一種三維空間變角度加載裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維空間變角度加載裝置，包括實(shí)驗(yàn)試件、采集系統(tǒng)、地面連接工裝系統(tǒng)以及通過鋼絲繩a連接的傳感器系統(tǒng)、滑輪系統(tǒng)和加載系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)試件包括試件a、試件b和試件c，地面連接工裝系統(tǒng)包括若干個相互平行的地槽，地槽上連接有地梁a和地梁b，滑輪系統(tǒng)包括滑輪a、滑輪b、滑輪c和滑輪d，加載系統(tǒng)包括連接在反力墻上的MTS作動器，傳感器系統(tǒng)包括力傳感器，采集系統(tǒng)為TDS602數(shù)據(jù)采集儀。一種三維空間變角度加載裝置改變了以往空間加載角度準(zhǔn)確性及加載裝置適應(yīng)性差的問題，本裝置適用與空間任意角度加載，各部件可拆卸，地面組裝方便簡捷，試件端部設(shè)置有力傳感器，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，精度高。
【專利說明】一種三維空間變角度加載裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種三維空間加載裝置，具體涉及一種三維空間變角度加載裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)輸電、變電行業(yè)中，架空輸電塔架或變電構(gòu)架主要由塔架及掛線梁組成，早期的掛線梁采用角鋼組合桁架較多，但由于鋼材良好的導(dǎo)電性，由雷擊和污閃引起的線路跳閘故障在每年的架空輸電線路總的跳閘故障中占了 60%以上，長期以來極大地困擾和影響了電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，對于我國南方沿海雷電活動強(qiáng)烈和大氣污穢(鹽污)嚴(yán)重的地區(qū)，則更為嚴(yán)重。近年來，由于FRP復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、絕緣性能好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可提高輸電線路桿塔的防雷、防污等電氣性能并降低運(yùn)行維護(hù)成本，在塔架結(jié)構(gòu)掛線梁中應(yīng)用越來越多。
[0003]不論是采用角鋼或FRP復(fù)合材料構(gòu)成的掛線梁，掛線點(diǎn)位置由于導(dǎo)線張力、覆冰、設(shè)備及風(fēng)荷載作用，長期處于三向受力狀態(tài)，受當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候變化影響，結(jié)構(gòu)極端工況較多，受力復(fù)雜。為揭示掛線梁處結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、變形及破壞模式，常需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，明確結(jié)構(gòu)的實(shí)際力學(xué)表現(xiàn)。
[0004]一般做法是對三維空間受力的構(gòu)件設(shè)計(jì)專用的加載裝置，采用X、Y、Z三向同時加載或者按其合力方向加載，但這類裝置基本都需要空間安裝，空間加載角度準(zhǔn)確性及加載裝置適應(yīng)性差，試驗(yàn)誤差較大，現(xiàn)場組裝麻煩，連接工裝多為一次性的，具有很大局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種三維空間變角度加載裝置，解決了現(xiàn)有加載裝置空間加載角度準(zhǔn)確性差的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種三維空間變角度加載裝置，包括實(shí)驗(yàn)試件、采集系統(tǒng)、地面連接工裝系統(tǒng)以及通過鋼絲繩a連接的傳感器系統(tǒng)、滑輪系統(tǒng)和加載系統(tǒng)；
[0007]實(shí)驗(yàn)試件包括試件a、試件b和試件c,試件a、試件b和試件c的一端連接在反力墻上,試件a、試件b和試件c的另一端重疊組成試件加載點(diǎn)，試件a、試件b、試件c和試件加載點(diǎn)上均設(shè)置有應(yīng)變片和位移計(jì)，應(yīng)變片和位移計(jì)與采集系統(tǒng)連接；
