CN111089786B - 一种钢丝绳冲击破坏的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢丝绳冲击破坏的试验装置及方法，包括试验台基座，用于对测试钢丝绳施加拉力的预紧***、升降***、平移***以及用于冲击测试钢丝绳的冲击***；升降***、冲击***和平移***依次设置在试验台基座上；预紧***设置在升降***和平移***之间。实现了钢丝绳受不同角度、不同力度以及不同钢丝绳配置属性参数的冲击行为，对钢丝绳受冲击弹射后的张力振动动态响应过程的实时精确检测和分析，用来研究钢索护栏受冲击后力学响应及损坏机制。

Description

一种钢丝绳冲击破坏的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及钢丝绳冲击破坏试验领域，特别是涉及一种钢丝绳冲击破坏的试验装置及方法。

背景技术

钢索护栏是由多条钢丝绳组成的，所用钢丝绳由高强度柔韧钢丝捻制而成，具备优良的拉伸弯曲性能。钢丝绳可以拦截失控车辆使其减速停车，将高速运行车辆的动能吸收为自身弹性势能，其良好的弹性使碰撞时间显著延长，从而避免运输工具与其他物体产生瞬间高速冲击而受到损害，而钢丝绳较高的受载能力也保证了其拦截的可靠性。随着工业发展和社会水平的提高，汽车保有量一直呈现激增的趋势，而交通事故也频繁发生。车辆与护栏产生碰撞时，冲击时速可达100～120km/h甚至更高，一旦冲破护栏，将导致更严重的事故。如2018年10月，中国重庆市一辆公交车在行驶至长江二桥时与一辆红色小轿车相撞后闯入对向车道冲破护栏坠入江中，死亡15人。

钢索护栏(即钢丝绳)的拦截性能参数包括被拦截体的破坏程度、减速时间、停车位移以及钢丝绳本身的受力和破坏状态，这些参数不仅与冲击体的速度、质量、形状以及碰撞位置等有关系，还与钢丝绳本身的预紧状态、冲击次数以及属性参数有关，而冲击次数的极限直接与钢丝绳内部钢丝的损伤程度相关。因此，研制一种模拟道路钢索护栏碰撞的钢丝绳冲击破坏试验方法及装置，开展钢丝绳受冲击后的动态力学响应及破坏机制实验研究，对于探寻钢丝绳配置参数(长度、数量、绳径、规格、预紧力等)、冲击体速度、质量等与护栏拦截性能和损伤程度的作用关系，进一步提高钢索护栏的冲击耐受性和拦截可靠性具有重要意义。

目前对于钢丝绳冲击破坏的研究较少，相近的有，专利号为CN201410728399.5公布了一种用于千米深井缠绕提升钢丝绳冲击摩擦实验***，该装置实现了两个旋转轮绳的接触碰撞用于研究绳与绳表面冲击碰撞损伤机制，但该装置主要模拟缠绕式提升机摩擦轮绳槽内的绳与绳的摩擦，与苛刻的防护钢丝绳所受外部剧烈冲击明显不同；专利号为CN201820173515.5公布了一种生产工程用高效钢丝绳冲击切断设备，该装置实现了钢丝绳的快速冲击切断，且保证了切面的光滑，但该装置应用工况为切断，未涉及钢丝绳的拦截性能；钢丝绳同样未受到横向剧烈冲击。现有钢丝绳冲击张力振动装置或方法存在的问题主要为：针对拦截用钢丝绳的苛刻冲击应用工况未见体现，所述的应用工况均未涉及钢丝绳的拦截性能检测和冲击破坏分析，现有钢丝绳冲击张力振动装置或方法不能满足试验的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢丝绳冲击破坏的试验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现钢丝绳在不同预紧力下的绳体表面冲击锤冲击工况，并检测及分析钢丝绳的张力振动等动态响应以及钢丝绳的损伤机制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种钢丝绳冲击破坏的试验装置，包括试验台基座，用于对测试钢丝绳施加拉力的预紧***、升降***、平移***以及用于冲击所述测试钢丝绳的冲击***；所述升降***、冲击***和平移***依次设置在所述试验台基座上；所述预紧***设置在升降***和平移***之间。

