CN220772403U - 一种测力组件及远程测力智能支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测力组件及远程测力智能支座，远程测力智能支座包括支座本体、测力弹性体、测力钢凹盆以及至少一个的测力组件。测力组件主要包括测力组件安装座、滑动销轴、弹性器件、反力座和微位移传感器，微位移传感器的测量头与滑动销轴的一端端面抵接。采用本实用新型公开的一种测力组件及远程测力智能支座，能够有效解决现有测力支座测力精度不高、更换难度大、成本高、标定复杂等技术问题。

Description

一种测力组件及远程测力智能支座

技术领域

本实用新型涉及桥梁结构监测设备技术领域，具体涉及一种测力组件及远程测力智能支座。

背景技术

桥梁在建造施工或者运营过程中，可能出现各种意想不到的结构损坏。倘若没有及时发现和维修这些结构损坏，将会影响桥梁的使用寿命和行车安全，严重的甚至会导致桥梁垮塌，给人们的生命财产和安全造成巨大的损失和威胁。因此，对桥梁健康状况进行实时监测是非常有必要的。

桥梁支座是连接桥梁上下部结构的重要构件，通过监测支座受力状况来分析桥梁结构内力分布状态是一种有效的桥梁健康监测手段。

目前，部分科研院所和生产厂商已经开发出多种不同的测力支座，并已经在桥梁上成功应用。当前，工程市场上的测力支座基于测力方式的不同，主要分为以下三个大类：

1、请参见中国专利CN116537047A，采用在测力支座上增设光纤光栅传感器，通过测量测力支座受力产生的微应变来进行支座的测力。优点是测力结构简单方便、易更换；缺点是需要配置光纤解调仪，价格高昂，并且测力支座受力微应变很小，影响因素多，导致存在测力精度不高、标定困难等问题。

2、请参见中国专利CN 116481787A，采用在支座的上顶板或者下座板直接增设称重传感器进行支座测力，又或者在支座的中间受力部件件增设微型的压力或者称重传感器进行支座测力；优点是该类型的测力支座均能有效地检测支座的竖向承载力，测力精度较高；缺点是测力支座加工复杂，传感器尺寸较大，不便于安装，不利于维护和更换，并且由于长时间的受力容易导致上述传感器失灵或损坏，在更换上述测力传感器时较为麻烦，有的甚至需要更换整个支座，维护成本居高不下，而且，称重传感器的测量精度还会受温度的影响。

3、请参见中国专利CN218405029U，采用楔形块的结构形式，先通过增设一对楔形块，并设置拉压传感器测量楔形块受到的水平力，再通过数学公式反算支座的竖向载荷。优点是该方式将较大的竖向载荷通过楔形块转换成较小的水平载荷，方便选取较小量程的传感器进行测量，传感器更换简单、方便；缺点是楔形块加工精度不易保证，支座整体高度大幅增加导致制造成本昂贵，而且测量精度取决于系统摩擦系数的测定，而摩擦系数的测定又非常困难，测量误差大，从而导致支座测力系统精度低。

解决以上问题成为当务之急。

实用新型内容

为解决现有测力支座测力精度不高、更换难度大、成本高、标定复杂等技术问题，本实用新型提供了一种测力组件及远程测力智能支座。

其技术方案如下：

一种测力组件，其要点在于，包括测力组件安装座，该测力组件安装座包括座体和设置在座体上的衬套，所述座体和衬套具有轴向贯穿的通孔，其特征在于：所述通孔中安装有弹性器件和能够沿通孔轴向滑动的滑动销轴，所述座体远离衬套的一端安装有反力座，所述弹性器件弹性地支撑在滑动销轴靠近座体一端端面和反力座之间，以使滑动销轴具有朝远离座体方向滑动的趋势，所述反力座上安装有微位移传感器，该微位移传感器的测量头与滑动销轴靠近座体的一端端面抵接。

一种远程测力智能支座，其要点在于：包括支座本体、测力弹性体、测力钢凹盆以及至少一个上述的测力组件，所述测力弹性体具有弹性，所述测力钢凹盆的上部具有与测力弹性体相适配的安装环槽，所述支座本体的下部具有与安装环槽相适配的支座安装座，该支座安装座将测力弹性体压在安装环槽的底部，并使测力弹性体的外周面与安装环槽的槽壁抵接，沿安装环槽的周向分布有分别与对应衬套相适配的测力组件安装通孔，各测力组件安装通孔均沿安装环槽的径向延伸，各衬套分别嵌入对应的测力组件安装通孔中，且各滑动销轴远离座体的一端端面均与测力弹性体的外周面抵接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、远程测力智能支座能够通过调整支座安装座与测力弹性体的接触受力面积，来调整测力弹性体的压应力，从而可以应用于不同吨位的远程测力智能支座，提高了远程测力智能支座的应用范围广；

