一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置及方法

1.本发明涉及钢丝疲劳试验技术领域，特别是涉及一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置及方法。


背景技术：

2.我国桥梁建设已进入跨江跨海时代，多塔多跨悬索桥在传统双塔悬索桥的基础上，通过增加中间索塔，实现超长跨径承载力，具有降低主索张力、锚固规模、主跨跨度长度和综合成本的优点。悬索桥(主要包括主缆、索塔、锚碇、吊索和加劲梁)是一种利用主缆和吊索作为加劲梁的悬吊体系，将荷载作用传递到索塔和锚碇的桥梁。主缆是悬索桥的关键承重结构，在索塔位置主缆截面轮廓呈现六边形，每根主缆由多根平行索股组成，每根索股又由多根平行的高强度镀锌钢丝组成。因此，主缆服役状态直接影响悬索桥承载安全可靠性。
3.跨越江海的大跨度多塔悬索桥主缆因风荷载、恒载(桥面系、加劲梁、主缆、吊索等载荷)和汽车活载等作用导致悬索桥索鞍两侧主缆时变动载荷特性。当主缆弯曲绕经索鞍鞍槽时，索鞍两侧主缆时变动载荷导致主缆内部钢丝的弯曲疲劳应力，弯曲钢丝之间、弯曲钢丝与鞍槽间的动态接触载荷和相对滑移，即主缆钢丝弯曲摩擦疲劳。同时，江海大气环境具有湿度大、含盐雾(nacl、mgcl2等)较多易形成酸雨等特点，易形成不同含盐浓度和ph值的电解质腐蚀溶液。电解质腐蚀溶液在主缆架设期间(1年以上)可侵入并滞留于主缆内，在桥梁服役期间因主索鞍处主缆无缠丝防护、索股进出口密封不严和风雨等原因，腐蚀溶液侵入并聚集在主缆空隙处，故跨越江海的大跨度多塔悬索桥主缆将长期处于电解质腐蚀溶液中。因此，主缆钢丝弯曲摩擦疲劳和电解质腐蚀溶液的耦合作用易造成主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳损伤，进而引起不同摩擦配副时钢丝的摩擦磨损、电化学腐蚀、疲劳裂纹萌生和扩展及断裂特性，从而降低主缆的有效截面积和承载能力，进而影响主缆承载安全性。为此，亟需一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置及方法，用以揭示弯曲摩擦腐蚀疲劳过程中主缆钢丝的损伤失效机制，对延长主缆钢丝使用寿命、提高主缆承载安全可靠性、保障悬索桥服役安全性具有重要的意义。
4.钢丝摩擦疲劳相关的试验装置包括：中国专利cn111855163a公开了一种钢丝绳往复拉伸摩擦磨损的试验装置及方法，通过卷扬机和滑轮组使得钢丝绳往复运动，运用砝码配重对钢丝绳施加轴向疲劳应力，该装置不能实现弯曲疲劳过程中摩擦力测量和电化学腐蚀作用；中国专利cn107290234b公开了一种测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验系统及方法，该装置通过千斤顶往复运动对钢丝施加轴向疲劳载荷，在试验前先采用腐蚀溶液对实验钢丝进行一段时间预腐蚀作用，该装置无法实现钢丝弯曲疲劳以及弯曲疲劳和电化学腐蚀的耦合同时作用效果；中国专利cn104297046b公开了一种监测钢丝微动摩擦疲劳状态的装置及方法，能够实现拉-拉疲劳、扭转和变交叉角摆动等复合运动模式下钢丝的多轴微动疲劳实验，但无法实现钢丝弯曲疲劳和电化学腐蚀环境施加；中国专利cn101598647b公开了一种钢丝微动疲劳试验机及方法，能实现微动磨损和轴向疲劳应力耦合作用下钢丝微动疲劳试
验，但无法实现钢丝弯曲疲劳和电化学腐蚀环境施加。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置及方法能够全面解决上述问题。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
7.一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，由基架、恒定压力加载系统、动态拉力加载监测系统、动态扭矩测量系统构成；
8.所述的基架包括中台面，所述中台面钢板的四角分别连接有支撑立柱，所述支撑立柱偏下部位连接有支撑横架，所述支撑横架的顶部连接有下台面，所述中台面的顶部通过支撑板连接有上台面，所述上台面上连接有导轨安装板；
