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一種復(fù)雜荷載試驗的制造方法
【專利摘要】一種復(fù)雜荷載試驗機，其屬于管道試驗【技術(shù)領(lǐng)域】。這種試驗機的主機包括軸向力加載裝置、彎矩加載裝置、內(nèi)壓加載裝置、液壓系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)?？梢詫︿摴茉嚇訂为毷┘虞S向載荷、彎矩以及內(nèi)壓等，也可以同時施加兩種或兩種以上聯(lián)合載荷，模擬油氣輸送鋼管真實受力環(huán)境。可以進行靜態(tài)加載，也可以進行低頻率往復(fù)加載。該機采用電液伺服閉環(huán)測量控制系統(tǒng)，可以進行等速試驗力、等速位移控制，在試驗過程中控制方式可以平穩(wěn)切換。試驗過程中載荷、內(nèi)壓、位移、變形等數(shù)據(jù)自動采集，并自動完成試驗數(shù)據(jù)的記錄等。該試驗機結(jié)構(gòu)、功能、性能等符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。具有集成性能好、控制精度高、模擬效果好、可靠性好、以及操作較簡單等優(yōu)點。
【專利說明】一種復(fù)雜荷載試驗機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)雜荷載試驗機，其屬于管道試驗【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]為了研究油氣輸送管道在復(fù)雜荷載作用下的承載能力及失效機理，準(zhǔn)確評估管道的極限承載力，需要對鋼管進行全尺寸模擬試驗。管道在運行狀態(tài)下不僅受到內(nèi)壓作用，還受到自身重力和周圍土體的支撐作用、輸送介質(zhì)的溫度引起的軸向力、地質(zhì)塌陷、滑坡、地震波動效應(yīng)、斷層錯動引起的軸向力和彎矩、重物作用引起的沖擊荷載、海底懸跨管道在波浪和海流作用下產(chǎn)生的拖曳力和升力等。復(fù)雜環(huán)境荷載作用下管道的受力模型都可以描述為受到內(nèi)壓、軸向力和彎矩三種荷載中的一種或多種組合作用的情況。受試驗條件的影響，目前這種全尺寸模擬試驗主要由相應(yīng)的試驗機進行單獨加載完成，尚無一個可以聯(lián)合多工況加載的試驗系統(tǒng)，制約了凍土區(qū)埋地管道或深水海底管道等在復(fù)雜荷載作用下的失效模式和破壞機理的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種復(fù)雜荷載試驗機，該試驗機應(yīng)具有集成性能好、控制精度高、模擬效果好、可靠性好、以及操作較簡單等優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種復(fù)雜荷載試驗機，包括設(shè)置在地坑內(nèi)的主機和組合液壓源、電控計算機、試樣運送小車、內(nèi)壓加載裝置和測量控制系統(tǒng)，所述主機采用一個由四個反力架分別連接頂部固定梁和底座形成的框架結(jié)構(gòu)、一個軸向力加載裝置和一個彎矩加載裝置，所述軸向力加載裝置設(shè)置在所述框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，活動橫梁采用液壓馬達通過四個絲杠驅(qū)動依靠滾輪14沿反力架升降，活動橫梁下方依次連接6000KN傳感器、上球鉸和上彎曲梁，所述底座上方設(shè)置四個絲杠和液壓馬達的安裝座，在安裝座上依次連接6000KN液壓缸、導(dǎo)向裝置、下端鉸支座和下彎曲梁；所述彎矩加載裝置設(shè)置在上彎曲梁與下彎曲梁的懸臂端之間，從上彎曲梁至下彎曲梁依次連接1000KN傳感器、1000KN彎曲油缸和連接桿；在試驗時，導(dǎo)軌上的試樣運送小車把試樣運送到上彎曲梁與下彎曲梁之間，用液壓馬達依次通過傳動鏈、鏈輪、四個絲杠驅(qū)動活動橫梁升降，壓緊或松開試樣，通過6000KN液壓缸對試樣進行軸向加載、通過彎曲油缸對試樣進行彎矩加載或通過內(nèi)壓加載裝置對試樣進行內(nèi)壓加載，采用測量控制系統(tǒng)對各加載工況進行測量。
