一种用于橡胶隔振支座的应力检测系统及方法

1.本发明涉及压力检测系统及方法，具体涉及一种用于橡胶隔振支座的应力检测系统及方法。


背景技术：

2.橡胶隔振支座是指用以支承容器或设备的重量，并使其固定于一定位置的支承部件，还要承受操作时的振动与地震载荷，一般用于桥梁、建筑等领域，橡胶隔振支座的结构主要由下支座板、承压橡胶板、中间钢衬板、平面滑板、上支座板等部件组成，其中橡胶板是橡胶隔振支座的核心部件，起着承压、转动、传力的作用。
3.在使用过程中，橡胶隔振支座会因为受到各种作用力的作用下会发生各种变形，例如在上部载荷的负载下发生竖向变形，在水平力的作用下会发生水平变形，在扭转力矩的作用下会发生扭转变形，而在倾翻力矩的作用下会发生倾翻。但是橡胶隔振支座在工作时，并不只是只受到一种作用力，而是受到多种作用力叠加作用，因此橡胶隔振支座在使用过程中会发生多种不同的变形；为了防止橡胶隔振支座的应力过大而导致其橡胶层被破坏，因此在使用前需要对橡胶隔振支座进行应力检测，检测橡胶隔振支座在发生各种变形下该橡胶隔振支座的各个位置的应力大小，以此来得出所述橡胶隔振支座的安全使用范围。然而现有技术中并没有可以检测橡胶隔振支座在不同变形中其各个位置的应力值的装置及方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于橡胶隔振支座的应力检测系统，所述应力检测系统可以检测橡胶隔振支座在不同变形下各个位置的应变，进而得出该橡胶隔振支座的在不同变形下各个位置的应力值。
5.本发明的第二个目的在于提供一种用于上述应力检测系统的应力检测方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种用于橡胶隔振支座的应力检测系统，包括工作台、设置在工作台上的用于将橡胶隔振支座送至检测工位的输送装置、用于对位于检测工位上的橡胶隔振支座施加不同作用力以促使该橡胶隔振支座发生不同类型的形变的施力装置、用于检测位于检测工位上的橡胶隔振支座在不同类型的形变中的各个位置的变形量大小的检测装置，其中，所述检测装置包括支架以及设置在支架上的多组检测模块，其中，多组检测模块沿着所述检测工位的圆周方向等角度排列，每组检测模块包括支座、设置在支座上的多组检测机构、用于驱动所述检测机构沿着所述橡胶隔振支座的径向方向运动的进给驱动机构以及应力计算装置，其中，所述的多组检测机构竖向排列在安装座上；所述进给驱动机构用于驱动所述安装座运动；其中，每组检测机构包括探针、设置在所述探针的尾端的激光发射器以及设置在所述探针与所述激光发射器之间的球头轴承，其中，所述探针和所述激光发射器安装在所述
球头轴承中相对的两侧，而所述球头轴承安装在所述安装座上；所述激光发射器的发射口背离所述橡胶隔振支座；所述应力计算装置包括设置在支座上的接收板、用于采集所述接收板中的激光光点的图像采集装置以及图像处理装置，其中，所述接收板正对多组检测机构的激光发射器的发射口；所述图像处理装置用于计算形变前后的每组激光发射器投射到接收板上的激光光点的位置偏差，进而换算成所述橡胶隔振支座中与该检测机构对应的位置的应变值，并根据应变与应力的关系计算该位置的应力值。
7.优选的，所述施力装置包括竖向施力机构以及水平施力机构，其中，所述竖向施力机构安装在所述支架的上方，包括多组呈圆周等角度排列的第一竖向施力气缸以及设置在多组呈圆周等角度排列的第一竖向施力气缸的中心的第二竖向施力气缸；所述水平施力机构包括两组水平施力气缸，两组水平施力气缸设置在所述橡胶隔振支座的两侧，且该水平施力气缸的活塞杆与所述橡胶隔振支座的上端连接。
8.优选的，所述施力装置还包括用于对所述橡胶隔振支座的下侧进行固定的固定机构，所述固定机构为多组，多组固定机构沿着所述橡胶隔振支座的圆周方向等角度排列；每组固定机构包括固定件，所述固定件的一端与所述支架连接，另一端与所述橡胶隔振支座的下侧连接。
9.优选的，所述固定件包括套环以及两组锁紧螺钉，其中，两组锁紧螺钉分别安装在所述支架和所述橡胶隔振支座上；所述套环的两端分别套在两组锁紧螺钉上；所述套环对所述橡胶隔振支座的拉力方向与所述橡胶隔振支座受到的扭矩方向相反。
10.优选的，所述探针与所述安装座之间设置有锥形弹簧，所述锥形弹簧安装在所述安装座上，且一端作用在所述安装座上，另一端作用在所述探针上；所述锥形弹簧的弹力促使所述探针复位。
11.优选的，所述探针包括针头以及与所述针头连接的弹性伸缩杆，其中，所述弹性伸缩杆的首端与所述球头轴承连接，末端与所述针头连接。
