CN113970485B - 一种适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架及方法，包括横梁、支撑架、作动油缸、施力架和两根纵梁；支撑架顶部自上而下依次连接作动油缸、施力架和横梁，横梁两端与支撑架两侧固定，两根纵梁端部与横梁垂直连接，两根纵梁间隔设置，纵梁的顶底侧分别设置有上托架和下托架，上托架和下托架采用拉杆连接将纵梁夹紧，两根纵梁之间设置有连接耳座，连接耳座两侧与两根纵梁的下托架连接；进行疲劳试验时，试件的受载端和施力架铰接，试件的连接端和连接耳座铰接。实现了一套工装适用于不同大型悬臂长度构件的疲劳试验，并且保护了地基不受破坏。

Description

一种适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架及方法

技术领域

本发明属于抗疲劳试验领域，涉及一种适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架及方法。

背景技术

针对大型悬臂结构，进行悬臂端疲劳加载试验时，由于悬臂长度较大，会在悬臂结构的支撑约束端产生较大的载荷作用，一般可以通过自平衡式台架的设计方式减小约束端对实验室地基的承载力，保证实验室安全。但是由于大型悬臂结构承载较大，可实现自平衡式加载的试验台架结构复杂，台架结构尺寸仅能满足固定悬臂长度的结构件进行疲劳试验，对于不同悬臂长度的结构件需要重新制造配套的自平衡式悬臂结构件疲劳试验台架，试验台架不具备通用性，在设计及安装过程中，所耗费的人力物力极大，致使试验成本提高、时间周期延长。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架及方法，实现了一套工装适用于不同大型悬臂长度构件的疲劳试验，并且保护了地基不受破坏。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，包括横梁、支撑架、作动油缸、施力架和两根纵梁；

支撑架顶部自上而下依次连接作动油缸、施力架和横梁，横梁两端与支撑架两侧固定，两根纵梁端部与横梁垂直连接，两根纵梁间隔设置，纵梁的顶底侧分别设置有上托架和下托架，上托架和下托架采用拉杆连接将纵梁夹紧，两根纵梁之间设置有连接耳座，连接耳座两侧与两根纵梁的下托架连接；

进行疲劳试验时，试件的受载端和施力架铰接，试件的连接端和连接耳座铰接。

优选的，拉杆两端螺纹连接有拉杆大螺母，上托架和下托架位于拉杆两端的拉杆大螺母之间。

优选的，连接耳座铰接有撑杆的一端，撑杆的另一端与试件中间部位铰接。

优选的，连接耳座包括底板和两个第一连接耳板，底板两侧与两根纵梁的下托架连接，两个第一连接耳板垂直间隔设置在底板上，两个第一连接耳板分别与试件连接端的两个连接板铰接。

进一步，底板上设置有两个第二连接耳板，一个第一连接耳板和一个第二连接耳板为一组且间隔设置，试件连接端的两个连接板分别位于两组第一连接耳板和第二连接耳板的间隔之间。

进一步，底板上设置有第一加强筋，第一加强筋与底板和第一连接耳板均垂直连接。

优选的，纵梁远离横梁的一端连接有纵梁支撑，纵梁支撑顶部与两根纵梁连接，底部与地面接触。

优选的，纵梁顶部设置有多个挡板，挡板与纵梁顶部螺栓连接，挡板位于上托架两侧。

优选的，纵梁为工字型，包括上翼缘板、腹板和下翼缘板，腹板上设置有多个与上翼缘板和下翼缘板连接的加强筋板。

一种基于上述任意一项所述适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架的疲劳试验方法，包括以下过程：

放松拉杆，将上托架和下托架带动连接耳座沿纵梁进行移动，直到施力架与连接耳座距离与试件两端的相对距离相同，将拉杆收紧，使上托架和下托架将纵梁夹紧，保持固定；

将试件的受载端和施力架铰接，试件的连接端和连接耳座铰接，作动油缸对施力架施加竖直方向的力，从而对试件进行疲劳试验。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过纵梁上的上托架和下托架与连接耳座连接，通过放松拉杆，便能够将上托架和下托架带动连接耳座沿纵梁进行移动，移动到合适位置时，将拉杆收紧，便能够使上托架和下托架将纵梁夹紧，保持固定，从而调节施力架和连接耳座的距离，且位置可以连续调节，解决了不同悬臂长度结构件疲劳试验台架的通用性难题，可满足不同悬臂长度试件的疲劳试验，使台架的疲劳加载工位实现任意可调，本发明提高了试验台架通用性，降低单台产品的疲劳试验成本。