[0005]所述6000KN液壓缸設(shè)有液壓缸LVDT傳感器，所述試樣設(shè)有水平撓度傳感器。
[0006]所述彎曲油缸設(shè)有彎曲油缸LVDT傳感器。
[0007]所述上彎曲梁的懸臂端設(shè)有上彎曲梁傾角傳感器，所述下彎曲梁的懸臂端設(shè)有下彎曲梁傾角傳感器。
[0008]所述下彎曲梁懸臂端的下方設(shè)有下彎曲梁頂升裝置。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:這種復(fù)雜荷載試驗機的主機包括軸向力加載裝置、彎矩加載裝置、內(nèi)壓加載裝置、液壓系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)等。可以對鋼管試樣單獨施加軸向(壓縮/拉伸)載荷、彎矩、以及內(nèi)壓等，也可以同時施加兩種或兩種以上聯(lián)合載荷，模擬油氣輸送鋼管真實受力環(huán)境。可以進行靜態(tài)加載，也可以進行低頻率往復(fù)加載。該機采用電液伺服閉環(huán)測量控制系統(tǒng)，可以進行等速試驗力(應(yīng)力)、等速位移控制，在試驗過程中控制方式可以平穩(wěn)切換。試驗過程中載荷、內(nèi)壓、位移、變形等數(shù)據(jù)自動采集，計算機實時顯示試驗曲線并自動完成試驗數(shù)據(jù)的記錄、存儲，可按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)打印試驗報表。該試驗機結(jié)構(gòu)、功能、性能等符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。具有集成性能好、控制精度高、模擬效果好、可靠性好、以及操作較簡單等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
[0011]圖1是復(fù)雜荷載試驗機總體布置圖。
[0012]圖2是復(fù)雜荷載試驗機主機的結(jié)構(gòu)主視圖。
[0013]圖3是復(fù)雜荷載試驗機主機的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0014]圖中:1、主機，2、電控計算機，3、試樣運送小車，4、試樣，5、導(dǎo)軌，6、組合液壓源，7、內(nèi)壓加載裝置，8、地坑，9、反力架，10、絲杠，11、橫梁鎖緊裝置，12、頂部固定梁，13、活動橫梁，14、滾輪，15、提升工程油缸，16、6000KN傳感器，17、上球鉸，18、上彎曲梁提拉裝置，19、上彎曲梁傾角傳感器，20、上彎曲梁，21、1000KN傳感器,22、1000KN彎曲油缸,23、彎曲油缸LVDT傳感器，24、連接桿，25、下彎曲梁傾角傳感器，26、下彎曲梁，27.6000KN液壓缸，27a、安裝座，28、下彎曲梁頂升裝置，29、底座，30、地腳螺栓，31、液壓缸LVDT傳感器，32、導(dǎo)向裝置，33、下端鉸支座，34、水平撓度傳感器，35、液壓馬達，36、傳動鏈、37、鏈輪。
【具體實施方式】
[0015]圖1、2示出了一種復(fù)雜荷載試驗機的結(jié)構(gòu)圖。圖中，復(fù)雜荷載試驗機包括設(shè)置在地坑8內(nèi)的主機I和組合液壓源6、電控計算機2、試樣運送小車3、內(nèi)壓加載裝置7和測量控制系統(tǒng)。主機采用一個由四個反力架9分別連接頂部固定梁12和底座29形成的框架結(jié)構(gòu)、一個軸向力加載裝置和一個彎矩加載裝置。
軸向力加載裝置設(shè)置在所述框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，活動橫梁13采用液壓馬達35通過四個絲杠10驅(qū)動依靠滾輪14沿反力架9升降，活動橫梁13下方依次連接6000KN傳感器16、上球鉸17和上彎曲梁20。底座29上方設(shè)置四個絲杠10和液壓馬達35的安裝座，在安裝座上依次連接6000KN液壓缸27、導(dǎo)向裝置32、下端鉸支座33和下彎曲梁26。6000KN液壓缸27設(shè)有液壓缸LVDT傳感器31，試樣4設(shè)有水平撓度傳感器34。
