一种可实现横向与纵向加载的试验装置的制作方法

本发明涉及一种对实际工作中主要受到横向加载力和纵向加载力的装置或组件进行纵向与横向复合加载并进行测试的试验装置。

背景技术：

在实际工作中，许多装置或组件均会受到横向力和纵向力的冲击，例如水下钻井装置、塔架、管柱等。在受力作用下，装置会产生受力变形，应力集中等现象，对装置本身结构造成一定损坏，导致装置寿命降低，不能正常工作，甚至可能对人身造成一定伤害。因此，在投入实际使用之前，需对装置进行加载试验，保证装置的强度、刚度等力学性能。虽然现在能够利用相关软件对装置按照工况要求进行仿真，但结果是在理想状态的前提下进行的，忽略了很多因素，例如材料的选用、加工过程、装配过程等，对装置的性能都有影响。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种可实现纵向与横向复合加载的试验装置，所述的加载检测装置整体为框架式结构，牢固稳定；各执行机构模块化，易于安装；设有传感器装置，有效对试验对象进行机械性能检测。本发明的目的是，对即将投入实际工作的装置进行加载，施加横向加载力和纵向加载力，模拟实际工作中遇到的载荷，并通过相应传感器对应力、应变等进行检测，试验结果具有参考价值，保证装置的安全性和可靠性。

本发明的技术方案是：该种可实现纵向与横向复合加载的试验装置包括整体框架、水平加载机构、竖直移动机构、竖直移动轨道、竖直加载机构和水平移动机构。其独特之处在于：

所述的整体框架包括底板、第一矩形钢管，第二矩形钢管、第三矩形钢管、第四矩形钢管、竖直矩形钢管、第一角钢、第二角钢、竖直移动安装板。整体框架为钢架结构，以第三矩形钢管和第四矩形钢管连接作为上平面、下平面，下方与底板连接，使用地脚螺栓固定；上平面连接第一矩形钢管、第二矩形钢管和第四矩形钢管，用于安装水平移动机构；上、下面之间连接竖直矩形钢管，作为竖直支撑，保证框架稳定性；框架左侧连接第一角钢、第二角钢和竖直移动安装板，便于竖直移动机构和竖直移动轨道的安装。所述的竖直移动轨道包括竖直移动轨道限位槽和竖直移动轨道方孔。竖直移动轨道上下具有通孔，与竖直移动安装板螺栓连接。完成竖直移动轨道与整体框架的连接。

所述的水平加载机构包括水平加载液压缸、移动滑块、第一位移传感器安装板、第一位移传感器、第一拉压传感器、第一位移传感器连接板和第一耳环。将移动滑块沿竖直移动轨道限位槽置于竖直移动轨道中，水平加载液压缸前方形法兰结构与移动滑块螺栓连接，液压缸活塞杆从竖直移动轨道方孔伸出，不影响水平加载液压缸的升降运动；第一拉压传感器一端与水平加载液压缸的活塞杆连接，另一端与第一耳环连接，并在中间套入第一位移传感器连接板；第一位移传感器与移动滑块上的第一位移传感器安装板螺栓连接。完成水平加载机构的组装。

所述的竖直移动机构包括吊环、第一螺旋丝杠、第一螺旋螺母、竖直移动机构安装板、大皮带轮、小皮带轮、电机安装板和第一电机。所述的第一电机与竖直移动机构安装板上的电机安装板螺栓连接，在电机轴处连接小皮带轮；所述的第一螺旋螺母外壳法兰与竖直移动机构安装板螺栓连接，内部上端与大皮带轮采用键连接，中部为螺纹部分，与第一螺旋丝杠构成螺旋副；吊环为圆环结构，上端与第一螺旋丝杠下底板螺栓连接，水平加载液压缸穿入吊环，吊环下端螺栓连接，保证吊环夹紧液压缸；第一电机转动，采用皮带传动，带动第一螺旋螺母旋转，第一螺旋丝杠开始升降运动，实现升降功能。完成竖直移动机构的组装，同时完成水平加载机构与竖直移动机构的连接。

