一种大跨度可调刚度反力装置

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种大跨度可调刚度反力装置。

背景技术

目前，在试验室进行的结构抗震试验方法主要是拟静力试验和拟动力试验。试验时通常需要高刚度反力装置提供反力模拟竖向载荷的作用。

由于应用标准试样或小尺寸模型推定很难获得整体结构性能的完整可靠的数据，为了解决此类问题越来越多的研究机构需要进行接近实际结构或全尺寸试验。但随之而来的问题是随着试件尺寸越来越大，反力装置跨度也随之增大，导致反力装置刚度急剧下降，从而获得的试验数据可靠性不足。

当前，解决反力装置刚度问题方法主要有：增加单个零件的刚度，提升框架整体刚度；施加预应力。

以上方案虽然可以解决刚度问题，但仍然存在几点不足之处：零部件重量增加造成本指数增长同时不利于设备和试件安装；三维体积变大，设备运输困难，同时导致试验观测面积大范围被遮挡等问题。

综上所述，需要一种大跨度可调刚度反力装置来解决现有技术中所存在的不足之处。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种大跨度可调刚度反力装置，旨在解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大跨度可调刚度反力装置，包括底座和横梁，所述底座与横梁之间设置立柱，所述立柱与底座和横梁均可拆卸连接，所述横梁上设置伺服调整机构，所述伺服调整机构上端与横梁连接，所述伺服调整机构下端与底座连接，所述伺服调整机构包括拉杆，所述拉杆上设置伺服作动器、位移传感器和负荷传感器，所述伺服作动器设置在横梁上表面，所述位移传感器设置在伺服作动器上方，所述负荷传感器设置与横梁下表面贴合。

当垂向施加载荷时，横梁随着载荷增加会逐渐变形，伺服调整机构上的拉杆也会随着横梁变形，负荷传感器会因拉杆受力测得力值，当变形量超过允许范围时，根据负荷传感器采集的力值，计算出拉杆的变形量，根据横梁刚度与拉杆刚度的比值，计算出作动器需要缩回的行程，决了因部分试件极限测试去堆积刚度的问题，大大节约了成本，并解决试验观测被大面积遮挡等问题。

可选的，所述伺服调整机构的调整位移的计算步骤如下：

步骤A1：安装装置，并计算框架的刚度k

步骤A2：根据框架的刚度，计算出伺服调整机构的拉杆刚度k

步骤A3：测量伺服调整机构的力值F，计算拉杆应力σ，并计算出拉杆变形量；

步骤A4：计算伺服调整机构的调整位移s，并根据调整位移s，通过伺服作动器进行位移调整，调整结束。

首先在设备安装调试完成后，直接测得框架的刚度，由于框架刚度接近线性，因此仅需要测量一次，即框架刚度k

可选的，所述步骤A1中计算框架的刚度的公式为：

其中，k

可选的，所述步骤A2中伺服调整机构的拉杆刚度k

根据应力的推导公式：

拉杆刚度k

其中F

可选的，所述步骤A3中拉杆应力σ的计算公式为：

其中，S

可选的，所述步骤A4中伺服调整机构的调整位移s的计算公式为：

其中，k

可选的，所述拉杆上还设置连接盘，所述连接盘与拉杆可拆卸连接。连接盘方便伺服调整机构与横梁连接。

可选的，所述拉杆下端设置连接螺母，所述底座上设置安装槽，所述连接螺母设置在安装槽内。安装槽方便拉杆上的连接螺母做沉头处理，提高装置的美观度。

本发明的有益效果：

1、本发明中，当变形量超过允许范围时，根据负荷传感器采集的力值，计算出拉杆的变形量，根据横梁刚度与拉杆刚度的比值，计算出作动器需要缩回的行程，决了因部分试件极限测试去堆积刚度的问题，大大节约了成本，并解决试验观测被大面积遮挡等问题；

2、本发明中，在调整变形时，伺服作动器缩回的位移与调整的变形量与刚度比值存在正比关系，计算出伺服调整机构缩回的位移，调整完成后，伺服调整机构力值清零，即可进行一次调整；

3、本发明中，连接盘方便伺服调整机构与横梁连接，安装槽方便拉杆上的连接螺母做沉头处理，提高装置的美观度，具有一定的使用价值和推广价值。

附图说明

图1为本发明的一种立体结构示意图。

图2为伺服调整机构的一种结构示意图。

图中：1、底座；2、立柱；3、伺服调整机构；4、横梁；5、位移传感器；6、伺服作动器；7、负荷传感器；8、连接盘；9、拉杆。

具体实施方式

如图1、2所示，一种大跨度可调刚度反力装置，包括底座1和横梁4，底座1与横梁4之间设置立柱2，立柱2与底座1和横梁4均可拆卸连接，横梁4上设置伺服调整机构3，伺服调整机构3上端与横梁4连接，伺服调整机构3下端与底座1连接，伺服调整机构3包括拉杆9，拉杆9上设置伺服作动器6、位移传感器5和负荷传感器7，伺服作动器6设置在横梁4上表面，位移传感器5设置在伺服作动器6上方，负荷传感器7设置与横梁4下表面贴合，拉杆9上还设置连接盘8，连接盘8与拉杆9可拆卸连接，拉杆9下端设置连接螺母10，底座1上设置安装槽11，连接螺母10设置在安装槽11内。

当垂向施加载荷时，横梁随着载荷增加会逐渐变形，伺服调整机构上的拉杆也会随着横梁变形，负荷传感器会因拉杆受力测得力值，当变形量超过允许范围时，根据负荷传感器采集的力值，计算出拉杆的变形量，根据横梁刚度与拉杆刚度的比值，计算出作动器需要缩回的行程，决了因部分试件极限测试去堆积刚度的问题，大大节约了成本，并解决试验观测被大面积遮挡等问题，连接盘方便伺服调整机构与横梁连接，安装槽方便拉杆上的连接螺母做沉头处理，提高装置的美观度。

伺服调整机构的调整位移的计算步骤如下：

步骤A1：安装装置，并计算框架的刚度k

其中，k

步骤A2：根据框架的刚度，计算出伺服调整机构的拉杆刚度k

/>

拉杆刚度k

其中F

步骤A3：测量伺服调整机构的力值F，计算拉杆应力σ，并计算出拉杆变形量，拉杆应力σ的计算公式为：

其中，S

步骤A4：计算伺服调整机构的调整位移s，

伺服调整机构的调整位移s的计算公式为：

其中，k

并根据调整位移s，通过伺服作动器进行位移调整，调整结束。

首先在设备安装调试完成后，直接测得框架的刚度，由于框架刚度接近线性，因此仅需要测量一次，即框架刚度k

本发明不仅设计简约，而且安装运输方便，自动化程度高；解决了因部分试件极限大尺寸测试去堆积刚度的问题，大大节约了成本，并解决试验过程中被测试件观测被大面积遮挡等问题，图1中安装伺服调整装置的为观测面，其遮挡面积仅为拉杆的投影面积，通过双位相机即可全面观测试件加载过程中的变化，通过伺服控制，伺服作动器可以通过位移控制减小横梁的变形量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。