小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)，包括振動(dòng)臺(tái)底座、伺服電機(jī)、電動(dòng)伺服作動(dòng)器、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面和預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)，振動(dòng)臺(tái)底座上通過(guò)直線導(dǎo)軌副與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面連接，振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上放置被測(cè)試件，振動(dòng)臺(tái)底座的下方安裝伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)伺服作動(dòng)器的輸入軸連接，電動(dòng)伺服作動(dòng)器的輸出軸與活塞桿連接，活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向與直線導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)方向一致，活塞桿的前端安裝臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座和預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)，臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的上端與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面固定連接。本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本、縮短生產(chǎn)和單項(xiàng)試驗(yàn)周期的小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)。
【專利說(shuō)明】小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地震模擬裝置，尤其是一種地震模擬振動(dòng)臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)的振動(dòng)臺(tái)分成兩類(lèi):
[0003]第一類(lèi)是電磁激振的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，這類(lèi)振動(dòng)臺(tái)主要用于被測(cè)試件抗振能力，該類(lèi)振動(dòng)臺(tái)最聞?lì)l率可達(dá)1000Hz,最大激振力可達(dá)50噸。但最大的缺點(diǎn)是最低頻率不能太低，一般不低于1Hz，最大振幅不能太大，一般不大于50mm，和地震模擬試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)屬于完全不同的兩個(gè)范疇，一般不用于土木結(jié)構(gòu)的抗震能力的研究。
[0004]第二類(lèi)是電液伺服振動(dòng)臺(tái)。國(guó)內(nèi)電液伺服振動(dòng)臺(tái)的研究始于70年代，中國(guó)地震局工程力學(xué)所研制成功了第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)6自由度振動(dòng)臺(tái)，但只屬于自制科研設(shè)備的開(kāi)發(fā)，沒(méi)有完成產(chǎn)品化研制，可靠性差，基本上沒(méi)有投入使用，現(xiàn)在地震局工程力學(xué)所投資5000多萬(wàn)訂購(gòu)了美國(guó)MTS公司的大型六自由度振動(dòng)臺(tái)。真正國(guó)產(chǎn)的六自由度振動(dòng)臺(tái)目前還是空白。國(guó)產(chǎn)的電液伺服振動(dòng)臺(tái)是在近幾年發(fā)展起來(lái)的，但主要液壓控制系統(tǒng)仍依靠進(jìn)口，且此類(lèi)設(shè)備的特點(diǎn)仍是規(guī)模大，投資大，生產(chǎn)與單項(xiàng)試驗(yàn)周期長(zhǎng)，不適用于小型工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服已有地震模擬振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、生產(chǎn)和單項(xiàng)試驗(yàn)周期太長(zhǎng)的不足，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本、縮短生產(chǎn)和單項(xiàng)試驗(yàn)周期的小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái),所述地震模擬振動(dòng)臺(tái)包括振動(dòng)臺(tái)底座、伺服電機(jī)、電動(dòng)伺服作動(dòng)器、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面和預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)，所述振動(dòng)臺(tái)底座上通過(guò)直線導(dǎo)軌副與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面連接，所述振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上放置被測(cè)試件，所述振動(dòng)臺(tái)底座的下方安裝所述伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)伺服作動(dòng)器的輸入軸連接，所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器的輸出軸與活塞桿連接，所述活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向與所述直線導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)方向一致，所述活塞桿的前端安裝臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座和預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的上端與所述振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面固定連接，所述預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)包括連接螺母、預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的下端套裝在所述活塞桿的螺紋段上，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的一側(cè)的活塞桿上套裝連接螺母，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的另一側(cè)的活塞桿上依次套裝預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母之間設(shè)有間隙，所述預(yù)緊螺母的一圈開(kāi)有至少三個(gè)預(yù)緊螺紋孔，預(yù)緊螺釘穿過(guò)所述預(yù)緊螺紋孔頂觸在所述預(yù)緊墊片上。
