一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的制造方法
【专利摘要】一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，属于传感技术领域。本发明提出了一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，可监测支架结构立杆的轴向压力，并可拆卸和重复使用，提高了传感器的利用率与使用价值。利用研制的用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，结合无线传感器网络技术，将研制的传感器分散布置在支架结构现场，可实现对支架结构立杆的受力进行监测，且安装的传感器可在支架结构处于工作状态时随时拆除，监测效率高，具有极大的应用价值和潜力。
【专利说明】
一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，属于传感技术领域，可监测支架结构立杆的轴向压力，并可拆卸和重复使用，监测效率高。
【背景技术】
[0002]随着“一带一路”战略的实施，我国的道路桥梁建设迅速发展。现浇箱梁模板支架作为道路桥梁施工中常用的支架结构，在实际工程中得到广泛应用。现浇箱梁模板支架具有成本低，结构简单，承载力高，搭设方便等优点。在现浇混凝土连续箱梁施工过程中，模板支架结构在保证施工进度和解决施工难题方面，发挥了不可替代的作用。
[0003]施工支架是临时结构，同时也是支架现浇法施工中的主要支撑结构，支架的强度、刚度、稳定性及变形直接影响到桥梁的质量及安全性。长期以来，支架的设计并没有引起人们的重视，大多数情况下是根据施工人员的经验来搭设。正是由于支架具有搭设方式多样、不确定因素众多、承受荷载较大、计算理论尚不完善等特点，建筑施工事故中有四分之一与支架的失效有关，给国家和人民生命财广造成很大损失。
[0004]伴随着支架结构应用的快速发展，由于支架结构失稳造成的坍塌事故也成逐年上升趋势。近些年，一些地区多次发生桥梁施工中支架、模板支撑架倒塌等重大工程事故，造成了惨痛的伤亡和财产的巨大损失。
[0005]质量是工程的生命，在役试验监测是工程质量管理的重要手段。加强路桥等施工过程中支架结构的质量监测，充分发挥其在施工安全和质量控制、评价中的重要作用，已成为路桥工程质量安全综合监理的重要内容。目前国内对支架结构的施工监理、在役监测、检测手段极为有限，传统的监测方法是通过在支架结构立杆上粘贴应变片的方式获取支架结构立杆的受力情况，但支架现场粘贴应变片工作繁琐，粘贴质量对监测结果影响较大，检测效率低。为了改进对支架结构传统的监测方法，省去现场粘贴应变片工作，提高监测效率，本发明设计了一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，具有可拆卸和重复使用等优点，可监测支架结构立杆的受力状况，省去了支架现场粘贴应变片工作。
[0006]力传感器的工作原理主要有电阻应变式、差动变压式、电容式、压磁式、压电式和振弦式等。其中，电阻应变式力传感器是目前应用较广的一类传感器，以其测量范围广、性能稳定、频率响应特性好等优点而备受各行业的青睐。电阻应变式力传感器主要基于这样的原理:弹性体(弹性元件)在外力作用在产生弹性变形，使粘贴在表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路(惠更斯电桥)把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将外力变换为电信号的过程。目前，利用电阻应变式原理并针对支架结构的特殊结构而专门设计的可拆卸套筒式力传感器还鲜见报导。
【发明内容】
[0007]本发明旨在设计一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，具有可拆卸和重复使用的优点。利用这种电阻应变式传感器对支架结构的轴向压力进行监测，分析支架结构的稳定性，保证桥梁施工顺利进行。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下设计方案:
[0009]用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，包括羊角螺钉1、羊角螺母2、第一挡板3、第一保护壳4、侧方紧固螺钉a5、侧方紧固螺钉b7、侧方紧固螺钉clO、侧方紧固螺钉dll、侧方紧固螺钉el4、侧方紧固螺钉Π5、侧方紧固螺钉gl6、侧方紧固螺钉hl7、第一弹性元件6、合页8、第一固定接头9、第二挡板12、第二弹性元件13、第二固定接头18、第三挡板19、第四挡板20、第一半圆环21、第二半圆环22、第二保护壳23、第四挡板固定螺钉a24、第四挡板固定螺钉b27、合页固定螺钉a25、合页固定螺钉b26、合页固定螺钉c33、合页固定螺钉d34、第一挡板固定螺钉a28、第一挡板固定螺钉b29、第二挡板固定螺钉a30、第二挡板固定螺钉b31、第三挡板固定螺钉a32、第三挡板固定螺钉b35、第一电阻应变片36、第二电阻应变片37。
