CN114674692A - 一种拉索实验机 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种拉索实验机，具体涉及试验设备领域。包括四框架结构，四框架结构包括端梁、左纵梁、中纵梁和右纵梁。纵向作动器反力座安装纵向作动器、千斤顶反力座安装大吨位千斤顶、调距螺杆导向孔内穿设有调距螺杆，调距螺杆设有拉压调节螺母，端梁上设有破断缓冲阻尼器，左纵梁和右纵梁之间安装有锚固梁，中纵梁滑动连接有锚固滑块，锚固滑块对称设有传力翼板。采用本发明技术方案解决了大吨位拉力试验机难以制造、调距螺杆完全受拉易疲劳断裂及试件尺寸适应范围极窄的问题，四框架分散布置使传感器、调距螺杆、千斤顶、框架着力点等得以分散，可扩大拉力范围并降低制造难度、可大范围适应不同尺寸的试件。

Description

一种拉索实验机

技术领域

本发明涉及试验设备领域，特别涉及一种拉索实验机。

背景技术

土木工程领域大跨径斜拉桥、大跨径中承式拱桥、大跨径悬索桥的主要承重结构之一为平行镀锌高强钢丝拉索或钢绞线索，桥梁的设计寿命一般为50～100年，由于腐蚀疲劳等因素，现有拉索实际服役寿命仅有10～20年左右，拉索的服役寿命需要大幅提升；矿山机械领域的钢丝绳的服役状态与生产安全息息相关，在役钢丝绳的剩余寿命及剩余强度是该领域的重要关注点。

对于拉索及钢丝绳这类索结构的检验与技术研究是当前社会生产力发展阶段的迫切需求：1)我国迎来土木工程领域大规模索结构桥梁的换索周期，替换下来的成品索可以进行剩余寿命、剩余强度及损伤分布与机理研究，迫切需要建造能适应多种索结构力学性能的试验机；2)成品索结构的腐蚀疲劳机理与防腐工艺改进是当前科研及生产领域的重要需求趋势，大吨位及超大吨位索结构的疲劳与破断试验设备是成品索进行上述研究的必要手段；3)目前国内土木工程领域只有五家单位具备成品索结构疲劳试验条件，但均只能针对单一长度的索试件，且试验机存在调距螺杆完全受拉、制造成本较高、配套其它安装设施辅助等弊端，因此需要开发更为完善的拉索试验系统；4)目前的钢丝绳力学性能试验设备建造成本极高、适应范围窄、吨位小，难以应用于大型索结构试验研究；5)成品索结构出厂检验力学性能试验生产需求量大、检验参数逐渐增加，锚固系统寿命预测与长期性能评价方法正在建立，需要建设相应的试验检验与评估体系开发平台。

发明内容

本发明意在提供一种拉索实验机，解决了现有的大吨位拉力试验机难以制造的问题。

为了达到上述目的，本发明的一种技术方案如下：一种拉索实验机，包括四框架结构形式，所述四框架结构包括两个对称设置的端梁及两榀对称设置于两个端梁之间的纵梁，所述纵梁由左纵梁、中纵梁和右纵梁拼装而成，所述左纵梁的外侧设有纵向作动器反力座，所述纵向作动器反力座上安装有纵向作动器，所述左纵梁的间隙内设有千斤顶反力座、调距螺杆导向孔、调距螺杆螺母锁紧反力座，所述右纵梁的间隙内设有调距螺杆导向孔和调距螺杆螺母锁紧反力座，所述千斤顶反力座上安装有大吨位千斤顶，所述调距螺杆导向孔内穿设有由大吨位千斤顶顶推的调距螺杆，所述调距螺杆的另一端穿过端梁，所述调距螺杆上穿过端梁的一端设有调距螺杆拉压受力分配用的调节螺母，所述端梁上设有包覆在调距螺杆外的破断缓冲阻尼器组，所述破断缓冲阻尼器组设置在端梁上，两榀左纵梁和右纵梁之间通过调距螺杆安装有锚固梁，两榀所述中纵梁的间隙滑动连接有锚固滑块，所述锚固滑块的两侧对称设有传力翼板，两个所述传力翼板对称位于对应纵向作动器的运动轨迹上并与纵向作动器连接。