9.所述的恒定压力加载系统包括双钢丝夹具、与双钢丝夹具连接的压力传感器转接板、与压力传感器转接板连接的平板式压力传感器、与平板式压力传感器连接的加载托盘、与加载托盘连接的滚珠滑块、与导轨安装板连接的导轨，所述导轨安装板前后两侧分别连接有绳轮架一、绳轮架三，所述导轨安装板的顶部连接有绳轮架二；
10.所述的动态拉力加载监测系统包括可动端和固定端，所述可动端包括固定在中台面顶部的大转向轮支架板一、与大转向轮支架板一连接的大转向轮一、固定在下平台顶部的伺服电动缸、与伺服电动缸连接的联轴器、与联轴器连接的s型拉力传感器一、与s型拉力传感器一连接的单丝夹具一；所述固定端包括固定在中台面顶部的大转向轮支架板二、与大转向轮支架板二连接的s型拉力传感器安装板和大转向轮二、与s型拉力传感器安装板连接的s型拉力传感器二、与s型拉力传感器二连接的单丝夹具二；
11.所述的动态扭矩测量系统包括鞍槽板、与鞍槽板连接的鞍槽安装板、与鞍槽安装板后端连接的法兰盘一、与法兰盘一连接的转动轴一、与转动轴一另一端连接着的深沟球轴承一、与深沟球轴承一连接的转动轴支撑板一、与法兰盘一、转动轴一、深沟球轴承一、转动轴支撑板一关于鞍槽安装板前后对称安装的法兰盘二、转动轴二、深沟球轴承二和转动轴支撑板二、与转动轴二另一端连接的法兰盘三、与法兰盘三的法兰盘四、与法兰盘四连接的粗轴一、与粗轴一另一端连接的法兰盘五、与法兰盘五连接的扭矩传感器、与扭矩传感器另一端连接的法兰盘六、与法兰盘六连接的粗轴二、与粗轴二另一端连接的法兰盘七、与法兰盘七连接的固定架，所述转动轴支撑板一、转动轴支撑板二、固定架均与上台面连接。
12.本发明进一步的优选方案：所述导轨安装板包括导轨安装固定板和导轨安装竖板，所述导轨安装竖板与导轨安装固定板垂直连接，所述导轨安装固定板通过加强筋三与导轨安装竖板紧固连接，所述加强筋三为三角板状。
13.本发明进一步的优选方案：所述双钢丝夹具包括可动块、固定块，所述可动块通过紧固螺栓与固定块连接，所述可动块和固定块均开设有与钢丝弯曲弧度和钢丝直径匹配的弧形槽，所述弧形槽半径略小于钢丝半径。
14.本发明进一步的优选方案：所述加载托盘为l型，所述加载托盘顶部四个拐角处分别开设有螺纹孔，所述螺纹孔连接有吊环螺母。
15.本发明进一步的优选方案：所述绳轮架一包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板一，所述滑轮安装底板一通过滑轮支撑架一连接有滑轮安装块一，所述滑轮安装块一转动
连接有滑轮一；
16.所述绳轮架二包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板二，所述滑轮安装底板二通过滑轮支撑架二连接有滑轮安装块二，所述滑轮安装块二转动连接有滑轮二；
17.所述绳轮架三包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板三，所述滑轮安装底板三通过滑轮支撑架三连接有滑轮安装块三，所述滑轮安装块三转动连接有滑轮三。
18.本发明进一步的优选方案：所述大转向轮一与大转向轮二在空间上关于鞍槽垂直中心线对称安装且处于同一水平面上；所述大转向轮支架板二、大转向轮支架板一均通过三角形加强筋一与中台面连接。
19.本发明进一步的优选方案：所述单丝夹具一与单丝夹具二的结构相同，所述单丝夹具一包括固定块与固定块连接的可动块，所述固定块底端通过外螺纹与s型拉力传感器进行连接。
20.本发明进一步的优选方案：所述鞍槽板上半部分为弧状板，所述鞍槽板包角与悬索桥索塔索鞍的包角相同。
21.本发明进一步的优选方案：所述转动轴一、转动轴二、粗轴一、粗轴二、深沟球轴承一、深沟球轴承二、法兰盘一、法兰盘二、法兰盘三、法兰盘四、法兰盘五、法兰盘六、法兰盘七的轴心均与鞍槽板上圆弧、包角对应的圆心位置在同一条水平线上。
22.一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验方法，具体方法如下：
