載荷加載裝置的制作方法

本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種載荷加載裝置。

背景技術(shù)：

在需要高輸出力值、高精度、保壓性能好的大噸位加載設(shè)備中，普遍采用液壓油缸作為施力裝置，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力值可隨油缸內(nèi)液壓油壓強(qiáng)的高低而調(diào)節(jié)，保壓性能相對(duì)穩(wěn)定精度高。例如橋梁靜載試驗(yàn)機(jī)，大噸位壓力機(jī)和橋梁張拉機(jī)等。液壓油缸的輸出力值獲得有多種方法，一、油缸工作截面X液壓油壓強(qiáng)值＝輸出力值。這種方法因?yàn)槭怯?jì)算值，不可控因素很多，誤差較大，不能滿足高精度力值輸出的要求。二、力傳感器與油缸串接，即將力傳感器安裝在油缸的前端或后端，直接測(cè)量和反饋油缸產(chǎn)生的輸出力值，可以減少誤差的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)智能化控制，但大噸位力傳感器對(duì)彈性體要求很高、體積大，安裝在結(jié)構(gòu)上有很多困難。

在實(shí)現(xiàn)智能控制的輸出力設(shè)備上，采用力系中串接大力值力傳感器是首選，而高精度大力值傳感器幾何尺寸很大(1000KN以上的)，尤其是軸向尺寸必須滿足要求，才能達(dá)到設(shè)計(jì)精度。高精度立柱式傳感器的彈性體有效工作區(qū)的長(zhǎng)度和直徑之比大于2，即L/d>2才能滿足精度要求，但是如果軸向長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，在受壓狀態(tài)下穩(wěn)定性變差。如限制軸向尺寸要求，傳感器只能降低長(zhǎng)度和直徑之比，這樣大大降低了傳感器的精度，較也很難達(dá)到使用要求。若要實(shí)現(xiàn)智能控制，在施力裝置的力系上直接串入大力值力傳感器，不僅增加了設(shè)備的尺寸還降低了力系的穩(wěn)定性，又因?yàn)樵O(shè)備中空間的限制，大力值傳感器的串入有很多不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在不降低力傳感器精度情況下方便安裝、受壓狀態(tài)穩(wěn)定的載荷加載裝置。

本發(fā)明提供的載荷加載裝置，包括加載主體和力傳感器，所述力傳感器和所述加載主體相連接，其中，所述加載主體為施力部件，所述力傳感器用于檢測(cè)所述加載主體施力的大小，所述力傳感器的一部分設(shè)置在所述加載主體內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述加載主體為液壓缸，所述液壓缸包括缸體和活塞，所述活塞包括活塞本體和活塞桿，在所述活塞桿的自由端設(shè)置有凹槽，所述力傳感器的一部分設(shè)置在所述凹槽內(nèi)。

優(yōu)選地，所述力傳感器為軸向較長(zhǎng)的立柱式傳感器，所述立柱式傳感器的下端面與所述凹槽的槽底接觸。

優(yōu)選地，所述力傳感器包括彈性體和加載墊，所述加載墊設(shè)置在彈性體的一端；所述加載墊的一端與所述彈性體配合，另外一端為載荷施力端。

優(yōu)選地，所述彈性體為柱狀體，包括第一端和相對(duì)的第二端，在彈性體的第一端設(shè)置有第一配合面，在加載墊與第一配合面的接觸端設(shè)置有第二配合面，所述第一配合面和第二配合面為球面配合。

優(yōu)選地，在所述彈性體的軸線上形成有貫通所述彈性體軸向的通孔。

優(yōu)選地，在所述通孔內(nèi)靠近所述彈性體第一端的端部，設(shè)置有固定結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在所述加載墊上與所述通孔對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有插入孔；

所述固定結(jié)構(gòu)包括卡栓和卡片；

所述卡栓包括相互連接的卡栓頭和卡栓柱，所述插入孔的直徑與所述卡栓柱的直徑相匹配，所述卡栓頭和卡片位于所述通孔內(nèi)，所述卡栓柱通過(guò)所述卡片后插入所述插入孔內(nèi)。