2、由于测力组件安装在安装环槽的外周面上，安装、维护及更换非常方便，同时可以通过设置多个测力构组件的方式，提高测力精度，并且使各测力组件之间可以相互标定，进一步提升了测力精度；

3、测力弹性体在通孔中被反复地挤压膨胀和收缩复位的过程，容易产生残余位移，因而通过巧妙地设置弹性器件，使滑动销轴始终具有复位的趋势，从而有效消除测力弹性体的侧向膨胀残余位移，进而提高测力弹性体的耐久性，保证了测力精度；

4、各个测力弹性体的尺寸均按照最大许用压应力来进行设计，使各个测力弹性体的应力区间均相同，因此只需要按应力进行标定，使标定出测力弹性体压应力与微位移传感器位移值的关系一一对应即可，大幅降低了标定难度，简单方便。

附图说明

图1为远程测力智能支座的结构示意图；

图2为测力弹性体和测力钢凹盆的配合关系示意图；

图3为测力钢凹盆的结构示意图；

图4为测力组件的结构示意图；

图5为测力组件安装座的结构示意图；

图6为反力座的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和图4所示，一种远程测力智能支座，包括支座本体1、测力弹性体2、测力钢凹盆3以及至少一个的测力组件。

请参见图4-图6，测力组件主要包括测力组件安装座41、滑动销轴42、弹性器件43、反力座44和微位移传感器45。

其中，测力组件安装座41包括座体411和设置在座体411上的衬套412，本实施例中，座体411和衬套412相互靠近的一端抵接，并且，座体411和衬套412具有轴向贯穿的通孔413，滑动销轴42、弹性器件43和微位移传感器45均安装在通孔413中，反力座44安装在座体411远离衬套412的一端。滑动销轴42能够沿通孔413轴向滑动，弹性器件43弹性地支撑在滑动销轴42靠近座体411一端端面和反力座44之间，以使滑动销轴42具有朝远离座体411方向滑动的趋势，微位移传感器45安装在反力座44插入通孔413的一端，微位移传感器45的测量头与滑动销轴42靠近座体411的一端端面抵接。

因此，测力组件不仅零部件少，结构简单可靠，易于维护，而且微位移传感器45的测量头能够精确识别和测量滑动销轴42的精确位移，同时，测力弹性体2在通孔中被反复地挤压膨胀和收缩复位的过程，容易产生残余位移，因而通过巧妙地设置弹性器件43，使滑动销轴42始终具有复位的趋势，从而有效消除测力弹性体2的侧向膨胀残余位移，进而提高测力弹性体2的耐久性，保证了测力精度。

请参见图4，弹性器件43包括复位压簧431和挡圈432，挡圈432位于复位压簧431和滑动销轴42靠近座体411的一端端面之间，复位压簧431弹性地支撑在反力座44和挡圈432之间，以使挡圈432具有朝远离座体411方向推动滑动销轴42的趋势。弹性器件43由复位压簧431和挡圈432两个元件组成，其中，挡圈432与滑动销轴42接触，复位压簧431提供弹力，挡圈432与通孔413相适配，能够沿通孔413轴向滑动，保证了弹性器件43与滑动销轴42配合的可靠性，使滑动销轴42始终具有复位的趋势。

并且，挡圈432由于为环状结构，使微位移传感器45的测量头能够从中间穿过，避免发生干涉问题。

请参见图4和图6，反力座44包括同轴依次设置的端盖部441、弹簧支撑部442和弹簧引导部443，本实施例中，端盖部441、弹簧支撑部442和弹簧引导部443一体成型，结构强度高。

端盖部441、弹簧支撑部442和弹簧引导部443外径依次减小，端盖部441盖合在座体411远离衬套412的一端，弹簧支撑部442嵌入通孔413中，且弹簧支撑部442的外周面与通孔413的内壁贴合，复位压簧431套设在弹簧引导部443上，且复位压簧431远离挡圈432的一端弹性地支撑在弹簧支撑部442靠近弹簧引导部443的一端端面，微位移传感器45安装在弹簧引导部443远离弹簧支撑部442的一端端面，不仅保证了反力座44的可靠安装，而且保证了复位压簧431的可靠安装，还保证了微位移传感器45的可靠安装。