所述升降***包括升降平台、用于驱动所述升降平台上下运动的升降组件；所述平移***包括移动平台、用于驱动所述移动平台平行运动的平移组件。

所述预紧***包括第一钢丝绳紧固件和第二钢丝绳紧固件；所述第一钢丝绳紧固件与所述升降平台滑动连接；所述第二钢丝绳紧固件与所述移动平台固定连接；所述第一钢丝绳紧固件和第二钢丝绳紧固件之间固定连接所述测试钢丝绳；所述测试钢丝绳上设置有拉力传感器。

优选的，所述试验台基座上固定设置有两组钢丝网架、所述钢丝网架上设置有防护钢丝网，所述测试钢丝绳位于两个防护钢丝网之间。

优选的，所述升降组件包括螺纹丝杠和升降支撑架，所述螺纹丝杠的两端套接在丝杠固定套内，所述丝杠固定套固定设置在所述试验台基座上，所述螺纹丝杠上设置有螺纹导套；所述升降支撑架包括两个支杆，两个支杆的中部铰接；所述升降平台的下方设置有滑槽板；一个所述支杆的一端与所述螺纹导套铰接，另外一端与所述滑槽板铰接；另一个所述支杆的一端与所述试验台基座铰接，另外一端在所述滑槽板内滑动；所述升降组件通过第二电机驱动。

优选的，所述平移组件包括滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的两端连接在轴承座内，所述轴承座固定设置在平移机构固定板上，所述平移机构固定板固定连接在所述试验台基座上；所述滚珠丝杠上设置有丝杠导套和丝杠螺母副，所述移动平台固定连接在所述丝杠导套和丝杠螺母副上；所述平移组件通过第一电机驱动。

优选的，所述预紧***还包括预紧液压缸和拉紧板；所述预紧液压缸的预紧液压缸活塞杆与所述拉紧板固定连接，所述拉紧板与第一钢丝绳紧固件固定连接；所述拉紧板与升降平台滑动连接。

优选的，所述冲击***包括固定支架、冲击液压缸和冲击锤，所述冲击液压缸固定设置在固定支架上，所述冲击液压缸的冲击液压缸活塞杆贯穿所述固定支架与冲击锤固定连接，所述冲击锤位于所述测试钢丝绳的正上方；所述冲击锤的两侧设置有用于导向的冲击锤导杆；所述固定支架内设置有用于加强固定连接作用的固定三脚架。

一种钢丝绳冲击破坏的试验方法，用上述任一项钢丝绳冲击破坏的装置进行，包括以下步骤：

7.1将所述测试钢丝绳固定安装在所述第一钢丝绳紧固件和第二钢丝绳紧固件之间；

7.2根据试验要求，调节升降***，使所述测试钢丝绳达到所需要的倾斜角度；

7.3调节平移***，使所述测试钢丝绳达到紧绷状态，并检查各部件之间的连接牢固性；

7.4对所述测试钢丝绳施加预紧力，当所述测试钢丝绳上的拉力传感器达到设定拉力时，停止对所述测试钢丝绳施加预紧力；

7.5所述预紧***、冲击***和平移***自锁，保证所述测试钢丝绳的拉力；

7.6所述冲击***开始工作，对所述测试钢丝绳施加冲击力，并采集保存拉力传感器的数据；

7.7重复步骤7.6进行所需次数的冲击试验后，将冲击***、预紧***、升降***和平移***依次归位后，将所述测试钢丝绳取下，对所述测试钢丝绳进行拉伸破断试验，完成钢丝绳的冲击破坏试验。