进一步的，所述调距螺杆上设有压紧螺母，并在压紧螺母和锚固梁之间串联有穿心式压力传感器。

进一步的，所述左纵梁、中纵梁和右纵梁的顶部共同设有纵向轨道，所述纵向轨道上滑动连接有两台通过电机驱动的门吊，所述门吊的柱脚与纵向轨道上设有相互配合的锁紧螺孔。

通过上述设置，可利用门吊和反力横梁实现自安装，同时便于对本实验机内的部件进行更换保养，大大的提高了组装的效率。

进一步的，所述门吊采用双横梁分立柱形式，所述横梁上安装有竖向作动器。

进一步的，所述左纵梁和右纵梁上均设有调距螺杆反力座，所述调距螺杆导向孔设置在调距螺杆反力座上，所述调距螺杆的尾部为导向方柱，所述调距螺杆反力座的前端设有与调距螺杆螺纹连接的锁紧螺母，所述调距螺杆穿过端梁的一端设有控制调距螺杆拉压受力分配的调节螺母。

与现有技术相比，本方案的有益效果：

1、本方案采用模块化设计，自成体系、结构紧凑、功能齐全，可安装于独立空间便于安全防护，可不借助外部行车等辅助工具完成相关部件的更换维修与试件安装，可以作为大吨位拉索结构试验装置的标准机型进行推广。

2、本方案能大范围适应不同长度的试件(例如：试制机型对于双索试件对称疲劳试验时试件长度范围为4～6m，对单索破断试验时试件长度范围为4～15m，对单索疲劳试验时试件长度范围为4～9m)。

3、本方案设置有破断缓冲阻尼器，采用模块化装配粘滞性阻尼器组，便于更换；静力加载过程中对测力不产生明显影响，破断时及时吸能减缓冲击；动态疲劳试验时可快捷解除阻尼器。

4、本方案采用四框架结构，增加结构稳定性、降低制造难度，便于内部防护；框架布置紧凑、双作动器外置，便于其替换及防护。

5、本方案中调距螺杆、大吨位千斤顶及压力传感器分散为两组，降低制造难度，提升试验机荷载吨位制造能力。

6、本方案调距螺杆采用拉压分段受力，拉压比例可调，彻底解决了该类试验机大尺寸调距螺杆的制造难题及疲劳寿命较短的问题。

附图说明

图1是本发明一种拉索实验机的结构示意图；

图2是本发明一种拉索实验机中四框架结构的结构示意图；

图3是本实施例中端梁的结构示意图；

图4是本实施例中左纵梁的结构示意图；

图5是本实施例中中纵梁的结构示意图；

图6是本实施例中调距螺杆螺母锁紧反力座的结构示意图；

图7是本实施例中锚固滑块的结构示意图；

图8是本实施例中锚固梁的结构示意图；

图9是本实施例中破断缓冲阻尼器组的结构示意图；

图10是本实施例中门吊的结构示意图；

图11是本实施例中粗细索组合疲劳试验的结构示意图；

图12是本实施例中左侧单索疲劳试验的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：端梁1、前梁2、后梁3、连接板4、导向通孔5、垫板6、拉压调节螺母7、破断缓冲阻尼器组8、粘滞性阻尼器9、阻尼器工作螺母法兰10、左纵梁11、中纵梁12、右纵梁13、上梁14、下梁15、端板16、纵向作动器反力座17、纵向作动器18、千斤顶反力座19、调距螺杆螺母锁紧反力座20、大吨位千斤顶21、调距螺杆22、锚固梁23、压力传感器24、压紧螺母25、锚固滑块26、传力翼板27、门吊28、锁紧螺母29。