[0008]地面連接工裝系統(tǒng)包括若干個相互平行的地槽，地槽上連接有地梁a和地梁b，地梁a和地梁b上分別均勻設(shè)置有若干個圓孔a和圓孔b ；
[0009]滑輪系統(tǒng)包括滑輪a、滑輪b、滑輪c和滑輪d，滑輪a通過連接板a與圓孔a連接，滑輪b和滑輪C分別通過連接板b和連接板C與圓孔b連接，滑輪b水平設(shè)置，滑輪C垂直于滑輪b設(shè)置，滑輪d通過連接板d與立柱的側(cè)面垂直連接，立柱還與地梁b垂直連接；
[0010]加載系統(tǒng)包括連接在反力墻上的MTS作動器，MTS作動器的加載端連接有端板a，端板a上設(shè)置有耳板，耳板設(shè)置有圓孔c ；
[0011]傳感器系統(tǒng)包括力傳感器，力傳感器的兩端分別連接有一對連接工裝，一個連接工裝與試件加載點(diǎn)連接，另一個連接工裝連接鋼絲繩a的一端，鋼絲繩a依次繞過滑輪a、滑輪b、滑輪c和滑輪d，鋼絲繩a的另一端通過與圓孔c連接。
[0012]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0013]采集系統(tǒng)為TDS602數(shù)據(jù)采集儀。
[0014]滑輪d與MTS作動器加載端等高。
[0015]地梁a和地梁b均采用雙腹板H型鋼梁，地梁a和地梁b的上下翼緣中間分別設(shè)有長圓孔a和長圓孔b，地梁a和地梁b在長圓孔a和長圓孔b處均通過錨栓與地槽錨接。
[0016]連接工裝包括依次連接的帶絲螺桿、平板和端板b，帶絲螺桿與力傳感器連接，端板b上設(shè)置有圓孔C，試件加載點(diǎn)與一個連接工裝的圓孔d通過鋼絲繩b連接，另一個連接工裝的圓孔c連接鋼絲繩a的一端。
[0017]鋼絲繩a和鋼絲繩b的連接端均設(shè)置有U型夾具。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:一種三維空間變角度加載裝置通過地梁a和地梁b及滑輪a、滑輪b、滑輪c和滑輪d，把本來復(fù)雜的空間三維加載系統(tǒng)通過調(diào)整地面連接來實(shí)現(xiàn)，可移動地梁a和地梁b及滑輪a、滑輪b、滑輪c和滑輪d的位置實(shí)現(xiàn)空間任意角度靜力加載，改變了以往空間加載角度準(zhǔn)確性及加載裝置適應(yīng)性差的問題，本裝置適用與空間任意角度加載，各部件可拆卸，地面組裝方便簡捷，試件端部設(shè)置有力傳感器，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，精度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置的左視圖；
[0021]圖3是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置中地梁a的俯視圖；
[0022]圖4是圖3的A-A剖視圖；
[0023]圖5是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置中地梁b的俯視圖；
[0024]圖6是圖5的B-B剖視圖；
[0025]圖7是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置中滑輪d與立柱的連接圖；
[0026]圖8是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置中滑輪b與地梁b的連接圖；
[0027]圖9是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置中MTS作動器與鋼絲繩a的連接圖；
[0028]圖10是本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置中連接工裝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中，1.地梁a，2.地槽，3.地梁b，4.圓孔a，5.圓孔b，6.滑輪a，7.滑輪b，8.滑輪C，9.滑輪d，10.連接板a，11.連接板b，12.連接板c，13.連接板d，14.立柱，15.MTS作動器，16.反力墻，17.端板a，18.耳板，19.圓孔C，20.鋼絲繩a，21.力傳感器，22.長圓孔
a,23.長圓孔b，24.錨栓，25.連接工裝，26.試件加載點(diǎn)，27.試件a，28.試件b，29.試件C，30.帶絲螺桿，31.平板，32.端板b，33.圓孔d，34.鋼絲繩b，35.U型夾具，36.應(yīng)變片，37.位移計(jì)。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明提供了一種三維空間變角度加載裝置，如圖1和圖2所示，包括實(shí)驗(yàn)試件、采集系統(tǒng)、地面連接工裝系統(tǒng)以及通過鋼絲繩a20連接的傳感器系統(tǒng)、滑輪系統(tǒng)和加載系統(tǒng)；