本发明公开了以下技术效果：本发明通过平移***中的平移组件驱动移动平台运动达到调节测试钢丝绳的目的，通过升降***中的升降组件调节升降平台的高度达到调节测试钢丝绳不同倾斜角度的目的，通过预紧***中的预紧液压缸调节测试钢丝绳受到的拉力以及调节钢丝绳灌浆固定块的规格调节钢丝绳的粗细，通过调节冲击***中冲击液压缸的冲击力、冲击速度、冲击时间、冲击距离等不同参数模拟不同冲击状况。实现了钢丝绳受不同角度、不同力度以及不同钢丝绳配置属性参数的冲击行为，对钢丝绳受冲击弹射后的张力振动动态响应过程的实时精确检测和分析，用来研究钢索护栏受冲击后力学响应及损坏机制。

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为本发明实验装置结构示意图；

图2为本发明升降***结构示意图；

图3为本发明平移***结构示意图。

其中，1为预紧液压缸，2为防护钢丝网，4为钢丝网架，5为冲击液压缸，6为冲击液压缸活塞杆，7为固定三脚架，8为冲击锤机构，9为冲击锤导杆，10为第一电机，11为第一联轴器，13为拉力传感器，14为平移机构固定板，15为固定支架，16为测试钢丝绳，17为试验台基座，19为第二联轴器，20为第二电机，21为升降平台，22为丝杠固定套，23为螺纹丝杠，24为螺钉，25为螺纹导套，26为升降支撑架，27为预紧液压缸活塞杆，28为拉紧板，29为第一钢丝绳紧固件，31为挡板，32为轴承端盖，33为固定螺钉，34为轴承座，35为垫圈，36为深沟球轴承，38为滚珠丝杠，40为钢丝绳灌浆固定块，41为第二钢丝绳紧固件，42为丝杠导套，43为移动平台，44为丝杠螺母副，45为键，47为固定板。

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。

本发明提供一种钢丝绳冲击破坏的试验装置，包括试验台基座17，用于对测试钢丝绳16施加拉力的预紧***、升降***、平移***以及用于冲击测试钢丝绳16的冲击***；升降***、冲击***和平移***依次设置在试验台基座17上；预紧***设置在升降***和平移***之间。试验台基座17上固定设置有两组钢丝网架4、钢丝网架4上设置有防护钢丝网2，测试钢丝绳16位于两个防护钢丝网2之间，防止测试过程中，测试钢丝绳冲断后对人员和设备产生损害。

升降***包括升降平台21、用于驱动升降平台21上下运动的升降组件，升降组件通过第二电机20驱动。升降组件包括螺纹丝杠23和升降支撑架26，螺纹丝杠23的两端套接在丝杠固定套22内，丝杠固定套22固定设置在试验台基座17上，螺纹丝杠23上设置有螺纹导套25；升降支撑架26包括两个支杆，两个支杆的中部铰接；升降平台21的下方设置有滑槽板，所述滑槽板与升降平台21通过螺钉24固定连接；一个支杆的一端与螺纹导套25铰接，另外一端与滑槽板铰接；另一个支杆的一端与试验台基座17铰接，另外一端在滑槽板内滑动。所述第二电机20与螺纹丝杠23的一端通过第二联轴器19连接。

平移***包括移动平台43、用于驱动移动平台43平行运动的平移组件，平移组件通过第一电机10驱动。平移组件包括滚珠丝杠38，滚珠丝杠38的两端通过垫圈35、深沟球轴承36连接在轴承座34内，并通过轴承端盖32、固定螺钉33密封；所述轴承座34固定设置在平移机构固定板14上，平移机构固定板14固定连接在试验台基座17上；滚珠丝杠38上设置有丝杠导套42和丝杠螺母副44，移动平台43固定连接在丝杠导套42和丝杠螺母副44上。所述滚珠丝杠38的一端与第一电机10通过第一联轴器11、键45连接,第一电机10与第一联轴器11之间设置有固定板47。

