全文摘要
本实用新型涉及跟动加载领域，具体涉及一种大型节点空间跟动加载系统。该系统包括可调自反力承载钢架、垂向伺服加载作动器、水平伺服加载作动器、水平X方向伺服跟动作动器、水平Y方向伺服跟动作动器、垂直Z方向伺服跟动作动器、伺服液压油源、伺服控制系统、水平X方向位置检测传感器、水平Y方向位置检测传感器、垂直Z方向位置检测传感器。试件安装在可调自反力承载钢架上；垂向伺服加载作动器、水平伺服加载作动器、水平X、Y向伺服跟动作动器、垂向伺服跟动作动器分别与伺服液压油源相连提供液压力。本实用新型解决了现有技术存在的加载吨位和精度不够，不能满足现有大型节点的承载要求等问题，提出了一种大型节点空间跟动加载系统。
主设计要求
1.大型节点空间跟动加载系统，该系统包括垂向伺服加载作动器（2）、水平伺服加载作动器（3）、试件（9）、水平X方向位置检测传感器（10）、水平Y方向位置检测传感器（11）、垂直Z方向位置检测传感器（12）、伺服液压油源（7）和伺服控制系统（8）；其特征在于：试件（9）安装在可调自反力承载钢架（1）内，垂向伺服加载作动器（2）和水平伺服加载作动器（3）分别与试件（9）的垂直方向和水平方向通过球形铰支座相连接，同时垂向伺服加载作动器（2）和水平伺服加载作动器（3）与可调自反力承载钢架（1）连接；垂向伺服加载作动器（2）侧向分别与水平X方向伺服跟动作动器（4）和水平Y方向伺服跟动作动器（5）连接，水平伺服加载作动器（3）侧向与垂直Z方向伺服跟动作动器（6）连接；垂向伺服加载作动器（2）、水平伺服加载作动器（3）、水平X向伺服跟动作动器（4）、水平Y向伺服跟动作动器（5）、垂直Z方向伺服跟动作动器（6）分别与伺服液压油源（7）相连提供液压力，垂向伺服加载作动器（2）、水平伺服加载作动器（3）、水平X向伺服跟动作动器（4）和水平Y向伺服跟动作动器（5）、垂直Z方向伺服跟动作动器（6）、伺服液压油源（7）、水平X方向位置检测传感器（10）、水平Y方向位置检测传感器（11）、垂直位置检测传感器（12）分别与伺服控制系统（8）连接提供伺服控制。
设计方案
1.大型节点空间跟动加载系统，该系统包括垂向伺服加载作动器（2）、水平伺服加载作动器（3）、试件（9）、水平X方向位置检测传感器（10）、水平Y方向位置检测传感器（11）、垂直Z方向位置检测传感器（12）、伺服液压油源（7）和伺服控制系统（8）；其特征在于：试件（9）安装在可调自反力承载钢架（1）内，垂向伺服加载作动器（2）和水平伺服加载作动器（3）分别与试件（9）的垂直方向和水平方向通过球形铰支座相连接，同时垂向伺服加载作动器（2）和水平伺服加载作动器（3）与可调自反力承载钢架（1）连接；
垂向伺服加载作动器（2）侧向分别与水平X方向伺服跟动作动器（4）和水平Y方向伺服跟动作动器（5）连接，水平伺服加载作动器（3）侧向与垂直Z方向伺服跟动作动器（6）连接；
垂向伺服加载作动器（2）、水平伺服加载作动器（3）、水平X向伺服跟动作动器（4）、水平Y向伺服跟动作动器（5）、垂直Z方向伺服跟动作动器（6）分别与伺服液压油源（7）相连提供液压力，垂向伺服加载作动器（2）、水平伺服加载作动器（3）、水平X向伺服跟动作动器（4）和水平Y向伺服跟动作动器（5）、垂直Z方向伺服跟动作动器（6）、伺服液压油源（7）、水平X方向位置检测传感器（10）、水平Y方向位置检测传感器（11）、垂直位置检测传感器（12）分别与伺服控制系统（8）连接提供伺服控制。
2.根据权利要求1所述的大型节点空间跟动加载系统，其特征在于：对称结构的可调自反力承载钢架（1）设有固定底座（16），固定底座（16）上面两侧分别设有直角的三角体支架（14），三角体支架（14）内侧安装有直线导轨，直线导轨上安装有可移动垂直钢架（15），可移动垂直钢架（15）在垂直方向可移动；两侧三角体支架（14）上方设有可调横梁（13），可调横梁（13）通过三角体支架（14）在垂直高度上调整位置；固定底座（16）中间设有安装定位孔，试件（9）下端通过地脚螺栓把试件（9）与固定底座（16）固定。
