CN112903481B - 一种摆锤试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种摆锤试验机，其包括底座、试件固定装置、升降驱动装置、上回转架、摆锤及电控单元，试件固定装置包括固定架、升降架、夹持组件，固定架安装在底座上。升降架活动设置在固定架的一侧，夹持组件有两个，分别设置在底座上和升降架上。升降驱动装置包括下环形支座和多个钢柱，多个钢柱呈环形均匀布置在底座外侧，下环形支座的外侧与各钢柱滑动配合。上回转架位于升降驱动装置的上方，其底部与下环形支座转动配合，摆锤的一端与上回转架铰接，上回转架上设有触控自锁装置和摆锤释放耦合组件。本发明自动化程度高，满足规则试件和异形试件的试验要求，自动调节撞击高度和角度，效率高，操作简便、灵活，有效避免锤头二次撞击试块。

Description

一种摆锤试验机
技术领域
本发明涉及建筑试验设备技术领域，具体涉及一种摆锤试验机。
背景技术
作为常用的工程结构，钢筋混凝土结构在使用过程中可能受到各种冲击载荷作用，例如碰撞、***、水流冲击和恐怖袭击等。为便于土木工程专业人员基于人为的和自然的动荷载因素对建筑结构或构件进行缩尺试验，特设计此试验设备，能够为不同试验需求的团队提供具有组合功能的试验设备。目前，国内外并没有相关试验设备。因此，现有技术有待进一步改进。
目前，已有大量国内外专家学者针对梁、柱、板等规则的结构构件在冲击荷载作用下的动力响应研究，由于现有试验设备的局限性，目前的试验仪器主要为重力式落锤，且试验对象多为规则的、可横向布置的梁、柱、板等，无法满足异形试件的试验要求，另外，现有的重力式落锤结构简单，操作难度大，效率低，试验的试件易受到二次撞击，导致试验数据准确度不高的问题。为了更加直观模拟真实工况下横向冲击中不同锤重、冲击速度、冲击能量对不同试验试件结构响应的影响，不仅仅是规则的梁、柱、板试件，还可以是异形试件或结构体系，需要对现有的试验设备进一步改进和提高。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种摆锤试验机，解决现有的重力式落锤结构简单，操作难度大，效率低，无法满足不规则试件试验要求，以及解决试件受到二次撞击的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种摆锤试验机，其包括底座、试件固定装置、升降驱动装置、上回转架、摆锤及电控单元，试件固定装置设置在底座的上方，其包括固定架、升降架、夹持组件，固定架安装在底座上。
升降架活动设置在固定架的一侧且位于底座上方，夹持组件有两个且一上一下相对布置，其中一个夹持组件活动设置在底座上方，另一个夹持组件活动设置在升降架上。
升降驱动装置包括下环形支座和多个钢柱，多个钢柱呈环形均匀布置在底座外侧，下环形支座的外侧与各钢柱滑动配合。
上回转架位于升降驱动装置的上方，上回转架的底部与下环形支座转动配合，所述摆锤设置在上回转架上。
摆锤的一端与上回转架的顶部铰接，所述上回转架上设置有防止摆锤二次撞击试块的触控自锁装置，所述上回转架上设置有摆锤释放耦合组件。
进一步地，所述固定架内侧竖向相对布置有两个第一导柱，第一导柱穿过升降架且与其竖向滑动配合。
两个第一导柱之间竖向设置第一丝杠，所述第一丝杠与第一导柱相对平行布置，第一丝杠穿过升降架与其螺纹配合。
固定架上设置有第一伺服电机，第一丝杠的一端连接第一伺服电机的输出端，第一伺服电机的信号端与电控单元通讯连接。
进一步地，所述夹持组件包括第二导柱、双向丝杠及两个夹持块，所述第二导柱有两个且水平相对布置，双向丝杠水平布置在两个第二导柱之间。
双向丝杠的一端配置有第二伺服电机，第二伺服电机的信号端与电控单元通讯连接。
两个夹持块沿第二导柱的轴向相对布置，第二导柱和双向丝杠均穿过两个夹持块，夹持块与第二导柱滑动配合。
