专利名称：微机控制电液伺服压剪试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压剪试验机，具体地说是一种微机控制电液伺服压剪试验机，其主要用于高速公路、桥梁、产品质量技术监督、铁路桥梁等部门的公路桥梁板式橡胶支座、盆式橡胶支座的力学性能试验，用于国民经济建设中按JT/T-4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》、JT391-1999《公路桥梁盆式橡胶支座》的力学性能试验检测，以判断公路桥梁板式橡胶支座、盆式橡胶支座的力学性能是否达到规定要求。
背景技术：
标准JT/T-4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》、JT391-1999《公路桥梁盆式橡胶支座》的力学性能试验检测的试验内容包括抗压弹性模量试验、抗剪弹性模量试验、剪切角试验、极限抗压强度试验、摩擦系数试验、转角试验、盆式橡胶支座的荷载试验下轴向压缩变形和径向变形的检测、盆式橡胶摩擦系数的测定。
在JT/T-4-2004标准未实施之前，板式橡胶和盆式橡胶的检测一般是在2000kN压力试验机上进行试验检测，轴向压缩试验时，加载速率为手动控制无固定加载速率，橡胶压缩变形检测是依靠放在压板四角的百分表进行检测，加载到某一载荷读百分表数值时，由站在四角上的试验员记下变形数据，然后进行计算，判断是否合格，经常出现误判情况。试验操作人员共5人。一人操作控制轴向压力，另4人记录读数。
转角试验时，其转角加荷速率也是手动控制，转角变形也是依靠站在转角工字梁四角的四个人进行记录，再进行计算，判断是否合格。试验操作人员共6人。一人操作控制轴向压力，一人操作控制千斤顶，另4人记录读数。
做抗剪弹性模量试验时，按规定轴向要加到一定载荷，并且在整个试验过程中要维持不变。实际上由于是手动控制，轴向载荷的范围变得很大，所求取的抗剪弹性模量范围也变得很大。
在使用过程中，由于试验机为手动控制，加荷速率不稳定，试验机测量系统采用动摆式，其示值精度在4％～100％范围内为±3％，测量所造成的试验数据不稳定和试验结果误判，给试样生产单位、试样使用的施工单位和设计单位带来困惑，结果造成质量隐患。
按照JT/T-4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》标准要求进行检测时，原有检测手段完全不合要求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种试验准确度高、可信度高、加荷速率平稳、使用方便、节省劳动力的微机控制电液伺服压剪试验机，以克服现有技术存在的缺陷，满足JT/T-4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》标准对检测设备的要求。
本实用新型解决其技术问题的技术方案如下一种微机控制电液伺服压剪试验机，包括主机、水平剪切机构和微机控制的电液饲服控制系统，所述主机包括底座、立柱、上压板、下压板、横梁和驱动电机，横梁通过升降螺母与立柱相连；所述水平剪切机构通过导轨设置在主机底座上；上压板固定设置在横梁的下平面上；下压板设置在底座上，其特征在于所述立柱为四立柱结构，立柱与横梁相连处为丝杠结构；所述横梁内升降螺母下端设有消除间隙油腔，横梁侧壁设有通向消除间隙油腔的进油口；所述水平剪切机构固定设置在移动小车上，其包括抗剪支座、抗拉座、抗拉柱、水平油缸、水平活塞、水平负荷传感器、抗剪梁和中间钢拉板；水平负荷传感器一端与抗剪梁相连，另一端与水平活塞相连；抗拉柱一端与抗剪梁相连，另一端通过抗拉座与中间钢拉板相连；水平油缸设置在抗剪支座内，水平活塞设置在水平油缸内；所述底座内设有垂直油缸、垂直活塞、垂直负载传感器，垂直负载传感器一端与垂直活塞相连，另一端与下压板相连；还包括固定设置在底座上的转角油缸和与水平剪切机构固定连接的水平调平机构。
所述的中间钢拉板的上下表面分别设有等间距的沟槽。
所述水平调平机构包括协调加载油缸和光电接近开关，所述光电接近开关设置在抗剪支座内抗拉座的上下两侧，所述协调加载油缸与抗剪支座固定连接。
所述导轨上设置齿条，所述移动小车通过齿轮电机与齿条相连。
所述油缸和活塞之间采用自润滑轴承，活塞采用柱塞式结构，导向部分加长。选用自润滑轴承，来加强导向并降低活塞和油缸之间的摩擦。活塞采用柱塞式结构，导向部分加长，使得侧向投影面积加大，测向承受压力减小，具备承受侧向力的能力。