预紧***包括预紧液压缸1、拉紧板28以及对应设置的第一钢丝绳紧固件29和第二钢丝绳紧固件41；预紧液压缸1的预紧液压缸活塞杆27与拉紧板28固定连接，拉紧板28与第一钢丝绳紧固件29固定连接；拉紧板28与升降平台21滑动连接；第二钢丝绳紧固件41与移动平台43固定连接；第一钢丝绳紧固件29和第二钢丝绳紧固件41之间固定连接有测试钢丝绳16，第一钢丝绳紧固件29和第二钢丝绳紧固件41均设置有钢丝绳灌浆固定块40；测试钢丝绳16上设置有拉力传感器13。所述升降平台21远离预紧液压缸1的一端设置有挡板31，挡板31位于第一钢丝绳紧固件29和第二钢丝绳紧固件41之间，避免预紧液压缸受到巨大冲击力而受到损坏。

冲击***包括固定支架15、冲击液压缸5和冲击锤8，冲击液压缸5固定设置在固定支架15上，冲击液压缸5的冲击液压缸活塞杆6贯穿固定支架15与冲击锤8固定连接，冲击锤8位于测试钢丝绳16的正上方。冲击锤8的两侧设置有用于导向的冲击锤导杆9。固定支架15内设置有用于加强固定连接作用的固定三脚架7。

一种钢丝绳冲击破坏的试验方法，应用上述钢丝绳冲击破坏的装置进行，包括以下步骤：

7.1将测试钢丝绳16固定安装在第一钢丝绳紧固件29和第二钢丝绳紧固件41之间；

7.2根据试验要求，驱动第二电机20调节升降***，使测试钢丝绳16达到所需要的倾斜角度；

7.3驱动第一电机10调节平移***，使测试钢丝绳16达到紧绷状态，并检查各部件之间的连接牢固性；

7.4通过预紧液压缸1对测试钢丝绳16施加预紧力，当测试钢丝绳16上的拉力传感器13达到设定拉力时，预紧液压缸1停止工作；

7.5预紧***、冲击***和平移***自锁，保证测试钢丝绳16的拉力；

7.6冲击液压缸5开始工作，冲击液压缸活塞杆6迅速推动冲击锤8对测试钢丝绳16施加冲击力，并采集保存拉力传感器13的数据；

7.7重复步骤7.6进行所需次数的冲击试验后，将冲击***、预紧***、升降***和平移***依次归位后，将测试钢丝绳16取下，对测试钢丝绳16进行拉伸破断试验，完成钢丝绳的冲击破坏试验。

本发明通过平移***中的平移组件驱动移动平台运动达到调节测试钢丝绳的目的，通过升降***中的升降组件调节升降平台的高度达到调节测试钢丝绳不同倾斜角度的目的，通过预紧***中的预紧液压缸调节测试钢丝绳受到的拉力以及调节钢丝绳灌浆固定块的规格调节钢丝绳的粗细，通过调节冲击***中冲击液压缸的冲击力、冲击速度、冲击时间、冲击距离等不同参数模拟不同冲击状况。实现了钢丝绳受不同角度、不同力度以及不同钢丝绳配置属性参数的冲击行为，对钢丝绳受冲击弹射后的张力振动动态响应过程的实时精确检测和分析，用来研究钢索护栏受冲击后力学响应及损坏机制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种钢丝绳冲击破坏的试验装置，其特征在于：包括试验台基座(17)，用于对测试钢丝绳(16)施加拉力的预紧***、升降***、平移***以及用于冲击所述测试钢丝绳(16)的冲击***；所述升降***、冲击***和平移***依次设置在所述试验台基座(17)上；所述预紧***设置在升降***和平移***之间；

所述升降***包括升降平台(21)、用于驱动所述升降平台(21)上下运动的升降组件；所述升降组件包括螺纹丝杠(23)和升降支撑架(26)，所述螺纹丝杠(23)的两端套接在丝杠固定套(22)内，所述丝杠固定套(22)固定设置在所述试验台基座(17)上，所述螺纹丝杠(23)上设置有螺纹导套(25)；所述升降支撑架(26)包括两个支杆，两个支杆的中部铰接；所述升降平台(21)的下方设置有滑槽板；一个所述支杆的一端与所述螺纹导套(25)铰接，另外一端与所述滑槽板铰接；另一个所述支杆的一端与所述试验台基座(17)铰接，另外一端在所述滑槽板内滑动；所述升降组件通过第二电机(20)驱动；