并且，弹簧引导部443远离弹簧支撑部442的一端端面凹陷形成有与微位移传感器45相适配的传感器安装凹槽443a，微位移传感器45嵌装在传感器安装凹槽443a中，保证了微位移传感器45安装的可靠性。

同时，端盖部441通过多颗沿周向均匀布置的锚固螺栓46锁定在座体411上，进一步提升了端盖部441与座体411连接的可靠性，同时密封性能好。

需要指出的是，衬套412和滑动销轴42可以采用常用的金属材料加工制作如：钢、铜等，也可以采用特殊的非金属材料制作如：PTFE、尼龙、陶瓷等。

请参见图1-图3，测力弹性体2具有弹性，测力钢凹盆3的上部具有与测力弹性体2相适配的安装环槽31，具体地说，测力钢凹盆3具有凹盆底座，安装环槽31一体成型在凹盆底座的上表面，凹盆底座的四角处均开设有螺栓孔32，以便于测力钢凹盆3的可靠安装。

支座本体1的下部具有与安装环槽31相适配的支座安装座11，支座安装座11将测力弹性体2压在安装环槽31的底部，并使测力弹性体2的外周面与安装环槽31的槽壁抵接，沿安装环槽31的周向分布有分别与对应衬套412相适配的测力组件安装通孔311，各测力组件安装通孔311均沿安装环槽31的径向延伸，各衬套412分别嵌入对应的测力组件安装通孔311中，且各滑动销轴42远离座体411的一端端面均与测力弹性体2的外周面抵接。

测力弹性体2被支座安装座11密封在安装环槽31中，当支座本体1受到桥梁上部荷载时，测力弹性体2受到挤压，由于测力弹性体2采用橡胶类材料，其泊松比接近0.5，属于不可压缩材料，因此测力弹性体2将侧向膨胀。滑动销轴42与测力弹性体2抵触，当测力弹性体2侧面膨胀时将挤压滑动销轴42，使滑动销轴42产生轴向位移，滑动销轴42又将挤压与之相接触的微位移传感器45，从而将位移递给微位移传感器45。

本实施例中，各微位移传感器45均集成有模拟量数据转换模块和无线数据传输模块，微位移传感器45通过其内部集成的模拟量数据转换模块将模拟量电信号转换成数字信号，然后通过其内部集成的无线数据传输模块将数字信号传递到数据传输装置5，然后数据传输装置5通过物联网技术将数字信号无线传输到远程数据服务器6，远程数据服务器6上的软件对数字信号进行特定的处理，最终获取支座本体1的实时载荷值。

因此，远程测力智能支座可以实现数据的采集、转换以及无线传输，实现了多功能的集成化，精度高。

标定原理：

测力弹性体2的设计许用压应力应符合国家或者行业标准，假设测力弹性体2的最大许用压应力σ，测力弹性体的压应力σ＝P(支座的竖向载荷)/A(测力弹性体的面积)，其中，P为支座本体1的竖向载荷，A为测力弹性体2的受力面积。对于不同载荷的支座本体1，都可以调整测力弹性体2的受力面积A来调整测力弹性体的压应力σ，促使σ处于相同的区间，考虑经济性，测力弹性体的尺寸均按照最大许用压应力σ来进行设计。采用试验机对测力弹性体进行连续加载，加载区间为0-1.5σ；标定出测力弹性体压应力σ与微位移传感器位移值S的一一对应关系。

请参见图1，测力组件优选设有多个，各测力组件的衬套412沿周向均匀分布在安装环槽31上。通过设置多个测力构组件的方式，提高测力精度，并且使各测力组件之间可以相互标定，进一步提升了测力精度。

进一步地，座体411靠近衬套412一端的外周面上沿径向凸出形成有呈法兰结构的座体安装部411a，各座体安装部411a分别通过多颗连接螺栓47安装在安装环槽31的外周面上，保证了测力组件安装的可靠性，从而确保了测力精度。

