耗能器冲击试验装置及其冲击试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种耗能器冲击试验装置及其冲击试验方法，包括：可调节高度和平衡力矩的支撑系统、可适配耗能器变形的导向限位装置、提升与加载一体化切换的绳索导向传力机构、集成化的力‑变形同步测试系统以及方便试验操作的维护操作平台。本申请所述装置限制了耗能器的延伸路径，并一体化整合集成了激光位移计和力传感器，形成动态同步采集冲击力学响应关键信息的试验测试方法。本发明专利技术为获得柔性防护系统的耗能部件非线性力‑位移数据信息提供专用的冲击试验装置和方法。

【技术实现步骤摘要】
耗能器冲击试验装置及其冲击试验方法
本申请涉及边坡地质灾害防护、冲击力学及柔性防护工程领域，具体为一种耗能器冲击试验装置及力-位移同步测试试验方法，适用于柔性防护结构中耗能部件的冲击试验及非线性力-位移数据的获得。
技术介绍
在崩塌落石灾害防护领域，柔性防护系统常用于灾害防治，耗能部件对柔性防护系统的抗冲击能力和耗能能力至关重要。目前，“耗能部件宜进行动力力学性能试验”已被纳入CECS《被动柔性防护网技术规程》、交通运输部《边坡柔性防护系统》和铁道部《铁路边坡柔性被动防护产品落石冲击试验方法与评价》的规定。但是，受限于技术发展，目前尚无专门的耗能器动力试验装置以及与装置集成化的试验数据同步采集方法。因此，耗能器动力学性能的测定制约了柔性防护技术的发展。目前，确定耗能器力学性能通常采用静力拉伸试验，但是，耗能器的力学性能在动力冲击作用下与静力作用下存在显著差异，致使实际冲击条件下的耗能器性能乃至防护系统的整体性能难以评价，严重影响了实际防护系统的性能发挥。受限于专用试验装置的缺位，耗能部件的动力学性能试验目前多采用间接撞击法替代，即采用专门的起重设备将重锤提升至一定高度释放，撞击与耗能器相连的传力部件，从而牵引耗能器工作。同时，采用力传感器获得冲击力动态数，通过外置摄像机并进行画面捕捉获得位移数据。该方法场地条件要求高，使用的设备昂贵，不利于重复高效试验，且关键的力、位移动态测试数据在时间上不同步，需要后期做大量的推算工作，导致数据信息容易失真。因此，开发简洁高效的耗能器专用冲击试验装置及方法，可助推柔性防护技术的发展。
技术实现思路
针对上述问题，本申请目的在于提供一种耗能器冲击试验装置及力-位移同步测试试验方法，无需借助大型起重提升设备即可独立完成耗能器的冲击试验，场地条件要求低，试验效率高，试件变形可控性好，可获得精确的非线性力-位移同步时程曲线。为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种耗能器冲击试验装置，包括：可调节高度和平衡力矩的支撑系统，包括竖直安装的装配式可伸缩桅杆和水平安装的平衡臂，所述桅杆锚固于基座上，平衡臂腰部连接于桅杆顶端；可适配耗能器变形的导向限位装置，包括通过悬伸梁连接于桅杆后侧的限位滑轨，滑标卡在所述限位滑轨的轨道内；安装基座锚固在地面；提升与加载一体化切换的绳索导向传力机构，包括导向滑轮、限位滑轮、传力绳以及牵引绳；导向滑轮安装在平衡臂两端，限位滑轮安装于尾端导向滑轮下方和“┌┘”形结构上；传力绳一端连接重锤，另一端连接滑标；卷扬机安装在主梁尾部上方，牵引绳绕过牵引导向滑轮连接重锤；倒滑自锁装置用于限制传力绳和牵引绳反向滑移量；集成化的力-位移同步测试系统，包括激光位移计、力传感器和动态信号测试分析系统；维护操作平台包括马道、爬梯和半刚性护栏，所述马道设置于平衡臂前段下方及环平衡臂尾段侧面，爬梯设置于桅杆侧面用于试验操作和冲击架维护；半刚性护栏设置在桅杆前方用于防止重锤偏摆撞击试验装置。可选地，悬伸梁在桅杆背面的安装位置可调，用于安装不同长度的限位滑轨；测试部件的固定端通过卸扣、8字绳与锚固在地面的安装基座连接，其延伸端与通过卸扣与滑标连接；所述滑标一端作为连接件连接传力绳和测试部件的延伸端，另一端为磨面钢板，作为激光位移计检测位移的标板。可选地，传力绳一端与滑标连接，沿桅杆高度方向穿过限位滑轮和尾端导向滑轮，其延伸方向由竖直转为平行于平衡臂的水平方向，穿过平衡臂前端导向滑轮后又由水平向转为竖直向，并与重锤连接，由此将重锤下落产生的冲击能量传递至测试部件。可选地，所述传力绳两端使用钢丝绳夹分别扣住成为绳扣，使用卸扣与滑标、重锤连接；传力绳最小破断拉力大于测试部件启动力，并考虑一定的安全富余。可选地，所述倒滑自锁装置，包括圆台形抱绳装置和弹簧限位器，中间开孔对半分开的圆台形抱绳装置通过对穿螺栓安装在传力绳、牵引绳上，平衡臂前端下方的吊梁设置弹簧限位器，所述弹簧限位器和脱钩装置安装于马道的吊梁底面。