12.优选的，所述输送装置包括水平输送机构以及竖直升降机构，其中，所述支架为双层结构，所述施力装置以及所述检测装置位于所述支架的上层；所述水平输送机构设置在所述支架的下层，所述竖直升降机构用于将所述水平输送机构中的橡胶隔振支座转移到所述支架的上层的检测工位处。
13.优选的，所述图像采集装置为相机。
14.一种用于橡胶隔振支座的应力检测方法，包括以下步骤：s1、输送装置将待检测的橡胶隔振支座送至检测工位中；s2、进给驱动机构带动安装座以及设置在安装座上的多组检测机构运动，使得多组检测机构中的探针同时与所述橡胶隔振支座的外侧面弹性接触；s3、启动图像采集装置和每组检测机构中的激光发射器，使得激光发射器将激光光点投射到接收板上；所述图像采集装置采集所述橡胶隔振支座于正常状态下的各个检测机构中的激光发射器投射到接收板上的激光光点的位置；s4、施力装置对位于检测工位中的橡胶隔振支座施加作用力，使得所述橡胶隔振支座发生不同类型的形变，在此过程中，所述橡胶隔振支座发生变形的同时带动所述探针摆动，而所述探针摆动的过程中则带动激光发射器反方向摆动，所述激光发射器投射到接
收板上的激光光点的位置也随之发生改变；所述图像采集装置采集此刻各个检测机构中的激光发射器投射到接收板上的激光光点的位置；s5、图像处理装置通过对前后两次的图像进行处理，对比相同的检测机构中的激光发射器投射到接收板的激光光点的位置，进而换算成所述橡胶隔振支座中与该检测机构对应的位置的应变值，并结合所述橡胶隔振支座中的橡胶层的弹性模量，根据应变与应力的关系计算该位置的应力值。
15.优选的，在步骤（5）中，在检测同一类型的形变时，重复多次步骤s4,在计算得到多次的应变值后，对其取平均值。
16.本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：1、本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测系统通过进给驱动机构带动多组检测机构径向运动，使得多组检测机构中的探针与橡胶隔振支座的外侧面弹性接触，当橡胶隔振支座发生不均匀变形（例如扭转或倾翻）后，每组检测机构中的探针仍然可以弹性压紧在所述橡胶隔振支座上，并在所述橡胶隔振支座的变形力的促使下发生转动，以此来使得与该探针连接的激光发射器同步反向摆动，从而使得所述图像采集装置可以通过接收板采集到变化后的激光光点的位置；通过图像处理装置对比正常状态下相同的检测机构中激光发射器投射到接收板的激光光点的位置，从而计算出变形量，换算成所述橡胶隔振支座中与该检测机构对应的位置的应变值，并结合所述橡胶隔振支座中的橡胶层的弹性模量，根据应变与应力的关系计算该位置的应力值，进而得到橡胶隔振支座在发生不同类型的形变下的各个位置的应力值。
17.、本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测系统可以检测出橡胶隔振支座在发生不同类型的形变下的各个位置的应力值，使得研发人员可以通过橡胶隔振支座中的各个位置的应力值来得到橡胶隔振支座在不同类型的形变下的应力分布及应力大小，为后期对橡胶隔振支座的改进提供理论支撑。
18.、本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测方法的步骤简单，且便于实施。
附图说明
19.图1为本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测系统的结构框图。
20.图2-图4为本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测系统的三个不同视角的立体结构示意图。
21.图5为本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测系统的主视图。
22.图6为检测装置的立体结构示意图。
23.图7为检测装置的主视图。
24.图8为检测机构的结构示意图。
25.图9为本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测系统检测隔振橡胶支座在扭转变形中的应力计算的示意图。
具体实施方式
26.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
27.参见图1-图8，本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测系统包括工作台1、设置在工作台1上的用于将橡胶隔振支座送至检测工位的输送装置、用于对位于检测工位上的橡胶隔振支座施加不同作用力以促使该橡胶隔振支座发生不同类型的形变的施力装置、用于检测位于检测工位上的橡胶隔振支座在不同类型的形变中的各个位置的变形量大小的检测装置5。