23.a.用支撑杆撑在压力传感器转接板底部将恒定压力加载系统撑起，将两段长度稍大于双丝夹具弧段长度的钢丝依次放于双丝夹具的弧槽内，拧紧双丝夹具的紧固螺丝，用尖头钳将双丝夹具两端多余的钢丝向上掰弯；
24.b.接通伺服电动缸、变频器电源，通过伺服控制器连接变频器实现对伺服电动缸的控制，用伺服控制器调整脉冲数，使电动缸伸缩杆向上产生一段位移，停止电动缸的位移动作；
25.c.将疲劳钢丝一端固定在单丝夹具二上，将疲劳钢丝另一端依次穿过大转向轮二、鞍槽板上的鞍槽、大转向轮一，并固定在单丝夹具一上；用伺服控制器调整脉冲数，使伺服电动缸伸缩杆向下产生一段位移，使疲劳钢丝呈张紧状态为止，停止电动缸的位移动作；
26.d.将腐蚀槽安装在鞍槽板上，用防水胶将腐蚀槽与鞍槽板、疲劳钢丝之间的缝隙填充上，待防水胶凝固起到防水作用，向腐蚀槽内添加腐蚀溶液；
27.e.移除支撑在压力传感器转接板底部的支撑杆，移除过程中用手托住恒定压力加载系统，缓慢地将恒定压力加载系统下放，将鞍槽弧段的疲劳钢丝置于上端双丝夹具夹持的两段弯曲平行钢丝中间位置处的正下方；
28.f.接通平板式压力传感器、扭矩传感器、s型拉力传感器一、s型拉力传感器二的电源，将各个传感器与采集卡、上位机软件进行连接并将传感器的初始读数清零；
29.g.考虑恒定压力加载装置的自重，若恒定压力加载装置自重大于所需恒定压力，则用钢丝绳依次连接加载托盘四角的吊环螺母，并将钢丝绳穿过绳轮架一、二、三，在钢丝绳末端悬挂配重抵消恒定压力加载系统自重；若恒定压力加载系统自重小于所需恒定压力，则可在加载托盘上放置适当重量的砝码，通过上述操作，可得到所需的恒定压力；
30.h.改变伺服电机的频率和正反转，实现对电动缸伸缩杆速度、位置和方向的控制，恒定加载压力可由平板式压力传感器测量，疲劳钢丝与鞍槽之间摩擦力产生扭矩可由扭矩
传感器测量，疲劳钢丝的可动端和固定端拉力可由s型拉力传感器一、s型拉力传感器二测量；通过两个s型拉力传感器的拉力差，可得到疲劳钢丝与弯曲平行加载钢丝和疲劳钢丝与鞍槽之间的摩擦力总和，后续对s型拉力传感器拉力差值和扭矩传感器的扭矩值进行数据处理，可以得到疲劳钢丝与加载钢丝之间、疲劳钢丝与鞍槽之间的摩擦力；改变恒定加载压力可以研究不同接触载荷下钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳行为，实时记录各传感器力的数据，直至疲劳钢丝产生可观测磨损为止。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.本发明采用滚珠滑块导轨导向、加载托盘放置砝码和绳架轮上悬挂定载的加载方式，能够施加恒定的钢丝间接触载荷，重力作用下加载钢丝与疲劳钢丝之间始终保持接触，避免实验过程中钢丝微动区磨损造成的接触载荷骤降；能够模拟索鞍处主缆内部高强度镀锌钢丝的弯曲接触状态和腐蚀环境，实现弯曲疲劳、摩擦磨损、腐蚀环境复杂耦合工况，能够动态检测弯曲摩擦腐蚀疲劳过程中钢丝与鞍槽配副直接的摩擦力及疲劳载荷，能定量评估弯曲钢丝摩擦磨损演化、疲劳断裂特性以及弯曲摩擦腐蚀疲劳寿命；该装置操作简便、功能齐全，对研究索鞍处主缆钢丝弯曲腐蚀疲劳行为具有较强的实用性。
附图说明
33.图1为本发明结构的主视图；
34.图2为本发明结构图1中ⅰ部分的左视图；
35.图3为本发明鞍槽板与鞍槽安装板的主视图；
36.图4为本发明单丝夹具的示意图；
37.图5为本发明双丝夹具的主视图、剖视图和局部放大图；
38.图6为本发明分体式腐蚀槽的示意图；
39.图中：
40.1、支撑立柱；2、支撑横架；3、中台面；4、大转向轮支架板二；5、s型拉力传感器安装板；6、加强筋一；7、s型拉力传感器二；8、单丝夹具二；9、大转向轮二；10、加强筋二；11、支撑板；12、上台面；13、疲劳钢丝；14、大转向轮一；15、单丝夹具一；16、s型拉力传感器一；17、大转向轮支架板一；18、联轴器；19、伺服电动缸；20、下台面；21、导轨安装固定板；22、深沟球轴承一；23、加强筋三；24、转动轴一；25、导轨安装竖板；26、双丝夹具可动块；27、双丝夹具固定块；28、压力传感器转接板；29、平板式压力传感器；30、吊环螺母；31、加载托盘；32、滑块；33、滑轮