可选地，所述的桅杆包括底部的支承段和上部的标准段，所述支承段为固定支承结构，锚固于基座上；所述标准段为可调节结构，其段数在高度方向可做增减；节段端部设置法兰式端板用于节段之间的连接；所述桅杆的结构形式采用格构式或实腹式钢柱。可选地，所述的平衡臂由形结构、主梁和液压柱组成，形结构下部设置法兰式端板与桅杆连接；形结构上部设置连接板，与主梁尾端的连接板共同形成铰接点，便于提供配平力矩；主梁腰部与形结构之间通过液压柱连接，作为“天平”的支点，并在主梁受到过大冲击时提供缓冲保护。本申请还保护根据前述之一所述的一种耗能器冲击试验装置的冲击试验方法，具体操作步骤如下：a)设定测试部件的启动力即耗能能力，设计重锤质量M1并计算重锤达到相应冲击能量需要提升的高度h；调整配重及前端导向滑轮和脱钩装置的位置；b)根据试验耗能器拉伸长度调整标准段节数和限位滑轨的长度，需满足：H≥h+l+hpro，其中，桅杆高度H和重锤提升高度h、测试部件拉伸长度l、保护高度hpro；使平衡臂前端传力绳垂悬长度为h，并安装圆台形抱绳装置；c)使用卷扬机将重锤提升至初始高度，将重锤挂在脱钩装置上，随后，牵引绳脱与重锤脱钩；将传力绳端部钩挂在重锤的连接扣上；d)将测试部件的固定端与安装基座连接，固定端与基座之间安装拉力传感器，即从下至上的顺序为“安装基座-拉力传感器-测试部件固定端”；测试部件的延伸端与滑标一端连接，滑标另一端与拉力传感器、传力绳连接，从下至上的安装顺序为“测试部件延伸端-滑标-拉力传感器-传力绳”；e)将激光位移传感器固定在地面，光线对准滑标上的反光板且与反光板的法向平行；将所有传感器与动态信号测试分析系统连接，并调试系统，以保证获得同步的力-位移时程曲线；高速摄像机对准测试部件，用于测试部件变形形态的记录；f)同步开启传感器信号采集系统和高速摄像，释放重锤，收集数据。可选地，为了使重锤下落传力绳拉紧绷直后达到可启动测试部件的冲击荷载，并满足测试部件耗能需求Ediss，重锤质量M2及下落高度h需满足：Fd≥FAM1gh≤EdissFd＝KdM2式中，Fd为冲击荷载，FA为测试部件的启动力，Kd为冲击动荷因数，E、A分别为传力绳弹性模量和截面积，lrope为牵引绳总长度，以上计算忽略了传力绳与滑轮之间的摩擦以及测试部件弹性阶段受力过程。可选地，为了平衡“天平”两端重锤冲击力附加偏心距，增强自立桅杆的稳定性，可以沿平衡臂调节前端导向滑轮的位置或者调节平衡臂尾端附加配重的质量，所述附加配重固定在尾端导向滑轮下方横梁上；主梁为两臂不等长的“天平”，前端悬伸，尾端为弹簧支座，试验时，平衡臂两端弯矩需满足：冲击前：M2L2≤M1L1冲击时：FAL2≤FAL1+M1gL1其中，L1为尾端导向滑轮至液压柱的距离；M1为附加配重，其最大值取决于“┌┘”形结构的承载能力；L2为前端导向滑轮至液压柱的距离，L2∈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耗能器冲击试验装置，其特征在于，包括：/n可调节高度和平衡力矩的支撑系统(1)，包括竖直安装的装配式可伸缩桅杆(11)和水平安装的平衡臂(12)，所述桅杆(11)锚固于基座(13)上，平衡臂(12)腰部连接于桅杆(11)顶端；/n可适配耗能器变形的导向限位装置(2)，包括通过悬伸梁(24)连接于桅杆(11)后侧的限位滑轨(21)，滑标(22)卡在所述限位滑轨(21)的轨道内；安装基座(23)锚固在地面；/n提升与加载一体化切换的绳索导向传力机构(3)，包括导向滑轮(31)、限位滑轮(32)、传力绳(33)以及牵引绳(36)；导向滑轮(31)安装在平衡臂(12)两端，限位滑轮(32)安装于尾端导向滑轮(312)下方和“┌┘”形结构上(121)；传力绳(33)一端连接重锤(34)，另一端连接滑标(22)；卷扬机(35)安装在主梁(122)尾部上方，牵引绳(36)绕过牵引导向滑轮(313)连接重锤(34)；倒滑自锁装置(37)用于限制传力绳(33)和牵引绳(36)反向滑移量；/n集成化的力-位移同步测试系统(4)，包括激光位移计(41)、力传感器(42)和动态信号测试分析系统(43)；/n维护操作平台(5)包括马道(51)、爬梯(52)和半刚性护栏(53)，所述马道(51)设置于平衡臂(12)前段下方及环平衡臂(12)尾段侧面，爬梯(61)设置于桅杆(11)侧面用于试验操作和冲击架维护；半刚性护栏(53)设置在桅杆(11)前方用于防止重锤(34)偏摆撞击试验装置。/n...