两个夹持块分别与双向丝杠的两段反向螺纹转动配合，丝杠驱动两个夹持块沿第二导柱同步靠近或远离。
夹持块包括夹持块主体及夹爪，夹持块主体为方形截面的长条结构，夹爪位于两个夹持块主体相互背离的一侧，与对应的夹持块主体为一体结构。
进一步地，位于下方的夹持组件的两个夹持块的底部与设置在底座上的第一导轨滑动配合，位于下方的夹持组件的两个夹持块的顶部与设置在升降架上的第二导轨滑动配合。
进一步地，所述钢柱采用槽钢，所述槽钢的敞口侧均朝向所有钢柱围成区域的中心位置。
各槽钢的内部均配置有一个滑块，各滑块的下方均设置有一个第一液压缸，各第一液压缸的活塞杆端部与其上方的滑块固定相连，各所述滑块均与下环形支座的外侧壁固定相连成一体，所有第一液压缸同步伸缩，驱动下环形支座升降。
进一步地，上回转架的底部通过回转支承与下环形支座的顶部转动配合，回转支承包括内圈、外圈、蜗杆及液压马达，所述内圈固定安装在下环形支座上，外圈与上回转架的底部固定相连。
外圈的外侧壁上具有与蜗杆相配合的轮齿，所述液压马达固定安装在下环形支座的一侧，蜗杆的一端与液压马达的输出端同轴固定连接，蜗杆通过外圈驱动上回转架转动，所述液压马达的信号端与电控单元通讯连接。
进一步地，上回转架包括上环形座、横梁、支撑臂，所述横梁水平布置在上环形座的内侧，其两端分别与上环形座固定相连。
支撑臂位于横梁的上方且与横梁十字相交，支撑臂的底部通过相对间隔布置的立板与横梁的中部固定相连成一体结构，支撑臂端部与摆锤的一端铰接，摆锤的锤头安装在其另一端。
进一步地，触控自锁装置包括导向支架、止推板及第二液压缸，导向支架位于两个立板之间，其包括相对水平布置的两个导杆，两个导杆靠近摆锤的一端通过转轴固定相连，另一端通过方轴固定相连。
两个导杆分别通过一个导向套与同侧的立板滑动配合，导杆上套设有弹簧，所述弹簧位于导向套靠近摆锤的一侧，所述止推板的背面通过铰支座与转轴转动连接。
第二液压缸通过安装架设置在横梁背离摆锤的一侧，第二液压缸的活塞杆端部安装有电磁铁，电磁铁的信号端与电控单元通讯连接。
所述立板靠近摆锤的一侧设置有光电延时开关，光电延时开关的信号端与电控单元通讯连接。
进一步地，摆锤释放耦合组件包括两个耦合件，两个耦合件对称设在回转架的内侧且与摆锤另一端的位置对应，摆锤另一端的两侧对称安装有两个限位座，两个耦合件分别与两个限位座相配合。
耦合件靠近上回转架的一端与其转动连接，两个耦合件相互背离的一侧分别设有一个第三液压缸，第三液压缸的信号端与电控单元通讯连接，两个第三液压缸同步伸缩驱动两个耦合件靠近或远离。
进一步地，摆锤的另一端靠近试件固定装置的一侧具有锤头安装座，摆锤的锤头可拆卸固定安装在锤头安装座上，所述锤头的形状为球形、圆柱形或者楔形。
通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明的摆锤试验机自动化程度高，同时满足规则试件和异形试件的试验要求，自动调节撞击高度和角度，省时省力，效率高，操作简便、灵活，有效避免锤头二次撞击试块，获得的试验结果更精确。
附图说明
图1是本发明一种摆锤试验机的结构原理示意图。
图2是图1中本发明某一部分的结构示意图，示出的是触控自锁装置和相关部件。
图3是图1中本发明A-A视向的剖视结构图。
图4是图1中本发明另一部分的俯视结构示意图，示出的是试件固定装置。
图5是图4中示出的试件固定装置的左视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
结合图1至图5，一种摆锤试验机，其包括试件固定装置1、底座2、升降驱动装置3、上回转架4、摆锤5及电控单元，试件固定装置1设置在底座2的上方，其包括固定架11、升降架12、夹持组件，固定架11安装在底座2上方，其下端与底座2的上表面固定相连。电控单元包括电控柜及PLC控制器，PLC控制器采用现有技术已有的PLC控制器，接收信号采集部件发来的电信号，同时为电气执行部件发出指令控制其工作，电控柜连接220V市电，为摆锤试验机的各用电部件供电。
