专利名称：一种机械式地锚疲劳特性的测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械式地锚疲劳特性的测试装置，属于工程技术领域、测试技术领域。
背景技术：
地锚在实际工作中所受到的载荷为往复交替载荷，仅通过目前单向拉伸试验所无法测得地锚的疲劳特性。需要一种可以模拟地锚在实际工作中的受力状态的疲劳特性试验装置；即可对地锚杆往复施加载荷，也就是交替施加较小的拉力(载荷下限)与施加较大的拉力(载荷上限)，并反复进行的试验装置。
发明内容
一种机械式地锚疲劳特性的测试装置，往复载荷提供装置、固定装置、传感器、数据处理装置、传动装置和电机；所述地锚杆通过固定装置固定在往复载荷提供装置上，传感器用于检测地锚杆在测试过程中的受力状况；电机通过传动装置将动力传递给往复载荷提供装置；数据处理装置用于存储和处理由传感器检测到的数据；所述往复载荷提供装置可对地锚杆施加循环往复变化的载荷。进一步，所述往复载荷提供装置包括框架，杠杆、拉杆组合、滚轮、凸轮箱；所述杠杆的一端铰接在框架底端上，另一端与拉杆组合相连；所述拉杆组合的另一端固定框架的顶端；所述拉杆组合的另一端固定框架的顶端；所述拉杆组合由上拉杆和下拉杆两部分组成，两部分通过轴连接，滚轮固定上、下拉杆的连接位置上，滚轮固定在拉杆组合中间的铰接位置，凸轮箱可驱动所述滚轮在水平位置上左右移动；进而改变拉杆组合施加在所述杠杆上的载荷。进一步，所述凸轮箱包括凸轮箱螺旋机构、凸轮和飞轮、支架和离合器；所述凸轮飞轮和离合器均设置在支架上；所述支架设置在所述框架上；所述凸轮箱螺旋机构用于调整凸轮箱与所述框架之间在水平方向上的相对位置；所述飞轮经离合器带动凸轮转动。进一步，所述框架包括底座、侧壁和顶面；底座和顶面分别设置在侧壁的两端； 所述杠杆铰接在底座上，所述拉杆组合的一端固定在顶面上。进一步，所述凸轮与所述滚轮相接触，并且滚轮在凸轮的推动下可在水平方向左右移动。进一步，所述拉杆组合通过拉杆组合螺旋机构固定在所述顶面上，并通过所述拉杆组合螺旋机构对拉杆组合施加一个预载荷。进一步，所述拉杆组合在所述顶面上的固定位置可调。本发明中所公开的地锚疲劳特性的测试装置通过机械方式——通过凸轮机构与拉杆组合，使电机在单一方向运行时实现载荷的循环加载。具体为当电机通过传动装置带动凸轮箱上的飞轮转动，再经离合器带动凸轮旋转；凸轮的旋转推动设置在拉杆组合上的滚轮，使滚轮左右摆动，随着滚轮的摆动，拉杆组合作用在杠杆上的载荷；也就是作用在地锚杆上的载荷也随之往复变化。载荷的变化幅度可通过拉杆组合的初始位置、凸轮箱的初始水平位置以及凸轮的大小、形状来调整。
图1为机械式地锚疲劳特性的测试装置结构示意图； 图2为凸轮箱结构示意图3为滚轮位于右极限位置时，凸轮箱与拉杆组合位置示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明中的机械式地锚疲劳特性的测试装置主要包括框架1，杠杆 2、拉杆组合3、滚轮4、凸轮箱5、传感器6、数据处理装置、传动装置和电机9。其中框架1包括底座11、侧壁12和顶板13，杠杆2的一端交接在底座11上，另一端与拉杆组合3相连。 拉杆组合3的另一端通过拉杆组合螺旋机构33固定在顶板13上，并可通过调整拉杆组合螺旋机构33来调整拉杆组合3上的拉力。拉杆组合3由用轴连接在一起的上、下两个拉杆 31、32组成，上、下两个拉杆31、32的连接处设置有滚轮4。如图2所示，凸轮箱5包括，螺旋机构51、凸轮52、飞轮53、支架M和离合器；凸轮52、飞轮53和离合器均设置在支架M上；凸轮箱5通过支架M固定在框架1上；凸轮箱5与框架1之间的水平相对位置可通过设置在凸轮箱5 —端的凸轮箱螺旋机构51来调整。传动装置将凸轮箱5中的飞轮53与电机9连接起来，电机9输出的动力通过传动装置传递给飞轮53，再经离合器带动凸轮52转动。凸轮52在转动过程中可推动滚轮4，使上、 下拉杆31、32两者不再位于一条直线上，两者之间的夹角随滚轮4的往复运动而循环变化， 拉杆组合3中的下拉杆32在滚轮4被凸轮52顶推而进行往复运动的过程中，对杠杆2施加往复载荷，杠杆被循环的提起或放下。传感器6设置在地锚杆7上，用于检测地锚杆7在测试过程中的受力情况；并将检测到的数据传递至数据处理装置中进行存储和分析、处理。拉杆组合3在顶板13上的固定位置可以根据需要变化，改变其固定位置可改变拉杆组合3与水平面之间的初始夹角。凸轮箱5中的支架51与框架1之间的相对位置也可以改变，在拉杆组合3与水平面初始夹角不变的情况下，改变支架51与框架1之间的位置关系，可以改变下拉杆32与水平面之间的夹角。在其他条件相同的情况下，改变下拉杆32 与水平面之间的夹角即可改变作用在地锚杆7上的载荷变化幅度。