[发明专利]水平载荷加卸载实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理力学实验领域，特别涉及一种水平载荷加卸载实验装置， 以及一种水平载荷加卸载实验方法。

背景技术

传统地，由于重力的存在，人们利用砝码可以方便、准确地提供垂直方向 的力。通过若干标准质量的砝码组合的添加或者减少，可以方便地加载和卸载 一定量大小的竖直载荷力。而对于水平方向，定量力的加载和卸载，通常无法 方便地通过砝码的添加或者减少来完成，为此，如何解决水平载荷力对施加对 象的加载和卸载成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够通过砝码的添加或者减少实 现水平载荷力的加载和卸载的水平载荷加卸载实验装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种水平载荷加卸载实验 装置，包括水平设置的顶销、挡片、弹簧座，固定设置于所述挡片与所述弹簧 座之间的第一弹簧，以及固定设置于所述挡片与所述顶销之间的处于自由状态 的第二弹簧；所述挡片通过第一钢丝绳连接有预压块，还包括穿过所述第一钢 丝绳的第一定滑轮组，所述第一定滑轮组将处于水平方向的第一钢丝绳改变为 垂直方向，所述预压块通过第一钢丝绳牵引挡片使第一弹簧处于压缩状态；还 包括第二钢丝绳和机架，所述机架上设置有第二定滑轮组，所述第二钢丝绳穿 过所述第二定滑轮组一端连接所述预压块、另一端连接有托盘，所述第二定滑 轮组将处于垂直方向的第二钢丝绳分成相互平行的两段，所述托盘内可添加或 者减少有砝码。

本发明提供的水平载荷加卸载实验装置，通过在托盘内添加或者减少砝码 后，第二钢丝绳通过第二定滑轮组将预压块向上提升，此时，竖直方向的力减 轻了托盘内砝码的质量。同时由于第一弹簧的弹性压力的作用带动挡片向顶销 方向移动，则处于水平方向的第一弹簧的压缩状态伸长了一段距离，相应的处 于水平方向的第二弹簧由自由状态变为压缩状态，压缩了一段距离，并且第一 弹簧的伸长距离与第二弹簧的压缩距离相等。此时，挡片所受的第二弹簧的力 的大小增大了，则挡片通过第二弹簧对顶销施加的水平载荷力的大小增加了， 从而实现水平载荷力的加载。同理，通过减少托盘内一个或几个砝码后，处于 水平方向的第一弹簧的压缩状态缩短了，处于水平方向的第二弹簧的压缩状态 伸长了，则挡片所受的第二弹簧的力的大小减小了，则挡片通过第二弹簧对顶 销施加的水平载荷力的大小减小了，因此，可以实现水平载荷力的卸载；特别 地，当托盘内的砝码全部去除后，第一弹簧恢复为初始压缩状态，第二弹簧恢 复为自由状态，即挡片所受的第二弹簧的力的大小为零，则实现水平载荷力的 全部卸载。也就是说，本发明是通过标准质量的砝码的添加或者减少使该实验 装置将竖直载荷力的变化转换为水平载荷力的变化，即将重力变化转换为水平 载荷力的变化，从而实现通过添加、减少砝码的方式实现水平载荷力的加载和 卸载实验。此外，本发明提供的水平载荷加卸载实验装置，具有结构简单、稳 定可靠、便于移植，可以单独作为实验使用，也可以作为一个完整的组件配置 到水平载荷计量装置中。

进一步的，本发明提供的水平载荷加卸载实验装置，所述第一弹簧与所述第 二弹簧的倔强系数相同。

进一步的，本发明提供的水平载荷加卸载实验装置，所述第一弹簧与所述第 二弹簧的倔强系数不相同。

进一步的，本发明提供的水平载荷加卸载实验装置，所述定滑轮组至少为一 个。

进一步的，本发明提供的水平载荷加卸载实验装置，所述第一弹簧的压缩状 态为全部压紧或者部分压紧。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种水平载荷加卸载实验方法，采用 上述的水平载荷加卸载实验装置，所述水平载荷加卸载实验装置通过在托盘内 添加或者减少砝码以将竖直载荷力转换为水平载荷力通过顶销的端部加载到施 加对象，包括以下步骤：

步骤一、选择一定质量的预压块，通过与第一钢丝绳连接的挡片对第一弹簧 施加一定的压缩量，使第一弹簧处于压缩状态，使第二弹簧处于自由状态；

步骤二、在托盘内添加至少一个砝码，使第二弹簧对顶销的水平载荷力增大， 实现水平载荷力的加载；通过减少或者去除托盘内的砝码后，使第二弹簧对顶 销的水平载荷力减小，实现水平载荷力的卸载。