所述固定架11内侧竖向相对布置有两个第一导柱10，两个第一导柱10相对平行设置，第一导柱的上端与固定架11的顶部固定连接，其下端与底座2固定连接。升降架12活动设置在固定架11的前侧，升降架12为钢制平面框架结构，且水平布置在底座2上方。升降架12的后端位于固定架11内，第一导柱10穿过升降架12的后端，升降架12与第一导柱其竖向滑动配合。
两个第一导柱之间竖向设置第一丝杠13，所述第一丝杠13与第一导柱10相对平行布置，第一丝杠13穿过升降架12与升降架12上固定设置的丝母螺纹配合。固定架11的顶部固定安装有第一伺服电机14，第一丝杠13的上端与同轴固定相连，第一伺服电机14的信号端与电控单元通讯连接。
工作状态下，第一伺服电机14的输出端驱动第一丝杠13转动，第一丝杠13驱动升降架12沿两个第一导柱的轴向上下运动，调节升降架12的高度。
夹持组件有两个，且一上一下相对布置，其中一个夹持组件活动设置在底座2上方，另一个夹持组件活动设置在升降架12上，位于升降架12上的夹持组件随升降架12一起升降。
所述夹持组件包括第二导柱15、双向丝杠16及两个夹持块17，所述第二导柱15有两个，且水平纵向相对布置，双向丝杠16水平布置在两个第二导柱15之间，双向丝杠16与第二导柱15相互平行。两个夹持块17沿第二导柱15的轴向相对布置，第二导柱15和双向丝杠16均穿过两个夹持块17，夹持块17与第二导柱15滑动配合。
夹持块17包括夹持块主体及夹爪，夹持块主体为方形截面的长条结构，夹爪位于两个夹持块主体相互背离的一侧，与对应的夹持块主体为一体结构。
位于下方的夹持组件的两个夹持块17的底部与固定安装在底座2上表面的第一导轨18滑动配合，位于下方的夹持组件的两个夹持块17的顶部与固定安装在升降架12底部的第二导轨19滑动配合，所述第一导轨18和第二导轨19的长度方向均与第二导柱15的轴向一致，所述第一导轨18和第二导轨19均对夹持块17的运动其导向和约束的作用，保证其前后直线运动。
双向丝杠16的后端配置有第二伺服电机，第二伺服电机的输出端与双向丝杠16的后端同轴固定相连，第二伺服电机的信号端与电控单元通讯连接，所述第二伺服电机驱动双向丝杠16转动。两个夹持块17分别与双向丝杠16的两段反向螺纹转动配合，丝杠驱动两个夹持块17沿第二导柱15同步靠近或远离。
工作时，先通过位于下方的夹持组件的双向丝杠16调节设置在底座2上的两个夹持块17的间距，再将试块吊装放置在位于底座2的两个夹持块17上，将试块底部夹住。使位于升降架12的两个夹持块17保持张开状态，第一丝杠13驱动升降架12下落至试块顶部，位于升降架12的两个夹持块17将试块的顶部夹住，完成试块在试件固定装置1上的固定。
升降驱动装置3包括下环形支座31和六个钢柱32，六个钢柱32呈环形均匀布置在底座2外侧，下环形支座31的外侧与各钢柱32滑动配合。所述钢柱32采用槽钢，槽钢的敞口侧均朝向所有钢柱32围成区域的中心位置。各槽钢的内部均配置有一个滑块33，各滑块33的下方均设置有一个第一液压缸，各第一液压缸的活塞杆端部与其上方的滑块33固定相连，各所述滑块33均与下环形支座31的外侧壁固定相连成一体，所有第一液压缸同步伸缩，驱动下环形支座31升降，一种摆锤试验机还包括液压站，所述液压站为第一液压缸供油回回油。
上回转架4位于升降驱动装置3的上方，上回转架4的底部与下环形支座31转动配合，所述摆锤5设置在上回转架4上。摆锤5的另一端靠近试件固定装置1的一侧具有锤头51安装座，摆锤5的锤头51可拆卸固定安装在锤头51安装座上，所述锤头51的形状为球形、圆柱形或者楔形，本发明优选采用球形的锤头51。工作时，第一液压缸驱动下环形支座31升降，调节上回转架4的高度，进而调节摆锤5对试块的撞击的位置高度。