所述平移***包括移动平台(43)、用于驱动所述移动平台(43)平行运动的平移组件；所述平移组件包括滚珠丝杠(38)，所述滚珠丝杠(38)的两端连接在轴承座(34)内，所述轴承座(34)固定设置在平移机构固定板上，所述平移机构固定板固定连接在所述试验台基座(17)上；所述滚珠丝杠(38)上设置有丝杠导套(42)和丝杠螺母副(44)，所述移动平台(43)固定连接在所述丝杠导套(42)和丝杠螺母副(44)上；所述平移组件通过第一电机(10)驱动；

所述冲击***包括固定支架(15)、冲击液压缸(5)和冲击锤(8)，所述冲击液压缸(5)固定设置在固定支架(15)上，所述冲击液压缸(5)的冲击液压缸活塞杆(6)贯穿所述固定支架(15)与冲击锤(8)固定连接，所述冲击锤(8)位于所述测试钢丝绳(16)的正上方；所述冲击锤(8)的两侧设置有用于导向的冲击锤导杆(9)；所述固定支架(15)内设置有用于加强固定连接作用的固定三脚架(7)；

所述预紧***包括第一钢丝绳紧固件(29)和第二钢丝绳紧固件(41)；所述第一钢丝绳紧固件(29)与所述升降平台(21)滑动连接；所述第二钢丝绳紧固件(41)与所述移动平台(43)固定连接；所述第一钢丝绳紧固件(29)和第二钢丝绳紧固件(41)之间固定连接所述测试钢丝绳(16)；所述测试钢丝绳(16)上设置有拉力传感器(13)。

2.根据权利要求1所述的一种钢丝绳冲击破坏的试验装置，其特征在于：所述试验台基座(17)上固定设置有两组钢丝网架(4)、所述钢丝网架(4)上设置有防护钢丝网(2)，所述测试钢丝绳(16)位于两个防护钢丝网(2)之间。

3.根据权利要求1所述的一种钢丝绳冲击破坏的试验装置，其特征在于：所述预紧***还包括预紧液压缸(1)和拉紧板(28)；所述预紧液压缸(1)的预紧液压缸活塞杆(27)与所述拉紧板(28)固定连接，所述拉紧板(28)与第一钢丝绳紧固件(29)固定连接；所述拉紧板(28)与升降平台(21)滑动连接。

4.一种钢丝绳冲击破坏的试验方法，其特征在于：用权利要求1-3任一项所述的钢丝绳冲击破坏的试验装置进行，包括以下步骤：

4.1将所述测试钢丝绳(16)固定安装在所述第一钢丝绳紧固件(29)和第二钢丝绳紧固件(41)之间；

4.2根据试验要求，调节升降***，使所述测试钢丝绳(16)达到所需要的倾斜角度；

4.3调节平移***，使所述测试钢丝绳(16)达到紧绷状态，并检查各部件之间的连接牢固性；

4.4对所述测试钢丝绳(16)施加预紧力，当所述测试钢丝绳(16)上的拉力传感器(13)达到设定拉力时，停止对所述测试钢丝绳(16)施加预紧力；

4.5所述预紧***、冲击***和平移***自锁，保证所述测试钢丝绳(16)的拉力；

4.6对所述测试钢丝绳(16)施加冲击力，并采集保存拉力传感器(13)的数据；

4.7重复步骤4.6进行所需次数的冲击试验后，将冲击***、预紧***、升降***和平移***依次归位后，将所述测试钢丝绳(16)取下，对所述测试钢丝绳(16)进行拉伸破断试验，完成钢丝绳的冲击破坏试验。

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