一种竖向加载转水平加载的试验装置的制作方法

本实用新型涉及力加载试验装置技术领域，具体涉及一种竖向加载转水平加载的试验装置。

背景技术：

现有技术中，在给试件进行力加载试验时，通常有竖向加载和水平加载两种方式，对于竖向加载，其存在的弊端是：1、加载过程中，试件易受加载装置自重的影响，从而影响试验的精度；2、需布置相应的调平装置，这一定程度上增加了试验成本；3、通常需占用较大的竖向空间，也不便于观测设备等的安装与布置。此外，竖向加载的方式也不便于对多个试件同时加载。对于水平加载，其也存在一些弊端：为提供较大的加载力，施力机构的行程通常较大，这需要占用较大的水平空间，一定程度上制约了试验装置的应用。

再者，目前来说，无论是竖向加载还是水平加载，其加载力的大小都是由施力机构决定，当需要施加较大的加载力时，施力机构的耗能也相对较大，这不利于节约试验成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种竖向加载转水平加载的试验装置，一方面，以便合理利用竖向空间和水平空间，从而提高试验设备布置的便利性，也便于试验装置的应用，另一方面，在确保试验精度的同时节约试验成本。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种竖向加载转水平加载的试验装置，包括底板，所述底板上设置有竖向载荷转换单元和至少一套试件受载单元，所述竖向载荷转换单元包括通过竖向伸缩式主支撑杆设置在底板上的托盘、加载杆ⅱ、铰接短杆ⅱ、主杠杆、设置在底板上的主杠杆支撑臂、铰接短杆ⅰ、加载杆ⅰ、水平加载控制环和设置在底板上的控制环支撑杆，所述托盘与加载杆ⅱ的一端连接，加载杆ⅱ的另一端、铰接短杆ⅱ、主杠杆、铰接短杆ⅰ和加载杆ⅰ依次通过销轴铰接，所述主杠杆支撑臂的上端通过销轴与主杠杆铰接，所述加载杆ⅰ穿过水平加载控制环，加载杆ⅰ与试件受载单元的一侧力传递连接，试件受载单元的另一侧设置有承力挡板。

进一步，所述试件受载单元包括定位框架、水平力倍增加力架、试件装夹与测量系统以及用于支撑试件装夹与测量系统的水平支撑平台；所述定位框架包括沿力传递方向间隔布置的两块限位板以及横跨在两块限位板之间的连接柱，两块限位板上均开设有导向孔，两个导向孔均与加载杆ⅰ同轴线设置；所述水平力倍增加力架包括拼装呈菱形状的两根主动传力杆和两根被动传力杆，两根主动传力杆之间和两根被动传力杆之间均通过耳式连接件铰接，两个耳式连接件分别与两个导向孔同轴套接，所述加载杆ⅰ同轴穿入对应的导向孔且与两根主动传力杆之间的耳式连接件同轴抵紧，处于同侧的主动传力杆与被动传力杆之间通过铰接件铰接；所述试件装夹与测量系统包括同轴布置的力传感组件、试件左端夹持组件和试件右端夹持组件，所述力传感组件的左侧通过第一连接件与左侧的铰接件连接，力传感组件的右侧与试件左端夹持组件连接，所述试件右端夹持组件的右侧通过第二连接件与右侧的铰链件连接，试件左端夹持组件上设置有百分表，试件右端夹持组件上设置有与百分表的测杆顶紧并使测杆处于预压缩状态的挡板。

进一步，所述试件左端夹持组件和试件右端夹持组件均包括通过螺栓组件合拢锁紧的上盖板和下盖板，所述上盖板的下表面和下盖板的上表面分别开设有对称的上凹槽和下凹槽，所述上凹槽和下凹槽合拢后形成夹持槽，所述夹持槽包括梯形槽端和楔形槽端，所述梯形槽端匹配设置有梯形拉力块，所述楔形槽端匹配设置有两个用于夹紧试件对应端的楔形夹块，左端的梯形拉力块和右端的梯形拉力块均通过拉力块连接螺杆分别与力传感组件和第二连接件连接。

进一步，所述铰接件包括匹配连接的盲孔内螺纹螺柱和单头螺柱，所述力传感组件包括力传感器安装框架和力传感器，所述第一连接件为圆头吊环加力螺杆，该圆头吊环加力螺杆的圆头端与左侧铰接件的盲孔内螺纹螺柱套接，另一端穿过力传感器安装框架的左侧壁后通过分布在左侧壁两侧的锁紧螺母实现装配锁紧；左侧的拉力块连接螺杆上螺纹连接有内外牙螺母，所述内外牙螺母穿过力传感器安装框架的右侧壁后与力传感器螺纹连接；所述第二连接件包括内螺纹套筒和圆头吊环加力螺杆，所述内螺纹套筒的左端与右侧的拉力块连接螺杆螺纹连接，右端与该圆头吊环加力螺杆螺纹连接，该圆头吊环加力螺杆的圆头端与右侧铰接件的盲孔内螺纹螺柱套接。