[0032]實(shí)驗(yàn)試件包括試件a27、試件b28和試件c29，試件a27、試件b28和試件c29的一端連接在反力墻16上，試件a27、試件b28和試件c29的另一端重疊組成試件加載點(diǎn)26，試件a27、試件b28、試件c29和試件加載點(diǎn)26上均設(shè)置有應(yīng)變片36和位移計(jì)37，應(yīng)變片36和位移計(jì)37與采集系統(tǒng)連接；
[0033]地面連接工裝系統(tǒng)包括若干個相互平行的地槽2，地槽2上連接有地梁al和地梁b3 ；
[0034]滑輪系統(tǒng)包括滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8和滑輪d9，滑輪a6通過連接板alO與圓孔a4連接，滑輪b7和滑輪c8分別通過連接板blI和連接板cl2與圓孔b5連接，滑輪b7水平設(shè)置，滑輪c8垂直于滑輪b7設(shè)置，滑輪d9通過連接板dl3與立柱14的側(cè)面垂直連接，立柱14與地梁b3垂直連接；
[0035]加載系統(tǒng)包括連接在反力墻16上的MTS作動器15，MTS作動器15的加載端連接有端板al7，端板al7上設(shè)置有耳板18，耳板18設(shè)置有圓孔cl9 ；
[0036]傳感器系統(tǒng)包括力傳感器21，力傳感器21的兩端分別連接有一對連接工裝25，一個連接工裝25與試件加載點(diǎn)26連接，另一個連接工裝25連接鋼絲繩a20的一端，鋼絲繩a20依次繞過滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8和滑輪d9，鋼絲繩a20的另一端通過與圓孔cl9連接；
[0037]采集系統(tǒng)為TDS602數(shù)據(jù)采集儀；
[0038]滑輪d9與MTS作動器15加載端等高；
[0039]試件加載點(diǎn)26與一個連接工裝25的圓孔d33通過鋼絲繩b34連接，另一個連接工裝25的圓孔c33連接鋼絲繩a20的一端；
[0040]絲繩a20和鋼絲繩b34的連接端均設(shè)置有U型夾具35 ；
[0041]如圖3和圖4所示，地梁al采用雙腹板H型鋼梁，地梁al的上下翼緣中間分別設(shè)有長圓孔a22，地梁al在長圓孔a22處均通過錨栓24與地槽2錨接，地梁al上均勻設(shè)置有若干個圓孔a4;
[0042]如圖5和圖6所示，地梁b3采用雙腹板H型鋼梁，地梁b3的上下翼緣中間分別設(shè)有長圓孔b23，地梁b3在長圓孔b23處均通過錨栓24與地槽2錨接，地梁b3上均勻設(shè)置有若干個圓孔b5 ；
[0043]如圖7所示，滑輪d9通過連接板dl3與立柱14的側(cè)面垂直連接，立柱14還與地梁b3垂直連接；
[0044]如圖8所示，滑輪b7通過連接板bll與圓孔b5連接，地梁b3上均勻設(shè)置有若干個圓孔b5 ；
[0045]如圖9所示，MTS作動器15的加載端部連接有端板al7，端板al7上設(shè)置有耳板18，耳板18設(shè)置有圓孔c 19 ；
[0046]如圖10所示，連接工裝25包括依次連接的帶絲螺桿30、平板31和端板b32，帶絲螺桿30與力傳感器21連接，端板b32上設(shè)置有圓孔c33。
[0047]實(shí)驗(yàn)試件包括試件a27、試件b28和試件c29，試件a27、試件b28和試件c29的一端連接在反力墻16上，試件a27、試件b28和試件c29的另一端重疊組成試件加載點(diǎn)26 ;試件a27、試件b28和試件c29組成了一個組合橫擔(dān),組合橫擔(dān)主要是輸電線路上懸臂出去掛線用的，掛線點(diǎn)就是實(shí)際的荷載作用點(diǎn)或試件合力點(diǎn)。組合橫擔(dān)包括兩條斜拉索與一個橫桿，試件a27和試件c29表不兩條斜拉索,試件b28表不一個橫桿，試件加載點(diǎn)26是組合橫擔(dān)的掛線點(diǎn)或試件合力點(diǎn)。
[0048]滑輪a6的方向和試件合力方向一致，把空間斜向力轉(zhuǎn)化為平面斜向力；
[0049]滑輪b7水平設(shè)置，起改變力線方向作用，把斜向力轉(zhuǎn)變?yōu)檠豗向的力；
[0050]滑輪c8為過渡滑輪，
[0051]地梁al沿斜向合力的投影線布置，地梁b3布置在MTS作動器15相對應(yīng)的地槽2上。