28.参见图1-图8，所述检测装置5包括支架4以及设置在支架4上的多组检测模块，其中，多组检测模块沿着所述检测工位的圆周方向等角度排列，每组检测模块包括支座501、设置在支座501上的多组检测机构、用于驱动所述检测机构沿着所述橡胶隔振支座的径向方向运动的进给驱动机构503以及应力计算装置，其中，所述的多组检测机构竖向排列在安装座505上；所述进给驱动机构503用于驱动所述安装座505运动，该进给驱动机构503采用电机与丝杆传动机构结合的驱动方式，并配置多组导向机构，以提高运动精度，其中，所述导向机构采用导向杆和导向块结合的方式；通过电机带动丝杆转动，从而带动与丝杆螺母连接的安装座505运动，使得多组检测机构中的探针与所述橡胶隔振支座的外侧面接触；当检测完成后，所述进给驱动机构503可以驱动多组检测机构复位。
29.参见图1-图8，每组检测机构包括探针、设置在所述探针的尾端的激光发射器509以及设置在所述探针与所述激光发射器509之间的球头轴承510，其中，所述探针和所述激光发射器509安装在所述球头轴承510中相对的两侧，而所述球头轴承510安装在所述安装座505上；所述激光发射器509的发射口背离所述橡胶隔振支座；通过将所述探针和所述激光发射器509安装在所述球头轴承510上，可以使得所述探针和所述激光发射器509同步且多角度转动，以此适应所述橡胶隔振支座的不均匀变形，同时所述探针的起点位置和终点位置之间的距离与所述激光发射器509投射到接收板504上的起点位置和终点位置的距离是相等的，但是方向相反，基于这一原理，通过对激光光点的起点位置和终点位置的检测，即可确定橡胶隔振支座在该位置处的变形量，以此来求得应变值和应力值。
30.参见图1-图8，所述探针与所述安装座505之间设置有锥形弹簧508，所述锥形弹簧508安装在所述安装座505上，且一端作用在所述安装座505上，另一端作用在所述探针上；所述锥形弹簧508的弹力促使所述探针复位；当进给驱动机构503带动所述检测机构复位时，所述探针与所述橡胶隔振支座分离，所述探针在所述锥形弹簧508的弹力下可以复位。
31.参见图1-图8，所述探针包括针头506以及与所述针头506连接的弹性伸缩杆507，其中，所述弹性伸缩杆507的首端与所述球头轴承510连接，末端与所述针头506连接。通过设置上述结构，使得每组检测机构中的探针均可以弹性压紧在所述橡胶隔振支座上，当所述橡胶隔振支座发生不均匀变形后，每组检测机构中的探针仍然可以弹性压紧在所述橡胶隔振支座的对应位置（该位置与起始位置一致）上，并在所述橡胶隔振支座的变形下发生转动，以此来使得与该探针连接的激光发射器509可以同步反向摆动，使得所述图像采集装置可以采集到变化后的激光光点的位置。
32.参见图8，所述弹性伸缩杆507也可以是探针的其中一部分。
33.参见图1-图8，所述应力计算装置包括设置在支座501上的接收板504、用于采集所述接收板504中的激光光点的图像采集装置（例如相机502）以及图像处理装置（例如计算机），其中，所述接收板504正对多组检测机构的激光发射器509的发射口；所述图像采集装置通过形变前后的每组激光发射器509投射到接收板504上的激光光点的位置偏差来计算
所述橡胶隔振支座中与该检测机构对应的位置的应变值，并以此计算该位置的应力值。
34.参见图1-图8，所述施力装置包括竖向施力机构6以及水平施力机构7，其中，所述竖向施力机构6安装在所述支架4的上方，包括多组呈圆周等角度排列的第一竖向施力气缸以及设置在多组呈圆周等角度排列的第一竖向施力气缸的中心的第二竖向施力气缸；所述水平施力机构7包括两组水平施力气缸，两组水平施力气缸设置在所述橡胶隔振支座的两侧，且该水平施力气缸的活塞杆与所述橡胶隔振支座的上端连接，此处的连接属于活动连接。通过上述设置，可以实现对橡胶隔振支座施加不同的作用力，例如通过两组水平施力气缸分别对橡胶隔振支座的上侧施加拉力和推力，使得所述橡胶隔振支座发生扭转；通过多组第一竖向施力气缸和第二竖向施力气缸可以对橡胶隔振支座施加下压力，而通过改变每组第一竖向施力气缸或\和第二竖向施力气缸的下压力大小，从而对所述橡胶隔振支座产生倾翻力矩，使得所述隔振支座501发生倾翻。