[0010]传感器的第一瓣和第二瓣为对称结构。第一弹性元件6嵌套在第一保护壳4内，第二弹性元件13嵌套在第二保护壳23内。第一弹性元件6与第一保护壳4之间由第一半圆环21填充。第二弹性元件13与第二保护壳23之间由第二半圆环22填充。第一弹性元件6与第一保护壳4之间通过侧方紧固螺钉a5、侧方紧固螺钉b7固连。第二弹性元件13与第二保护壳23之间通过侧方紧固螺钉el4、侧方紧固螺钉gl6固连。第一保护壳4与第一半圆环之间通过侧方紧固螺钉clO、侧方紧固螺钉dll固连。第二保护壳23与第二半圆环22之间通过侧方紧固螺钉fl 5、侧方紧固螺钉h 17固连。第一挡板3与第一弹性元件6之间通过第一挡板固定螺钉a28固连。第一挡板3与第一半圆环21之间通过第一挡板固定螺钉b29固连。第二挡板12与第二弹性元件13之间通过第二挡板紧固螺钉b31固连。第二挡板12与第二半圆环22之间通过第二挡板固定螺钉a30固连。第三挡板19与第二弹性元件13之间通过第三挡板固定螺钉a32固连。第三挡板19与第二半圆环22之间通过第三挡板固定螺钉b35固连。第四挡板20与第一弹性元件6之间通过第四挡板紧固螺钉b27固连。第四挡板20与第一半圆环21之间通过第四挡板紧固螺钉a24固连。第三挡板19与合页8之间通过合页紧固螺钉c33、合页紧固螺钉d34固连。第四挡板20与合页8之间通过合页紧固螺钉a25、合页紧固螺钉b26固连。第一挡板3与第二挡板12之间通过羊角螺钉1、羊角螺母2连接。
[0011]第一电阻应变片36通过胶水粘贴在第一弹性元件6外侧，第二电阻应变片37通过胶水粘贴在第二弹性元件13外侧，且第一电阻应变片36和第二电阻应变片37对称分布。第一电阻应变片36和第二电阻应变片37均为半桥式应变片，两个半桥式应变片组成惠斯通全桥电路，用于感知弹性元件的变形，并可有效消除弯矩的影响。
[0012]第一弹性元件6和第二弹性元件13采用高强度的合金结构钢40CrNiMoA，该材料具有较高的抗拉强度和屈服强度。弹性元件外形设计为套筒式，能够监测支架结构立杆的受力。
[0013]第一固定接头9和第二固定接头18通过螺纹配合分别与第一保护壳4和第二保护壳23固连，可有效地保护从第一电阻应变片36和第二电阻应变片37引出的导线。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0015]1、传感器的内部经过合页8将两瓣传感器连接在一起，并通过羊角螺钉I和羊角螺母2装配在一起。采用这种可拆卸套筒式结构，可在支架结构处于工作状态中随时将传感器拆除，避免了必须将支架拆除才可拆除传感器的困难，提高了传感器的监测效率和重复使用性。
[0016]2、弹性元件6和弹性元件13采用高强度的合金结构钢，可缩小传感器尺寸，保护外壳4和保护外壳43采用铝合金材质，可降低传感器的重量，传感器具有便携、易安装等优点。
[0017]3、丝杠螺母41被传感器40包附在内，用于调整传感器的受力状态和非受力状态，可切换传感器的工作和非工作状态，方便使用。
[0018]4、传感器工作时形成套筒式结构，套筒的顶层为两层台阶式，可实现对门式钢管脚手架和碗扣式钢管脚手架两种规格的支架结构立杆受力进行监测，对两种规格的支架结构立杆具有通用性。
【附图说明】
[0019]图1用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的整体主视图；
[0020]图2用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的整体俯视图；
[0021 ]图3用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的整体仰视图；
[0022]图4用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的第一瓣仰视图；
[0023]图5用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的第一瓣主视图；
[0024]图6用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的第一瓣俯视图；
[0025]图7用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的第二瓣仰视图；
[0026]图8用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的第二瓣主视图；