所述的竖直加载机构包括第三位移传感器，竖直加载液压缸，第二拉压传感器，第三位移传感器连接板，第二耳环。所述的竖直加载液压缸为后法兰式液压缸，第三位移传感器与液压缸法兰侧面螺栓连接；第二拉压传感器一端与液压缸活塞杆连接，另一端与第二耳环连接，并在中间套入第三位移传感器连接板。完成竖直加载机构的组装。

所述的水平移动机构包括轴承座，上限位轨道，第二位移传感器，第二位移传感器安装板，第二螺旋螺母，第二螺旋丝杠，第二位移传感器连接板，联轴器，第二电机，水平移动机构安装板，移动小车。以水平移动机构安装板为基础，第二电机连接在水平移动机构安装板右侧，通过联轴器与第二螺旋丝杠一端连接；第二螺旋丝杠两端连接有轴承座，轴承座与水平移动机构安装板连接，这样固定了第二螺旋丝杠。所述的移动小车包括移动小车连接板，车身，车轴，车轮。第二螺旋丝杠上的第二螺旋螺母套入移动小车上的移动小车连接板上，并采用螺栓连接；移动小车连接板位于车身上，车身两侧各有两个车轴，在车轴上安装车轮，具有导向和移动功能；在第二螺旋丝杠两侧连接上限位轨道，位于车轮上方，保证移动小车在移动过程的稳定性；所述的竖直加载机构与车身下方进行螺栓连接。完成水平移动机构的组装，同时完成竖直加载机构与水平移动机构的连接。

将所述的竖直移动机构中竖直移动机构安装板与整体框架中的第一角钢和第二角钢螺栓连接，完成竖直移动机构和水平加载机构与整体框架的连接；将所述的水平移动机构中的水平移动机构安装板与整体框架上平面第一矩形钢管、第二矩形钢管和第四矩形钢管螺栓连接，完成竖直加载机构与水平移动机构与整体框架的连接。这样完成纵向与横向复合加载的试验装置的整体组装。

本发明具有如下有益效果：在进行加载试验之前，将检测对象安装在装置整体框架的下平面上，上端与竖直加载机构中的第二耳环进行连接，中间位置与水平加载机构中的第一耳环进行连接。开始实验，启动第一电机，电机转动，通过小皮带轮和大皮带轮和第一螺旋螺母，将旋转运动转化为直线运动，第一螺旋丝杠进行升降运动，在吊环的作用下，水平移动机构能够实现升降运动。同时移动滑块能够在竖直移动轨道的竖直移动轨道限位槽中滑动，保证了水平移动机构升降运动的稳定性；控制水平加载液压缸活塞杆的伸缩，能够对实验对象进行水平加载。由竖直移动机构和水平加载机构共同作用，实现对实验对象进行不同位置、不同大小的水平加载力，并通过第一位移传感器、第一拉压传感器检测出水平加载力的大小和所发生位置变化等信息。同理，启动第二电机，第二螺旋丝杠转动，在第二螺旋螺母作用下，将旋转运动转化为直线运动，带动移动小车实现水平移动，实现了竖直加载机构的水平移动。控制竖直加载液压缸活塞杆的伸缩，能够对实验对象进行竖直加载。由水平移动机构和竖直加载机构的作用下，实现对实验对象进行不同位置、不同大小的竖直加载力，并通过第三位移传感器和第二拉压传感器检测出竖直加载力的大小和所发生位置变化等信息。最终将检测信号传送给工控机，有工控机进行显出输出，并进行分析。

综上所述，该种可实现纵向与横向复合加载的试验装置整体为框架式结构，牢固稳定；各执行机构模块化，易于安装；设有传感器装置，有效对检测对象进行机械性能检测。加强了对受横向纵向载荷组件的力学性能研究，对其进行加载试验，分析装置受载后的力学稳定性和承载情况，对于保证各装置在服役过程中的安全性、稳定性有着重要作用。