进一步，通过连接耳板与试件连接，提高了试件的固定效果。

附图说明

图1为本发明的试验台架总装配示意图；

图2为本发明的试验台架俯视图；

图3为本发明的图2的B-B截面剖视图；

图4为本发明的连接耳座结构示意图；

图5为本发明的图4的A-A截面剖视图；

图6为本发明用于20吨挖掘机斗杆试件的试验台架示意图；

图7为本发明用于8吨挖掘机动臂的试验台架示意图。

其中：1-横梁；2-支撑架；3-油缸连接块；4-作动油缸；5-施力架连接紧固件；6-施力架；7-施力架连接销轴；8-纵梁；9-试件；10-上托架；11-拉杆垫板；12-拉杆大螺母；13-拉杆；14-底板；15-耳板；16-纵梁支撑；17-纵梁支撑连接件；18-第一挡板；19-挡板连接件；20-下托架；21-第二挡板；22-第三挡板；23-撑杆；24-撑杆销轴；25-第一加强筋；26-第二连接销轴；27-第一连接销轴；28-第二连接耳板；29-耳板垫板；30-第二加强筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1-图3所示，为本发明所述的适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，横梁1、支撑架2、作动油缸4、施力架6和两根纵梁8。

支撑架2顶部自上而下依次连接作动油缸4、施力架6和横梁1，横梁1两端与支撑架2两侧固定，具体通过油缸连接块3将作动油缸4与施力架6相连接，油缸连接块3与作动油缸4使用销轴方式连接，与施力架6通过8组施力架连接紧固件5固定。

纵梁8为工字型，其组成有上翼缘板、腹板、下翼缘板，中间布置若干组加强筋板，均采用焊接方式。腹板中间位置开六个通孔，方便销轴装入。本发明保证纵梁8位置固定，以适应各种构件。

下托架20布置在纵梁8的下翼缘板之下，通过16根特制拉杆13与布置在纵梁8上翼缘板之上的4个上托架10固定。拉杆13两端设计梯形螺纹，其具体布置：下托架20、上托架10的上下翼缘板开通孔，保证拉杆13从上至下穿过，上托架10上侧放置拉杆垫板11，使用拉杆大螺母12加预紧力固定，以固定下托架20的位置。

两根纵梁8端部与横梁1垂直连接，两根纵梁8间隔设置，两根纵梁8水平设置，上托架10和下托架20采用拉杆13连接将纵梁8夹紧，上托架10和下托架20各有四组，分别位于两根纵梁8上，两根纵梁8之间设置有连接耳座，连接耳座两侧与两根纵梁8的下托架20连接。

纵梁8的上翼缘板设置有第一挡板18、第二挡板21和第三挡板22，第一挡板18、第二挡板21和第三挡板22分别位于纵梁8上两个上托架10两侧和中间，纵梁8上翼缘板均匀布置通孔，三个挡板与纵梁螺栓连接，防止上托架10左右错动，并且在上托架10移动之前，可拆卸挡板。

为保证试验姿态要求，试件的前后端需要在一个水平面，从左至右，试件9左端通过施力架连接销轴7与施力架6连接，中间穿插撑杆销轴24，用两个撑杆23将试件9托起，右端通过第一连接销轴27与连接耳座连接，置于两个第一连接耳板15之间。本实施例中，试件9左端为受载端，右端为连接端。

试件9的前后端需要在一个水平面，两根纵梁8起主要承重作用，前后布置，左端直接用48组长螺栓与试验机横梁1固定，右端放置在与试验机底部水平的地面上的纵梁支撑16上，纵梁支撑16使用地脚螺栓与地面地槽沟固定，纵梁与纵梁支撑16使用螺栓17固定。

撑杆23两边开销轴孔，左端通过撑杆销轴24与试件9铰接，右端通过第二连接销轴26与连接耳座铰接，以满足试件9姿态的固定。

试件9右端与之相连的第一连接耳板15与底板14焊接固定，底板14通过48组螺栓与下托架20固定连接，为满足强度要求使用多组第一加强筋25均匀垂直与第一连接耳板15和底板14，布置在外侧，前后两侧对称布置，通过焊接固定。

如图4和图5所示，具体的连接耳座包括底板14、两个第一连接耳板15、两个第二连接耳板28和第一加强筋25，底板14两侧与两根纵梁8的下托架20连接，两个第一连接耳板15、两个第二连接耳板28焊接在底板14上，一个第一连接耳板15和一个第二连接耳板28为一组且间隔设置，试件9连接端的两个连接板分别位于两组第一连接耳板15和第二连接耳板28的间隔之间，同一组的第一连接耳板15和第二连接耳板28的相对面上设置有耳板垫板29。第一加强筋25与底板14、第一连接耳板15和第二连接耳板28均垂直焊接连接。

第一连接耳板15、第二连接耳板28与底板14通过焊接连接，第一加强筋25和第二加强筋30同样通过焊接连接以保证结构强度，底板14设计螺栓孔，使用螺栓与下托架20固定，对于不同结构试件9，可以更换连接耳座。

如图6、图7所示，为适用于多种悬臂长度构件，纵梁8、纵梁支撑16、上托架10，下托架20、拉杆13以及相关连接件组成的承载平台保证通用，撑杆23、施力架6、第一连接耳板15、底板14为保证适应不同尺寸和结构，其结构形式保持一致，其开孔位置和大小尺寸相应调整，重新设计制作，对于不同长度构件，通过放松拉杆13预紧力，左右移动承载平台，以满足使用要求。