[0016]彎矩加載裝置設(shè)置在上彎曲梁20與下彎曲梁26的懸臂端之間，從上彎曲梁20至下彎曲梁26依次連接1000KN傳感器21、1000KN彎曲油缸22和連接桿24。1000KN彎曲油缸22設(shè)有彎曲油缸LVDT傳感器23。上彎曲梁20的懸臂端設(shè)有上彎曲梁傾角傳感器19，所述下彎曲梁26的懸臂端設(shè)有下彎曲梁傾角傳感器25。下彎曲梁26懸臂端的下方設(shè)有下彎曲梁頂升裝置28。
[0017]在試驗時，導(dǎo)軌5上的試樣運送小車3把試樣4運送到上彎曲梁20與下彎曲梁26之間，用液壓馬達35依次通過傳動鏈36、鏈輪37、四個絲杠10驅(qū)動活動橫梁13升降，壓緊或松開試樣4，通過6000KN液壓缸27對試樣4進行軸向加載、通過彎曲油缸22對試樣4進行彎矩加載或通過內(nèi)壓加載裝置7對試樣4進行內(nèi)壓加載，采用測量控制系統(tǒng)對各加載工況進行測量。
[0018]采用上述的技術(shù)方案，用十孔按鈕排控制橫梁升降馬達驅(qū)動活動橫梁13的上下移動，用提升工程油缸15經(jīng)上彎曲梁提拉裝置18控制上彎曲梁20水平，并同時用五孔按鈕排驅(qū)動下彎曲梁頂升裝置28調(diào)整下彎曲梁26水平。
[0019]內(nèi)壓加載裝置7包括鋼管注水、排水裝置和增壓裝置。其增壓裝置為一套由伺服油缸驅(qū)動的不銹鋼增壓缸，采用美國MOOG公司D634伺服閥進行控制。
[0020]液壓系統(tǒng)包括組合液壓源6、油分配器及管路，以及冷卻系統(tǒng)等。其液壓源設(shè)計為60L/min + 90L/min組合結(jié)構(gòu)，兩臺油泵共用一個油箱，共用一套調(diào)壓裝置，但可以獨立啟動和停止。同時液壓源安裝了高效率水冷式油冷卻器，采用循環(huán)水冷卻。實驗室內(nèi)建造一座蓄水池或水箱，通過循環(huán)水泵實現(xiàn)蓄水池和熱交換器之間水流交換。為進一步強化冷卻效果，實驗室外安裝了一套冷卻塔。
[0021]測量控制系統(tǒng)包括試驗力、位移、變形測量裝置、數(shù)據(jù)采集處理單元和三通道全數(shù)字電液伺服控制協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)。兩套彎矩油缸公用一套伺服控制通道，不同時使用，通過更換油管和更換傳感器插頭的方法實現(xiàn)切換。4套油缸選用LVDT位移傳感器和力傳感器，均可以進行位移控制和載荷壓力控制，控制方式之間可以平滑切換。除上述傳感器之外，試驗機上還準(zhǔn)備了變形測量傳感器，包括鋼管水平撓度傳感器34、上彎曲梁傾角傳感器19和下彎曲梁傾角傳感器25。傳感器信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元，經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換后傳送到電控計算機2中，計算機屏幕實時顯示試驗參數(shù)和各種曲線。
[0022]輔助裝置包括試樣運送小車3、導(dǎo)軌5、橫梁升降機構(gòu)、橫梁鎖緊裝置11、上彎曲梁提拉裝置18、下彎曲梁頂升裝置28，以及安全防護裝置等。試樣運送小車3采用減速電機驅(qū)動，由十孔按鈕排控制沿導(dǎo)軌5前后移動，將試樣4移動到試驗區(qū)。為保證試樣穩(wěn)定性和操作安全，在試樣運送小車3上設(shè)有試樣夾持定位裝置。為便于裝卸試樣，以及試驗機維護保養(yǎng)等，隨試驗機配備了兩臺液壓式升降臺。
[0023]該試驗機整機具有很高的強度和剛性，在試驗過程中變形小，能精確完成管道在單一荷載或者復(fù)雜荷載聯(lián)合作用下的極限承載力試驗，保證了復(fù)雜荷載條件下，試驗精度達到設(shè)計要求。具有集成性能好、控制精度高、模擬效果好、可靠性好、以及操作較簡單等優(yōu)點。
[0024]該復(fù)雜荷載動靜試驗機的主要技術(shù)指標(biāo)如下:
1、軸向加載系統(tǒng)
最大試驗力:壓向6000kN，拉向2000kN 試驗力測量控制范圍:1?100%
試驗力測量控制精度:優(yōu)于±1%
測力方式:載荷傳感器測力 試驗空間:0?3000mm (高)
活塞有效行程:± 150mm 工作活塞上升速度:0?100mm/min 位移測量范圍:0?± 150mm 位移測量精度:優(yōu)于±1%2、彎矩加載系統(tǒng)
