一種測(cè)試重型機(jī)床墊鐵-基礎(chǔ)-地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的裝置及方法
【專利摘要】一種測(cè)試重型機(jī)床墊鐵－基礎(chǔ)－地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的裝置及方法屬于重型機(jī)床地基實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。裝置包括材料試驗(yàn)機(jī)、螺桿、有槽鐵塊、地腳螺栓、混凝土基礎(chǔ)、材料試驗(yàn)機(jī)底座、力傳感器、木塊、位移傳感器、墊鐵試件、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)。二次灌漿過(guò)程后，用地腳螺栓連接墊鐵試件和混凝土基礎(chǔ)，施加一定的預(yù)緊力；在地腳螺栓上打一盲孔，預(yù)埋應(yīng)變片；用位移傳感器測(cè)量結(jié)合面法向位移量；將混凝土基礎(chǔ)放置在材料試驗(yàn)機(jī)底座的力傳感器上，用螺桿連接有槽鐵塊和材料試驗(yàn)機(jī)，將有槽鐵塊和墊鐵試件貼合；材料試驗(yàn)機(jī)沿縱向?yàn)榧恿┘屿o態(tài)壓力。本發(fā)明采用直接測(cè)量法，減少了測(cè)量的物理量個(gè)數(shù)，較真實(shí)反應(yīng)了系統(tǒng)的變形情況。
【專利說(shuō)明】-種測(cè)試重型機(jī)床墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛 度特性的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)試墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的裝置及方 法，屬于重型機(jī)床地基實(shí)驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 重型數(shù)控機(jī)床是衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)平和綜合國(guó)力的戰(zhàn)略物資，因其具有大自重、 大載荷等特點(diǎn)，床身、立柱等大尺度構(gòu)件的工作精度和壽命均直接受地基與基礎(chǔ)的影響。眾 所周知，機(jī)床乃至各類機(jī)械，為了滿足各種功能、性能和加工要求以及運(yùn)輸上的方便，一般 都不是一個(gè)連續(xù)的整體，而是由各種零件按照一定的具體要求組合起來(lái)的。稱零件、組件、 部件之間相互接觸的表面為"機(jī)械結(jié)合面"，簡(jiǎn)稱"結(jié)合面"，或稱"接觸面"。從基礎(chǔ)到床身 底面有三個(gè)接觸面：床身底面與墊鐵上滑板的接觸面；上滑板與滑板座的接觸面，均為斜 面；墊鐵底座與基礎(chǔ)的接觸面。
[0003] 在大型機(jī)床的安裝、改造過(guò)程中，往往對(duì)床身-墊鐵-基礎(chǔ)系統(tǒng)的接觸剛度不夠重 視，造成機(jī)床的幾何精度、工作精度以及導(dǎo)軌副的接觸精度很不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致床身調(diào)平的 工作量增加，甚至直接影響機(jī)床的制造精度和使用壽命。
[0004] 影響床身-墊鐵-基礎(chǔ)系統(tǒng)的接觸剛度的因素有很多，例如接觸面的表面質(zhì)量、接 觸面的法相面壓、地腳螺栓預(yù)緊力、墊鐵的安裝方式、接觸面的接觸精度、接觸面的結(jié)構(gòu)等 等。為了系統(tǒng)的研究和探明墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面與其基本影響因素之間的關(guān)系， 并掌握墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面的靜態(tài)基礎(chǔ)特性參數(shù)，需要一種一種測(cè)試重型機(jī)床墊 鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的裝置及方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一套模擬墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓實(shí)際工況的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò) 材料試驗(yàn)機(jī)法向壓縮試件，使用力傳感器收集壓力信號(hào)，用位移傳感器獲得墊鐵-基礎(chǔ)結(jié) 合面處的軸向位移信號(hào)，利用模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，得出試件結(jié)合面的剛 度曲線，通過(guò)改變受力條件和結(jié)合面條件來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出墊鐵-基礎(chǔ)結(jié)合面剛度隨受力 條件和結(jié)合面條件改變的變化規(guī)律。