安装底板三；34、滑轮支撑架三；35、滑轮安装块三；36、滑轮三；37、滑轮安装底板二；38、滑轮支撑架二；39、滑轮安装块二；40、滑轮二；41、滑轮安装底板一；42、滑轮支撑架一；43、滑轮安装块一；44、滑轮一；45、导轨；46、鞍槽板；47、腐蚀槽；48、转动轴二；49、法兰盘三；50、法兰盘四；51、粗轴一；52、法兰盘五；53、粗轴二；54、加强筋四；55、固定架；56、法兰盘七；57、法兰盘六；58、扭矩传感器；59、深沟球轴承二；60、转动轴支撑板二；61、法兰盘二；62、鞍槽安装板；63、法兰盘一；64、转动轴支撑板一；65、单丝夹具可动块；66、单丝夹具固定块。
具体实施方式
41.以下结合附图对本发明做进一步描述：
42.如附图1-附图6所示，一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，主要由基架、恒定压力加载系统、动态拉力加载监测系统、动态扭矩测量系统构成。
43.所述基架主要分为上台面12、中台面3和下台面20三个层次，包含对称设置在中台面3钢板四角的四个支撑立柱1、对称设置在支撑立柱1偏下部位的支撑横架2、通过螺纹键与支撑横架2连接的下台面20、对称设置在中台面3上的支撑板11和加强筋二10、通过螺纹键与支撑板11上部连接的上台面12、设置在上台面12上的导轨安装板和加强筋三23；所述下台面20用于安装伺服电动缸19，在下台面20上开设有四个螺纹孔以供伺服电动缸19与下台面20的连接；所述中台面3在伺服电动缸19上部留有矩形缺口，确保伺服电动缸轴19顺利伸出中台面3；
44.所述导轨安装板包括导轨安装固定板21和导轨安装竖板25，通过螺纹键将导轨安装竖板25固定在导轨安装固定板21上，并添加加强筋三23使结构牢固；所述加强筋三23为三角板状，加强筋保证了结构的可靠性与垂直度。
45.所述恒定压力加载系统包括双钢丝夹具、与双钢丝夹具通过螺纹连接的压力传感器转接板28、与压力传感器转接板28通过螺纹连接的平板式压力传感器29、与平板式压力传感器29通过螺纹连接的加载托盘31、与加载托盘31通过螺纹连接的滚珠滑块32，滚珠滑块32与安装在导轨安装板上的导轨45构成移动副，绳轮架一、三前后对称安装在导轨安装板上端前后两面、绳轮架二居中安装在导轨安装板的顶部。
46.所述双钢丝夹具包括固定块27和可动块26，固定块27和可动块26均有与钢丝弯曲弧度和钢丝直径匹配的弧形槽，弧形槽半径略小于钢丝半径，将两段钢丝弯曲平行放置于槽位后，拧紧固定块27和可动块26之间的紧固螺栓，夹紧弯曲平行钢丝，双丝夹具底部露出两段加载钢丝的部分弧面作为与疲劳钢丝的直接接触部分；
47.所述加载托盘31为l型，左右两侧通过加强筋对l型加载托盘31进行加固并保证竖板与横板间的垂直度，加载托盘31顶部四个拐角位置对称开设共四个螺纹孔，可将吊环螺母30拧紧在对应的螺纹孔处，用尼龙绳连接四个吊环螺母30并依次穿过绳轮架一、二、三，在尼龙绳另一端悬挂重物抵消恒定压力加载系统自重；
48.所述导轨45为两段关于导轨安装板中间面左右对称、长度相等、互相平行的导轨，两段导轨上各有一个滚珠滑块32；所述绳轮架一包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板一41，所述滑轮安装底板一41通过滑轮支撑架一42连接有滑轮安装块一43，所述滑轮安装块一43转动连接有滑轮一44；
49.所述绳轮架二包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板二37，所述滑轮安装底板二37通过滑轮支撑架二38连接有滑轮安装块二39，所述滑轮安装块二39转动连接有滑轮二40；
50.所述绳轮架三包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板三33，所述滑轮安装底板三33通过滑轮支撑架三34连接有滑轮安装块三35，所述滑轮安装块三35转动连接有滑轮三36。
