CN114754950A - 气囊式浮动加载机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气囊式浮动加载机构，属于桥梁实验装备技术领域。本发明公开的气囊式浮动加载机构包括：加载主体、加载轮、碾压轮、气囊和压力传感器；加载轮设置于加载主体的上表面；加载轮的第一中心轴与上表面平行、与加载主体的长度方向垂直；加载轮包括第一加载轮和第二加载轮，第一加载轮位于上表面的左部，第二加载轮位于上表面的右部；碾压轮设置于下表面；碾压轮的第二中心轴与第一中心轴平行；气囊设置于第一加载轮和上表面之间；压力传感器连接于第二加载轮与上表面之间。该气囊式浮动加载机构用于桥梁耐久性轮荷实验设备中，加载轮与轨道浮动均力接触运行，多个碾压轮与桥面浮动均力接触运行；扩大了加载车的适应范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种气囊式浮动加载机构，属于桥梁实验装备技术领域。
背景技术
桥梁耐久性轮荷实验是试验、检测不同长度的实体桥梁和路面材料与结构耐久性。在桥梁耐久性轮荷实验过程中，需要模拟车辆反复碾压桥梁和路面的过程。目前，现有技术中尚未存在用于桥梁耐久性轮荷实验的实验装置，现有技术更没有公开用于桥梁耐久性轮荷实验装置、模拟车辆对桥梁和路面进行反复碾压的加载机构。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种用于桥梁耐久性轮荷实验装置的加载机构，气囊式浮动加载机构。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
气囊式浮动加载机构，包括：加载主体、加载轮、碾压轮、气囊和压力传感器；所述加载主体包括上表面、下表面，所述加载主体具有长度方向；所述加载轮设置于上表面；所述加载轮包括第一中心轴，所述第一中心轴与上表面平行、与长度方向垂直，加载轮以第一中心轴为轴转动；所述加载轮包括第一加载轮和第二加载轮，第一加载轮位于上表面的左部，第二加载轮位于上表面的右部；所述碾压轮设置于下表面；所述碾压轮包括第二中心轴，所述第二中心轴与第一中心轴平行，碾压轮以第二中心轴为轴转动；所述气囊设置于第一加载轮和上表面之间；所述压力传感器连接于第二加载轮与上表面之间。
本发明的气囊式浮动加载机构用于桥梁耐久性轮荷实验装置中，在驱动机构的驱动下对实验桥梁往返碾压。
本发明的有益效果是：
1）气囊式浮动加载机构的顶部设置加载轮，气囊式浮动加载机构通过加载轮与桥梁耐久性轮荷实验设备的其他机构（以下简称其他机构）接触；加载轮的运动方式为滚动，使得气囊式浮动加载机构与其他机构之间的摩擦方式为滚动摩擦，从而大大降低了气囊式浮动加载机构与其他机构之间的运行阻力；
2）碾压轮的数量为两个以上，左右两端的碾压轮采用悬架连接，悬架和加载主体之间采用悬架轴连接，悬架轴与加载主体之间动连接。使得悬架带动碾压轮与加载主体之间能够相对运动、二者之间的距离能发生变化，实现多个碾压轮与桥面浮动均力接触运行；
3）碾压轮和加载主体之间的连接方式，使得只需要在气囊式浮动加载机构其中一端的加载轮处设置采用轴销式传感器即可监测到整个气囊式浮动加载机构的加载力；而且，只需要在气囊式浮动加载机构其中一端设置气囊即可完成整个气囊式浮动加载机构减震缓冲；而且，气囊可增加加载小车的弹性，适应实验桥面的不平；
4）同轴（第二中心轴位于同一直线）的碾压轮的数量为2以上，即，碾压轮采用双排轮的设计，使得气囊式浮动加载机构对桥梁和路面的碾压情况更加接近于真实情况，使得实验数据更加真实；
5）加载轮的数量为2个以上，采用连杆和加载轮销轴铰接作为加载轮与加载主体的连接结构；这既简化了结构又减轻了自重，确保了加载轮与轨道浮动均力接触运行。
附图说明
图1是本发明具体实施方式公开的气囊式浮动加载机构的主视示意图；
图2是图1的A-A视图的示意图；
图3是图1的B-B视图的示意图；
图4是本发明具体实施方式公开的气囊式浮动加载机构的加载主体的示意图；