进一步，所述水平支撑平台包括平台板、设置在平台板底部的圆柱支腿以及与圆柱支腿匹配滑动套接的t形圆柱支筒，所述圆柱支腿与t型圆柱支筒之间通过燕尾锁紧螺栓实现滑动锁紧。

进一步，所述底板上设置有多套试件受载单元，相邻受载单元的定位框架之间设置有两个背靠的承压垫块，每个承压垫块分别与对应定位框架的对应导向孔匹配套接，相邻受载单元之间通过穿过对应耳式连接件和对应承压垫块的串联杆串接在一起。

进一步，每个导向孔处均设置有加强套。

进一步，所述竖向伸缩式主支撑杆包括滑动套接的竖向位移导向管和竖向位移导向杆。

进一步，所述承力挡板包括焊接在一起的承力底板、承力立板和三角肋板。

进一步，两块限位板之间横跨设置有四根连接柱，四根连接柱分布在四角，连接柱选用内螺纹空心柱，每根内螺纹空心柱的两端均通过螺栓与对应的限位板之间固定连接。

本实用新型的有益效果：

本申请的竖向加载转水平加载的试验装置，包括底板，所述底板上设置有竖向载荷转换单元和至少一套试件受载单元，所述竖向载荷转换单元包括通过竖向伸缩式主支撑杆设置在底板上的托盘、加载杆ⅱ、铰接短杆ⅱ、主杠杆、设置在底板上的主杠杆支撑臂、铰接短杆ⅰ、加载杆ⅰ、水平加载控制环和设置在底板上的控制环支撑杆，所述托盘与加载杆ⅱ的一端连接，加载杆ⅱ的另一端、铰接短杆ⅱ、主杠杆、铰接短杆ⅰ和加载杆ⅰ依次通过销轴铰接，所述主杠杆支撑臂的上端通过销轴与主杠杆铰接，所述加载杆ⅰ穿过水平加载控制环，加载杆ⅰ与试件受载单元的一侧力传递连接，试件受载单元的另一侧设置有承力挡板。采用该结构的试验装置，一方面，合理利用了竖向空间和水平空间，从而提高了试验设备布置的便利性，也便于试验装置的应用，另一方面，在确保试验精度的同时节约试验成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为单套试件受载单元的结构示意图；

图2为多套试件受载单元的结构示意图；

图3为竖向载荷转换单元的结构示意图；

图4为底板的结构示意图；

图5为定位框架的结构示意图；

图6为水平力倍增力架的结构示意图；

图7为铰接件的结构示意图；

图8为试件装夹与测量系统的分解示意图；

图9为试件装夹与测量系统的装配示意图；

图10为水平支撑平台的结构示意图；

图11为水平支撑平台的工作状态图；

图12为承压垫块与串联杆的分解图；

图13为承压垫块与串联杆的装配图；

图14为多套试件受载单元串接的局部放大图；

图15为承力挡板的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明，如图1-2所示：一种竖向加载转水平加载的试验装置，包括底板100、竖向载荷转换单元200、试件受载单元300和承力挡板400，所述竖向载荷转换单元200、试件受载单元300和承力挡板400均设置在底板100上，所述试件受载单元包括定位框架、水平力倍增加力架、试件装夹与测量系统以及用于支撑试件装夹与测量系统的水平支撑平台，如图15所示，所述承力挡板由承力底板38、承力立板36和三角肋板37焊接形成，承力底板通过螺栓与底板连接。

如图3所示，所述竖向载荷转换单元200包括托盘1、加载杆ⅱ2、铰接短杆ⅱ3、主杠杆4、主杠杆支撑臂6、铰接短杆ⅰ7、加载杆ⅰ8、水平加载控制环9和控制环支撑杆11。所述托盘的底面关于中心对称焊接有一对竖向位移导向杆10，所述底板上对应焊接有一对竖向位移导向管5，每根竖向位移导向杆均滑动插入对应的竖向位移导向管内，当给托盘施加竖向载荷时，在竖向位移导向杆和竖向位移导向管的限定下，确保了托盘只能竖向移动。所述加载杆ⅱ2的顶端与托盘的底面中心连接，加载杆ⅱ2的底端、铰接短杆ⅱ3、主杠杆4、铰接短杆ⅰ7和加载杆ⅰ8依次通过销轴铰接。所述主杠杆支撑臂6的底端焊接在底板上，顶端通过销轴与主杠杆4铰接，为该力转向与放大机构提供支撑。为了保证转向后的力通过加载杆ⅰ8能水平作用于水平力倍增加力架的耳式连接件15，使其穿过水平加载控制环9，水平加载控制环9与通过螺栓连接于底板的控制环支撑杆连接并且高度可调节，以保证加载杆ⅰ8与水平加载控制环9同心。此外，在通过主杠杆进行载荷转向过程中，竖向加载的力臂比水平加载的力臂长。