3.根据权利要求2所述的大型节点空间跟动加载系统，其特征在于：可调横梁（13）下方与垂向伺服加载作动器（2）连接，水平伺服加载作动器（3）固定在一侧三角体支架（14）上；相互垂直的水平X方向伺服跟动作动器（4）和水平Y方向伺服跟动作动器（5）分别与垂向伺服加载作动器（2）连接。
4. 根据权利要求1所述的大型节点空间跟动加载系统，其特征在于：垂向伺服加载作动器（2）与可调自反力承载钢架（1） 的连接端通过水平X、Y方向直线导轨（19）连接，水平伺服加载作动器（3）与三角体支架（14）连接。
5.根据权利要求4所述的大型节点空间跟动加载系统，其特征在于：可调自反力承载钢架（1）与水平X、Y方向直线导轨（19）固定连接，垂向伺服加载作动器（2）与水平X、Y方向直线导轨（19）滑动连接；可调自反力承载钢架（1）与可移动垂直钢架（15）的连接端设有垂向直线导轨（18），三角体支架（14）内侧与垂向直线导轨（18）固定连接，可移动垂直钢架（15）与垂向直线导轨（18）滑动连接。
6.根据权利要求2或5所述的大型节点空间跟动加载系统，其特征在于：可移动垂直钢架（15）上固定有垂向伺服跟动铰支座（17），垂直Z方向伺服跟动作动器（6）通过可移动垂直钢架（15）和垂向伺服跟动铰支座（17）与水平伺服加载作动器（3）连接。
7.根据权利要求1所述的大型节点空间跟动加载系统，其特征在于：垂向伺服加载作动器（2）与试件（9）之间设有水平X方向位置检测传感器（10）和水平Y方向位置检测传感器（11）；水平伺服加载作动器（3）与试件（9）之间设有垂直Z方向位置检测传感器（12）。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及跟动加载领域，具体涉及一种大型节点空间跟动加载系统。
背景技术
大型节点空间跟动加载系统，随着我国经济的快速发展大型工程项目越来越多，大型体育场馆、机场、超高层建筑等逐年增加，建筑结构节点越来越复杂，承载要求越来越高。目前国内的大型节点加载试验设备加载的吨位和模拟的精度不能满足大型节点空间加载的需要。
目前用于实验室的大型节点试验设备，普遍存在加载吨位不够，不能满足现有大型节点的承载要求。还有由于节点在加载过程中会出现变形和位置变化，目前的设备不能检测试件在加载过程中变形和位置变化，并保持加载的位置和方向不变，会造成与实际使用的情况不一致使试验的结果出现较大的误差。
发明内容
实用新型目的：
为了克服以上技术的不足，本实用新型提供了一种大型节点空间跟动加载系统，解决了大型节点空间位置、变形引起的检测误差。能够实现加载吨位大、自动化程度高、实现对大型空间节点的跟动加载，同步加载，精度更高，适用于工程中大型节点的拉伸和压缩试验。
技术方案：
本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
大型节点空间跟动加载系统，该系统包括垂向伺服加载作动器、水平伺服加载作动器、试件、水平X方向位置检测传感器、水平Y方向位置检测传感器、垂直Z方向位置检测传感器、伺服液压油源和伺服控制系统；试件安装在可调自反力承载钢架内，垂向伺服加载作动器和水平伺服加载作动器分别与试件的垂直方向和水平方向通过球形铰支座相连接，同时垂向伺服加载作动器和水平伺服加载作动器与可调自反力承载钢架连接；
垂向伺服加载作动器侧向分别与水平X方向伺服跟动作动器和水平Y方向伺服跟动作动器连接，水平伺服加载作动器侧向与垂直Z方向伺服跟动作动器连接；
垂向伺服加载作动器、水平伺服加载作动器、水平X向伺服跟动作动器、水平Y向伺服跟动作动器、垂直Z方向伺服跟动作动器分别与伺服液压油源相连提供液压力，垂向伺服加载作动器、水平伺服加载作动器、水平X向伺服跟动作动器和水平Y向伺服跟动作动器、垂直Z方向伺服跟动作动器、伺服液压油源、水平X方向位置检测传感器、水平Y方向位置检测传感器、垂直位置检测传感器分别与伺服控制系统连接提供伺服控制。