实施例

如附图1-10所示，一种拉索实验机，包括四框架结构形式以增加稳定性及提高承载力并降低制造难度，四框架结构包括两个对称设置的端梁1及两榀对称设置于两个端梁1之间的纵梁，本方案的框架结构紧凑、纵向作动器18外置、大吨位千斤顶21及调距螺杆22布置在纵梁间隙，降低空间占用、减小端梁1尺寸、便于试件破断防护。每个端梁1均由前梁2、后梁3及连接板4焊接而成，前梁2和后梁3的中部均设有供调距螺杆22穿过的导向通孔5，从而利用端梁1作为反力支撑，在导向通孔5外端面设置垫板6，垫板6一侧设有与调距螺杆22螺纹连接的拉压调节螺母7，通过拉压调节螺母7调节调距螺杆22锁紧的程度，便于分配调距螺杆22受拉受压程度。导向通孔5的四周采用扇形加劲肋板形成六个轴对称装配空间，六个装配空间内共同安装有破断缓冲阻尼器组8，破断缓冲阻尼器组8由六个轴对称分布的粘滞性阻尼器9和连接在调距螺杆22上的阻尼器工作螺母法兰10组成，六个粘滞性阻尼器9均通过螺母共同连接在阻尼器工作螺母法兰10上。当进行破断试验时，连接工作螺母法兰使阻尼器组参与工作，当进行疲劳试验时，解除工作螺母法兰释放粘滞性阻尼器9；端梁1的中部开设有中心孔，中心孔可使试件锚头穿过端梁1，从而增大试件尺寸可调范围，其外端可设断锚防护工事或防护罩设施。

每榀纵梁均由左纵梁11、中纵梁12和右纵梁13依次通过高强螺栓拼装而成，左纵梁11、中纵梁12和右纵梁13均采用框架结构，且左纵梁11、中纵梁12和右纵梁13均由上梁14、下梁15和连接在上梁14与下梁15两端的端板16构成，上梁14与下梁15之间设有间隙，上梁14、下梁15和端板16采用焊接而成，左纵梁11和右纵梁13的结构相同，每个端板16的中部均预留有供调距螺杆22安装通过的长孔。左纵梁11的外侧均焊接有纵向作动器18反力座17，纵向作动器18反力座17上通过螺栓连接纵向作动器18。左纵梁11的间隙内设有千斤顶反力座19和位于千斤顶反力座19左侧的调距螺杆22螺母锁紧反力座20，千斤顶反力座19上安装有大吨位千斤顶21，调距螺杆22反力座上开设有调距螺杆22导向方孔，调距螺杆22导向方孔内穿设可由大吨位千斤顶21顶推端面的调距螺杆22方形导向尾端，调距螺杆22的左端穿过端梁1的导向通孔5，调距螺杆22与阻尼器工作螺母法兰10采用螺母锁紧配合。两个左纵梁11内的调距螺杆22上共同穿连有锚固梁23，调距螺杆22上螺纹连接有压紧螺母25，锚固梁23的右侧与压紧螺母25间串联穿心式压力传感器24。右纵梁13的间隙内设有调距螺杆22螺母锁紧反力座20，调距螺杆22螺母锁紧反力座20上开设有调距螺杆22导向孔，两个右纵梁13内的调距螺杆22上共同穿连有锚固梁23，调距螺杆22上螺纹连接有压紧螺母25，锚固梁23的右侧与压紧螺母25间串联穿心式压力传感器24。

调距螺杆22的尾部为方柱，调距螺杆22反力座的前端设有与调距螺杆22螺纹连接的锁紧螺母29，调距螺杆22导向孔为方形孔，导向方孔由螺钉连接的覆盖方孔板实现。

两榀中纵梁12的间隙内设有导向轨道，两根导向轨道上共同滑动连接有锚固滑块26，锚固滑块26的底部设有与滑轨相配合的滑轮，借助滑轮以消解摩擦力并使受力方向明确。锚固滑块26的左右两端开设有供拉索试件锚头通过的通孔，锚固滑块26采用内部中空设计，给锚环安装预留了足够的空间。锚固滑块26的前后两侧对称设有传力翼板27，传力翼板27通过螺钉连接在锚固滑块26上，两个传力翼板27分别位于对应纵向作动器18的运动轨迹上并可与纵向作动器连接。

左纵梁11、中纵梁12和右纵梁13的顶部共同架设有纵向轨道，纵向轨道上设有两台由电机驱动走行的门吊28，门吊28采用双横梁分立柱形式，横梁上布置有竖向作动器和行走葫芦，竖向作动器安装在横梁的中部，行走葫芦可穿过立柱自由行走于整个横梁；纵向轨道及门吊28柱脚的对应处均设有反力锁紧螺孔，在锁紧状态下，门吊28可作为横弯加载反力框架；门吊28用于设备自主装配、易损件更换、试件及作动器安装等。