優(yōu)選地，所述卡栓頭和插入孔之間為過(guò)渡配合，和/或，所述卡片和通孔之間為緊配合。

優(yōu)選地，在所述力傳感器和活塞桿之間設(shè)置有定位裝置。

優(yōu)選地，在所述凹槽的槽底上開(kāi)設(shè)有與所述通孔相對(duì)的定位孔，所述定位裝置包括定位柱，所述定位柱的一部分位于所述定位孔內(nèi)，一部分位于所述通孔內(nèi)。

優(yōu)選地，在所述凹槽靠近槽口的位置設(shè)置有支撐結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在所述力傳感器露出所述凹槽的部分的側(cè)壁上設(shè)置有適配器。

優(yōu)選地，在所述適配器上設(shè)置有位移傳感器。

本申請(qǐng)中，將力傳感器的一部分設(shè)置在所述加載主體內(nèi)部，只有部分露在加載主體的外面，達(dá)到了即能保證力傳感器的尺寸符合精度要求，又不增加設(shè)備整體的體積，不影響力系的穩(wěn)定性的技術(shù)效果。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1為本申請(qǐng)中的加載裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的A部放大圖；

圖3為圖1中的B部放大圖；

圖4為本申請(qǐng)中的液壓缸整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中的C部放大圖(為了更加清楚，圖1中的定位柱41被省去)。

具體實(shí)施方式

以下基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。

本申請(qǐng)中的載荷加載裝置，特別是帶有力傳感器的加載裝置用于對(duì)待測(cè)對(duì)象施加載荷，例如橋梁靜載試驗(yàn)機(jī)、大噸位壓力機(jī)和橋梁張拉機(jī)等。如圖1所示，本申請(qǐng)中的加載裝置包括加載主體1和力傳感器2，所述力傳感器2設(shè)置在加載主體1上，用于測(cè)量加載主體1所施加的載荷大小。所述加載主體可以為液壓缸或者其他的施力結(jié)構(gòu)，例如機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)等，其中優(yōu)選的為液壓缸10。所述液壓缸10包括缸體11和活塞12，所述活塞12包括活塞本體121和活塞桿122。所述活塞本體121能夠在缸體11內(nèi)沿缸體11的內(nèi)部往復(fù)滑動(dòng)，從而使得活塞桿122能夠往復(fù)移動(dòng)，對(duì)待測(cè)對(duì)象施加載荷。

如圖1-2所示，所述力傳感器2為大力值、立柱式傳感器，包括傳感器彈性體21和加載墊22，所述加載墊22設(shè)置在彈性體21的一端。所述加載墊22的一端與所述彈性體21配合，另外一端為加載施力端，與待測(cè)對(duì)象接觸，從而能夠?qū)⒓虞d到待測(cè)對(duì)象上的載荷力直接傳遞到彈性體21上，通過(guò)檢測(cè)彈性體21的彈性變形而測(cè)量載荷力的大小。該另外一端的端面優(yōu)選形成為平面，便于力的穩(wěn)定傳遞。

所述彈性體21為柱狀體，包括第一端和相對(duì)的第二端。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在彈性體21的第一端設(shè)置有第一配合面211，在加載墊22與第一配合面211的接觸端設(shè)置有第二配合面221，通過(guò)所述第一配合面211和第二配合面221的配合使得所述彈性體21和加載墊22之間能夠?qū)崿F(xiàn)很好的力傳遞。優(yōu)選地，所述第一配合面211和第二配合面221為球面配合。其中，可以是第一配合面211為凸球面，第二配合面221為相對(duì)應(yīng)的凹球面，如圖1-2所示。也可以第一配合面211為凹球面，第二配合面221為凸球面，都可以實(shí)現(xiàn)相同的功能。這樣，通過(guò)將第一配合面211和第二配合面221設(shè)置為球面配合，可以實(shí)現(xiàn)彈性體21和加載墊22之間力傳遞時(shí)的自動(dòng)調(diào)整，例如，當(dāng)載荷力存在除與彈性體21的軸線平行的主載荷外，還存在其他偏載荷時(shí)，所述加載墊22和彈性體21之間可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以克服受力過(guò)程中的偏心力，使得受力方向不會(huì)發(fā)生變化，不會(huì)影響彈性體21的正常工作。