对称结构的可调自反力承载钢架设有固定底座，固定底座上面两侧分别设有直角的三角体支架，三角体支架内侧安装有直线导轨，直线导轨上安装有可移动垂直钢架，可移动垂直钢架在垂直方向可移动；两侧三角体支架上方设有可调横梁，可调横梁通过三角体支架在垂直高度上调整位置；固定底座中间设有安装定位孔，试件下端通过地脚螺栓把试件与固定底座固定。
可调横梁下方与垂向伺服加载作动器连接，水平伺服加载作动器固定在一侧三角体支架上；相互垂直的水平X方向伺服跟动作动器和水平Y方向伺服跟动作动器分别与垂向伺服加载作动器连接。
垂向伺服加载作动器与可调自反力承载钢架 的连接端通过水平X、Y方向直线导轨连接，水平伺服加载作动器与三角体支架连接。
可调自反力承载钢架与水平X、Y方向直线导轨固定连接，垂向伺服加载作动器 与水平X、Y方向直线导轨滑动连接；可调自反力承载钢架与可移动垂直钢架的连接端设有垂向直线导轨，三角体支架内侧与垂向直线导轨固定连接，可移动垂直钢架与垂向直线导轨滑动连接。
可移动垂直钢架上固定有垂向伺服跟动铰支座，垂直Z方向伺服跟动作动器通过可移动垂直钢架和垂向伺服跟动铰支座与水平伺服加载作动器连接。
垂向伺服加载作动器与试件之间设有水平X方向位置检测传感器和水平Y方向位置检测传感器；水平伺服加载作动器与试件之间设有垂直Z方向位置检测传感器。
优点及效果：
本实用新型这种大型节点空间跟动加载系统，具有以下优点和有益效果：
大型节点空间跟动加载系统集成度高、使用方便、互换性高、维修方便，大型节点加载力的位置和方向随试件的变化而自动跟动，达到了提高精度，减少误差，高自动化测试的目的。
通过伺服控制系统可实现模块化闭环控制，将可实现闭环控制的伺服作动器控制器制成模块化，这样既提高了力值和位移的输出精度和速度，又可以为不同设备间的模块实现可互换化。
附图说明
图1是本实用新型的跟动加载系统主视图；
图2是本实用新型的跟动加载系统侧视图；
图3是本实用新型的跟动加载系统的俯视图；
图4是可调自反力承载钢架结构的立体图；
图5是可调自反力承载钢架结构的正视图；
图6是可调自反力承载钢架结构的侧视图；
图7是可调自反力承载钢架结构的俯视图；
图8是水平伺服加载作动器与垂向伺服跟动作动器连接结构图。
附图标记说明：
1、可调自反力承载钢架，2、垂向伺服加载作动器，3、水平伺服加载作动器，4、水平X方向伺服跟动作动器，5、水平Y方向伺服跟动作动器，6、垂直Z方向伺服跟动作动器，7、伺服液压油源，8、伺服控制系统，9、试件，10、水平X方向位置检测传感器，11、水平Y方向位置检测传感器，12、垂直Z方向位置检测传感器，13、可调横梁，14、三角体支架，15、可移动垂直钢架，16、固定底座，17垂向伺服跟动铰支座，18、垂向直线导轨，19、水平X、Y方向直线导轨。
具体实施方式
本实用新型提供了一种大型节点空间跟动加载系统，集成度高、使用方便、互换性高、维修方便，解决了大型节点加载力的位置和方向随试件的变化而自动跟动，达到了提高精度，减少误差，高自动化测试的目的。
本实用新型的可调自反力承载钢架最大可承受20000kN，垂向伺服加载作动器最大20000kN，水平伺服加载作动器最大可承受3000kN，水平X方向伺服跟动作动器最大1000kN，水平Y方向伺服跟动作动器最大1000kN，垂直Z方向伺服跟动作动器受力最大500kN，伺服液压油源可提供最大20000kN伺服加载作动器所需的输出压力和流量。本实用新型所指的水平X方向是指水平X方向伺服跟动作动器向外延伸的方向，水平Y方向是指水平Y方向伺服跟动作动器向外延伸的方向，垂直方向是指与水平X方向和水平Y方向垂直的方向。
本实用新型的伺服油源采用采用沈阳紫微机电设备有限公司JZ-20000YY型300L\/min电液伺服油源，伺服控制系统采用沈阳紫微机电设备有限公司JZ-20000KZ型伺服控制系统，位置检测传感器10-24V输入，0-10V输出，精度0.5%，行程：200mm的直线位移传感器。
如图1、图2和图3所示，大型节点空间跟动加载系统，该系统包括垂向伺服加载作动器2、水平伺服加载作动器3、试件9、水平X方向位置检测传感器10、水平Y方向位置检测传感器11、垂直Z方向位置检测传感器12、伺服液压油源7和伺服控制系统8；