图5是发明具体实施方式公开的气囊式浮动加载机构的加载轮座箱的示意图；
图中，1、加载主体，101、上表面，102、下表面，2、气囊，201、气囊底板，3、加载轮，301、第一加载轮，302、第二加载轮，303、第一中心轴，4、加载轮箱座，401、第一加载轮箱座，402、第二加载轮箱座，5、加载轮销轴，6、连杆，7、轴销式传感器，8、碾压轮，801、第二中心轴，9、悬架轴，10、刚性悬架，11、碾压轮轴，12、气囊限位件，13、实验桥梁，14、驱动机构，15、水平轨道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图所示，气囊2式浮动加载机构包括：加载主体1、加载轮3、碾压轮8、气囊2和压力传感器；加载主体1包括上表面101、下表面102，加载主体1具有长度方向；加载轮3设置于上表面101；加载轮3包括第一中心轴303，加载轮3以第一中心轴303为轴转动；第一中心轴303与上表面101平行、与长度方向垂直；加载轮3包括第一加载轮301和第二加载轮302，第一加载轮301位于上表面101的左部，第二加载轮302位于上表面101的右部；碾压轮8设置于下表面102；碾压轮8包括第二中心轴801，碾压轮8以第二中心轴801为轴转动；第二中心轴801与第一中心轴303平行；气囊2设置于第一加载轮301和上表面101之间；压力传感器连接于第二加载轮302与上表面101之间。
加载轮3设置于加载主体1上表面101，碾压轮8设置于加载主体1下表面102；加载轮3与碾压轮8的运动方向一致；具体来说，加载轮3转动时，其水平切线沿加载主体1的长度方向；碾压轮8转动时，其水平切线沿加载主体1的长度方向；使用过程中，加载轮3与位于其上方的轨道接触、沿轨道运动，加载轮3沿轨道的运动方向与加载主体1的长度方向一致；碾压轮8与位于其下方的实验桥梁13接触、对实验桥梁13碾压、沿实验桥梁13运动，碾压轮8沿桥梁的运动方向与加载主体1的长度方向一致。加载主体1的作用在于安装加载轮3、碾压轮8、气囊2和压力传感器，可以设计为任意形状，具体的，可以设计为车体形状；此时，以加载轮3为车轮、以加载主体1为车体形成整车结构，同时，以碾压轮8为车轮、以加载主体1为车体形成整车结构；整个加载机构形成以双面车结构。
其中，加载轮3和碾压轮8均可以采用现有车轮结构；加载主体1可以采用现有的车体的主要结构，能实现加载轮3、碾压轮8、气囊2的安装及加载轮3和碾压轮8安装后能转动即可。通常情况下，加载主体1的上表面101具有安装位置，安装位置为凹陷结构；安装位置包括第一安装位置和第二安装位置，第一安装位置用于安装第一加载轮301，第二安装位置用于安装第二加载轮302；为了保证气囊2的安装，加载主体1采用不对称结构，第一安装位置的凹陷程度要大于第二位置的凹陷程度，可以的是，第一安装位置安装气囊2之后其上表面101与第二安装位置的上表面101持平。气囊2可以是近似扁平的长方体结构，其底面固定于加载主体1的上表面101的第一安装位置，其上面与第一加载轮301连接；气囊2可以通过连接部件与第一加载轮301连接，连接部件的一端与加载轮3连接、另一端与气囊2上面连接。气囊2的底面可以采用刚性结构，例如气囊底板201；气囊2底端通过气囊底板201密封并固定于第一安装位置。
加载轮3可以采用现有的实验加载车的车轮的材质即可。第一加载轮301或第二加载轮302的数量为2的倍数，第一加载轮301的第一中心轴位于同一直线，第二加载轮302的第一中心轴位于同一直线；对称地分布于上表面101的前侧与后侧。例如，两个第一加载轮301分别位于第一安装位置的前侧和后侧，对称分布；两个第二加载轮302分别位于第二安装位置的前侧和后侧，对称分布；或者，第一加载轮301的数量为4，第二加载轮302的数量为4；两个第一加载轮301位于第一安装位置的前侧、两个第一加载轮301位于第一安装位置的后侧，对称分布；两个第二加载轮302位于第二安装位置的前侧、两个第二加载轮302位于第二安装位置的后侧，对称分布；位于同侧的四个加载轮3位于同一长度方向，即位于同侧的四个加载轮3的第一中心轴303的端点的连线沿加载主体1的长度方向。