由以上公开的技术方案可知，本实用新型微机控制电液伺服压剪试验机，主机采用四立柱框架结构，底座、横梁整体浇铸加强刚性要求。试验空间采用涡轮蜗杆传动，丝杠升降，按钮控制。试验机载荷液压加载、电子测量，变形、位移采用数字测量，最后集成到数据采集器，再到中央处理器进行测量控制。由于采用丝杠传动，横梁内螺母和丝杠之间存在较大的传动间隙，进行负荷标定时，上压板及横梁等部分零部件的重量也将会附加在负荷传感器上，造成实际使用负荷偏低，影响准确度，为此，通过设置消除间隙油腔采用液压涨紧，消除传动间隙，在进行负荷标定之前，先将横梁等零部件托起，然后再进行加载、标定，即可消除横梁等零部件重量的影响。
此外，由于试样的厚度不同，水平油缸需要上下可以移动。因此，在水平油缸下面安装一个可以上下移动的油缸，以适应不同厚度的试样。另外，不同的试验项目要求有所不同，在做抗压弹性模量时，水平钢拉板就不能放在下压板上方，需要移到其它位置。故又将水平油缸及协调加载油缸装在一个可以移动的小车上，该小车采用齿轮齿条传动，电动控制，减少劳动强度。协调加载油缸协调加载，保证试验机的剪切试验机构使水平油缸、负荷传感器的轴线和中间钢拉板的对称轴重合。
本实用新型的试验机正压力测量范围要求在0.4％～100％的量程范围内，示值误差在±1％以内；水平方向测量范围要求在1％～100％，示值误差在±1％以内；可以满足JT/T-4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》标准要求。
本实用新型的有益效果如下1、采用本实用新型微机控制电液伺服压剪试验机可以按照标准规定的加荷速率及加载程序，做抗压弹性模量试验、抗剪弹性模量试验、剪切角试验、极限抗压强度试验、摩擦系数试验、转角试验、盆式橡胶支座的荷载试验下轴向压缩变形和径向变形的检测、盆式橡胶摩擦系数的测定。
2、节省人力只需一人就可试验，由于是计算机控制并进行数据处理，所以试验结束后马上就可以知道试验结果。
3、无论是轴向压缩、水平剪切还是转角试验，均采用电液伺服控制方法进行控制，加载速率可控，自动进行保载，试验方便快捷，自动化程度高。由于每个试验的试验时间较长(在1～4小时之间)，在软件界面中，实时提示试验进度，方便了解试验情况。
4、试验机刚度高，试验机采用四立柱结构，稳定性和刚性要比一般的两立柱结构机型高很多。
5、作水平剪切试验时，采用加工细密沟槽的办法来加强防滑效果，比标准要求粘贴高摩擦板的方法更好，因为粘贴高摩擦板经过一段时间的应用之后会发生剥离现象，而加工的细密沟槽长时间使用后并不磨损，使用效果好。
6、试验空间较大，除了做公路板式橡胶支座外，还可以做建筑构件压缩试验。一机多用。
图1为本实用新型结构示意图；图2是抗剪试验弹性模量工作原理图；图3是水平剪切机构局部剖视结构示意图；图4是中间钢拉板示意图；图5是主机传动部分剖视结构示意图；图6是本实用新型多通道数据采集系统框图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型。
如图1本实用新型结构示意图所示，本实用新型微机控制电液伺服压剪试验机，包括主机1、水平剪切机构2和微机控制的电液伺服控制系统，所述主机1包括底座101、立柱102、上压板103、下压板104、横梁105和驱动电机106，横梁105通过升降螺母107与立柱102相连；所述水平剪切机构2通过导轨108设置在主机底座101上；上压板103固定设置在横梁105的下平面上；下压板104设置在底座上；所述立柱102为四立柱结构，立柱102与横梁105相连处为丝杠结构；所述横梁内升降螺母107下端设有消除间隙油腔109，横梁侧壁设有通向消除间隙油腔109的进油口110；所述水平剪切机构2固定设置在移动小车3上，其包括抗剪支座201、抗拉座202、抗拉柱203、水平油缸204、水平活塞205、水平负荷传感器206、抗剪梁207和中间钢拉板208；水平负荷传感器206一端与抗剪梁207相连，另一端与水平活塞205相连；抗拉柱203一端与抗剪梁207相连，另一端通过抗拉座202与中间钢拉板208相连；水平油缸204设置在抗剪支座201内，水平活塞205设置在水平油缸204内；所述底座内101设有垂直油缸111、垂直活塞112、垂直负载传感器113，垂直负载传感器113一端与垂直活塞112相连，另一端与下压板104相连；还包括固定设置在底座上的转角油缸4和与水平剪切机构2固定连接的水平调平机构5。