[0052]滑輪d9與立柱14的側(cè)面垂直，立柱14還與地梁b3垂直連接，滑輪d9與MTS作動器15加載端等高，以保證荷載水平傳遞，不產(chǎn)生附加彎矩或扭矩。其中滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8主要起調(diào)整力線方向的作用，滑輪d9改變力的Z向高度。
[0053]鋼絲繩a20通過滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8和滑輪d9來改變力的傳遞路線，鋼絲繩a20和鋼絲繩b34的連接端均設(shè)置有U型夾具35，U型夾具35把絲繩a20和鋼絲繩b34加緊，保證加載過程中不被拉脫。
[0054]本發(fā)明一種三維空間變角度加載裝置的使用方法是:首先根據(jù)試件a27、試件b28和試件c29受力情況，既組合橫擔(dān)受力情況，計(jì)算合力的方向和大小。調(diào)整試件a27、試件b28和試件c29及MTS作動器15在反力墻16上的位置，其中，試件加載點(diǎn)26的位置與MTS作動器15的距離需大于I米；試件加載點(diǎn)26到滑輪a6的距離大于1.2米，以保證力傳感器21及連接工裝25的安裝固定。
[0055]其次，在確定試件a27、試件b28和試件c29 (組合橫擔(dān))及MTS作動器15的具體位置后，按計(jì)算的合力方向和大小，調(diào)整地梁al的位置，保證地梁al斜向角度與合力角度一致，并用錨栓24把地梁al固定在地槽2內(nèi)；然后根據(jù)實(shí)際加載角度，確定滑輪a6在地梁al上的位置，并將滑輪a6安裝在地梁al上；如圖1所示，用鋼絲繩a20和鋼絲繩b34，將試件加載點(diǎn)26、力傳感器21、滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8、滑輪d9和MTS作動器15的加載端部連接，力傳感器21用于測量試件加載點(diǎn)26的實(shí)際合力大小。
[0056]考慮到滑輪組在傳力過程中，會有摩擦損失，所以力傳感器21設(shè)置在靠近試件加載點(diǎn)26的位置，保證采集到的荷載為實(shí)際加載的斜向合力。
[0057]采集系統(tǒng)采集組合橫擔(dān)中拉索及橫桿既試件a27、試件b28和試件c29 (組合橫擔(dān))的應(yīng)變、位移、試件加載點(diǎn)26的實(shí)際荷載。在試件加載點(diǎn)26上布置應(yīng)變片和位移計(jì)，用來采集加載過程中試件加載點(diǎn)26上的應(yīng)變和位移；力傳感器21，用來采集實(shí)際加載中試件加載點(diǎn)26的荷載。
[0058]滑輪系統(tǒng)根據(jù)加載試件的空間角度設(shè)計(jì)，由于試件a27、試件b28和試件c29(組合橫擔(dān))的加載角度不一樣，需要根據(jù)試件a27、試件b28和試件c29 (組合橫擔(dān))的實(shí)際空間角度由三角關(guān)系計(jì)算合力點(diǎn)即試件加載點(diǎn)26的位置和大小，最后根據(jù)試件加載點(diǎn)26的角度和位置，確定X、Y向的投影位置。確定合力時，首先根據(jù)X、Y向的分力，由力平衡原理計(jì)算XY平面的合力和角度，在確定與ZY和ZX面的合力角度。
[0059]在滑輪系統(tǒng)布置時，滑輪a6的布置角度與最終的合力角度一致，滑輪a6高度為地梁al高度加上滑輪a6中心軸的高度，此高度亦為滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8滑輪的高度；滑輪b7水平放置，位置在地梁al和地梁b3中心線沿伸的交點(diǎn)上，滑輪b7高度與滑輪a6高度一致，主要起改變力線方向的作用；滑輪c8垂直于連接板cl2放置，滑輪c8距離滑輪b7的水平距離不小于0.5米，滑輪c8高度與a6相同，屬于過渡滑輪，保證力線改變方向后傳力穩(wěn)定；滑輪d9布置在立柱14上，與立柱側(cè)面垂直連接，距離滑輪c8的水平距離不小于
0.5米，滑輪d9的水平出線高度與MTS作動器15加載高度一致，主要起調(diào)整力線高度的作用，保證MTS作動器15加載拉力水平傳遞，不受扭。其中滑輪b7、滑輪c8和滑輪d9在地梁b3上的力線投影位置在一條直線。需保證滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8和滑輪d9進(jìn)、出力線一致，只傳遞荷載，改變力線方向，不承擔(dān)彎矩和受扭。