加载轮3设置于加载主体1可以采用以下方式实现：采用现有的连接结构将加载轮3连接于加载主体1的上表面101。具体的，可以采用括连杆6和加载轮销5轴作为连接结构；连杆6连接于位于同侧的第一加载轮301和第二加载轮302之间；加载轮销5轴连接于位于两侧的两个第一加载轮301之间。例如，连杆6连接于第一加载轮301轮毂和第二加载轮302轮毂之间，加载轮销5轴连接于两个第一加载轮301轮毂之间。还可以采用加载轮箱座4作为加载轮3的安装部件，加载轮箱座4包括第一加载轮箱座401和第一加载轮箱座402；第一加载轮箱座401设置于气囊2和第一加载轮301之间，第一加载轮箱座402设置于上表面101与第二加载轮302之间；第一加载轮箱座401用于安装第一加载轮301，第一加载轮箱座402用于安装第二加载轮302。在采用第一加载轮箱座401、第一加载轮箱座402的时候，位于同一安装位置、同侧的加载轮3安装于同一加载轮箱座4；连杆6连接于位于同侧的第一加载轮箱座401和第一加载轮箱座402之间。
碾压轮8可以采用现有的实验加载车的车轮的材质即可。碾压轮8的尺寸可以大于加载轮3的尺寸。碾压轮8的数量为2的倍数，左右分布，位于左边的碾压轮8靠近位于右边的碾压轮8；例如，碾压轮8的数量为2，两个碾压轮8位于同一长度方向，即两个碾压轮8的第二中心轴801的端点的连线沿加载主体1的长度方向。碾压轮8的数量还可以是4的倍数，左右平均分布，位于左边的碾压轮8靠近位于右边的碾压轮8，位于同一边的碾压轮8同轴，即位于同一边的碾压轮8的第二中心轴801位于同一直线；例如，碾压轮8的数量为4，左边两个、右边两个，位于同一边的碾压轮8同轴，位于左边的碾压轮8的第二中心轴801的端点与位于右边的碾压轮8的第二中心轴801的端点的连线沿加载主体1的长度方向。
碾压轮8设置于加载主体1可以采用以下方式实现：采用现有的连接结构将碾压轮8连接于加载主体1的下表面102。具体的，可以采用悬架和碾压轮轴11作为连接结构；悬架的左右两端连接位于左右两边的、位于同一长度方向的两个碾压轮8之间，悬架的上端连接于下表面102；碾压轮轴11连接位于同一边的、同轴的碾压轮8之间。具体的，悬架连接碾压轮8轮毂，碾压轮轴11连接碾压轮8轮毂。悬架的可以通过悬架轴9连接于下表面102，悬架轴9的一端连接悬架、另一端动连接于加载主体1下表面102。悬架轴9的另一端与加载主体1下表面102动连接是指悬架轴9能以连接位置为轴在竖直平面内转动，悬架轴9转动轨迹的水平切线沿加载主体1的长度方向；例如，悬架轴9的与加载主体1的下表面102铰接。悬架可以采用刚性悬架10。
压力传感器连接于第二加载轮302与上表面101之间。压力传感器可以采用轴销式传感器7，具体的，第一加载轮箱座402通过轴销式传感器7铰接在加载主体1上表面101。
气囊限位件12设置于第一加载轮301和气囊2之间，以限制第一加载轮301对气囊2的加载力。
本发明的气囊2式浮动加载机构（以下简称加载机构），作为桥梁耐久性轮荷实验装置（以下简称实验装置）的加载机构使用。实验装置还包括支撑机构、安装机构、飞轮、第二轨道、驱动机构14、第一动力机构、第二动力机构、第一轨道；支撑机构具有实验空间，实验空间具有长度方向，实验空间位于长度方向的两端开放；安装机构设置于实验空间内与支撑机构连接；飞轮竖直设置于安装机构上方、与安装机构连接，飞轮所在的竖直平面与实验空间的长度方向平行；第二轨道设置于安装机构底面，第二轨道的运动方向与实验空间的长度方向一致；加载机构设置于第二轨道下方、沿第二轨道往返运动；驱动机构14的一端与飞轮动连接、另一端与加载机构动连接；第二动力机构与飞轮连接，为飞轮提供动力；第一轨道竖向设置于内侧面，第一轨道的运动方向为上下；第一动力机构与安装机构连接、为安装机构提供动力、使安装机构沿第一轨道上下运动。具体的，加载机构的第二加载轮302或第一加载轮箱座402与下连杆的另一端动连接；例如，下连杆的另一端铰接于第二加载轮302轮毂或第一加载轮箱座402的中间位置。加载轮3沿第二轨道往返运动，碾压轮8对实验桥梁13进行碾压。