试件9安装在可调自反力承载钢架1内，试件9的下端固定在可调自反力承载钢架1的固定底座16上，试件9上端与垂向伺服加载作动器2通过球形铰支座连接，试件9侧面通过水平加载的连接钢梁和可移动垂直钢架15与水平伺服加载作动器3连接；
垂向伺服加载作动器2和水平伺服加载作动器3分别与试件9的垂直方向和水平方向通过球形铰支座相连接，同时垂向伺服加载作动器2和水平伺服加载作动器3与可调自反力承载钢架1连接；
垂向伺服加载作动器2侧向分别与水平X方向伺服跟动作动器4和水平Y方向伺服跟动作动器5连接，水平伺服加载作动器3侧向与垂直Z方向伺服跟动作动器6连接；
垂向伺服加载作动器2、水平伺服加载作动器3、水平X向伺服跟动作动器4、水平Y向伺服跟动作动器5、垂直Z方向伺服跟动作动器6分别与伺服液压油源7相连提供液压力，垂向伺服加载作动器2、水平伺服加载作动器3、水平X向伺服跟动作动器4和水平Y向伺服跟动作动器5、垂直Z方向伺服跟动作动器6、伺服液压油源7、水平X方向位置检测传感器10、水平Y方向位置检测传感器11、垂直位置检测传感器12分别与伺服控制系统8连接提供伺服控制。
通过伺服液压油源7的调节液压伺服阀控制各个伺服作动器的压力、速度，通过伺服加载作动器的压力传感器检测控制实时压力，通过伺服加载作动器的内置位移传感器检测控制位移。
如图4、图5、图6和图7所示，左右两侧呈对称结构的可调自反力承载钢架1设有固定底座16，固定底座16上面两侧分别设有固定的直角的三角体支架14，三角体支架14内侧安装有直线导轨，直线导轨上安装有可移动垂直钢架15，可移动垂直钢架15在垂直方向可移动；两侧三角体支架14上方设有可调横梁13，可调横梁13通过三角体支架14在垂直高度上调整位置，通过调整可调横梁13的高度，实现自反力承载钢架1空间高度的调整；固定底座16中间设有安装定位孔，试件9下端通过地脚螺栓把试件9与固定底座16固定；整个钢结构框架形成一个封闭的空间，在空间内实现系统的自反力加载。
大体呈梯形的可调自反力承载钢架1的下底边设有固定底座16，上底边设有可调横梁13，两侧斜边为三角体支架14的三角斜边，两个三角体支架14之间通过可调横梁13连接。从图4可以看出，可调横梁13与两侧的三角体支架14导向连接，通过液压举升装置控制可调横梁13的升高和下降，三角体支架14与可调横梁13连接的液压举升装置分别固定在三角体支架14与固定底座16垂直边的外侧。可调自反力承载钢架1的加载空间高度可通过液压举升装置自动调整。
如图1所示，可调横梁13下方与垂向伺服加载作动器2连接，由梯形钢板焊接成的可调横梁13主要起到连接和承力的作用，水平伺服加载作动器3固定在一侧三角体支架14上；相互垂直的水平X方向伺服跟动作动器4和水平Y方向伺服跟动作动器5分别与垂向伺服加载作动器2连接；也就是说，水平X方向伺服跟动作动器4一端连接垂向伺服加载作动器2，另一端固定在可调横梁13上；水平Y方向伺服跟动作动器5一端连接垂向伺服加载作动器2，另一端通过直线导轨与可调横梁13连接。
垂向伺服加载作动器2与可调自反力承载钢架1 的连接端通过水平X、Y方向直线导轨19连接，水平伺服加载作动器3与三角体支架14连接。水平X、Y方向直线导轨19为水平X方向和水平Y方向的直线导轨上下垂直设置，为现有技术中的多轴直线导轨，在此不在赘述。
如图4、图5、图6和图7所示，可调自反力承载钢架1与水平X、Y方向直线导轨19固定连接，垂向伺服加载作动器2 与水平X、Y方向直线导轨19滑动连接；可调自反力承载钢架1与可移动垂直钢架15的连接端设有垂向直线导轨18，三角体支架14内侧与垂向直线导轨18固定连接，可移动垂直钢架15与垂向直线导轨18滑动连接。可移动垂直钢架15与垂向直线导轨18滑动连接，然后水平伺服加载作动器3固定在可移动垂直钢架15外侧。