如圖4所示，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在所述活塞桿122的自由端設(shè)置有凹槽123，所述力傳感器2的一端設(shè)置在所述凹槽123內(nèi)。具體地，所述彈性體21的第二端設(shè)置在所述凹槽123內(nèi)。優(yōu)選地，所述彈性體21的第二端端面為平面，所述凹槽123的槽底面1231也為平面，這樣可方便地將液壓缸10的力傳遞到彈性體21上，從而能夠通過(guò)加載墊22傳遞到待測(cè)對(duì)象上，對(duì)待測(cè)對(duì)象施加載荷力，同時(shí)通過(guò)彈性體21的彈性變形檢測(cè)載荷力的大小。所述彈性體21的長(zhǎng)度L和直徑D之比優(yōu)選為L(zhǎng)/D>2，這樣能夠達(dá)到高精度力柱傳感器的尺寸要求。由于在活塞桿122的自由端設(shè)置有凹槽123，力傳感器2的一部分放入該凹槽123內(nèi)，即能保證大力值力傳感器的尺寸符合精度要求，又不增加設(shè)備整體的體積，原有系統(tǒng)不必作任何的改造，不影響力系的穩(wěn)定性，能夠得到穩(wěn)定的高精度智能施力控制系統(tǒng)。同時(shí)，力傳感器的彈性體21直接檢測(cè)載荷力的大小，對(duì)載荷力的測(cè)量準(zhǔn)確、精度高。優(yōu)選地，將力傳感器2的大部分嵌入所述活塞桿122上的凹槽123內(nèi)，能夠降低受力接觸高度，不占用系統(tǒng)的高度空間且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

如圖1-2所示，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在所述彈性體21的軸線上形成有貫通所述彈性體軸向的通孔212，所述通孔212優(yōu)選為圓柱形通孔，其截面直徑優(yōu)選為30-40mm。通過(guò)設(shè)置該通孔212，使得彈性體21在加工過(guò)程中淬火時(shí)，能夠減小彈性體21的淬火壁厚，使得彈性體21的淬火結(jié)果更加均勻，大大提高彈性體的制造精度、工作性能和工作壽命。

如圖1-2所示，優(yōu)選地，在所述通孔212內(nèi)靠近所述彈性體21第一端的端部，也就是通孔212與加載墊22相接合的一端設(shè)置有固定結(jié)構(gòu)3，該固定結(jié)構(gòu)用于將加載墊22臨時(shí)地固定在所述彈性體21上，可以防止加載墊22隨意脫離所述彈性體21，造成加載墊22的丟失。

如圖2-3所示，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述固定結(jié)構(gòu)3包括卡栓31和卡片32，所述卡栓31包括卡栓頭311和卡栓柱312。所述卡栓頭311和卡栓柱312優(yōu)選為圓柱體，兩者在軸向上依次連接，所述卡栓頭311的直徑大于所述卡栓柱312的直徑，但小于所述通孔212的直徑。在所述加載墊22上與所述通孔212對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有插入孔222。優(yōu)選地，所述插入孔222與所述卡栓柱312之間為螺紋連接。所述卡片32為墊片狀，其外徑大于所述卡栓頭311的外徑，其內(nèi)徑大于所述卡栓柱312的外徑，所述卡片32套設(shè)在卡栓頭311和加載墊22的端部之間的卡栓柱312上，并位于所述通孔212內(nèi)。所述卡片32和卡栓柱312之間形成間隙配合,兩者之間的間隙優(yōu)選為4-5mm；所述卡片32和通孔212之間為過(guò)盈配合，但過(guò)盈量不宜太大，以使得能夠方便地將所述卡栓31和卡片32從所述通孔212內(nèi)取出。在所述卡片32和卡栓柱312之間設(shè)置比較大的間隙配合，這樣，在存在偏載荷的情況下，當(dāng)所述加載墊22產(chǎn)生一定的偏移、卡栓31隨著加載墊22同時(shí)偏移時(shí)，卡片32不會(huì)對(duì)卡栓31的移動(dòng)、進(jìn)而對(duì)加載墊22的移動(dòng)產(chǎn)生干涉，提高了載荷加載裝置的適用性。通過(guò)所述卡片32和通孔212之間的過(guò)盈配合可以使得所述卡片32能夠保持在固定位置，從而將加載墊22和彈性體21臨時(shí)地固定在一起。當(dāng)需要取下加載墊22時(shí)，只要將所述加載墊22向上翹起，克服卡片32和通孔212之間的較小的過(guò)盈配合的結(jié)合力，就可方便地將加載墊22取下，不會(huì)破壞加載墊22和彈性體21的結(jié)構(gòu)以及兩者之間的連接結(jié)構(gòu)，方便易操作。

