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CN106525619B - 轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统 - Google Patents

轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，包括反力地基、组合式承载框架、被测试样、加载小车，所述被测试样固定于所述反力地基上，所述反力地基和所述组合式承载框架相互固定，所述加载小车放置于所述被测试样上，所述组合式承载框架上设置有水平横梁，所述加载小车顶部连接于所述水平横梁上并且所述加载小车可相对所述水平横梁左右移动，所述水平横梁上还设置有伺服电机，所述伺服电机通过曲柄滑块机构带动加载小车左右移动，加载小车上的电液伺服作动器可控制加载小车的滚轮在垂直方向上上下移动。本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，可以进行全尺寸桥梁与路面疲劳试验，确保桥梁与道路安全。

Description

轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统
技术领域
本发明涉及一种测试装置，特别是涉及一种全尺寸钢结构桥梁试样或路面试样的疲劳性能试验系统。
背景技术
在国民经济粗放型发展时期，道路、桥梁结构的设计以类比法为主，无论是设计的精准性还是合理性都不是考虑的重点。这样的设计方法在主要是用常规材料和常规结构的设计中，经验类比法尽管会有较大的设计误差，但因为有前人的经验和比较发达的计算机模拟计算技术，最终的结果还是可以接受的。
进入二十一世纪以来，国家现代化建设飞速发展，各种新结构、新材料层出不穷，产品和工程大型化、整体化和复杂化的发展方向以及资源短缺引发的各类矛盾，使类比设计遇到了越来越大的挑战，新结构和新材料的应用导致没有类似的可以借鉴的成功经验，超大规模的工程设计的风险性和节约资源减少成本的总体要求也对大型工程在设计阶段的试验验证变得更为重要和必不可少。在设计和使用过程中必须考虑的结构在复杂外界条件下的疲劳寿命等关键技术指标，类比法因为没有可供参考的项目而无法实施，单纯的基于有限元分析的工程设计的可靠性问题也日益突出。
由于应用标准材料试样或小尺寸大比例模型推定很难获得整体结构性能的完整可靠的数据，为了满足客观存在的上述要求，现代结构试验必须完成由过去的单个构件试验向整体结构试验和足尺寸试验的转化。而对于复合材料组成的结构，甚至用计算机进行多参数分析也很难推定，为确保安全必须进行接近实际结构或全尺寸试验。同时，科学技术的发展特别是计算机技术、电子技术、自动控制技术和液压伺服技术的飞速发展为结构试验和监测技术的发展提供了坚实的基础，为各种复杂结构的设计、试验和监测提供了有力的保障，促进了结构设计理论的发展。因此，世界上各国都在致力于足尺桥梁与路面疲劳试验仪器的开发研究。
本发明基于电液伺服定点疲劳加载和伺服电机无级高精度调速控制技术，设计了由伺服电机驱动的回转式偏心轮加曲柄连杆往复运动系统和带有电液伺服载荷控制的轮式加载系统组成的轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，主要用于大型桥梁和路面的足尺试样的轮式载荷疲劳性能试验。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，以解决上述现有技术存在的问题，其可以进行全尺寸桥梁与路面疲劳试验，确保桥梁与道路安全。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，包括反力地基、组合式承载框架、被测试样、加载小车，所述被测试样固定于所述反力地基上，所述反力地基和所述组合式承载框架相互固定，所述加载小车放置于所述被测试样上，所述组合式承载框架上设置有水平横梁，所述加载小车顶部连接于所述水平横梁上并且所述加载小车可相对所述水平横梁左右移动，所述水平横梁上还设置有伺服电机，所述伺服电机与所述加载小车之间设置曲柄滑块机构，所述伺服电机通过所述曲柄滑块机构带动所述加载小车左右移动，所述加载小车上设置有电液伺服作动器，所述电液伺服作动器连接所述加载小车的滚轮，所述滚轮可在垂直方向上上下移动。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述水平横梁可沿所述组合式承载框架在垂直方向上上下移动。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述组合式承载框架上安装有若干个同步动作的驱动油缸，所述水平横梁固定于各所述驱动油缸的活塞杆上。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述加载小车上设置有直线滚动导向机构。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述加载小车还包括安装架及滚轮支架，所述滚轮可拆卸安装于所述滚轮支架上，所述电液伺服作动器设置于所述安装架上，所述滚轮支架上端固定于所述电液伺服作动器的活塞杆上。