本发明的工作过程为；

横梁1与试验机固定，纵梁支撑16通过地脚螺栓与地面相固定，横梁1与纵梁支撑16与纵梁8的左右两端分别通过48个、8个螺栓相连，共同支撑两根纵梁8；纵8梁上翼缘板上放置4个上托架10，通过16根拉杆13将下托架20固定于纵梁8的下翼缘板下方，进而下托架20与连接耳座的底板14通过48个螺栓固定，连接耳座由2块耳板15、两块第二连接耳板28与第一加强筋25和第二加强筋30通过焊接组成，进而通过第一连接销轴27将第一连接耳板15与试件右端连接，通过两根第二连接销轴26分别将第一连接耳板15与撑杆23连接，进而两个撑杆23通过销轴24分别布置在试件9的两侧，进而通过施力架连接销轴7将试件左端与施力架6连接，施力架6通过8个螺栓与施力架连接块3固定，进而与作动油缸4形成固定连接，作动油缸4对施力架6施加竖直方向的力，从而对试件进行疲劳试验。针对不同悬臂长度构件，更换施力架6、连接耳座、连接销轴，放松拉杆13预紧力，整体移动下托架20、上托架10、拉杆13及挡板，按照同样的安装方法，即可对试件进行疲劳试验。

通过有限元分析方法，对本发明进行了结构强度、刚度、屈曲稳定性分析，均满足使用要求，并对多种长度的悬臂结构进行了三维建模分析，发现本发明可以使台架的疲劳加载工位实现任意可调，本发明提高了试验台架通用性，降低单台产品的疲劳试验成本。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，其特征在于，包括横梁（1）、支撑架（2）、作动油缸（4）、施力架（6）和两根纵梁（8）；

支撑架（2）顶部自上而下依次连接作动油缸（4）、施力架（6）和横梁（1），横梁（1）两端与支撑架（2）两侧固定，两根纵梁（8）端部与横梁（1）垂直连接，两根纵梁（8）间隔设置，纵梁（8）的顶底侧分别设置有上托架（10）和下托架（20），上托架（10）和下托架（20）采用拉杆（13）连接将纵梁（8）夹紧，两根纵梁（8）之间设置有连接耳座，连接耳座两侧与两根纵梁（8）的下托架（20）连接；

进行疲劳试验时，试件（9）的受载端和施力架（6）铰接，试件（9）的连接端和连接耳座铰接；

所述连接耳座包括底板（14）和两个第一连接耳板（15），底板（14）两侧与两根纵梁（8）的下托架（20）连接，两个第一连接耳板（15）垂直间隔设置在底板（1）上，两个第一连接耳板（15）分别与试件（9）连接端的两个连接板铰接；

所述底板（14）上设置有两个第二连接耳板（28），一个第一连接耳板（15）和一个第二连接耳板（28）为一组且间隔设置，试件（9）连接端的两个连接板分别位于两组第一连接耳板（15）和第二连接耳板（28）的间隔之间。

2.根据权利要求1所述的适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，其特征在于，拉杆（13）两端螺纹连接有拉杆大螺母（12），上托架（10）和下托架（20）位于拉杆（13）两端的拉杆大螺母（12）之间。

3.根据权利要求1所述的适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，其特征在于，连接耳座铰接撑杆（23）的一端，撑杆（23）的另一端与试件（9）中间部位铰接。

4.根据权利要求1所述的适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，其特征在于，底板（14）上设置有第一加强筋（25），第一加强筋（25）与底板（14）和第一连接耳板（15）均垂直连接。

5.根据权利要求1所述的适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，其特征在于，纵梁（8）远离横梁（1）的一端连接有纵梁支撑（16），纵梁支撑（16）顶部与两根纵梁（8）连接，底部与地面接触。

6.根据权利要求1所述的适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，其特征在于，纵梁（8）顶部设置有多个用于防止上托架（10）左右错动的挡板，所述挡板与纵梁（8）顶部螺栓连接，挡板位于上托架（10）两侧。

7.根据权利要求1所述的适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架，其特征在于，纵梁（8）为工字型，包括上翼缘板、腹板和下翼缘板，腹板上设置有多个与上翼缘板和下翼缘板连接的加强筋板。

8.一种基于权利要求1-7任意一项所述适用于多种悬臂长度构件的大型疲劳试验台架的疲劳试验方法，其特征在于，包括以下过程：

放松拉杆（13），将上托架（10）和下托架（20）带动连接耳座沿纵梁（8）进行移动，直到施力架（6）与连接耳座距离与试件（9）两端的相对距离相同，将拉杆（13）收紧，使上托架（10）和下托架（20）将纵梁（8）夹紧，保持固定；

将试件（9）的受载端和施力架（6）铰接，试件（9）的连接端和连接耳座铰接，作动油缸（4）对施力架（6）施加竖直方向的力，从而对试件进行疲劳试验。