如圖1所示，優(yōu)選地，為了方便彈性體21在活塞桿122內(nèi)的裝配，所述彈性體21設(shè)置為階梯狀，其中小外徑的部分插入所述活塞桿122的凹槽123內(nèi)，大外徑的部分露出所述凹槽123，這樣可在保證測(cè)量精度的情況下方便力傳感器2的裝配。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，為了對(duì)彈性體21進(jìn)行支撐，使得彈性體21能夠處于良好的受力狀態(tài)，在所述凹槽123靠近槽口的位置設(shè)置有支撐結(jié)構(gòu)1232，所述支撐結(jié)構(gòu)1232優(yōu)選為支撐環(huán)(參見(jiàn)圖4)。該支撐環(huán)能夠起到導(dǎo)向和支撐作用，當(dāng)出現(xiàn)偏載時(shí)支撐環(huán)能夠支撐所述彈性體21的外圓柱面。同時(shí)，該支撐結(jié)構(gòu)1232還能使得在所述彈性體21的外壁和凹槽123的側(cè)壁之間形成一定的間隙，例如形成1mm左右的間隙，這樣，當(dāng)彈性體21在載荷的作用下產(chǎn)生微變形時(shí)，凹槽123的側(cè)壁不會(huì)對(duì)彈性體21的變形產(chǎn)生干涉，能夠有效增加彈性體21的靈敏度，提高檢測(cè)精度。

如圖4、圖5所示，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，為了對(duì)彈性體21進(jìn)行準(zhǔn)確定位，使得在存在偏向載荷時(shí)，彈性體21不會(huì)橫向移位，在所述彈性體21和活塞桿122之間設(shè)置有定位裝置4。所述定位裝置4包括定位柱41，在所述凹槽123的槽底上，開(kāi)設(shè)有與所述通孔212相對(duì)的定位孔1233。所述定位孔1233的直徑稍小于所述通孔212的直徑。所述定位孔1233優(yōu)選為盲孔，其孔深小于所述定位柱41的長(zhǎng)度。裝配后，所述定位柱41一部分位于所述定位孔1233內(nèi)，該部分與所述定位孔1233之間形成過(guò)盈配合，過(guò)盈量為0.02mm左右；另外一部分位于所述通孔212內(nèi)，該部分與所述通孔212之間形成間隙配合，間隙量為0.1mm左右。這樣，定位柱41能夠?qū)λ鰪椥泽w21形成準(zhǔn)確的定位，同時(shí)還非常方便將所述彈性體21從所述定位柱41上取下，不會(huì)破壞所述彈性體21的結(jié)構(gòu)。所述空位柱41的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，優(yōu)選為5-10mm，這樣可在實(shí)現(xiàn)定位的同時(shí)不影響彈性體21和凹槽123之間的配合。

如圖1-2所示，優(yōu)選地，在所述彈性體21露出所述凹槽123的部分的側(cè)壁上設(shè)置有適配器5，用于生成和傳輸彈性體21的檢測(cè)數(shù)據(jù)。為了檢測(cè)彈性體21的位移情況，在所述適配器5上設(shè)置有位移傳感器6，所述位移傳感器優(yōu)選為拉繩傳感器，所述拉繩傳感器的拉繩的一端設(shè)置在適配器5上，另外一端設(shè)置在所述活塞缸體11上，優(yōu)選設(shè)置在缸體11與所述適配器相對(duì)的表面上。這樣，當(dāng)所述彈性體21隨所述活塞桿122往復(fù)移動(dòng)時(shí)，可通過(guò)該位移傳感器6方便地檢測(cè)到活塞桿122、彈性體21的移動(dòng)情況以及它們的移動(dòng)位置；同時(shí)，還能監(jiān)控力系在受力時(shí)的速度和變形，在本申請(qǐng)的智能施力控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)雙控。

本申請(qǐng)中的加載裝置還包括控制器，用于根據(jù)力傳感器2測(cè)得的力值和想要達(dá)到的力的目標(biāo)值調(diào)整液壓缸10的工作過(guò)程，例如調(diào)節(jié)液壓缸10的液壓油的壓強(qiáng)和流量。