51.所述动态拉力加载监测系统总体分为可动端和固定端，所述可动端包括固定在基架下平台20的伺服电动缸19、与伺服电动缸轴螺纹连接的联轴器18、与联轴器18连接的s型拉力传感器一16、与s型拉力传感器一16连接的单丝夹具一15；所述固定端包括单丝夹具二8、与单丝夹具二8通过螺纹连接的s型拉力传感器二7、与s型拉力传感器二7通过螺纹连接
的s型拉力传感器安装板5、与s型拉力传感器安装板5通过螺纹连接的大转向轮支架板二4；
52.疲劳钢丝依次与单丝夹具一15、大转向轮一14、鞍槽板46、大转向轮二9、单丝夹具二8进行连接；
53.所述大转向轮一14与大转向轮二9在空间上关于鞍槽垂直中心线对称安装且处于同一水平面上，大转向轮一14与大转向轮二9分别通过螺纹键与大转向轮支架板一17和大转向轮支架板二4进行连接；所述大转向轮支架板一17、大转向轮支架板二4均装有三角形加强筋一6，三角形加强筋一6保证了大转向轮支架板的垂直度并增强了结构的可靠性；
54.所述联轴器18由棒料加工而成，联轴器18的内螺纹与电动缸19轴上的外螺纹轴形成螺纹连接，联轴器18上端加工成与s型拉力传感器16相配合的外螺纹；
55.所述单丝夹具一15、单丝夹具二8结构相同，单丝夹具由固定块66和可动块65组成，固定块66底端通过外螺纹与s型拉力传感器16进行连接，固定块66上半部分板材关于轴心左右对称开设共四个螺纹孔，沿轴线方向开设有直径略小于疲劳钢丝直径的半圆柱状槽，可动块65上开设有与固定块66螺纹位置相对应的通孔和半圆柱槽，在可动块65下部的中心线上有一个供多余钢丝穿过的通孔，在纵向位置上，供多余钢丝穿过的通孔要低于其余孔；所述的疲劳钢丝在张紧状态下，在单丝夹具至大转向轮段的疲劳钢丝方向应垂直于基架的工作台面，同时从鞍槽至大转向轮段的疲劳钢丝应与鞍槽形成自然平滑的过渡，以顺应鞍槽板46包角并减小疲劳钢丝在工作过程中的非工作部位摩擦磨损。
56.所述动态扭矩测量系统包括鞍槽板46、与鞍槽板46连接的鞍槽安装板62、与鞍槽安装板62后端通过螺纹连接的法兰盘一63、与法兰盘一63连接的转动轴一24、与转动轴一24另一端连接着的深沟球轴承一22、与深沟球轴承一22通过过盈配合连接的转动轴支撑板一64、与法兰盘一63、转动轴一24、深沟球轴承一22、转动轴支撑板一64关于鞍槽安装板62前后对称安装的法兰盘二61、转动轴二48、深沟球轴承二59和转动轴支撑板二60、与转动轴二48另一端连接的法兰盘三49、与法兰盘三49通过螺纹连接的法兰盘四50、与法兰盘四50连接的粗轴一51、与粗轴一51另一端连接的法兰盘五52、与法兰盘五52通过螺纹连接的扭矩传感器58、与扭矩传感器58另一端通过螺纹连接的法兰盘六57、与法兰盘六57连接的粗轴二53、与粗轴二53另一端连接的法兰盘七56、与法兰盘七56通过螺纹连接的固定架55；
57.所述鞍槽板46上半部分为弧状板，鞍槽板46包角与悬索桥索塔索鞍的包角相同，鞍槽板46底部左右两侧为耳朵板状，在左右耳朵板上共有四个关于鞍槽板46中垂面对称的螺纹孔，在鞍槽板46前后两面左右对称开设有四个螺纹孔，四个螺纹孔在同一水平面上，在钢丝疲劳腐蚀实验中，可在螺纹孔上拧上螺钉，在螺钉上安装腐蚀槽47，螺钉起到对腐蚀槽47的定位与支撑作用；
58.所述腐蚀槽47由两部分结构相同的构件组成，在单个构件底部开设有合适大小的槽，通过螺栓连接将腐蚀槽47两构件紧固在一起后，连接后的腐蚀槽47底部的矩形槽大小与鞍槽板46的矩形大小适应，腐蚀槽47左右两面有供疲劳钢丝穿过的槽位，所述槽位保证实验过程中疲劳钢丝与腐蚀槽47不发生干涉；
59.所述鞍槽安装板62在上半部分左右两端留有耳朵板，左右耳朵板上有四个与上述鞍槽板46左右耳朵板上螺纹孔位置相对应的通孔，鞍槽板46和鞍槽安装板62通过螺纹连接，鞍槽部位容易发生磨损失效，将鞍槽板46和鞍槽安装板62做成分体式有利于在后续疲劳实验中对发生磨损失效的鞍槽板46进行更换；空间上，鞍槽板46上鞍槽的圆弧对应的圆
心存在于鞍槽安装板62上，鞍槽上任一点到圆心的距离l即为扭矩计算中力臂的大小，在鞍槽安装板62上开设有以该圆心位置呈圆周均匀分布的四个螺纹孔，螺纹孔到圆心位置的距离应与法兰盘一63、二61上的通孔位置、大小相匹配；