如图1本实用新型结构示意图和图3水平剪切机构局部剖视结构示意图所示，所述水平调平机构1包括协调加载油缸501和光电接近开关502，所述光电接近开关502设置在抗剪支座201内抗拉座202的上下两侧，所述协调加载油缸501与抗剪支座201固定连接。所述导轨108上设置齿条210，所述移动小车3通过齿轮电机209与齿条210相连。齿轮电机209在安装于导轨108上的齿条210上移动，同时带动移动小车3到下压板104中间时，按双剪组合放好试样后进行剪切试验。水平油缸204安装于抗剪支座201内，当水平油缸204内的水平活塞205由于油压的作用而向前推动安装于抗剪梁207上的水平负荷传感器206，这样由抗拉柱203相连抗剪梁207和抗拉座202将拉动中间钢拉板208施加水平方向的剪切力H。当试样由于受到垂直方向的压力F时受压变形，而导致中间钢拉板208向上倾斜，抗拉座202也会向上倾斜，此时，水平调平机构光电接近开关502会在其探头1.5mm以内检测到有物体时发出电讯号，使协调加载油缸501内活塞向上移动，这样又将使抗拉座202向下移动，当水平调平机构2的光电接近开关502检测不到1.5mm以内的物体时，协调加载油缸501内活塞停止移动，使中间钢拉板208的轴线和水平油缸的轴线一致。
在油缸导向套211内设置无油润滑轴承212。由于有水平方向剪切力的存在，正压力活塞除了要承受正压力外，还要承受很大的抗侧向能力。故选用自润滑轴承，来加强导向并降低活塞和油缸之间的摩擦。此外水平活塞205采用柱塞式结构，导向部分加长，使得侧向投影面积加大，侧向承受压力减小，具备承受侧向力的能力。
如图2抗剪试验弹性模量工作原理图，本实用新型试验机抗剪试验原理说明如下a.在试验机的下压板104上，将试样6、6’及中间钢拉板208按双剪组合配置好，使试样和中间钢拉板208的对称轴和试验机承载板中心轴处在同一垂直面上，精度应小于1％的试件短边尺寸，为防止出现打滑现象，应在上压板103、下压板103和中间钢拉板208上粘贴抗滑摩擦板214，以确保试验的准确性。
b.将压应力F以一定的速率连续的增加至平均压应力σ，绘制应力—时间图，并在整个抗剪过程中保持不变。
c.调整试验机的剪切试验机构，使水平油缸204、负荷传感器206的轴线和中间钢拉板208的对称轴重合。
d.预加水平力H。
e.正式加载，并测量支座水平变形f.数据处理如图4中间钢拉板示意图所示，由于做抗剪试验时，在中间钢拉板的两工作面上要粘贴高摩擦板即砂布，以防打滑，在试验中由于砂布粘贴的牢固程度以及摩擦损耗，高摩擦板容易脱落，因此，在中间钢拉板208的上下表面分别加工等间距的细密沟槽213来加强防滑效果，并且，不产生损耗问题。
如图5主机传动部分剖视结构示意图所示，采用设置在横梁上的驱动电机驱动蜗杆114，然后由蜗杆114带动蜗轮115转动，蜗轮与设置在横梁内的升降螺母107固定连接，然后由升降螺母107带动横梁105在沿立柱102上下移动，由于在横梁105的升降螺母107与丝杠结构的立柱102之间存在有运动间隙及加工间隙，在横梁内近升降螺母107下端设有消除间隙油腔109，横梁侧壁设有通向消除间隙油腔109的进油口110；这样当压力油由进油口110进入到消除间隙油腔109内时将螺母升高，使梯形丝杠螺纹和螺母螺纹之间的间隙消除。采用液压涨紧，消除传动间隙，在进行负荷标定之前，先将横梁等零部件托起，然后再进行加载、标定，即可消除横梁等零部件重量的影响。进而提高整个试验机的测试精度。
本实用新型试验机电液饲服控制系统为多通道数据采集系统，试验机载荷液压加载、电子测量，变形、位移采用数字测量，最后集成到数据采集器，再到中央处理器进行测量控制。如图6多通道数据采集系统框图所示，该系统采用工控总线插槽结构，每个功能模块自成体系，独自拥有40M主频的CPU，在一套系统内多个CPU(在一套系统内至少4个)并行协同工作，实现了真正意义上的多任务并行同时工作，以往单CPU系统一种是外部事件中断方式循环处理任务，另一种是定时器中断方式处理多任务，后一种也是现在Windows所采用的多任务工作方式，这两种方式都无法对同时发生的事件并行处理，对试验过程中的数据采集无法做到实时同步。它采用多个CPU对不同的工程量同时处理，比传统单CPU系统有更快的数据处理速度，使得数据的同步采集更精确，具有很强的实时性。