本方案彻底解决了该类设备中调距螺杆22的疲劳寿命问题、空间占用问题、设备自成体系便于防护问题、大吨位难以制造及降低建造成本的问题。

本方案的施工安装过程：

1、选定试验机安装场地或在独立房间内安装，浇筑钢筋混凝土墩基础，可采用钢板作为支承面，保障支承面处于同一水平面；

2、利用外围搬运设备(小坦克、叉车等)依次安装纵梁、端梁1，调整好角度及位置，用高强螺栓对各个组件进行紧密连接形成主体反力框架；

3、安装纵梁顶部的纵向轨道，安装门吊28和走行机电设备，安装吊装走行葫芦，安装门吊28斜撑；

4、利用安装好的门吊28吊装拉索锚固梁23到既定位置，利用纵梁之间的长孔从主体框架中部向左右两边顺入调距螺杆22，顺入过程中依次安装锁紧螺母29套件、传感器、锚固梁23，之后安装尾部导向方孔板及垫板6；

5、利用门吊28吊装锚固滑块26到既定位置，安装传力翼板27及纵向作动器18反力座17；

6、利用门吊28进行后续的纵向作动器18拆装、竖向作动器拆装、大吨位千斤顶21拆装、破断缓冲阻尼器8拆装、试件工装及试件的拆装等。

本方案的设备工作过程：

1、单索疲劳试验加载过程：利用门吊28将两台纵向作动器18安装在左纵梁11外座及锚固滑块26的传力翼板27之间；根据拉索试件的长度需求选择将位于左侧或右侧的锚固梁23调整到合适位置，吊装单个拉索试件及配套锚板工装，将其两端锚固在锚固滑块26及锚固梁23之间；通过纵向作动器18直接施加疲劳荷载，实现单索疲劳试验；荷载大小决定于两台纵向作动器18的加载能力。

2、双索疲劳试验加载过程：利用门吊28将两台大吨位千斤顶21安装在左纵梁11内的调距螺杆22尾端，将两台纵向作动器18安装在纵向作动器18反力座17及锚固滑块26的传力翼板27之间，将锚固梁23调整到合适位置，吊装两个拉索试件及配套锚板工装，将其两端各自锚固在锚固滑块26及锚固梁23之间；大吨位千斤顶21通过调距螺杆22对拉索试件施加恒定荷载，压力传感器24监测荷载大小，当达到预定疲劳荷载中值时，锁紧拉压调节螺母7来保持恒定荷载，必要时调节锁紧螺母29分配调距螺杆22拉压力比例，其后大吨位千斤顶21卸载退出工作；启动纵向作动器18施加变幅荷载，从而实现双索拉伸疲劳试验；荷载大小决定于两台大吨位千斤顶21吨位与两台纵向作动器18变幅荷载之和。

3、单索破断试验加载过程：利用门吊28将两台大吨位千斤顶21安装在左纵梁11内调距螺杆22尾端，连接调距螺杆22头部的破断缓冲阻尼器8，将锚固梁23调整到合适位置，将单个拉索试件安装在两个锚固梁23之间，或通过吊装辅助粗索将拉索试件安装在锚固梁23与锚固滑块26之间；大吨位千斤顶21通过调距螺杆22对拉索试件施加静态荷载，压力传感器24监测荷载大小，直到试件破断，从而实现拉索试件破断试验；破断试验荷载大小决定于两台大吨位千斤顶21吨位之和。

4、拉索横弯疲劳试验加载过程：利用门吊28将大吨位千斤顶21安装就位、将竖向作动器吊装到门吊28横梁上，依前述方式吊装单索或双索试件并锚固，大吨位千斤顶21预加恒定纵拉荷载，锁紧后大吨位千斤顶21退出工作；安装拉索中部抱箍工装，连接竖向作动器施加横弯疲劳荷载，从而实现单索或双索的横弯疲劳试验。

5、疲劳试验期间解除破断缓冲阻尼器8，通过声测设备监测断丝情况，通过位移计、荷载传感器及数采系统监测并记录拉索荷载及变形量。静力试验或破断试验通过位移计、荷载传感器及数采系统监测并记录拉索荷载及变形量。