如图8所示，可移动垂直钢架15上固定有垂向伺服跟动铰支座17，可移动垂直钢架15与垂直Z方向伺服跟动作动器6垂直，垂向伺服跟动铰支座17连接垂直Z方向伺服跟动作动器6，垂向伺服跟动铰支座17是属于固定铰支座，也就是说只能跟着可移动垂直钢架15一起移动。垂直Z方向伺服跟动作动器6通过可移动垂直钢架15和垂向伺服跟动铰支座17与水平伺服加载作动器3连接。
垂向伺服加载作动器2与试件9之间设有水平X方向位置检测传感器10和水平Y方向位置检测传感器11，水平伺服加载作动器3与试件9之间设有垂直Z方向位置检测传感器12。
水平X方向位置检测传感器10一端固定在垂向伺服加载作动器2上，另一端与试件9的上端连接，该连接位置对应上方的水平X方向伺服跟动作动器4方向一致；水平Y方向位置检测传感器11一端连接垂向伺服加载作动器2上，另一端与试件9的上端连接，该连接位置对应上方的水平Y方向伺服跟动作动器5；垂直Z方向位置检测传感器12一端连接试件9上端侧面的水平加载的连接钢梁，另一端与可移动垂直钢架15连接，该连接位置对应垂直Z方向伺服跟动作动器6。
如果试件9收到水平方向施加的水平力，产生水平X方向或\/和水平Y方向的变形，水平X方向位置检测传感器10和水平Y方向位置检测传感器11检测到试件9产生了水平X方向或\/和Y方向位移，并传输至伺服控制系统8，伺服控制系统8发出指令给水平X方向伺服跟动作动器4或\/和水平Y方向伺服跟动作动器5，当水平X方向位置检测传感器10和水平Y方向位置检测传感器11检测到的水平位移减小到设定的目标值时，伺服控制系统8发出指令给水平X方向伺服跟动作动器4和水平Y方向伺服跟动作动器5停止作用。
同理，如果试件9收到垂直方向施加的垂直力，产生垂直方向的变形，垂直Z方向位置检测传感器12检测到试件9产生垂直位移，并传输至伺服控制系统8，伺服控制系统8发出指令垂直Z方向伺服跟动作动器6，当垂直Z方向位置检测传感器12检测到的垂直位移减小到设定的目标值时，伺服控制系统8发出指令给垂直Z方向伺服跟动作动器6停止作用。
大型节点空间跟动加载系统工作时：
大型节点空间跟动加载系统在垂向伺服加载作动器2、水平伺服加载作动器3分别与试件9的垂直方向和水平方向相连接，提供水平方向和垂直方向的加载力，通过试件9上安装的水平X方向位置检测传感器10、水平Y方向位置检测传感器11、垂直Z方向位置检测传感器12把信号传给伺服控制系统8，伺服控制系统8通过闭环控制水平X方向伺服跟动作动器4和水平Y方向伺服跟动作动器5以及垂直Z方向伺服跟动作动器6对试件9水平X、Y方向和垂直方向的加载进行位置自动跟动。
大型节点空间跟动加载系统的伺服液压油源7和伺服控制系统8通过电缆和航空插头连接垂向伺服加载作动器2和水平伺服加载动作器3并通过电缆连接伺服控制系统8，通过调节液压伺服的控制阀控制垂向伺服加载作动器2和水平伺服加载作动器3的压力、速度，通过垂向伺服加载作动器2和水平伺服加载动作器3的压力传感器检测控制实时压力，通过垂向伺服加载作动器2和水平伺服加载动作器3内置位移传感器检测控制位移。通过试件9上安装的水平X方向位置检测传感器10、水平Y方向位置检测传感器11、垂直Z方向位置检测传感器控制水平X、Y方向和垂直Z方向加载力的位置和方向。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920035695.5
申请日:2019-01-10
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:89(沈阳)
授权编号:CN209356324U
授权时间:20190906
主分类号:G01N 3/12
专利分类号:G01N3/12
范畴分类:31E;
申请人:沈阳紫微机电设备有限公司
第一申请人:沈阳紫微机电设备有限公司
申请人地址:110144 辽宁省沈阳市于洪区紫沙街金岭路5号
发明人:陈显华;奚佳欣;刘宁;计国民;王立新;刘丹
第一发明人:陈显华
当前权利人:沈阳紫微机电设备有限公司
代理人:宋铁军
代理机构:21115
代理机构编号:沈阳智龙专利事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计