附图说明：

图1是本发明的三维结构示意图。

图2是本发明的平面主视图。

图3是本发明所述的框架支撑结构示意图。

图4是本发明所述的水平加载机构和竖直移动机构结构示意图。

图5是本发明所述的竖直移动轨道结构示意图。

图6是本发明所述的竖直加载机构和水平移动机构结构示意图。

图7是本发明所述的移动小车结构示意图。

图中1-整体框架，2-水平加载机构，3-竖直移动机构，4-竖直移动轨道，5-竖直加载机构，6-水平加载机构，7-底板，8-第一矩形钢管，9-第二矩形钢管，10-第三矩形钢管，11-第四矩形钢管，12-竖直矩形钢管，13-第一角钢，14-第二角钢，15-竖直移动安装板，16-水平加载液压缸，17-移动滑块，18-第一位移传感器安装板，19-第一位移传感器，20-第一拉压传感器，21-第一位移传感器连接板，22-第一耳环，23-吊环，24-第一螺旋丝杠，25-第一螺旋螺母，26-竖直移动机构安装板，27-大皮带轮，28-小皮带轮，29-电机安装板，30-第一电机，31-竖直移动轨道限位槽，32-竖直移动轨道方孔，33-轴承座，34-上限位轨道，35-第二位移传感器，36-第二位移传感器安装板，37-第二螺旋螺母，38-第二螺旋丝杠，39-第二位移传感器连接板，40-联轴器，41-第二电机，42-水平移动机构安装板，43-移动小车，44-第三位移传感器，45-竖直加载液压缸，46-第二拉压传感器，47-第三位移传感器连接板，48-第二耳环，49-移动小车连接板，50-车身，51-车轴，52-车轮。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2所示，该种加载装置，包括整体框架1、水平加载机构2、竖直移动机构3、竖直移动轨道4、竖直加载机构5和水平移动机构6。其独特之处在于：

结合图3、图5所示，所述的整体框架1包括底板7、第一矩形钢管8，第二矩形钢管9、第三矩形钢管10、第四矩形钢管11、竖直矩形钢管12、第一角钢13、第二角钢14、竖直移动安装板15。整体框架1为钢架结构，以第三矩形钢管10和第四矩形钢管11连接作为上平面、下平面，下方与底板7连接，使用地脚螺栓固定；上平面连接第一矩形钢管8、第二矩形钢管9和第四矩形钢管11，用于安装水平移动机构6；上、下面之间连接竖直矩形钢管12，作为竖直支撑，保证框架稳定性；框架左侧连接第一角钢13、第二角钢14和竖直移动安装板15，便于竖直移动机构3和竖直移动轨道4的安装。所述的竖直移动轨道4包括竖直移动轨道限位槽31和竖直移动轨道方孔32。竖直移动轨道4上下具有通孔，与竖直移动安装板15螺栓连接。完成竖直移动轨道4与整体框架1的连接。

如图4所示，所述的水平加载机构2包括水平加载液压缸16、移动滑块17、第一位移传感器安装板18、第一位移传感器19、第一拉压传感器20、第一位移传感器连接板21和第一耳环22。结合图1至图5所示，上述组件连接关系为：首先移动滑块17沿竖直移动轨道限位槽31置于竖直移动轨道中，水平加载液压缸16前方形法兰结构与移动滑块17螺栓连接，液压缸活塞杆从竖直移动轨道方孔32伸出，不影响水平加载液压缸16的升降运动；第一拉压传感器20一端与水平加载液压缸16的活塞杆连接，另一端与第一耳环22连接，并在中间套入第一位移传感器连接板21；第一位移传感器19与移动滑块17上的第一位移传感器安装板18螺栓连接。完成水平加载机构2的组装。

再次结合图4所示，所述的竖直移动机构3包括吊环23、第一螺旋丝杠24、第一螺旋螺母25、竖直移动机构安装板26、大皮带轮27、小皮带轮28、电机安装板29和第一电机30。上述组件连接关系：所述的第一电机30与竖直移动机构安装板26上的电机安装板29螺栓连接，在电机轴处连接小皮带轮28；所述的第一螺旋螺母25外壳法兰与竖直移动机构安装板26螺栓连接，内部上端与大皮带轮27采用键连接，中部为螺纹部分，与第一螺旋丝杠24构成螺旋副；吊环23为圆环结构，上端与第一螺旋丝杠24下底板螺栓连接，水平加载液压缸16穿入吊环23，吊环23下端螺栓连接，保证吊环23夹紧液压缸；第一电机30转动，采用皮带传动，带动第一螺旋螺母25旋转，第一螺旋丝杠24开始升降运动，实现升降功能。完成竖直移动机构3的组装，同时完成水平加载机构2与竖直移动机构3的连接。

