（8-3），所述固定杆（2-2）朝向电动推杆（2-1）的一侧面开有若干均布的凹槽，所述刚性楔块（8-3）两侧能够嵌入凹槽内对分配梁（6-2）起到位置锁止作用，所述刚性楔块（8-3）中部开有能够容纳电动推杆（2-1）的缺口。

2.如权利要求1所述的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，其特征在于，所述调整平台（2-4）的下端面与液压缸（6-1）的缸体底部固定连接，所述分配梁（6-2）与液压缸（6-1）伸出加载端万向铰接。

3.如权利要求1所述的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，其特征在于，所述反力架（1）采用环形设计，所述反力架（1）为多段钢构件通过螺栓连接组成。

4.如权利要求1所述的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，其特征在于，所述分配梁（6-2）与试验模型柔性挂接以起到位移限制保护作用。

5.如权利要求1所述的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，其特征在于，所述液压支撑缸（10）与液压缸（6-1）的加载端均设有液压缸载荷传感器以及液压缸位移传感器，所述液压缸（6-1）、液压支撑缸（10）与对应的分油台（11）之间均设有液压缸比例阀用以实现各自独立的液压供给。

6.如权利要求1所述的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，其特征在于，所述液压动力站（12）的高压出口处设有纹波衰减器（12-1）。

7.如权利要求1所述的一种加载位置可调的多点加载自平衡反力系统，其特征在于，所述电动推杆（2-1）、第一伸缩杆（7-3）以及第二伸缩杆（8-2）均采用电动伸缩杆并分别设有无线接收单元和控制其工作的控制单元。

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