60.所述转动轴一24、转动轴二48、粗轴一51、粗轴二53、深沟球轴承一22、深沟球轴承二59、法兰盘一63、法兰盘二61、法兰盘三49、法兰盘四50、法兰盘五52、法兰盘六57、法兰盘七56的轴心均与鞍槽板46上圆弧、包角对应的圆心位置在同一条水平线上；
61.所述转动轴支撑板为t型板，通过螺纹与基架上台面12进行连接；
62.所述固定架55使用三角形加强筋四54对其进行固定，保证垂直度并增强结构可靠性，固定架55通过螺纹连接固定在基架的上台面12上；
63.在疲劳实验过程中，微动疲劳钢丝与鞍槽为面接触并存在摩擦力，摩擦力通过鞍槽板46、鞍槽板安装架、转动轴最终传到扭矩传感器58；扭矩传递组件中，扭矩传感器58一端采用可转动轴和深沟球轴承支撑的方式实现了扭矩的传递，另一端与固定架55连接进行固定，从而实现了扭矩的传递和测量，由扭矩传感器58的测量数据和已知固定力臂的大小l，得到了疲劳钢丝与鞍槽的摩擦力，实现扭矩传感器58对疲劳钢丝与鞍槽之间摩擦力的间接测量。
64.一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验方法，具体方法如下：
65.a.用支撑杆撑在压力传感器转接板28底部将恒定压力加载系统撑起，将两段长度稍大于双丝夹具弧段长度的钢丝依次放于双丝夹具的弧槽内，拧紧双丝夹具的紧固螺丝，用尖头钳将双丝夹具两端多余的钢丝向上掰弯；
66.b.接通伺服电动缸19、变频器电源，通过伺服控制器连接变频器实现对伺服电动缸19的控制，用伺服控制器调整脉冲数，使电动缸19伸缩杆向上产生一段位移，停止电动缸19的位移动作；
67.c.将疲劳钢丝一端固定在单丝夹具二8上，将疲劳钢丝另一端依次穿过大转向轮二9、鞍槽板46上的鞍槽、大转向轮一14，并固定在单丝夹具一15上；用伺服控制器调整脉冲数，使伺服电动缸19伸缩杆向下产生一段位移，使疲劳钢丝呈张紧状态为止，停止电动缸19的位移动作；
68.d.将腐蚀槽47安装在鞍槽板46上，用防水胶将腐蚀槽47与鞍槽板46、疲劳钢丝之间的缝隙填充上，待防水胶凝固起到防水作用，向腐蚀槽47内添加腐蚀溶液；
69.e.移除支撑在压力传感器转接板28底部的支撑杆，移除过程中用手托住恒定压力加载系统，缓慢地将恒定压力加载系统下放，将鞍槽弧段的疲劳钢丝置于上端双丝夹具夹持的两段弯曲平行钢丝中间位置处的正下方；
70.f.接通平板式压力传感器29、扭矩传感器58、s型拉力传感器一16、s型拉力传感器二7的电源，将各个传感器与采集卡、上位机软件进行连接并将传感器的初始读数清零；
71.g.考虑恒定压力加载装置的自重，若恒定压力加载装置自重大于所需恒定压力，则用钢丝绳依次连接加载托盘31四角的吊环螺母30，并将钢丝绳穿过绳轮架一、二、三，在钢丝绳末端悬挂配重抵消恒定压力加载系统自重；若恒定压力加载系统自重小于所需恒定压力，则可在加载托盘31上放置适当重量的砝码，通过上述操作，可得到所需的恒定压力；
72.h.改变伺服电机的频率和正反转，实现对电动缸19伸缩杆速度、位置和方向的控制，恒定加载压力可由平板式压力传感器29测量，疲劳钢丝与鞍槽之间摩擦力产生扭矩可
由扭矩传感器58测量，疲劳钢丝的可动端和固定端拉力可由s型拉力传感器一16、s型拉力传感器二7测量；通过两个s型拉力传感器的拉力差，可得到疲劳钢丝与弯曲平行加载钢丝和疲劳钢丝与鞍槽之间的摩擦力总和，后续对s型拉力传感器拉力差值和扭矩传感器58的扭矩值进行数据处理，可以得到疲劳钢丝与加载钢丝之间、疲劳钢丝与鞍槽之间的摩擦力；改变恒定加载压力可以研究不同接触载荷下钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳行为，实时记录各传感器力的数据，直至疲劳钢丝产生可观测磨损为止。
73.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