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述滚轮支架左右两侧分别设置一对滑块，所述安装架上固定有一对沿垂直方向设置的导轨，所述滑块可沿其所对应的所述导轨上下滑动，所述滑块及导轨构成所述直线滚动导向机构。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述电液伺服作动器上安装有负荷传感器及位移传感器。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述水平横梁底部固定有横梁导轨，所述横梁导轨由耐磨材料制成，所述加载小车的安装架顶部设置有一对承载轮及一对导向轮，所述承载轮的轴线和所述导向轮的轴线相互垂直，所述承载轮抵靠在所述横梁导轨底部，所述导向轮抵靠在所述横梁导轨侧壁。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，还包括控制器，所述控制器连接所述伺服电机及所述电液伺服作动器。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其中，所述控制器为POP-MF控制器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：由于本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统的伺服电机可通过曲柄滑块机构带动加载小车左右往复移动，同时加载小车上设置的电液伺服作动器可控制加载小车根据需要向被测试样施加载荷，因此加载小车可准确模拟车辆施加在桥梁或路面上的载荷，从而进行全尺寸桥梁与路面疲劳试验，确保桥梁与道路安全，本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统的研制和发展，对国家现代化建设过程中的关键基础设施如：大跨度桥梁、高速公路等的设计检验、优化、验证具有重要意义。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统的立体结构图；
图2为本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统的主视结构示意图；
图3为本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统中加载小车的立体结构图；
图4为本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统中加载小车的剖面图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，如图1、2所示，包括反力地基11、组合式承载框架12、被测试样13、加载小车14，被测试样13为路面或桥梁试样，被测试样13固定于反力地基11上，反力地基11和组合式承载框架12通过多个预应力螺杆相互固定连接，以消除反力地基11和组合式承载框架12之间的间隙，加载小车14放置于被测试样13上，组合式承载框架12上设置有水平横梁121，加载小车14顶部连接于水平横梁121上，水平横梁121上还设置有伺服电机，伺服电机连接有减速器，减速器的输出端连接有曲柄滑块机构15的曲柄轴，曲柄滑块机构15的连杆铰接于加载小车14上，伺服电机通过曲柄滑块机构15带动加载小车14沿水平横梁121左右往复移动，加载小车14上设置有电液伺服作动器16，在电液伺服作动器16的作用下，加载小车14上的滚轮141对被测试样13施加轮式载荷。
如图1所示，组成组合式承载框架12的立柱上安装有多个同步动作的驱动油缸122，水平横梁121固定于各驱动油缸122的活塞杆上，在各驱动油缸122的同步驱动作用下，水平横梁121可沿组合式承载框架12在垂直方向上上下移动，从而调整试验空间的高度。
如图3、4所示，加载小车14包括安装架142、滚轮141、滚轮支架145，滚轮141安装于滚轮支架145上，并且滚轮141可拆卸更换，可根据实际试验需要安装单轴单轮、单轴双轮或双轴双轮等加载辅具完成试验加载，电液伺服作动器16设置于安装架142上，滚轮支架145上端固定于电液伺服作动器16的活塞杆161上，滚轮支架145左右两侧分别设置一对滑块146，加载小车14的安装架142左右两侧分别焊接有一沿垂直方向设置的导轨147，在电液伺服作动器16的活塞的作用下滚轮支架145可通过滑块146沿导轨147上下滑动，以对被测试样13施加载荷，滑块146、导轨147形成直线滚动导向机构，直线滚动导向机构可防止加载小车14沿被测试样13往复运动时的摩擦力传递到活塞杆161上从而影响加载精度。电液伺服作动器16的活塞杆161端部安装有负荷传感器，用于测量模拟的轮式载荷，电液伺服作动器16内部安装有位移传感器用于测量电液伺服作动器16的位移和路面的相对变形。