[0060]一種三維空間變角度加載裝置通過地梁al和地梁b3及滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8和滑輪d9，把本來復(fù)雜的空間三維加載系統(tǒng)通過調(diào)整地面連接來實(shí)現(xiàn)，可移動地梁al和地梁b3及滑輪a6、滑輪b7、滑輪c8和滑輪d9的位置實(shí)現(xiàn)空間任意角度靜力加載，改變了以往空間加載角度準(zhǔn)確性及加載裝置適應(yīng)性差的問題，本裝置適用與空間任意角度加載，各部件可拆卸，地面組裝方便簡捷，試件端部設(shè)置有力傳感器，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，精度高。
【權(quán)利要求】
1.一種三維空間變角度加載裝置，其特征在于:包括實(shí)驗(yàn)試件、采集系統(tǒng)、地面連接工裝系統(tǒng)以及通過鋼絲繩a(20)連接的傳感器系統(tǒng)、滑輪系統(tǒng)和加載系統(tǒng)； 所述實(shí)驗(yàn)試件包括試件a (27)、試件b (28)和試件c (29)，試件a (27)、試件b (28)和試件c (29)的一端連接在反力墻(16)上，試件a (27)、試件b (28)和試件c (29)的另一端重疊組成試件加載點(diǎn)(26)，試件a (27)、試件b (28)、試件c (29)和試件加載點(diǎn)(26)上均設(shè)置有應(yīng)變片(36)和位移計(jì)(37)，應(yīng)變片(36)和位移計(jì)(37)與采集系統(tǒng)連接； 所述地面連接工裝系統(tǒng)包括若干個相互平行的地槽(2)，地槽(2)上連接有地梁a(l)和地梁b(3)，地梁a(l)和地梁b(3)上分別均勻設(shè)置有若干個圓孔a(4)和圓孔b(5)； 所述滑輪系統(tǒng)包括滑輪a ￠)、滑輪b (7)、滑輪c (8)和滑輪d (9)，滑輪a (6)通過連接板a(10)與圓孔a(4)連接，滑輪b(7)和滑輪c (8)分別通過連接板b(ll)和連接板c(12)與圓孔b(5)連接，滑輪b (7)水平設(shè)置，滑輪c (8)垂直于滑輪b (7)設(shè)置，滑輪d (9)通過連接板d(13)與立柱(14)的側(cè)面垂直連接，立柱(14)還與地梁b (3)垂直連接； 所述加載系統(tǒng)包括連接在反力墻(16)上的MTS作動器(15)，MTS作動器(15)的加載端連接有端板a (17)，端板a (17)上設(shè)置有耳板(18)，耳板(18)設(shè)置有圓孔c (19)； 所述傳感器系統(tǒng)包括力傳感器(21)，力傳感器(21)的兩端分別連接有一對連接工裝(25)，一個連接工裝(25)與試件加載點(diǎn)(26)連接，另一個連接工裝(25)連接鋼絲繩a (20)的一端，鋼絲繩a (20)依次繞過滑輪a (6)、滑輪b (7)、滑輪c (8)和滑輪d (9)，鋼絲繩a (20)的另一端通過與圓孔c (19)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維空間變角度加載裝置，其特征在于:所述采集系統(tǒng)為TDS602數(shù)據(jù)采集儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維空間變角度加載裝置，其特征在于:所述滑輪d(9)與MTS作動器(15)加載端等高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維空間變角度加載裝置，其特征在于:所述地梁a(l)和地梁b(3)均采用雙腹板H型鋼梁，地梁a (I)和地梁b(3)的上下翼緣中間分別設(shè)有長圓孔a (22)和長圓孔b (23)，地梁a (I)和地梁b (3)在長圓孔a (22)和長圓孔b (23)處均通過錨栓(24)與地槽⑵錨接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維空間變角度加載裝置，其特征在于:所述連接工裝(25)包括依次連接的帶絲螺桿(30)、平板(31)和端板b (32)，帶絲螺桿(30)與力傳感器(21)連接，端板b (32)上設(shè)置有圓孔c (33)，試件加載點(diǎn)(26)與一個連接工裝(25)的圓孔d(33)通過鋼絲繩b(34)連接，另一個連接工裝(25)的圓孔c(33)連接鋼絲繩a(20)的一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種三維空間變角度加載裝置，其特征在于:所述鋼絲繩a(20)和鋼絲繩b (34)的連接端均設(shè)置有U型夾具(35)。
【文檔編號】G01M13/00GK104406777SQ201410613112
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】郭宏超, 劉云賀, 王振山, 馬輝 申請人:西安理工大學(xué)