[0027]图9用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的第二瓣俯视图；
[0028]图10用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器中应变片的粘贴示意图；
[0029]图11用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的安装示意图；
[0030]图12用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的拆卸示意图；
[0031]图中:1、羊角螺钉，2、羊角螺母，3、第一挡板，4、第一保护壳，5、侧方紧固螺钉a，7、侧方紧固螺钉b，1、侧方紧固螺钉c，11、侧方紧固螺钉d，14、侧方紧固螺钉e，15、侧方紧固螺钉f，16、侧方紧固螺钉g，17、侧方紧固螺钉h，6、第一弹性元件，8、合页，9、第一固定接头，12、第二挡板，13、第二弹性元件，18、第二固定接头，19、第三挡板，20、第四挡板，21、第一半圆环，22、第二半圆环，23、第二保护壳，24、第四挡板固定螺钉a，27、第四挡板固定螺钉b，25、合页固定螺钉a，26、合页固定螺钉b，33、合页固定螺钉c，34、合页固定螺钉d，28、第一挡板固定螺钉a，29、第一挡板固定螺钉b，30、第二挡板固定螺钉a，31、第二挡板固定螺钉b，32、第三挡板固定螺钉a，35、第三挡板固定螺钉b，36、第一电阻应变片，37、第二电阻应变片，38、丝杠底座，39、41丝杠螺母，40、传感器，42、垫片，43、钢管。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，且以下实施例只是描述性的不是限定性的，不能以此来限定本发明的保护范围。
[0033]如图1、2、3为本发明用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器的结构视图。第一弹性元件6和第二弹性元件13采用高强度的合金结构钢40CrNiMoA，该材料具有较高的抗拉强度和屈服强度。弹性元件外形为套筒式，顶层设计为双层台阶式，两层台阶的内径分别设计为49mm和58mm。传感器与两种脚手架钢管的配合为小过盈配合。第一保护壳4、第二保护壳23采用轻质的5052铝合金，在满足保护弹性元件的需求下，降低了制造难度，提高了传感器的工作寿命。
[0034]如图1，第一电阻应变片36和第二电阻应变片37的导线分别通过第一固定接头9，第二固定接头18引出，导线中共5根不同颜色的引线，分别为正电源线、负电源线、正信号线、负信号线和地线。
[0035]如图11和图12中所示，传感器的安装情况如下:首先将传感器40安装在支架结构底座的丝杠螺母39上，接着将丝杠螺母41安装在传感器40上，然后将垫片42安装在传感器40的两层台阶上，且保证垫片42与丝杠螺母41不接触，最后将支架钢管43安装在垫片42的两层台阶上。传感器40、垫片42和支架钢管43的内壁均与丝杠38无任何接触，则支架钢管所承受的压力通过垫片传递给传感器。传感器的导线外接工业常用的变送器和智能显示仪，用于监测并显示出支架结构中立杆的压力。
[0036]监测完成后，将丝杠螺母41逆时针旋转，使丝杠螺母41上升，导致丝杠螺母41与垫片42接触，从而使钢管43上的负载通过垫片传递给丝杠螺母41，而传感器40不再受力。然后顺时针旋转丝杠螺母39，丝杠螺母39下降，向下移动传感器40，使传感器40与垫片42分离，卸下羊角螺母2，取下羊角螺钉I，打开传感器40，从丝杠38上边取下，便可完成传感器的拆卸工作。
【主权项】
1.一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，其特征在于:该传感器包括羊角螺钉(I)、羊角螺母(2)、第一挡板(3)、第一保护壳(4)、侧方紧固螺钉a(5)、侧方紧固螺钉b(7)、侧方紧固螺钉c (1)、侧方紧固螺钉d (11)、侧方紧固螺钉e (14)、侧方紧固螺钉f (15)、侧方紧固螺钉g(16)、侧方紧固螺钉h(17)、第一弹性元件(6)、合页(8)、第一固定接头(9)、第二挡板(12)、第二弹性元件(13)、第二固定接头(18)、第三挡板(19)、第四挡板(20)、第一半圆环(21)、第二半圆环(22)、第二保护壳(23)、第四挡板固定螺钉a(24)、第四挡板固定螺钉b(27)、合页固定螺钉a( 25)、合页固定螺钉b(26)、合页固定螺钉c (33)、合页固定螺钉d( 34)、第一挡板固定螺钉a(28)、第一挡板固定螺钉b(29)、第二挡板固定螺钉a(30)、第二挡板固定螺钉b (31)、第三挡板固定螺钉a (32),第三挡板固定螺钉b (35)、第一电阻应变片(36)、第二电阻应变片(37); 传感器的第一瓣和第二瓣为对称结构;第一弹性元件(6)嵌套在第一保护壳(4)内，第二弹性元件(13)嵌套在第二保护壳(23)内；第一弹性元件(6)与第一保护壳(4)之间由第一半圆环(21)填充;第二弹性元件(13)与第二保护壳(23)之间由第二半圆环(22)填充;第一弹性元件(6)与第一保护壳(4)之间通过侧方紧固螺钉a(5)、侧方紧固螺钉b(7)固连;第二弹性元件(13)与第二保护壳(23)之间通过侧方紧固螺钉e(14)、侧方紧固螺钉g(16)固连；第一保护壳(4)与第一半圆环之间通过侧方紧固螺钉c(10)、侧方紧固螺钉d(ll)固连;第二保护壳(23)与第二半圆环(22)之间通过侧方紧固螺钉f (15)、侧方紧固螺钉h(17)固连;第一挡板(3)与第一弹性元件(6)之间通过第一挡板固定螺钉a(28)固连;第一挡板(3)与第一半圆环(21)之间通过第一挡板固定螺钉b(29)固连;第二挡板(12)与第二弹性元件(13)之间通过第二挡板紧固螺钉b31固连;第二挡板(12)与第二半圆环(22)之间通过第二挡板固定螺钉a(30)固连;第三挡板(19)与第二弹性元件(13)之间通过第三挡板固定螺钉a(32)固连;第三挡板(19)与第二半圆环(22)之间通过第三挡板固定螺钉b(35)固连;第四挡板(20)与第一弹性元件(6)之间通过第四挡板紧固螺钉b27固连;第四挡板(20)与第一半圆环(21)之间通过第四挡板紧固螺钉a24固连；第三挡板(19)与合页(8)之间通过合页紧固螺钉c(33)、合页紧固螺钉d(34)固连;第四挡板(20)与合页(8)之间通过合页固定螺钉a(25)、合页固定螺钉b(26)固连;第一挡板(3)与第二挡板(12)之间通过羊角螺钉(1)、羊角螺母(2)连接。2.根据权利要求1所述的一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，其特征在于:第一电阻应变片(36)通过胶水粘贴在第一弹性元件(6)外侧，第二电阻应变片(37)通过胶水粘贴在第二弹性元件(13)外侧，且第一电阻应变片(36)和第二电阻应变片(37)对称分布；第一电阻应变片(36)和第二电阻应变片(37)均为半桥式应变片，两个半桥式应变片组成惠斯通全桥电路，用于感知弹性元件的变形，并可有效消除弯矩的影响。3.根据权利要求1所述的一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，其特征在于:第一弹性元件(6)和第二弹性元件(13)采用高强度的金属材料;弹性元件外形为套筒式，顶层设计为双层台阶式;第一保护壳(4)、第二保护壳(23)采用轻质合金材料;传感器与两种脚手架钢管的配合为小过盈配合;第一电阻应变片(36)和第二电阻应变片(37)的导线分别通过第一固定接头(9)，第二固定接头(18)引出，导线中共五根不同颜色的引线，分别为正电源线、负电源线、正信号线、负信号线和地线。4.根据权利要求1所述的一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，其特征在于:第一固定接头(9)和第二固定接头(18)通过螺纹配合分别与第一保护壳(4)和第二保护壳(23)固连，能有效地保护从第一电阻应变片(36)和第二电阻应变片(37)引出的导线。5.根据权利要求1所述的一种用于支架结构的可拆卸套筒式力传感器，其特征在于:传感器的安装情况如下:首先将传感器(40)安装在支架结构底座的丝杠螺母(39)上，接着将丝杠螺母(41)安装在传感器(40)上，然后将垫片(42)安装在传感器(40)的两层台阶上，且保证垫片(42)与丝杠螺母(41)不接触，最后将支架钢管(43)安装在垫片(42)的两层台阶上;传感器(40)、垫片(42)和支架钢管(43)的内壁均与丝杠(38)无任何接触，则支架钢管所承受的压力通过垫片传递给传感器;传感器的导线外接工业常用的变送器和智能显示仪，用于监测并显示出支架结构中立杆的压力； 监测完成后，将丝杠螺母(41)逆时针旋转，使丝杠螺母(41)上升，导致丝杠螺母(41)与垫片(42)接触，从而使钢管(43)上的负载通过垫片传递给丝杠螺母(41)，而传感器(40)不再受力;然后顺时针旋转丝杠螺母(39)，丝杠螺母(39)下降，向下移动传感器(40)，使传感器(40)与垫片(42)分离，卸下羊角螺母(2)，取下羊角螺钉(I)，打开传感器(40)，从丝杠(38)上边取下，便可完成传感器的拆卸工作。
【文档编号】G01L1/22GK105928642SQ201610258516
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月23日
【发明人】刘增华, 罗强, 王炎, 秦术攀, 何存富
【申请人】北京工业大学