【技术特征摘要】
20210402 CN 20211036278611.一种耗能器冲击试验装置，其特征在于，包括：
可调节高度和平衡力矩的支撑系统(1)，包括竖直安装的装配式可伸缩桅杆(11)和水平安装的平衡臂(12)，所述桅杆(11)锚固于基座(13)上，平衡臂(12)腰部连接于桅杆(11)顶端；
可适配耗能器变形的导向限位装置(2)，包括通过悬伸梁(24)连接于桅杆(11)后侧的限位滑轨(21)，滑标(22)卡在所述限位滑轨(21)的轨道内；安装基座(23)锚固在地面；
提升与加载一体化切换的绳索导向传力机构(3)，包括导向滑轮(31)、限位滑轮(32)、传力绳(33)以及牵引绳(36)；导向滑轮(31)安装在平衡臂(12)两端，限位滑轮(32)安装于尾端导向滑轮(312)下方和“┌┘”形结构上(121)；传力绳(33)一端连接重锤(34)，另一端连接滑标(22)；卷扬机(35)安装在主梁(122)尾部上方，牵引绳(36)绕过牵引导向滑轮(313)连接重锤(34)；倒滑自锁装置(37)用于限制传力绳(33)和牵引绳(36)反向滑移量；
集成化的力-位移同步测试系统(4)，包括激光位移计(41)、力传感器(42)和动态信号测试分析系统(43)；
维护操作平台(5)包括马道(51)、爬梯(52)和半刚性护栏(53)，所述马道(51)设置于平衡臂(12)前段下方及环平衡臂(12)尾段侧面，爬梯(61)设置于桅杆(11)侧面用于试验操作和冲击架维护；半刚性护栏(53)设置在桅杆(11)前方用于防止重锤(34)偏摆撞击试验装置。


2.根据权利要求1所述的耗能器冲击试验装置，其特征在于，悬伸梁(24)在桅杆(11)背面的安装位置可调，用于安装不同长度的限位滑轨(21)；测试部件(65)的固定端通过卸扣(63)、8字绳(64)与锚固在地面的安装基座(23)连接，其延伸端与通过卸扣(63)与滑标(22)连接；
所述滑标(22)一端作为连接件(221)连接传力绳(33)和测试部件(65)的延伸端，另一端为磨面钢板(222)，作为激光位移计(41)检测位移的标板。


3.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置，其特征在于，传力绳(33)一端与滑标(22)连接，沿桅杆(11)高度方向穿过限位滑轮(32)和尾端导向滑轮(311)，其延伸方向由竖直转为平行于平衡臂(12)的水平方向，穿过平衡臂(12)前端导向滑轮(312)后又由水平向转为竖直向，并与重锤(34)连接，由此将重锤下落产生的冲击能量传递至测试部件。


4.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置，其特征在于，所述传力绳(33)两端使用钢丝绳夹分别扣住成为绳扣，使用卸扣(63)与滑标(22)、重锤(34)连接；传力绳(33)最小破断拉力大于测试部件(65)启动力，并考虑一定的安全富余。


5.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置，其特征在于，所述倒滑自锁装置(37)，包括圆台形抱绳装置(371)和弹簧限位器(372)，中间开孔对半分开的圆台形抱绳装置(371)通过对穿螺栓安装在传力绳(33)、牵引绳(36)上，平衡臂(12)前端下方的吊梁(511)设置弹簧限位器(372)，所述弹簧限位器(372)和脱钩装置(39)安装于马道(51)的吊梁(511)底面。


6.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置，其特征在于，所述的桅杆(11)包括底部的支承段(111)和上部的标准段(112)，所述支承段(111)为固定支承结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：余志祥，骆丽茹，叶高宏，廖林绪，金云涛，张丽君，许浒，齐欣，赵雷，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51