一种可持续提供多种弯矩的抗弯加载装置的制作方法

本实用新型专利属于材料试验装置，准确地说是涉及一种可在人工海水环境中持续提供多种荷载的混凝土抗弯加载装置。

背景技术：

因港工混凝土的腐蚀导致的经济损失和安全隐患已经引起国家以及行业内专家学者的重视，针对海港工程混凝土在海水侵蚀下腐蚀情况的研究不断进行。而更加符合试验需要的装置能够帮助专业人员更好研究不同种类混凝土在海水侵蚀状态下力学指标演变情况，充分发挥材料的性能，提升海工材料的耐久性和安全性。当前的力学试验仪器更倾向于对单个样本进行破坏性试验，但是港工混凝土材料的破坏往往是在海水侵蚀以及水体作用等因素的持续影响下缓缓变质至无法满足安全需求。针对现实情况的考虑，需要能够对材料保持一定荷载并且能够在人工海水(或其他特殊环境)的环境中正常工作的材料试验装置。

技术实现要素：

本申请的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可在人工海水环境下，持续提供不同荷载的混凝土抗弯加载装置。

为了解决上述问题，本申请将按照以下技术方案实现：

一种可持续提供多种弯矩的抗弯加载装置，包括一个顶盖和一个底座，在顶盖和底座之间对称设置有一对螺柱，分别为螺柱一和螺柱二，位于两螺柱之间的顶盖上固定设置有第一层托盘，第一层托盘的正下方、位于顶盖和底座之间，自上而下还设置有第二层托盘和第三层托盘，第二层托盘和第三层托盘之间通过挂钉相对固定连接成一体，所述挂钉可拆卸式连接于两层托盘之间；

第二层托盘和第三层托盘之间设置有升降装置，升降装置带动第二层托盘和第三层托盘同步上升或者下降；

第一层托盘与第二层托盘之间连接有弹簧，第一层托盘与第三层托盘之间也连接有弹簧；

每层托盘均包括上、下两层结构，上下两层之间通过楔形块相对固定连接，下层结构上开设有用于连接弹簧的弹簧卡口。

本实用新型所述升降装置为涡轮蜗杆结构，包括：

两个蜗杆，两个蜗杆的输入端均与伺服电机连接，两个蜗杆的输出端均连接一个蜗轮，一个蜗轮套设于螺柱一上，另一个蜗轮套设于螺柱二上；

当伺服电机启动时，电动机带动蜗杆旋转，同时蜗杆旋转带动蜗轮转动，从而使得蜗轮、升降装置及第二层托盘和第三层托盘整体沿着两侧的螺柱上下移动。

本实用新型还包括一个监控器，每层托盘与弹簧连接的部位安装有拉力传感器，拉力传感器将数据实时传递给监控器。

本实用新型选用的蜗轮蜗杆组合的蜗杆导程角满足自锁的要求，即当托盘被升降装置提升或下降至某一位置时，蜗轮无法主动带动蜗杆转动。当伺服电机不工作时，即使蜗轮相对于两个螺柱有运动趋势，也无法主动带动涡杆转动，故而托盘无法上下移动，托盘受到的弹簧拉力保持稳定，托盘内试件受到的弯矩也保持固定。

本实用新型所述升降装置开始工作后，第二层托盘、第三层托盘首先共同下降，与托盘相连的弹簧随着拉伸而拉力逐渐增大，由监控器读取需求的弯矩大小并计算相应的拉力；当与第二层托盘相连的弹簧拉力满足第一种弯矩要求后，电动机停止工作，将第二层托盘的上层通过外力固定在当时的位置，此时第二层托盘下部分收到弹簧拉力的作用，而上部分固定，可将受到的外力通过内部的楔形块转化为对试件的弯矩。之后移动挂钉，解除第二三层托盘之间的连接，此后第二层托盘静止；再次启动电动机，第三层托盘随升降装置继续移动，与之相连的弹簧逐渐拉伸且拉力逐渐增大，直至满足第二种弯矩要求；并且由于蜗轮蜗杆的自锁现象，即使伺服电机停止工作，第三层托盘仍然保持固定，即所受弹簧拉力不变，与上一托盘类似，该托盘上层固定而下层受弹簧拉力作用，托盘内部的楔形块将拉力转化为对试件的弯矩；此时三层托盘所受弹簧拉力各不相同，且保持固定，进而对每层放置的试件加载不同的弯矩。

与现有技术相比，本申请所具有的有益效果是：

本实用新型可在一次试验中通过单个伺服电机提供不同大小的弯矩荷载，并且维持一定时间，不同荷载之间不发生干扰；托盘的构造使得一次试验中能够对多个时间进行抗弯试验；并且试件放入后，托盘上下层随着弹簧的拉伸逐渐闭合，此后通过托盘表面的注水口将人工海水(或其他液体)注入，能够保证液体不会泄漏，并实现在液体中对试件保持一定荷载的试验效果；由于弹簧固定的位置在托盘的外侧，升降装置放置在托盘的上表面，所以液体的注入不会影响其工作情况。