具体地，上回转架4的底部通过回转支承与下环形支座31的顶部转动配合，上回转架4包括上环形座41、横梁42、支撑臂43，所述横梁42水平布置在上环形座41的内侧，其两端分别与上环形座41固定相连。支撑臂43位于横梁42的上方且与横梁42十字相交，支撑臂43的底部通过相对间隔布置的立板44与横梁42的中部固定相连成一体结构。
回转支承包括内圈61、外圈62、蜗杆63及液压马达64，所述内圈61固定安装在下环形支座31上，外圈62与上回转架4的底部固定相连。外圈62的外侧壁上具有与蜗杆63相配合的轮齿，所述液压马达64固定安装在下环形支座31的一侧，蜗杆63的一端与液压马达64的输出端同轴固定连接，蜗杆63通过外圈62驱动上回转架4转动，所述液压马达64的信号端与电控单元通讯连接，电控单元通过液压马达64控制并调节上回转架4相对于下环形支座31的转动角度，进而调节摆锤5对试块的撞击角度。
摆锤5的一端与上回转架4的顶部铰接，所述上回转架4上设置有防止摆锤5二次撞击试块的触控自锁装置7，所述上回转架4上设置有摆锤释放耦合组件8。支撑臂43端部与摆锤5的一端铰接，摆锤5的锤头51安装在其另一端。
触控自锁装置7包括导向支架71、止推板72及第二液压缸73，导向支架71位于两个立板44之间，其包括相对水平布置的两个导杆，两个导杆靠近摆锤5的一端通过转轴固定相连，另一端通过方轴固定相连。两个导杆分别通过一个导向套75与同侧的立板44滑动配合，导杆上套设有弹簧74，所述弹簧74位于导向套75靠近摆锤5的一侧，所述止推板72的背面通过铰支座与转轴转动连接。
第二液压缸73通过安装架设置在横梁42背离摆锤5的一侧，第二液压缸73的活塞杆端部安装有电磁铁，电磁铁的信号端与电控单元通讯连接。所述立板44靠近摆锤5的一侧设置有光电延时开关76，光电延时开关76的信号端与电控单元通讯连接。
当摆锤5释放时，电磁铁吸住导向支架71的后端并将其拉向后方，摆锤5的锤头51撞击试块前，止推板72与摆锤5不接触，弹簧74始终处于被压缩状态。再锤头51撞击试块瞬间，光电延时开关76接收到信号并送至LPC控制器，LPC控制器发送指令给电磁铁，电磁铁释放导向支架71。锤头51撞击试块反弹时，止推板72与摆锤5的后侧接触，防止摆锤5二次撞击试块，影响试验的结果。
摆锤释放耦合组件8包括两个耦合件81，两个耦合件81对称设在回转架的内侧且与摆锤5另一端的位置对应，摆锤5另一端的两侧对称安装有两个限位座52，两个耦合件81分别与两个限位座52相配合。耦合件81靠近上回转架4的一端与其转动连接，两个耦合件81相互背离的一侧分别设有一个第三液压缸82，第三液压缸82的信号端与电控单元通讯连接，第三液压缸82同步伸缩驱动两个耦合件81靠近或远离。
摆锤5的另一端系有钢丝绳，吊装设备通过钢丝绳将摆锤5向上拉起，两个耦合件81张开，摆锤5的两个限位座52由两个耦合件81之间通过后，耦合件81闭合，耦合件81通过限位座52托住摆锤5。当摆锤5释放时，耦合件81张开。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种摆锤试验机，其包括底座、试件固定装置、升降驱动装置、上回转架、摆锤及电控单元，其特征在于，试件固定装置设置在底座的上方，其包括固定架、升降架、夹持组件，固定架安装在底座上；
升降架活动设置在固定架的一侧且位于底座上方，夹持组件有两个且一上一下相对布置，其中一个夹持组件活动设置在底座上方，另一个夹持组件活动设置在升降架上；
升降驱动装置包括下环形支座和多个钢柱，多个钢柱呈环形均匀布置在底座外侧，下环形支座的外侧与各钢柱滑动配合；
上回转架位于升降驱动装置的上方，上回转架的底部与下环形支座转动配合，所述摆锤设置在上回转架上；
摆锤的一端与上回转架的顶部铰接，所述上回转架上设置有防止摆锤二次撞击试块的触控自锁装置，所述上回转架上设置有摆锤释放耦合组件；
所述钢柱采用槽钢，所述槽钢的敞口侧均朝向所有钢柱围成区域的中心位置；