最大彎矩:2000kN.m
彎矩測量方式:載荷傳感器力值X彎曲梁長度彎曲梁有效長度:2000mm彎曲梁最大轉(zhuǎn)動角度:±15°
彎曲梁轉(zhuǎn)角測量:傾角傳感器最大試驗力:推向IOOOkN,拉向700kN試驗力測量控制范圍:I?100%
試驗力測量控制精度:優(yōu)于±1%
測力方式:載荷傳感器測力活塞行程:0?800mm位移測量范圍:0?800mm位移測量精度:優(yōu)于±1%
3、內(nèi)壓加載系統(tǒng)最大內(nèi)壓:50MPa
內(nèi)壓測量控制范圍:1?100%
內(nèi)壓測量控制精度:優(yōu)于±1%
內(nèi)壓測量方式:高精度應(yīng)變式壓力傳感器增壓缸活塞彳了程:600μπ位移測量范圍:0?600mm位移測量精度:優(yōu)于±1%。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜荷載試驗機，包括設(shè)置在地坑(8)內(nèi)的主機(I)和組合液壓源(6)、電控計算機(2)、試樣運送小車(3)、內(nèi)壓加載裝置(7)和測量控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主機采用一個由四個反力架(9)分別連接頂部固定梁(12)和底座(29)形成的框架結(jié)構(gòu)、一個軸向力加載裝置和一個彎矩加載裝置，所述軸向力加載裝置設(shè)置在所述框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，活動橫梁(13)采用液壓馬達(35)通過四個絲杠(10)驅(qū)動依靠滾輪(14)沿反力架(9)升降，活動橫梁(13)下方依次連接6000KN傳感器(16)、上球鉸(17)和上彎曲梁(20)，所述底座(29)上方設(shè)置四個絲杠(10)和液壓馬達(35)的安裝座(27a)，在安裝座(27a)上依次連接6000KN液壓缸(27)、導(dǎo)向裝置(32)、下端鉸支座(33)和下彎曲梁(26);所述彎矩加載裝置設(shè)置在上彎曲梁(20)與下彎曲梁(26)的懸臂端之間，從上彎曲梁(20)至下彎曲梁(26)依次連接1000KN傳感器(21) U000KN彎曲油缸(22)和連接桿(24);在試驗時，導(dǎo)軌(5)上的試樣運送小車(3)把試樣(4)運送到上彎曲梁(20)與下彎曲梁(26)之間，用液壓馬達(35)依次通過傳動鏈(36)、鏈輪(37)、四個絲杠(10)驅(qū)動活動橫梁(13)升降，壓緊或松開試樣(4)，通過6000KN液壓缸(27)對試樣(4)進行軸向加載、通過1000KN彎曲油缸(22)對試樣(4)進行彎矩加載或通過內(nèi)壓加載裝置(7)對試樣(4)進行內(nèi)壓加載，采用測量控制系統(tǒng)對各加載工況進行測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜荷載試驗機，其特征在于:所述6000KN液壓缸(27)設(shè)有液壓缸LVDT傳感器(31)，所述試樣(4)設(shè)有水平撓度傳感器(34)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜荷載試驗機，其特征在于:所述1000KN彎曲油缸(22)設(shè)有彎曲油缸LVDT傳感器(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜荷載試驗機，其特征在于:所述上彎曲梁(20)的懸臂端設(shè)有上彎曲梁傾角傳感器(19)，所述下彎曲梁(26)的懸臂端設(shè)有下彎曲梁傾角傳感器(25)ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜荷載試驗機，其特征在于:所述下彎曲梁(26)懸臂端的下方設(shè)有下彎曲梁頂升裝置(28 )。
【文檔編號】G01N3/02GK103499487SQ201310475144
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月13日
【發(fā)明者】李昕, 周晶, 朱彤, 蘇晨亮, 高杰 申請人:大連理工大學(xué)