如图4所示，底板上焊接了竖向位移导向管5和主杠杆支撑臂6，并且开有一个控制环支撑杆11的安装螺纹孔，标准长度的底板设置了三组承力挡板的安装螺纹孔，每组螺纹孔的定位间距与承力挡板的承力底板38的安装孔对应，并沿底板中轴线对称分布。

如图5所示，所述定位框架包括沿力传递方向间隔布置的两块限位板12以及横跨在两块限位板之间的四根连接柱，四根连接柱分布在四角，连接柱选用内螺纹空心柱13，每根内螺纹空心柱的两端均通过螺栓与对应的限位板12之间固定连接，两块限位板的中心均开设有导向孔，两个导向孔均与加载杆ⅰ8同轴线设置，加载杆ⅰ同轴插入加载端的导向孔，此外，为了对导向孔进行加强处理，在导向孔处设置有加强套14。

如图6和图7所示，所述水平力倍增加力架包括拼装呈菱形状的两根主动传力杆16和两根被动传力杆17，两根主动传力杆16之间和两根被动传力杆17之间均通过耳式连接件15铰接，两个耳式连接件15分别与两个导向孔同轴套接，所述加载杆ⅰ8与两根主动传力杆16之间的耳式连接件15同轴抵紧，处于同侧的主动传力杆与被动传力杆之间通过铰接件铰接，所述铰接件包括匹配连接的盲孔内螺纹螺柱18和单头螺柱19，单头螺柱19的另一端置于底板100上，为菱形框架提供竖向支撑，并可随着菱形框架形状的改变在底板36上自由滑动。耳式连接件15所受到加载杆ⅰ8的水平推力经由耳式连接件15所连接的主动传力杆16倍增后传递给试件35，使试件35轴向受力；另一个耳式连接件15承受被动传力杆17传递来的力，并将该力还原后经被顶紧承压垫块39的承力立板36传递给底板，各传力杆与试件35轴向夹角ф＝arctg0.5，故此水平力倍增加力架可力放大2倍。

如图8-9所示，所述试件装夹与测量系统包括同轴布置的力传感组件、试件左端夹持组件和试件右端夹持组件。所述力传感组件的左侧通过第一连接件与左侧的铰接件连接，力传感组件的右侧与试件左端夹持组件连接，所述试件右端夹持组件的右侧通过第二连接件与右侧的铰链件连接。具体来说，所述试件左端夹持组件和试件右端夹持组件均包括通过螺栓组件合拢锁紧的上盖板21和下盖板22，所述上盖板21的下表面和下盖板22的上表面分别开设有对称的上凹槽和下凹槽，所述上凹槽和下凹槽合拢后形成夹持槽，所述夹持槽包括梯形槽端和楔形槽端，所述梯形槽端匹配设置有梯形拉力块24，所述楔形槽端匹配设置有两个用于夹紧试件35对应端的楔形夹块23，楔形夹块23的夹持面为一段与试件35夹持过渡段圆弧相适应的弧面，背面为一个与楔形槽侧面具有相同夹角的平面，保证试件受力时能带动它沿楔形槽的小口端移动并锁紧，使试件35被加紧。左端的梯形拉力块和右端的梯形拉力块均通过拉力块连接螺杆25分别与力传感组件和第二连接件连接，梯形拉力块24的顶面中心处开有螺纹盲孔，可连接拉力块连接螺杆25。所述力传感组件包括力传感器安装框架28和力传感器27，所述第一连接件为圆头吊环加力螺杆29，该圆头吊环加力螺杆的圆头端与左侧铰接件的盲孔内螺纹螺柱18套接，另一端穿过力传感器安装框架28的左侧壁后通过分布在左侧壁两侧的锁紧螺母20实现装配锁紧；左侧的拉力块连接螺杆25上螺纹连接有内外牙螺母26，所述内外牙螺母26穿过力传感器安装框架的右侧壁后与力传感器27螺纹连接；所述第二连接件包括内螺纹套筒30和圆头吊环加力螺杆29，所述内螺纹套筒30的左端与右侧的拉力块连接螺杆25螺纹连接，右端与该圆头吊环加力螺杆29螺纹连接，该圆头吊环加力螺杆的圆头端与右侧铰接件的盲孔内螺纹螺柱18套接。