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0007] 這種測(cè)試墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的測(cè)試系統(tǒng)，包括材料試 驗(yàn)機(jī)（1)、螺桿（2)、有槽鐵塊（3)、地腳螺栓（4)、混凝土基礎(chǔ)（5)、材料試驗(yàn)機(jī)底座￠)、力 傳感器（7)、木塊（8)、位移傳感器（9)、墊鐵試件（10)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算 機(jī)；其特征在于，上述實(shí)驗(yàn)裝置中，按實(shí)際工況模擬墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面系統(tǒng)，在 經(jīng)過(guò)二次灌漿過(guò)程后，用地腳螺栓（4)連接墊鐵試件（10)和混凝土基礎(chǔ)（5)，施加一定的 預(yù)緊力，使墊鐵試件（10)和混凝土基礎(chǔ)（5)的端面相互貼合形成結(jié)合面。在地腳螺栓上打 一盲孔，預(yù)埋應(yīng)變片，應(yīng)變片連出到動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀；在二次灌漿過(guò)程結(jié)束后，取出木塊（8)，將 位移傳感器（9)固定于混凝土基礎(chǔ)（5)前后左右四面缺口處，用于測(cè)量結(jié)合面法向位移量； 將混凝土基礎(chǔ)（5)放置在材料試驗(yàn)機(jī)底座（6)的力傳感器（7)上，用螺桿連接有槽鐵塊（3) 和材料試驗(yàn)機(jī)（1),將有槽鐵塊（3)和墊鐵試件（10)貼合；材料試驗(yàn)機(jī)底座（6)搭載力傳 感器（7)并沿縱向?yàn)榧恿┘屿o態(tài)壓力；測(cè)量預(yù)緊力以及地腳螺栓應(yīng)變信號(hào)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變 儀、測(cè)量結(jié)合面法向位移變化量的位移傳感器（9)及測(cè)量靜態(tài)力信號(hào)的力傳感器（7)將各 自信號(hào)輸出至模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，然后輸送至PC機(jī)。
[0008] 所述位移傳感器（9)采用型號(hào)為SV3300的電渦流趨近式傳感器；所述力傳感器 (10)采用型號(hào)為BK55687的力傳感器。
[0009] -種測(cè)試墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的方法，其特征在于：
[0010] 步驟1，通過(guò)加緊螺栓，對(duì)地腳螺栓⑷施加預(yù)緊力，之后通過(guò)有槽鐵塊⑶對(duì)墊 鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面施加法向壓力。
[0011] 步驟2,在施加靜態(tài)壓力的過(guò)程中，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、位移傳感器（9)、以及力傳感器 (7)分別將地腳螺栓螺栓應(yīng)變信號(hào)、結(jié)合面法向位移變化信號(hào)、以及靜態(tài)拉力信號(hào)傳輸至模 態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，然后輸出送至PC機(jī)，當(dāng)材料試驗(yàn)機(jī)（1)的加載力達(dá)到所設(shè)定的加載力大小時(shí) 會(huì)自動(dòng)停止；
[0012] 步驟3,根據(jù)步驟2得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)施加不同的總壓力值，加權(quán)求得結(jié) 合部剛度值。
[0013] 首先，計(jì)算結(jié)合面總壓力y，計(jì)算公式為如下：
[0014] 結(jié)合面受力y =設(shè)定的地腳螺栓預(yù)緊力+材料試驗(yàn)機(jī)（1)的加載
[0015] 其次，對(duì)計(jì)算得到的結(jié)合面受力y，以及位移傳感器（9)測(cè)量得到的結(jié)合面法向位 移量X進(jìn)行曲線擬合，即y = f(x)，該曲線的導(dǎo)函數(shù)即為結(jié)合部剛度函數(shù)，即k = y' ；，提 取一組結(jié)合面受力yi，以及yi對(duì)應(yīng)的結(jié)合部剛度值ki ;
[0016] 步驟4,重新設(shè)定材料試驗(yàn)機(jī)（1)的加載力，得到多組加載力下的結(jié)合面受力-結(jié) 合部剛度曲線圖。
[0017] 步驟5,將以上步驟所得的多組不同結(jié)合面受力對(duì)應(yīng)的結(jié)合面剛度數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng) 式你和，得到修正后的結(jié)合部剛度函數(shù)K。