本方案的试验方法示例：

试验一、双索对称疲劳试验：两个相同规格相同长度的拉索试件对称安装于两个锚固梁23与锚固滑块26之间，通过大吨位千斤顶21顶推调距螺杆22对试件施加至荷载中值后锁紧，然后通过纵向作动器18施加拉压荷载实现两个拉索的对称互反变幅荷载。

试验二、粗细索组合疲劳试验：如附图11所示，粗长索与短细索试件组配非对称安装于两个锚固梁23与锚固滑块26之间，通过大吨位千斤顶21顶推调距螺杆22对试件施加至荷载中值后锁紧，然后通过纵向作动器18施加拉压荷载实现两个拉索的非对称互反变幅荷载。

试验三、左侧单索疲劳试验：如附图12所示，对于疲劳荷载相对较小的较短单索试件，可以安装于左侧锚固梁23与锚固滑块26之间，通过纵向作动器18施加推力实现单索疲劳试验。

试验四、右侧单索疲劳试验：对于疲劳荷载相对较小的较长单索试件，可以安装于右侧锚固梁23与锚固滑块26之间，通过纵向作动器18施加拉力实现单索疲劳试验。

试验五、长索破断试验：单长索中部穿过锚固滑块26安装于两个锚固梁23之间，连接破断缓冲阻尼器8，通过大吨位千斤顶21顶推调距螺杆22对试件施加静力荷载直至试件破断。

试验六、短索破断试验：单短细索配粗辅助索非对称安装于两个锚固梁23与锚固滑块26之间，连接破断缓冲阻尼器8组，通过大吨位千斤顶21顶推调距螺杆22对试件施加静力荷载直至试件破断。

试验七、横弯疲劳试验：按照上述示例安装单索试件、双索试件，解除破断缓冲阻尼器8，解除纵向作动器18，通过大吨位千斤顶21顶推调距螺杆22对试件施加至预定恒载拉力后锁紧，通过安装于门吊28横梁上的竖向作动器施加横弯荷载实现拉索横弯疲劳试验。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种拉索实验机，其特征在于：包括四框架结构形式，所述四框架结构包括两个对称设置的端梁及两榀对称设置于两个端梁之间的纵梁，所述纵梁由左纵梁、中纵梁和右纵梁拼装而成，所述左纵梁的外侧设有纵向作动器反力座，所述纵向作动器反力座上安装有纵向作动器，所述左纵梁的间隙内设有千斤顶反力座、调距螺杆导向孔、调距螺杆螺母锁紧反力座，所述右纵梁的间隙内设有调距螺杆导向孔和调距螺杆螺母锁紧反力座，所述千斤顶反力座上安装有大吨位千斤顶，所述调距螺杆导向孔内穿设有由大吨位千斤顶顶推的调距螺杆，所述调距螺杆的另一端穿过端梁，所述调距螺杆上穿过端梁的一端设有调距螺杆拉压受力分配用的调节螺母，所述端梁上设有包覆在调距螺杆外的破断缓冲阻尼器组，所述破断缓冲阻尼器组设置在端梁上，两榀左纵梁和右纵梁之间通过调距螺杆安装有锚固梁，两榀所述中纵梁的间隙滑动连接有锚固滑块，所述锚固滑块的两侧对称设有传力翼板，两个所述传力翼板对称位于对应纵向作动器的运动轨迹上并与纵向作动器连接。

2.根据权利要求1所述的一种拉索实验机，其特征在于：所述调距螺杆上设有压紧螺母，并在压紧螺母和锚固梁之间串联有穿心式压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种拉索实验机，其特征在于：所述左纵梁、中纵梁和右纵梁的顶部共同设有纵向轨道，所述纵向轨道上滑动连接有两台通过电机驱动的门吊，所述门吊的柱脚与纵向轨道上设有相互配合的锁紧螺孔。

4.根据权利要求3所述的一种拉索实验机，其特征在于：所述门吊采用双横梁分立柱形式，所述横梁上安装有竖向作动器。

5.根据权利要求1所述的一种拉索实验机，其特征在于：所述左纵梁和右纵梁上均设有调距螺杆反力座，所述调距螺杆导向孔设置在调距螺杆反力座上，所述调距螺杆的尾部为导向方柱，所述调距螺杆反力座的前端设有与调距螺杆螺纹连接的锁紧螺母，所述调距螺杆穿过端梁的一端设有控制调距螺杆拉压受力分配的调节螺母。

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