附图说明

图1为本装置整体的情况展示；

图2为第二、三层托盘通过挂钉相连的结构状态；

图3为单层托盘的上下层构造；

图4为单层托盘上层表面注水口和挂钉滑槽的分布结构；

图5为每层托盘与升降装置的位置关系。

具体实施方式

如图1-5所示，一种可持续提供多种弯矩的抗弯加载装置，包括一个顶盖和一个底座，在顶盖和底座之间对称设置有一对螺柱，分别为螺柱一6和螺柱二7，位于两螺柱之间的顶盖上固定设置有第一层托盘1，第一层托盘1的正下方、位于顶盖和底座之间，自上而下还设置有第二层托盘2和第三层托盘3，第二层托盘2和第三层托盘3之间通过挂钉8相对固定连接成一体，所述挂钉8可拆卸式连接于两层托盘之间；

第二层托盘2和第三层托盘3之间设置有升降装置5，升降装置5带动第二层托盘2和第三层托盘3同步上升或者下降；

第一层托盘1与第二层托盘2之间连接有弹簧4，第一层托盘1与第三层托盘3之间也连接有弹簧4；

每层托盘均包括上、下两层结构，上下两层之间通过楔形块14相对固定连接，下层结构上开设有用于连接弹簧4的弹簧卡口。

如图5所示，所述升降装置5为涡轮蜗杆结构，包括：

两个蜗杆9，两个蜗杆9的输入端均与伺服电机11连接，两个蜗杆9的输出端均连接一个蜗轮10，一个蜗轮10套设于螺柱一6上，另一个蜗轮10套设于螺柱二7上；

当伺服电机11启动时，电动机带动蜗杆9旋转，同时蜗杆9旋转带动蜗轮10转动，从而使得蜗轮10、升降装置5及第二层托盘2和第三层托盘3整体沿着两侧的螺柱上下移动。

选用的蜗轮蜗杆组合的蜗杆导程角满足自锁的要求，即当托盘被升降装置5提升或下降至某一位置时，蜗轮10无法主动带动蜗杆9转动。当伺服电机11不工作时，即使蜗轮10相对于螺柱一6、螺柱二7有运动趋势，也无法主动带动涡杆转动，故而托盘无法上下移动，托盘受到的弹簧拉力保持稳定，托盘内试件受到的弯矩也保持固定。

每层托盘与弹簧连接的部位安装拉力传感器13，将读取的数值传递给监控器12。

每层托盘都分为上下两层，上层表面均有注水口15以及用于移动挂钉8的滑槽16；两层间不可脱离，两层之内设有“三点法”所需要的楔形块14；其中最上层托盘1不与弹簧连接，其余两托盘23的下层分别与不同的弹簧4相连；第二层托盘2的上层部分可固定在装置内部的任意高度；第二、三层托盘23可通过挂钉8刚性连接，处于连接状态时两层托盘23可同时随升降装置移动。

升降装置开始工作后，第二、三层托盘首先共同下降，与托盘相连的弹簧随着拉伸而拉力逐渐增大，由监控器读取需求的弯矩大小并计算相应的拉力；当与第二层托盘相连的弹簧拉力满足第一种弯矩要求后，电动机停止工作，将第二层托盘的上层通过外力固定在当时的位置，此时第二层托盘下部分收到弹簧拉力的作用，而上部分固定，可将受到的外力通过内部的楔形块转化为对试件的弯矩。之后移动挂钉，解除第二三层托盘之间的连接，此后第二层托盘静止；再次启动电动机，第三层托盘随升降装置继续移动，与之相连的弹簧逐渐拉伸且拉力逐渐增大，直至满足第二种弯矩要求；并且由于蜗轮蜗杆的自锁现象，即使伺服电机停止工作，第三层托盘仍然保持固定，即所受弹簧拉力不变，与上一托盘类似，该托盘上层固定而下层受弹簧拉力作用，托盘内部的楔形块将拉力转化为对试件的弯矩；此时三层托盘所受弹簧拉力各不相同，且保持固定，进而对每层放置的试件加载不同的弯矩。

当试件被放入托盘内部，此时启动伺服电机，蜗杆将带动蜗轮转动，使升降装置沿着蜗轮中心的主螺柱移动；第二第三层托盘首先相互通过挂钉连接，共同下降(连接状态如图2)，直到弹簧拉力满足首个弯矩需求，弹簧固定位置处的拉力感应器将数据传递给监控器，控制电动机暂停工作；此时将第二层托盘的上层部分通过外力固定，再通过图4所示的滑槽使得挂钉脱离托盘表面，解除第二层第三层托盘的连接；之后电动机继续工作，第三层托盘下降过程中与之相连的弹簧的拉力通过感应器传送至监控器，当满足弯矩需求时，电动机停止工作，由于蜗轮蜗杆的导程角满足自锁的要求，此时升降装置不会自行上升；上述过程结束时，各个托盘的上下层均在弹簧拉力作用下逐渐闭合，待到闭合完全后，通过注水口将液体注入，便可记录时间，开始材料试验。