[0018] 步驟6,計(jì)算被聯(lián)結(jié)件的剛度km，計(jì)算方程式為：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)試墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于： 包括材料試驗(yàn)機(jī)（1)、螺桿（2)、有槽鐵塊（3)、地腳螺栓（4)、混凝土基礎(chǔ)（5)、材料試驗(yàn)機(jī)底 座（6)、力傳感器（7)、木塊（8)、位移傳感器（9)、墊鐵試件（10)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 和計(jì)算機(jī)；上述實(shí)驗(yàn)裝置中，在經(jīng)過(guò)二次灌漿過(guò)程后，用地腳螺栓（4)連接墊鐵試件（10)和 混凝土基礎(chǔ)（5)，施加一定的預(yù)緊力，使墊鐵試件（10)和混凝土基礎(chǔ)（5)的端面相互貼合形 成結(jié)合面；在地腳螺栓上打一盲孔，預(yù)埋應(yīng)變片，應(yīng)變片連出到動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀；在二次灌漿過(guò) 程結(jié)束后，取出木塊（8)，將位移傳感器（9)固定于混凝土基礎(chǔ)（5)前后左右四面缺口處，用 于測(cè)量結(jié)合面法向位移量；將混凝土基礎(chǔ)（5)放置在材料試驗(yàn)機(jī)底座￠)的力傳感器（7) 上，用螺桿連接有槽鐵塊（3)和材料試驗(yàn)機(jī)（1)，將有槽鐵塊（3)和墊鐵試件（10)貼合；材 料試驗(yàn)機(jī)底座（6)搭載力傳感器（7)并沿縱向?yàn)榧恿┘屿o態(tài)壓力；測(cè)量預(yù)緊力以及地 腳螺栓應(yīng)變信號(hào)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、測(cè)量結(jié)合面法向位移變化量的位移傳感器（9)及測(cè)量靜態(tài) 力信號(hào)的力傳感器（7)將各自信號(hào)輸出至模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，然后輸送至PC機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的 測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述位移傳感器（9)采用型號(hào)為SV3300的電渦流趨近式傳感器； 所述力傳感器（10)米用型號(hào)為BK55687的力傳感器。
3. 應(yīng)用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)測(cè)試墊鐵一基礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面法向靜剛度特性的方 法，其特征在于： 步驟1，通過(guò)加緊螺栓，對(duì)地腳螺栓（4)施加預(yù)緊力，之后通過(guò)有槽鐵塊（3)對(duì)墊鐵一基 礎(chǔ)一地腳螺栓結(jié)合面施加法向壓力； 步驟2,在施加靜態(tài)壓力的過(guò)程中，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、位移傳感器（9)、以及力傳感器（7)分 別將地腳螺栓螺栓應(yīng)變信號(hào)、結(jié)合面法向位移變化信號(hào)、以及靜態(tài)拉力信號(hào)傳輸至模態(tài)測(cè) 試系統(tǒng)，然后輸出送至PC機(jī)，當(dāng)材料試驗(yàn)機(jī)（1)的加載力達(dá)到所設(shè)定的加載力大小時(shí)會(huì)自 動(dòng)停止； 步驟3,根據(jù)步驟2得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)施加不同的總壓力值，加權(quán)求得結(jié)合部 剛度值； 首先，計(jì)算結(jié)合面總壓力y，計(jì)算公式為如下： 結(jié)合面受力y =設(shè)定的地腳螺栓預(yù)緊力+材料試驗(yàn)機(jī)（1)的加載力； 其次，對(duì)計(jì)算得到的結(jié)合面受力y，以及位移傳感器（9)測(cè)量得到的結(jié)合面法向位移量 X進(jìn)行曲線擬合，即y = f (X)，該曲線的導(dǎo)函數(shù)即為結(jié)合部剛度函數(shù)，即k = y' ；，提取一組 結(jié)合面受力yi，以及yi對(duì)應(yīng)的結(jié)合部剛度值h ; 步驟4,重新設(shè)定材料試驗(yàn)機(jī)（1)的加載速度，得到多組加載速度下的結(jié)合面受力-結(jié) 合部剛度曲線圖； 步驟5,固定材料試驗(yàn)機(jī)加載力和加載速度，改變地腳螺栓預(yù)緊力，同樣方法得出不同 地腳螺栓預(yù)緊力情況下的墊鐵-基礎(chǔ)結(jié)合面的法向剛度曲線； 步驟6,通過(guò)改變結(jié)合面條件，得出該裝置在特定加載方式、加載力、預(yù)緊力大小的的情 況下墊鐵-基礎(chǔ)結(jié)合面的法向剛度曲線。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104296980SQ201410536218
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】劉志峰, 寧越, 田楊, 張柯, 楊恩芝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)