本申請(qǐng)中，將原來(lái)的受力接觸面由活塞的頂部下移到活塞桿凹槽的底部，使力傳感器的大部分鑲嵌在活塞桿的凹槽內(nèi)部，只把傳感器的適配器與頂部的球面部份露在外面，達(dá)到了即能保證大力值力傳感器的尺寸符合精度要求，又不增加設(shè)備整體的體積，不影響力系的穩(wěn)定性的目的。

為了便于描述，下面以液壓缸10豎直放置、活塞桿122的自由端朝向上方的放置方式對(duì)本申請(qǐng)中的載荷裝置的工作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。本申請(qǐng)中的加載裝置的工作過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)裝置，液壓缸10的下油口進(jìn)油，推動(dòng)活塞12，活塞12推動(dòng)力傳感器2一同向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)力傳感器2上面的加載墊22與受力系統(tǒng)(待測(cè)對(duì)象)的上橫梁接觸后整體受力，力傳感器2將所受的力傳輸給控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)根據(jù)力值的大小控制液壓缸10，例如控制液壓缸10中的液壓油的壓強(qiáng)和流量，根據(jù)工藝要求進(jìn)行加壓、保壓、減壓、回油等操作，完成整個(gè)操作過(guò)程。

本申請(qǐng)中的加載裝置采用力傳感器檢測(cè)和反饋施力的方式，輸出力值為加載裝置的直接受力值，數(shù)值可靠，誤差小。實(shí)現(xiàn)壓力系統(tǒng)智能數(shù)值采集反饋控制。施力主體采用液壓油缸施力，受力狀態(tài)穩(wěn)定，壓力高，沒(méi)有外力干擾，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作。根據(jù)力傳感器的特點(diǎn)，將力傳感器的大部分鑲嵌在液壓缸10的活塞12內(nèi)，將活塞12與力傳感器2的接觸面降低到活塞桿122的底部，降低了壓力接觸面，即保證了大噸位力傳感器在尺寸上的要求，又簡(jiǎn)化了整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了因力傳感器所占用的空間。本申請(qǐng)中將將力傳感器設(shè)計(jì)成受力體(彈性體21)的長(zhǎng)度/直徑>2的形狀，根據(jù)受力狀態(tài)和大噸位力傳感器的特點(diǎn)，可以簡(jiǎn)化力傳感器的結(jié)構(gòu)，大大降低傳感器的材料成本，提高精度。本申請(qǐng)中的立柱式力傳感器，受力合理，其頂部設(shè)計(jì)成凸/凹球面，配合一個(gè)帶凹/凸球面的加載墊，形成一對(duì)球面壓力副，當(dāng)受力支架產(chǎn)生變形時(shí)可自動(dòng)調(diào)正接觸方向。本申請(qǐng)?jiān)诹鞲衅鞯倪m配器中加裝了一套位移傳感器6，該位移傳感器6的一端安裝在適配器盒內(nèi)，另一端與活塞缸體11相連，當(dāng)液壓缸10帶動(dòng)力傳感器2上升時(shí)，位移傳感器6通過(guò)拉繩也同時(shí)測(cè)出相應(yīng)的位移，配合控制系統(tǒng)，達(dá)到力傳感器和位移傳感器雙控的效果。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在本申請(qǐng)文件中，諸如“第一”、“第二”之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將某個(gè)實(shí)體或操作與另一實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。另外，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其它變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還可以包括沒(méi)有明確列出的其它要素，或者是還可以包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。除非另有定義，本文中所使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文中出現(xiàn)的諸如“部件”等術(shù)語(yǔ)既可以表示單個(gè)的零件，也可以表示多個(gè)零件的組合。本文中出現(xiàn)的諸如“安裝”、“設(shè)置”等術(shù)語(yǔ)既可以表示一個(gè)部件直接附接至另一個(gè)部件，也可以表示一個(gè)部件通過(guò)中間件附接至另一個(gè)部件。本文中在一個(gè)實(shí)施方式中描述的特征可以單獨(dú)地或與其它特征結(jié)合地應(yīng)用于另一個(gè)實(shí)施方式，除非該特征在該另一個(gè)實(shí)施方式中不適用或是另有說(shuō)明。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。