74.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，由基架、恒定压力加载系统、动态拉力加载监测系统、动态扭矩测量系统构成；所述的基架包括中台面，所述中台面钢板的四角分别连接有支撑立柱，所述支撑立柱偏下部位连接有支撑横架，所述支撑横架的顶部连接有下台面，所述中台面的顶部通过支撑板连接有上台面，所述上台面上连接有导轨安装板；所述的恒定压力加载系统包括双钢丝夹具、与双钢丝夹具连接的压力传感器转接板、与压力传感器转接板连接的平板式压力传感器、与平板式压力传感器连接的加载托盘、与加载托盘连接的滚珠滑块、与导轨安装板连接的导轨，所述导轨安装板前后两侧分别连接有绳轮架一、绳轮架三，所述导轨安装板的顶部连接有绳轮架二；所述的动态拉力加载监测系统包括可动端和固定端，所述可动端包括固定在中台面顶部的大转向轮支架板一、与大转向轮支架板一连接的大转向轮一、固定在下平台顶部的伺服电动缸、与伺服电动缸连接的联轴器、与联轴器连接的s型拉力传感器一、与s型拉力传感器一连接的单丝夹具一；所述固定端包括固定在中台面顶部的大转向轮支架板二、与大转向轮支架板二连接的s型拉力传感器安装板和大转向轮二、与s型拉力传感器安装板连接的s型拉力传感器二、与s型拉力传感器二连接的单丝夹具二；所述的动态扭矩测量系统包括鞍槽板、与鞍槽板连接的鞍槽安装板、与鞍槽安装板后端连接的法兰盘一、与法兰盘一连接的转动轴一、与转动轴一另一端连接着的深沟球轴承一、与深沟球轴承一连接的转动轴支撑板一、与法兰盘一、转动轴一、深沟球轴承一、转动轴支撑板一关于鞍槽安装板前后对称安装的法兰盘二、转动轴二、深沟球轴承二和转动轴支撑板二、与转动轴二另一端连接的法兰盘三、与法兰盘三的法兰盘四、与法兰盘四连接的粗轴一、与粗轴一另一端连接的法兰盘五、与法兰盘五连接的扭矩传感器、与扭矩传感器另一端连接的法兰盘六、与法兰盘六连接的粗轴二、与粗轴二另一端连接的法兰盘七、与法兰盘七连接的固定架，所述转动轴支撑板一、转动轴支撑板二、固定架均与上台面连接。2.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述导轨安装板包括导轨安装固定板和导轨安装竖板，所述导轨安装竖板与导轨安装固定板垂直连接，所述导轨安装固定板通过加强筋三与导轨安装竖板紧固连接，所述加强筋三为三角板状。3.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述双钢丝夹具包括可动块、固定块，所述可动块通过紧固螺栓与固定块连接，所述可动块和固定块均开设有与钢丝弯曲弧度和钢丝直径匹配的弧形槽，所述弧形槽半径略小于钢丝半径。4.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述加载托盘为l型，所述加载托盘顶部四个拐角处分别开设有螺纹孔，所述螺纹孔连接有吊环螺母。5.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述绳轮架一包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板一，所述滑轮安装底板一通过滑轮支撑架一连接有滑轮安装块一，所述滑轮安装块一转动连接有滑轮一；所述绳轮架二包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板二，所述滑轮安装底板二通过滑轮支撑架二连接有滑轮安装块二，所述滑轮安装块二转动连接有滑轮二；
所述绳轮架三包括与导轨安装板连接的滑轮安装底板三，所述滑轮安装底板三通过滑轮支撑架三连接有滑轮安装块三，所述滑轮安装块三转动连接有滑轮三。6.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述大转向轮一与大转向轮二在空间上关于鞍槽垂直中心线对称安装且处于同一水平面上；所述大转向轮支架板二、大转向轮支架板一均通过三角形加强筋一与中台面连接。7.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述单丝夹具一与单丝夹具二的结构相同，所述单丝夹具一包括固定块与固定块连接的可动块，所述固定块底端通过外螺纹与s型拉力传感器进行连接。8.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述鞍槽板上半部分为弧状板，所述鞍槽板包角与悬索桥索塔索鞍的包角相同。