整个系统具备如下功能多个测量通道系统可以同时配置2个负荷传感器通道、3个小延伸传感器(电子引伸计)通道，工作传感器可通过计算机软件进行选取。
1、多传感器配置由于采用先进的分立修正系数设计，每一测量通道可以支持任意个传感器，换句话说，传感器可以任意的扩展。
2、硬件自动清零采用快速硬件自动清零技术，消除了传统软件清零无法克服的传感器及电路带来的零点偏移造成的分辨率下降，从而使测量在任何状态下都能到达理论设计的最佳状态。
3、全能数字标定负荷、小延伸、位移、大延伸等传感器数值的标定采用全数字化，通过按键操作即可实现各数值的标定，摒弃了传统电位器进行准确度调整的繁琐。
4、参数自动记忆控制系统所用到的各参数可进行自动存储，下次开机时系统会自动读入所存储的参数。
由于具备以上的功能，本实用新型可以满足对于试验机所需的12通道的变形采集。
权利要求1.一种微机控制电液伺服压剪试验机，包括主机(1)、水平剪切机构(2)和微机控制的电液伺服控制系统，所述主机(1)包括底座(101)、立柱(102)、上压板(103)、下压板(104)、横梁(105)和驱动电机(106)，横梁(105)通过升降螺母(107)与立柱(102)相连；所述水平剪切机构(2)通过导轨(108)设置在主机底座(101)上；上压板(103)固定设置在横梁(105)的下平面上；下压板(104)设置在底座上；其特征在于，所述立柱(102)为四立柱结构，立柱(102)与横梁(105)相连处为丝杠结构；所述横梁内升降螺母(107)下端设有消除间隙油腔(109)，横梁侧壁设有通向消除间隙油腔(109)的进油口(110)；所述水平剪切机构(2)固定设置在移动小车(3)上，其包括抗剪支座(201)、抗拉座(202)、抗拉柱(203)、水平油缸(204)、水平活塞(205)、水平负荷传感器(206)、抗剪梁(207)和中间钢拉板(208)；水平负荷传感器(206)一端与抗剪梁(207)相连，另一端与水平活塞(205)相连；抗拉柱(203)一端与抗剪梁(207)相连，另一端通过抗拉座(202)与中间钢拉板(208)相连；水平油缸(204)设置在抗剪支座(201)内，水平活塞(205)设置在水平油缸(204)内；所述底座内(101)设有垂直油缸(111)、垂直活塞(112)、垂直负载传感器(113)，垂直负载传感器(113)一端与垂直活塞(112)相连，另一端与下压板(104)相连；还包括固定设置在底座上的转角油缸(4)和与水平剪切机构(2)固定连接的水平调平机构(5)。
2.根据权利要求1所述的微机控制的电液伺服压剪试验机，其特征在于，所述的中间钢拉板(208)的上下表面分别设有等间距的沟槽(213)。
3.根据权利要求1所述的微机控制的电液伺服压剪试验机，其特征在于，所述水平调平机构(5)包括协调加载油缸(501)和光电接近开关(502)，所述光电接近开关(502)设置在抗剪支座(201)内位于抗拉座(202)的上下两侧，所述协调加载油缸(501)与抗剪支座(201)固定连接。
4.根据权利要求1所述的微机控制的电液伺服压剪试验机，其特征在于，所述导轨(108)上设置齿条(210)，所述移动小车(3)通过齿轮电机(209)与齿条(210)相连。
5.根据权利要求1所述的微机控制的电液伺服压剪试验机，其特征在于，所述水平油缸(204)和水平活塞(205)之间设置自润滑轴承(212)，水平活塞(205)采用柱塞式结构，导向部分加长。
专利摘要本实用新型公开了一种微机控制电液伺服压剪试验机，主要用于高速公路、桥梁等的公路桥梁板式橡胶支座、盆式橡胶支座的力学性能试验，包括主机、水平剪切机构和电液伺服控制系统，主机包括底座、立柱、上压板、下压板、横梁和驱动电机，立柱为四立柱结构；横梁内升降螺母下端设有消除间隙油腔，横梁侧壁设有进油口；水平剪切机构固定设置在移动小车上；水平负荷传感器一端与抗剪梁相连，另一端与水平活塞相连；抗拉柱一端与抗剪梁相连，另一端通过抗拉座与中间钢拉板相连；底座内垂直负载传感器一端与垂直活塞相连，另一端与下压板相连；还包括固定设置在底座旁边的转角油缸和与水平剪切机构固定连接的水平调平机构。
文档编号G01N3/00GK2903965SQ200620042299
公开日2007年5月23日 申请日期2006年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者林新生, 吕福生, 邵强, 张小康, 梁峰, 刘辉 申请人:上海华龙测试仪器有限公司