下拉杆32与水平面之间所夹锐角越小，载荷变化幅度越小。试验时，如图1中所示，首先将地锚杆7穿过底座11和杠杆2 ；使用固定装置8将地锚杆7与杠杆2和底座位置固定。并将传感器6设置在地锚杆7上。将拉杆组合3的上端固定在顶板13上，此时，拉杆组合3垂直于水平面。并在拉杆组合3上设置预拉力，该预拉力大小应对应在地锚杆7实施的疲劳试验中的最小载荷值。调整凸轮箱5的位置，使凸轮52半径最小处与设置在拉杆组合3上的滚轮相接触，并保持拉杆组合3垂直与水平面。 装配完毕后，打开离合器，开动电机9，电机9带动飞轮53转动，闭合离合器，带动凸轮52转动。进而推动滚轮4在水平方向上的位置变化。如图2中所示，在初始位置，滚轮4与凸轮 52的最小半径处接触；拉杆组合3垂直于水平面。此时拉杆组合3对杠杆2施加的拉力为拉杆组合3的预设拉力。随着凸轮52的转动，凸轮52顶推滚轮4向右运动，使上拉杆31与下拉杆32之间不在同一条直线上，拉杆组合3对杠杆2施加的拉力变大；滚轮4在位于左极限位置，即拉杆组合3与水平面垂直位置时，拉杆组合3通过杠杆2对地锚杆7施加的压力为试验设定最小载荷；如图3中所示，当滚轮4位于右极限位置，即下拉杆32与水平面之间的所夹锐角为最小时，拉杆组合3通过杠杆2对地锚杆7施加载荷为试验设定最大载荷。电机9带动凸轮52的旋转，推动拉杆组合3上滚轮4左右移动，进而反复对杠杆2施加拉力。进而通过杠杆2在地锚杆7上施加循环载荷。地锚杆7上设置的传感器6对地锚杆7上的载荷变化进行实时监测；并通过数据处理装置中对数据进行存储、分析和处理。在本实施例中可通过改变凸轮的大小、形状来改变拉杆组合的最大载荷与最小载荷之间的差值与载荷曲线。除了上述通过凸轮转动使施加在杠杆上的拉力改变的方法外，在其他条件不变的情况下，还可以通过下列方法调整施加在杠杆上的拉力
1、通过调整拉杆组合初始位置与水平面之间的角度；即调整拉杆组合在顶面上的固定位置。2、通过调整凸轮与滚轮之间的相对位置，即滚轮在与凸轮最小直径处接触时，拉杆组合也不垂直于水平面。上面列举的三种方法可以单独使用或共同使用，以调节地锚杆所受载荷的范围大
权利要求
1.一种机械式地锚疲劳特性的测试装置，其特征为该测试装置包括往复载荷提供装置、固定装置、传感器及数据处理装置、传动装置和电机；所述地锚杆通过固定装置固定在往复载荷提供装置上，传感器用于检测地锚杆在测试过程中的受力状况；电机通过传动装置将动力传递给往复载荷提供装置；数据处理装置用于存储和处理由传感器检测到的数据；所述往复载荷提供装置可对地锚杆施加循环往复变化的载荷。
2.根据权利要求1中所述测试装置，其特征为，所述往复载荷提供装置包括框架，杠杆、拉杆组合、滚轮、凸轮箱；所述杠杆的一端铰接在框架底端，另一端与拉杆组合相连；所述拉杆组合的另一端固定框架的顶端；所述拉杆组合由上拉杆和下拉杆两部分组成，两部分通过轴连接，滚轮固定上、下拉杆的连接位置上，凸轮箱可驱动所述滚轮在水平位置上左右移动；进而改变拉杆组合施加在所述杠杆上的载荷。
3.根据权利要求2中所述测试装置，其特征为，所述凸轮箱包括凸轮箱螺旋机构、凸轮和飞轮、支架和离合器；所述凸轮飞轮和离合器均设置在支架上；所述支架设置在所述框架上；所述凸轮箱螺旋机构用于调整凸轮箱与所述框架之间在水平方向上的相对位置； 所述飞轮通过离合器带动凸轮转动。
4.根据权利要求2中所述测试装置，其特征为，所述框架包括底座、侧壁和顶面；底座和顶面分别设置在侧壁的两端；所述杠杆铰接在底座上，所述拉杆组合的一端固定在顶面上。
5.根据权利要求3所述测试装置，其特征为，所述凸轮与所述滚轮相接触，并且滚轮在凸轮的推动下可在水平方向左右移动。
6.根据权利要求4中所述测试装置，其特征为，所述拉杆组合通过拉杆组合螺旋机构固定在所述顶面上，并通过所述拉杆组合螺旋机构对拉杆组合施加一个预载荷。
7.根据权利要求6中所述测试装置，其特征为，所述拉杆组合在所述顶面上的固定位置可调。
全文摘要
一种机械式地锚疲劳特性的测试装置，往复载荷提供装置、固定装置、传感器、数据处理装置、传动装置和电机；所述地锚杆通过固定装置固定在往复载荷提供装置上，传感器用于检测地锚杆在测试过程中的受力状况；电机通过传动装置将动力传递给往复载荷提供装置；数据处理装置用于存储和处理由传感器检测到的数据；所述往复载荷提供装置可在地锚杆上施加循环往复变化的载荷。
文档编号G01N3/02GK102183428SQ20111013638
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者南仁东, 古学东, 杨世摸, 王启明, 薛建兴, 郭永卫 申请人:中国科学院国家天文台