如图1、2所示，水平横梁121底部焊接固定有横梁导轨123，横梁导轨123由经淬火处理的耐磨材料制成，由于横梁导轨123的设置，可延长水平横梁121的使用寿命，加载小车14的安装架142顶部设置有一对承载轮143及一对导向轮144，承载轮143的轴线和导向轮144的轴线相垂直，在电液伺服作动器16的作用下，加载小车14的滚轮141向被测试样13施加载荷时，在被测试样13的反作用力作用下，承载轮143抵靠在横梁导轨123底部，导向轮144抵靠在横梁导轨123侧壁，由于承载轮143、导向轮144的作用，加载小车14在往复移动过程中不会偏离轨道。
本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统还包括控制器，控制器采用POP-MF控制器，POP-MF控制器主要用于控制加载小车14的输出载荷和往复运动速度，POP-MF控制器连接伺服电机及电液伺服作动器16，POP-MF控制器可以闭环控制伺服电机的启停，并通过精确控制伺服电机的转速以控制移动式加载小车的往复移动速度，同时控制器通过控制电液伺服作动器16调整加载小车14施加在被测试样13上的载荷，电液伺服作动器16可以控制加载载荷恒定或按照正弦波、路面载荷谱的方式加载，并且电液伺服作动器16控制加载可以使得载荷不会受到试样表面不平的影响。
采用本发明轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统进行试验的过程中，控制器控制伺服电机通过曲柄滑块机构15带动加载小车14在被测试样13上往复移动，同时在电液伺服作动器16的作用下加载小车14的滚轮141向被测试样13施加载荷，在此过程中，电液伺服作动器16内部的位移传感器测量电液伺服作动器16的位移和路面的相对变形。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其特征在于：包括反力地基(11)、组合式承载框架(12)、被测试样(13)、加载小车(14)，所述被测试样(13)固定于所述反力地基(11)上，所述反力地基(11)和所述组合式承载框架(12)相互固定，所述加载小车(14)放置于所述被测试样(13)上，所述组合式承载框架(12)上设置有水平横梁(121)，所述加载小车(14)顶部连接于所述水平横梁(121)上并且所述加载小车(14)可相对所述水平横梁(121)左右移动，所述水平横梁(121)上还设置有伺服电机，所述伺服电机与所述加载小车(14)之间设置曲柄滑块机构(15)，所述伺服电机通过所述曲柄滑块机构(15)带动所述加载小车(14)左右移动，所述加载小车(14)上设置有电液伺服作动器(16)，所述电液伺服作动器(16)连接所述加载小车(14)的滚轮(141)，所述滚轮(141)可在垂直方向上上下移动；所述加载小车(14)上设置有直线滚动导向机构；所述加载小车(14)还包括安装架(142)及滚轮支架(145)，所述滚轮(141)可拆卸安装于所述滚轮支架(145)上，所述电液伺服作动器(16)设置于所述安装架(142)上，所述滚轮支架(145)上端固定于所述电液伺服作动器(16)的活塞杆(161)上；所述滚轮支架(145)左右两侧分别设置一对滑块(146)，所述安装架(142)上固定有一组沿垂直方向设置的导轨(147)，所述滑块(146)可沿其所对应的所述导轨(147)上下滑动，所述滑块(146)及导轨(147)构成所述直线滚动导向机构。
2.根据权利要求1所述的轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其特征在于：所述水平横梁(121)可沿所述组合式承载框架(12)在垂直方向上上下移动。
3.根据权利要求2所述的轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其特征在于：所述组合式承载框架(12)上安装有若干个同步动作的驱动油缸(122)，所述水平横梁(121)固定于各所述驱动油缸(122)的活塞杆上。
4.根据权利要求1所述的轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其特征在于：所述电液伺服作动器(16)上安装有负荷传感器及位移传感器。
5.根据权利要求1所述的轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其特征在于：所述水平横梁(121)底部固定有横梁导轨(123)，所述横梁导轨(123)由耐磨材料制成，所述加载小车(14)的安装架(142)顶部设置有一对承载轮(143)及一对导向轮(144)，所述承载轮(143)的轴线和所述导向轮(144)的轴线相垂直，所述承载轮(143)抵靠在所述横梁导轨(123)底部，所述导向轮(144)抵靠在所述横梁导轨(123)侧壁。
6.根据权利要求1所述的轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其特征在于：还包括控制器，所述控制器连接所述伺服电机及所述电液伺服作动器。
7.根据权利要求6所述的轮式载荷桥梁与路面疲劳试验系统，其特征在于：所述控制器为POP-MF控制器。
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