9.根据权利要求8所述的一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述转动轴一、转动轴二、粗轴一、粗轴二、深沟球轴承一、深沟球轴承二、法兰盘一、法兰盘二、法兰盘三、法兰盘四、法兰盘五、法兰盘六、法兰盘七的轴心均与鞍槽板上圆弧、包角对应的圆心位置在同一条水平线上。10.一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验方法，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的试验装置，具体方法如下：a.用支撑杆撑在压力传感器转接板底部将恒定压力加载系统撑起，将两段长度稍大于双丝夹具弧段长度的钢丝依次放于双丝夹具的弧槽内，拧紧双丝夹具的紧固螺丝，用尖头钳将双丝夹具两端多余的钢丝向上掰弯；b.接通伺服电动缸、变频器电源，通过伺服控制器连接变频器实现对伺服电动缸的控制，用伺服控制器调整脉冲数，使电动缸伸缩杆向上产生一段位移，停止电动缸的位移动作；c.将疲劳钢丝一端固定在单丝夹具二上，将疲劳钢丝另一端依次穿过大转向轮二、鞍槽板上的鞍槽、大转向轮一，并固定在单丝夹具一上；用伺服控制器调整脉冲数，使伺服电动缸伸缩杆向下产生一段位移，使疲劳钢丝呈张紧状态为止，停止电动缸的位移动作；d.将腐蚀槽安装在鞍槽板上，用防水胶将腐蚀槽与鞍槽板、疲劳钢丝之间的缝隙填充上，待防水胶凝固起到防水作用，向腐蚀槽内添加腐蚀溶液；e.移除支撑在压力传感器转接板底部的支撑杆，移除过程中用手托住恒定压力加载系统，缓慢地将恒定压力加载系统下放，将鞍槽弧段的疲劳钢丝置于上端双丝夹具夹持的两段弯曲平行钢丝中间位置处的正下方；f.接通平板式压力传感器、扭矩传感器、s型拉力传感器一、s型拉力传感器二的电源，将各个传感器与采集卡、上位机软件进行连接并将传感器的初始读数清零；g.考虑恒定压力加载装置的自重，若恒定压力加载装置自重大于所需恒定压力，则用钢丝绳依次连接加载托盘四角的吊环螺母，并将钢丝绳穿过绳轮架一、二、三，在钢丝绳末端悬挂配重抵消恒定压力加载系统自重；若恒定压力加载系统自重小于所需恒定压力，则可在加载托盘上放置适当重量的砝码，通过上述操作，可得到所需的恒定压力；h.改变伺服电机的频率和正反转，实现对电动缸伸缩杆速度、位置和方向的控制，恒定加载压力可由平板式压力传感器测量，疲劳钢丝与鞍槽之间摩擦力产生扭矩可由扭矩传感器测量，疲劳钢丝的可动端和固定端拉力可由s型拉力传感器一、s型拉力传感器二测量；通
过两个s型拉力传感器的拉力差，可得到疲劳钢丝与弯曲平行加载钢丝和疲劳钢丝与鞍槽之间的摩擦力总和，后续对s型拉力传感器拉力差值和扭矩传感器的扭矩值进行数据处理，可以得到疲劳钢丝与加载钢丝之间、疲劳钢丝与鞍槽之间的摩擦力；改变恒定加载压力可以研究不同接触载荷下钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳行为，实时记录各传感器力的数据，直至疲劳钢丝产生可观测磨损为止。

技术总结
本发明提供一种悬索桥主缆钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳试验装置及方法，装置由基架、恒定压力加载系统、动态拉力加载监测系统、动态扭矩测量系统构成；方法为钢丝放于夹具内；实现对伺服电动缸的控制；使疲劳钢丝呈张紧状态为止；腐蚀槽内添加腐蚀溶液；疲劳钢丝夹持；初始读数清零；得到所需的恒定压力；改变恒定加载压力可以研究不同接触载荷下钢丝弯曲摩擦腐蚀疲劳行为，实时记录各传感器力的数据，直至疲劳钢丝产生可观测磨损为止。有益效果为：避免实验过程中钢丝微动区磨损造成的接触载荷骤降；模拟接触状态和腐蚀环境，实现复杂耦合工况，动态检测摩擦力及疲劳载荷，评估摩擦腐蚀疲劳寿命；该操作简便、功能齐全，较强的实用性。性。性。


技术研发人员：王大刚 汤梁 李娟娟 种海浪 王博 李陈晨 谭佃龙 张春雷 魏学峰 孙远 薛子翱 纪玮 马格德
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/7/20