使用时，加载机构通过驱动机构14与实验装置的飞轮连接，加载轮3与实验装置的水平轨道15接触，碾压轮8与水平放置在实验装置内的实验桥梁13接触。实验装置通过其他机构带动飞轮和驱动机构14向下运动，对加载机构施加加载力，通过加载机构的压力传感器监测加载力的大小，通过气囊限位件12限制实验装置对加载机构的加载力。飞轮转动从而带动驱动机构14水平往返运动，加载机构在驱动机构14的驱动下水平往返运动、加载轮3沿水平轨道15水平往返运动、载有加载力的碾压轮8对实验桥梁13往返碾压。
实施例1
气囊2上端密封固定在第一加载轮箱座401底部，第一加载轮箱座401的左右两端各由两个销轴经轴承支撑着四个第一加载轮301，气囊2下端与气囊底板201密封固定并坐在加载主体1上。第一加载轮箱座402的左右两端也各由两个销轴经轴承支撑着两个第二加载轮302，第一加载轮箱座402通过轴销式传感器7铰接在加载主体1上表面101；加载主体1的桥面反力一端经碾压轮8、悬架、加载主体1、气囊底板201、气囊2、第一加载轮箱座401、销轴、轴承、第一加载轮301施加在轨道上，另一端经碾压轮8、悬架、车架、轴销式传感器7、第一加载轮箱座402、销轴、轴承、第二加载轮302施加在轨道上；加载机构可在轨道和桥面之间浮动往复运行，进行实验桥梁13和路面材料与结构耐久性轮荷实验。
本发明中，其中，“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”以图1视图为例。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.气囊式浮动加载机构，其特征在于，包括：
加载主体，所述加载主体包括上表面、下表面，所述加载主体具有长度方向；
加载轮，所述加载轮设置于上表面；所述加载轮包括第一中心轴，所述第一中心轴与上表面平行、与长度方向垂直，加载轮以第一中心轴为轴转动；所述加载轮包括第一加载轮和第二加载轮，第一加载轮位于上表面的左部，第二加载轮位于上表面的右部；
碾压轮，所述碾压轮设置于下表面；所述碾压轮包括第二中心轴，所述第二中心轴与第一中心轴平行，碾压轮以第二中心轴为轴转动；
气囊，所述气囊设置于第一加载轮和上表面之间；以及，
压力传感器，所述压力传感器连接于第二加载轮与上表面之间。
2.根据权利要求1所述的加载机构，其特征在于，还包括悬架和悬架轴，所述碾压轮的数量为2的倍数，左右分布；所述悬架连接于左右两边的碾压轮之间；悬架轴的一端与悬架连接、另一端与下表面动连接。
3.根据权利要求2所述的加载机构，其特征在于，悬架轴的与下表面铰接，悬架轴转动轨迹的水平切线沿加载主体的长度方向。
4.根据权利要求2所述的加载机构，其特征在于，所述碾压轮的数量为4的倍数，左右平均分布，位于同一边的碾压轮的第二中心轴位于同一直线。
5.根据权利要求4所述的加载机构，其特征在于，还包括碾压轮轴；所述碾压轮轴连接位于同一边的碾压轮之间。
6.根据权利要求1所述的加载机构，其特征在于，还包括气囊限位件；所述气囊限位件设置于第一加载轮和气囊之间，以限制第一加载轮对气囊的加载力。
7.根据权利要求1所述的加载机构，其特征在于，所述第一加载轮或第二加载轮的数量为2的倍数，第一加载轮的第一中心轴位于同一直线，第二加载轮的第一中心轴位于同一直线。
8.根据权利要求7所述的加载机构，其特征在于，还包括连杆；所述连杆连接于位于同侧的第一加载轮和第二加载轮之间。
9.根据权利要求1所述的加载机构，其特征在于，还包括加载轮销轴，所述加载轮销轴连接于位于两侧的两个第一加载轮之间。
10.根据权利要求1所述的加载机构，其特征在于，还包括第一加载轮箱座和第二加载轮箱座，所述第一加载轮箱座设置于气囊和第一加载轮之间；第二加载轮箱座设置于上表面与第二加载轮之间；所述连杆连接于位于同侧的第一加载轮箱座和第二加载轮箱座之间。
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