进一步地，支座本体1可以是球形支座、盆式橡胶支座、摩擦摆支座、转体支座、拉索支座等其他类型支座。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测力组件，包括测力组件安装座(41)，该测力组件安装座(41)包括座体(411)和设置在座体(411)上的衬套(412)，所述座体(411)和衬套(412)具有轴向贯穿的通孔(413)，其特征在于：所述通孔(413)中安装有弹性器件(43)和能够沿通孔(413)轴向滑动的滑动销轴(42)，所述座体(411)远离衬套(412)的一端安装有反力座(44)，所述弹性器件(43)弹性地支撑在滑动销轴(42)靠近座体(411)一端端面和反力座(44)之间，以使滑动销轴(42)具有朝远离座体(411)方向滑动的趋势，所述反力座(44)上安装有微位移传感器(45)，该微位移传感器(45)的测量头与滑动销轴(42)靠近座体(411)的一端端面抵接。

2.根据权利要求1所述的一种测力组件，其特征在于：所述弹性器件(43)包括复位压簧(431)和挡圈(432)，所述挡圈(432)位于复位压簧(431)和滑动销轴(42)靠近座体(411)的一端端面之间，所述复位压簧(431)弹性地支撑在反力座(44)和挡圈(432)之间，以使挡圈(432)具有朝远离座体(411)方向推动滑动销轴(42)的趋势。

3.根据权利要求2所述的一种测力组件，其特征在于：所述反力座(44)包括同轴依次设置的端盖部(441)、弹簧支撑部(442)和弹簧引导部(443)，所述端盖部(441)、弹簧支撑部(442)和弹簧引导部(443)外径依次减小，所述端盖部(441)盖合在座体(411)远离衬套(412)的一端，所述弹簧支撑部(442)嵌入通孔(413)中，且弹簧支撑部(442)的外周面与通孔(413)的内壁贴合，所述复位压簧(431)套设在弹簧引导部(443)上，且复位压簧(431)远离挡圈(432)的一端弹性地支撑在弹簧支撑部(442)靠近弹簧引导部(443)的一端端面，所述微位移传感器(45)安装在弹簧引导部(443)远离弹簧支撑部(442)的一端端面。

4.根据权利要求3所述的一种测力组件，其特征在于：所述弹簧引导部(443)远离弹簧支撑部(442)的一端端面凹陷形成有与微位移传感器(45)相适配的传感器安装凹槽(443a)，所述微位移传感器(45)嵌装在传感器安装凹槽(443a)中。

5.根据权利要求3所述的一种测力组件，其特征在于：所述端盖部(441)通过多颗沿周向均匀布置的锚固螺栓(46)锁定在座体(411)上。

6.一种远程测力智能支座，其特征在于：包括支座本体(1)、测力弹性体(2)、测力钢凹盆(3)以及至少一个权利要求1-5中任一项所述的测力组件，所述测力弹性体(2)具有弹性，所述测力钢凹盆(3)的上部具有与测力弹性体(2)相适配的安装环槽(31)，所述支座本体(1)的下部具有与安装环槽(31)相适配的支座安装座(11)，该支座安装座(11)将测力弹性体(2)压在安装环槽(31)的底部，并使测力弹性体(2)的外周面与安装环槽(31)的槽壁抵接，沿安装环槽(31)的周向分布有分别与对应衬套(412)相适配的测力组件安装通孔(311)，各测力组件安装通孔(311)均沿安装环槽(31)的径向延伸，各衬套(412)分别嵌入对应的测力组件安装通孔(311)中，且各滑动销轴(42)远离座体(411)的一端端面均与测力弹性体(2)的外周面抵接。

7.根据权利要求6所述的远程测力智能支座，其特征在于：所述测力组件共有多个，各测力组件的衬套(412)沿周向均匀分布在安装环槽(31)上。

8.根据权利要求6所述的远程测力智能支座，其特征在于：所述座体(411)靠近衬套(412)一端的外周面上沿径向凸出形成有呈法兰结构的座体安装部(411a)，各座体安装部(411a)分别通过多颗连接螺栓(47)安装在安装环槽(31)的外周面上。

9.根据权利要求6所述的远程测力智能支座，其特征在于：各微位移传感器(45)均集成有模拟量数据转换模块和无线数据传输模块，从而使各微位移传感器(45)测得的数据经模拟量数据转换模块转换为数字信号后，先通过无线数据传输模块传输给数据传输装置(5)，再通过数据传输装置(5)传输给远程数据服务器(6)。