各槽钢的内部均配置有一个滑块，各滑块的下方均设置有一个第一液压缸，各第一液压缸的活塞杆端部与其上方的滑块固定相连，各所述滑块均与下环形支座的外侧壁固定相连成一体，所有第一液压缸同步伸缩，驱动下环形支座升降；
上回转架的底部通过回转支承与下环形支座的顶部转动配合，回转支承包括内圈、外圈、蜗杆及液压马达，所述内圈固定安装在下环形支座上，外圈与上回转架的底部固定相连；
外圈的外侧壁上具有与蜗杆相配合的轮齿，所述液压马达固定安装在下环形支座的一侧，蜗杆的一端与液压马达的输出端同轴固定连接，蜗杆通过外圈驱动上回转架转动，所述液压马达的信号端与电控单元通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种摆锤试验机，其特征在于，所述固定架内侧竖向相对布置有两个第一导柱，第一导柱穿过升降架且与其竖向滑动配合；
两个第一导柱之间竖向设置第一丝杠，所述第一丝杠与第一导柱相对平行布置，第一丝杠穿过升降架与其螺纹配合；
固定架上设置有第一伺服电机，第一丝杠的一端连接第一伺服电机的输出端，第一伺服电机的信号端与电控单元通讯连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种摆锤试验机，其特征在于，所述夹持组件包括第二导柱、双向丝杠及两个夹持块，所述第二导柱有两个且水平相对布置，双向丝杠水平布置在两个第二导柱之间；
双向丝杠的一端配置有第二伺服电机，第二伺服电机的信号端与电控单元通讯连接；
两个夹持块沿第二导柱的轴向相对布置，第二导柱和双向丝杠均穿过两个夹持块，夹持块与第二导柱滑动配合；
两个夹持块分别与双向丝杠的两段反向螺纹转动配合，丝杠驱动两个夹持块沿第二导柱同步靠近或远离；
夹持块包括夹持块主体及夹爪，夹持块主体为方形截面的长条结构，夹爪位于两个夹持块主体相互背离的一侧，与对应的夹持块主体为一体结构。
4.根据权利要求3所述的一种摆锤试验机，其特征在于，位于下方的夹持组件的两个夹持块的底部与设置在底座上的第一导轨滑动配合，位于下方的夹持组件的两个夹持块的顶部与设置在升降架上的第二导轨滑动配合。
5.根据权利要求1所述的一种摆锤试验机，其特征在于，上回转架包括上环形座、横梁、支撑臂，所述横梁水平布置在上环形座的内侧，其两端分别与上环形座固定相连；
支撑臂位于横梁的上方且与横梁十字相交，支撑臂的底部通过相对间隔布置的立板与横梁的中部固定相连成一体结构，支撑臂端部与摆锤的一端铰接，摆锤的锤头安装在其另一端。
6.根据权利要求5所述的一种摆锤试验机，其特征在于，触控自锁装置包括导向支架、止推板及第二液压缸，导向支架位于两个立板之间，其包括相对水平布置的两个导杆，两个导杆靠近摆锤的一端通过转轴固定相连，另一端通过方轴固定相连；
两个导杆分别通过一个导向套与同侧的立板滑动配合，导杆上套设有弹簧，所述弹簧位于导向套靠近摆锤的一侧，所述止推板的背面通过铰支座与转轴转动连接；
第二液压缸通过安装架设置在横梁背离摆锤的一侧，第二液压缸的活塞杆端部安装有电磁铁，电磁铁的信号端与电控单元通讯连接；
所述立板靠近摆锤的一侧设置有光电延时开关，光电延时开关的信号端与电控单元通讯连接。
7.根据权利要求1所述的一种摆锤试验机，其特征在于，摆锤释放耦合组件包括两个耦合件，两个耦合件对称设在回转架的内侧且与摆锤另一端的位置对应，摆锤另一端的两侧对称安装有两个限位座，两个耦合件分别与两个限位座相配合；
耦合件靠近上回转架的一端与其转动连接，两个耦合件相互背离的一侧分别设有一个第三液压缸，第三液压缸的信号端与电控单元通讯连接，两个第三液压缸同步伸缩驱动两个耦合件靠近或远离。
8.根据权利要求1所述的一种摆锤试验机，其特征在于，摆锤的另一端靠近试件固定装置的一侧具有锤头安装座，摆锤的锤头可拆卸固定安装在锤头安装座上，所述锤头的形状为球形、圆柱形或者楔形。
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