结合图6所示，所述的竖直加载机构5包括第三位移传感器44，竖直加载液压缸45，第二拉压传感器46，第三位移传感器连接板47，第二耳环48。上述组件连接关系为：所述的竖直加载液压缸45为后法兰式液压缸，第三位移传感器44与液压缸法兰侧面螺栓连接；第二拉压传感器46一端与液压缸活塞杆连接，另一端与第二耳环48连接，并在中间套入第三位移传感器连接板47。完成竖直加载机构5的组装。

结合图6、图7所示，所述的水平移动机构6包括轴承座33，上限位轨道34，第二位移传感器35，第二位移传感器安装板36，第二螺旋螺母37，第二螺旋丝杠38，第二位移传感器连接板39，联轴器40，第二电机41，水平移动机构安装板42，移动小车43。上述各组件连接关系为：以水平移动机构安装板42为基础，第二电机41连接在水平移动机构安装板42右侧，通过联轴器40与第二螺旋丝杠38一端连接；第二螺旋丝杠38两端连接有轴承座33，轴承座33与水平移动机构安装板42连接，这样就固定了第二螺旋丝杠38。所述的移动小车43包括移动小车连接板49，车身50，车轴51，车轮52；第二螺旋丝杠38上的第二螺旋螺母37套入移动小车43上的移动小车连接板49上，并采用螺栓连接；移动小车连接板49位于车身50上，车身两侧各有两个车轴51，在车轴51上安装车轮52，具有导向和移动功能；在第二螺旋丝杠38两侧连接上限位轨道34，位于车轮52上方，保证移动小车43在移动过程的稳定性；所述的竖直加载机构5与车身下方进行螺栓连接。完成水平移动机构6的组装，同时完成竖直加载机构5与水平移动机构6的连接。

结合图1至图6所示，将所述的竖直移动机构3中竖直移动机构安装板26与整体框架1中的第一角钢13和第二角钢14螺栓连接，完成竖直移动机构3和水平加载机构2与整体框架1的连接；将所述的水平移动机构6中的水平移动机构安装板42与整体框架1上平面第一矩形钢管8、第二矩形钢管9和第四矩形钢管11螺栓连接，完成竖直加载机构5与水平移动机构6与整体框架1的连接。这样完成纵向与横向复合加载的试验装置的整体组装。

该种可实现纵向与横向复合加载的试验装置实验过程和方法：在进行加载实验之前，将检测对象安装在装置整体框架1的下平面上，上端与竖直加载机构5中的第二耳环48进行连接，中间位置与水平加载机构2中的第一耳环22进行连接。开始实验，启动第一电机30，电机转动，通过小皮带轮28和大皮带轮27和第一螺旋螺母25，将旋转运动转化为直线运动，第一螺旋丝杠24进行升降运动，在吊环23的作用下，水平移动机构6能够实现升降运动。同时移动滑块17能够在竖直移动轨道4的竖直移动轨道限位槽31中滑动，保证了水平移动机构6升降运动的稳定性；控制水平加载液压缸16活塞杆的伸缩，能够对实验对象进行水平加载。由竖直移动机构3和水平加载机构2共同作用，实现对实验对象进行不同位置、不同大小的水平加载力，并通过第一位移传感器19、第一拉压传感器20检测出水平加载力的大小和所发生位置变化等信息。同理，启动第二电机41，第二螺旋丝杠38转动，在第二螺旋螺母37作用下，将旋转运动转化为直线运动，带动移动小车43实现水平移动，实现了竖直加载机构6的水平移动。控制竖直加载液压缸25活塞杆的伸缩，能够对实验对象进行竖直加载。由水平移动机构5和竖直加载机构6的作用下，实现对实验对象进行不同位置、不同大小的竖直加载力，并通过第三位移传感器44和第二拉压传感器46检测出竖直加载力的大小和所发生位置变化等信息。最终将检测信号传送给工控机，由工控机进行显出输出，并进行分析。