梯形拉力块24为一与梯形槽端相适应的等腰梯形块，通过与上、下盖板接触挤压，将拉力传递至上、下盖板，带动上、下盖板和楔形夹块23均发生移动，使楔形夹块23夹紧试件35，并使拉力通过楔形夹块23传至试件35，实现紧固试件35并施加荷载的目的。

安装时，先将试件两端加持段分别置于两块下盖板22的凹槽内，并在试件夹持端的圆弧过渡段位置的两下盖板凹槽内分别放置一对楔形夹块23，然后每个下盖板22盖上一块上盖板21，并通过4个螺栓连接成一整体。上、下盖板受到梯形拉力块24传递来的拉力作用后朝两端往外移动，楔形夹块23受试件35夹持端的圆弧过渡段限制，无法随上、下盖板移动，从而形成自锁效果，使楔形夹块23夹紧试件35，实现对试件35施加荷载的目的。

内外牙螺母26的内螺纹端与拉力块连接螺杆25连接，外螺纹端穿过力传感器安装框架28与力传感器27连接。左侧的圆头吊环加力螺杆29与力传感器安装框架28另一侧相连，左侧的圆头吊环加力螺杆29所受力通过力传感器安装框架28传递给力传感器27，达到测量力值大小目的，同时也将该力依次经内外牙螺母26、拉力块连接螺杆25、梯形拉力块24、上盖板21和下盖板22传递到试件35。

内螺纹套筒30一端与右侧的拉力块连接螺杆25连接，另一端与右侧的圆头吊环加力螺杆29连接。

两个圆头吊环加力螺杆29分别通过其端部的圆孔套在盲孔内螺纹螺柱18上，与菱形框架形成铰接，传递菱形框架产生的荷载给试件35。

安装力传感器27之前，先将内外牙螺母26穿过力传感器安装框架28，并在框架内测将力传感器27旋入内外牙螺母26，左侧的圆头吊环加力螺杆29与力传感器安装框架28另一侧连接，调整好长度后并用锁紧螺母20锁紧。试件安装后，若需调整间隙，可先松开锁紧螺母，重新调整圆头吊环加力螺杆29与力传感器安装框架28的连接长度合适后，重新锁紧螺母。

试件左端夹持组件的上盖板顶部设置有百分表33，该上盖板21的外表面在距边缘3mm处焊接有一个百分表安装柱31，该百分表安装柱在适合百分表安装高度处开有一沿盖板轴向的通孔，百分表安装柱从顶面往下开有贯穿该轴向通孔的一个内螺纹盲孔，安装百分表时，当百分表的测杆穿过轴向通孔后，沿安装柱的竖向内螺纹盲孔可用竖向紧固螺钉34锁紧百分表的测杆，防止百分表测量过程中滑动.试件右端夹持组件的上盖板顶部设置有与百分表的测杆顶紧并使测杆处于预压缩状态的挡板32，当调整好百分表33的测杆与挡板32接触间距大小后，拧紧百分表安装柱31顶部的竖向紧固螺钉34，可实现利用百分表33测量试件35变形的目的，比如测杆的初始压缩量为一定值，当试件拉伸时，压缩量减少，根据减少的压缩量可判断试件的变形情况。

如图10-11所示，所述水平支撑平台包括平台板42、设置在平台板底部的圆柱支腿43以及与圆柱支腿匹配滑动套接的t形圆柱支筒40，所述圆柱支腿与t型圆柱支筒之间通过燕尾锁紧螺栓41实现滑动锁紧。在试验过程中，通过平台板支撑试件装夹与测量系统，将平台板调节到合适高度，可保证安装在试件装夹与测量系统中的试件不会因受上、下盖板等的重量影响而受弯下挠。

在具体使用过程中，可如图1所示选用一套试件受载单元，也可如图2所示选用多套试件受载单元，若选用一套试件受载单元，则承力立板36通过与后侧导向孔匹配套接的承压垫块39与后侧的限位板12抵紧，承受承压垫块传递的水平力。若选用多套试件受载单元，则如图12-14所示，相邻受载单元的定位框架之间设置有两个背靠的承压垫块39，每个承压垫块分别与对应定位框架的对应导向孔匹配套接，相邻受载单元之间通过穿过对应耳式连接件和对应承压垫块的串联杆44串接在一起，承力立板36通过与最后端试件受载单元的后侧导向孔匹配套接的承压垫块39与后侧的限位板12抵紧，承受承压垫块传递的水平力。

综上所述，采用本申请的试验装置，一方面，通过竖向载荷转换单元将竖向加载转变成水平加载，不仅合理利用了竖向空间和水平空间，提高了试验设备布置的便利性，而且避免了试件受加载装置自重的影响，确保了试验精度，另一方面，在加载过程中，通过杠杆系统和水平力倍增加力架放大加载力，有利于节约施力机构的能耗，也缩短了施力机构的形成，不仅节约了试验成本，也便于试验装置的应用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。