[發明專利]一種自平衡式空間往復加載系統及方法

在審

• 申請號: 201810148092.6
• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108534974A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 程欣;王惠剛;段德馨;徐培紅;王濤
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種自平衡式空間往復加載系統，包括反力框架、液壓作動器，其特征在于：還包括萬向球鉸端頭、萬向鉸支座；

反力框架由臥式反力框架和豎向反力框架組成；待加載試件水平置于臥式反力框架中，試件一端與反力框架固結，另一端通過萬向球鉸端頭與液壓作動器連接；液壓作動器的另一端分別通過萬向鉸支座與反力框架連接；作動器的內側通過萬向球鉸端頭連接，作動器的外側通過萬向鉸支座與反力框架固定；

所述萬向球鉸端頭包含一個核心球、兩個空心半球、球鉸底座、三個墊盤、三個凸緣法蘭、三個端板；兩個空心半球組成一個空心外球，核心球位于空心外球的中間；萬向球鉸端頭的核心球球面和空心外球的球面是同心球面；兩個空心半球與核心球之間通過墊盤和凸緣法蘭固定位置連接；空心外球和球鉸底座通過內六角螺栓連接，端板設置在球體的外側，且兩兩垂直設置；空心外球通過凸緣法蘭連接端板；

萬向鉸支座包括：軸承座、萬向軸承、第一銷軸和第二銷軸、兩個耳板、底座、連接端板；兩個耳板和軸承座中心設有孔，兩個耳板固定在連接端板上，軸承座固定在底座上，萬向軸承位于軸承座的孔內，兩端連接銷軸，銷軸穿過耳板的孔，將耳板、軸承座連接為一個整體；

液壓作動器和萬向球鉸端頭的端板通過高強螺栓連接，液壓作動器的另一端分別與反力框架連接。

2.根據權利要求1所述的自平衡式空間往復加載系統，其特征在于：所述液壓作動器包括1~3個，對應單向加載、雙向加載、三向加載的情況；

當采用單向加載時，設置一個方向的凸緣法蘭和作動器；

當采用雙向加載時，分為一個側向力作動器一個軸心力作動器或兩個側向力作動器兩種情況，這時組裝萬向球鉸端頭時只需要兩個對應方向的凸緣法蘭；

當采用三向加載時，三個液壓作動器分別為x軸作動器、y軸作動器、z軸作動器，三個液壓作動器兩兩垂直布置，三個液壓作動器分別和萬向球鉸端頭的三個端板通過高強螺栓連接，液壓作動器的另一端分別與反力框架連接，其中兩個液壓作動器位于水平方向，分別與臥式反力框架的兩個垂直邊通過萬向鉸支座連接，另一個液壓作動器位于豎直方向，與橫向反力框架通過萬向鉸支座連接。

3.根據權利要求1所述的自平衡式空間往復加載系統，其特征在于：所述墊盤通過螺栓將空心外球和核心球的相對位置固定，凸緣法蘭能在空心外球和核心球之間任意角度旋轉擺動；墊盤外表面和空心半球共面，內表面和核心球共面，墊盤與空心外球通過內六角螺栓相連。

4.根據權利要求1所述的自平衡式空間往復加載系統，其特征在于：反力框架包括豎向反力框架、臥式反力框架；豎向反力框架包括框架柱和框架梁，均為焊接H型鋼，且H型鋼上設有螺栓孔，用高強度螺栓組裝成豎向反力框架；臥式反力框架四根H型鋼焊接成一個長方形框架，互相垂直的兩根H型鋼通過高強度螺栓連接，在H型鋼的翼緣板上開有螺栓孔。

5.根據權利要求1所述的自平衡式空間往復加載系統，其特征在于：萬向球鉸端頭的兩個空心半球和球鉸底座通過高強度內六角螺栓連接；球鉸底座和待加載試件采用高強螺栓相連。

6.根據權利要求1所述的自平衡式空間往復加載系統，其特征在于：凸緣法蘭和端板通過凸緣法蘭端部的攻螺紋與端板的螺紋孔配合使用。

7.根據權利要求1所述的自平衡式空間往復加載系統，其特征在于：萬向球鉸端頭空心半球在凸緣法蘭通過處分別設有三個孔，孔的大小與加載臂的轉動角度要求直接相關，三個孔的中心線兩兩垂直；孔對應的圓心角為45°~90°。

8.根據權利要求7所述的自平衡式空間往復加載系統，其特征在于：作動器與反力框架通過萬向鉸支座連接，所述萬向鉸支座的軸承座與反力框架連接，連接端板與作動器相連，底座下部固定在軸承座上，耳板上部固定在連接端板上，兩個耳板和軸承座通過第一銷軸和第二銷軸連接；第一銷軸一端開有內螺紋，第二銷軸一端設有外螺紋，第一銷軸和第二銷軸穿過萬向軸承而連接在一起。