35.参见图1-图8，所述施力装置还包括用于对所述橡胶隔振支座的下侧进行固定的固定机构8，所述固定机构8为多组，多组固定机构8沿着所述橡胶隔振支座的圆周方向等角度排列；每组固定机构8包括固定件，所述固定件的一端与所述支架4连接，另一端与所述橡胶隔振支座的下侧连接，其中，所述固定件包括套环以及两组锁紧螺钉，其中，两组锁紧螺钉分别安装在所述支架4和所述橡胶隔振支座上；所述套环的两端分别套在两组锁紧螺钉上；在测量橡胶隔振支座在发生扭转变形中各个位置的变形量时，所述套环对所述橡胶隔振支座的拉力方向与所述橡胶隔振支座受到的扭矩方向相反，以此来防止所述橡胶隔振支座的下侧发生转动，使得该橡胶隔振支座可以发生扭转变形。
36.参见图1-图8，所述输送装置包括水平输送机构2以及竖直升降机构3，其中，所述支架4为双层结构，所述施力装置以及所述检测装置5位于所述支架4的上层；所述水平输送机构2设置在所述支架4的下层，所述竖直升降机构3用于将所述水平输送机构2中的橡胶隔振支座转移到所述支架4的上层的检测工位处。
37.参见图1-图8，所述水平输送机构2包括两组输送辊，两组输送辊并列设置，每组输送辊包括多根输送辊；在本实施例中，两组输送辊可以通过一组动力装置驱动，或者分别通过两组动力装置驱动。
38.参见图1-图8，所述竖直升降机构3包括托板、用于驱动所述托板竖向运动的竖向驱动机构以及用于对所述托板的竖向运动进行竖向导向的竖向导向机构，其中，所述竖向驱动机构包括设置在所述工作台1上的竖向气缸；所述竖向导向机构为多组，每组可以采用导杆与导向套/导向孔（设置在托板上）配合的导向方式。
39.参见图1-图8，本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测方法包括以下步骤：s1、输送装置将待检测的橡胶隔振支座送至检测工位中；s2、进给驱动机构503带动安装座505以及设置在安装座505上的多组检测机构运动，使得多组检测机构中的探针同时与所述橡胶隔振支座的外侧面弹性接触；s3、启动图像采集装置和每组检测机构中的激光发射器509，使得激光发射器509将激光光点投射到接收板504上；所述图像采集装置采集所述橡胶隔振支座于正常状态下的各个检测机构中的激光发射器509投射到接收板504上的激光光点的位置；s4、施力装置对位于检测工位中的橡胶隔振支座施加作用力，使得所述橡胶隔振支座发生不同类型的形变，在此过程中，所述橡胶隔振支座发生变形的同时带动所述探针
摆动，而所述探针摆动的过程中则带动激光发射器509反方向摆动，所述激光发射器509投射到接收板504上的激光光点的位置也随之发生改变；所述图像采集装置采集此刻各个检测机构中的激光发射器509投射到接收板504上的激光光点的位置；s5、图像处理装置通过对前后两次的图像进行处理，对比相同的检测机构中的激光发射器509投射到接收板504的激光光点的位置，换算成所述橡胶隔振支座中与该检测机构对应的位置的应变值，并结合所述橡胶隔振支座中的橡胶层的弹性模量，根据应变与应力的关系计算该位置的应力值，以此来得到所述橡胶隔振支座在发生不同类型的形变中各个位置的应力值。
40.其中，在步骤（5）中，在检测同一类型的形变时，可以重复多次步骤s4,在计算得到多次的应变值后，求得平均值。
41.以下结合橡胶隔振支座发生扭转变形的案例对本发明的用于橡胶隔振支座的应力检测方法进行阐述：如图9所示，橡胶隔振支座与所述探针接触的位置为c，在橡胶隔振支座发生扭转变形后，探针的接触位置变为d；由于球形轴承的位置（即o点）固定，且l1为初始时刻球头轴承距离接收板的距离，因此l1的长度是可以测量出来的；a点为变形后的激光光点的位置，b点为变形前的激光光点的位置，通过图像处理技术得到 a、b两点的实际距离l3，且由于ob垂直于接收板，因此在直角三角形oab中，通过三角函数或者勾股定理可求得l2的长度，并且求得∠a的大小；由于∠a=∠b，因此∠b的大小也可以求得；因为oc的距离为球头轴承到探针端部的距离，也是已知量；od可以通过设置在探针的弹性伸缩杆内的传感器来探测其伸长或者收缩距离,则od=oc
△
x,其中，
△
x为探针的变化行程；在三角形ocd中，已知oc和od的长度以及两者的夹角∠b，因此可以求得cd的长度；因为fc和fd为橡胶层的半径r，且为已知量，因此在等腰三角形fcd中，根据三角函数，可以求得∠c的大小，并且∠c为φ（单位：度）；因此， c、d两点之间的弧长为πrφ/180，其中，r为隔振橡胶支座的橡胶层的半径；其中，cd两点的弧长即为c点位置在扭转变形中的变形量，根据变形量来求得应变值；再根据应力=弹性模量*应变，即可求得c点处的应力值。
42.上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。