[0008]進(jìn)一步，所述伺服電機(jī)為風(fēng)冷式伺服電機(jī)。當(dāng)然，也可以是其他類(lèi)型的伺服電機(jī)。
[0009]更進(jìn)一步，所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器通過(guò)彎板安裝在所述振動(dòng)臺(tái)底座的下方。[0010]再進(jìn)ー步，所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器為絲桿螺母機(jī)構(gòu)。也可以選用其他運(yùn)動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，只要能夠?qū)㈦姍C(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)即可。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:用于電動(dòng)伺服振動(dòng)臺(tái)的激振器一電動(dòng)伺服作動(dòng)器和振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)。所謂電動(dòng)伺服振動(dòng)臺(tái)是采用電動(dòng)伺服作動(dòng)器作為地震振動(dòng)臺(tái)激振器的一類(lèi)振動(dòng)臺(tái)(見(jiàn)參考文獻(xiàn)1、2)，該類(lèi)振動(dòng)臺(tái)的特點(diǎn)是設(shè)備規(guī)模小，行程大，低頻，可模擬地震波，且投資小。本專利的作用是消除電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)之伺服驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)體連接之間的間隙，保證了地震模擬試驗(yàn)在地震波的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)面之間沒(méi)有連接間隙，降低了地震模擬試驗(yàn)的失真度，提高了電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的使用性能。
[0012]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:1、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本、縮短生產(chǎn)和單項(xiàng)試驗(yàn)周期；2、提高了電動(dòng)伺服振動(dòng)臺(tái)的性能，擴(kuò)大了適用范圍。對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品在小型工程抗震試驗(yàn)和高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)中推廣應(yīng)用，代替建設(shè)周期長(zhǎng)、投資規(guī)模大的電液伺服振動(dòng)臺(tái)具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)的示意圖。
[0014]圖2是圖2的俯視圖。
[0015]圖3是預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。
[0017]參照?qǐng)D1?圖3，ー種小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)，所述地震模擬振動(dòng)臺(tái)包括振動(dòng)臺(tái)底座1、伺服電機(jī)2、電動(dòng)伺服作動(dòng)器3、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5和預(yù)應(yīng)カ無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)8,所述振動(dòng)臺(tái)底座I上通過(guò)直線導(dǎo)軌副4與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5連接,所述振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5上放置被測(cè)試件，所述振動(dòng)臺(tái)底座I的下方安裝所述伺服電機(jī)2，所述伺服電機(jī)2的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)伺服作動(dòng)器3的輸入軸連接，所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器3的輸出軸與活塞桿7連接，所述活塞桿7的運(yùn)動(dòng)方向與所述直線導(dǎo)軌副4的運(yùn)動(dòng)方向一致，所述活塞桿7的前端安裝臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座6和預(yù)應(yīng)カ無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)8，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座6的上端與所述振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5固定連接，所述預(yù)應(yīng)カ無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)8包括連接螺母14、預(yù)緊墊片11和預(yù)緊螺母13，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座6的下端套裝在所述活塞桿7的螺紋段上，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座6的一側(cè)的活塞桿上套裝連接螺母14，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的另ー側(cè)的活塞桿上依次套裝預(yù)緊墊片11和預(yù)緊螺母13，所述預(yù)緊墊片11和預(yù)緊螺母13之間設(shè)有間隙，所述預(yù)緊螺母13的一圈開(kāi)有至少三個(gè)預(yù)緊螺紋孔，預(yù)緊螺釘12穿過(guò)所述預(yù)緊螺紋孔頂觸在所述預(yù)緊墊片11上。
[0018]本實(shí)施例中，振動(dòng)臺(tái)底座I為振動(dòng)臺(tái)的安裝基準(zhǔn)，放置在地面上，電動(dòng)伺服作動(dòng)器3通過(guò)彎板安裝到振動(dòng)臺(tái)底座I的下方，風(fēng)冷式伺服電機(jī)2的輸出軸與電動(dòng)伺服作動(dòng)器3的輸入軸連接，風(fēng)冷式伺服電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)可以傳遞給電動(dòng)伺服作動(dòng)器3，通過(guò)其內(nèi)部的絲杠螺母機(jī)構(gòu)將電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞桿7的直線運(yùn)動(dòng)，活塞桿7通過(guò)預(yù)應(yīng)カ鎖緊機(jī)構(gòu)8將運(yùn)動(dòng)傳遞給振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5，所述活塞桿7穿過(guò)振動(dòng)臺(tái)底座1，且所述振動(dòng)臺(tái)底座I上開(kāi)有供所述活塞桿移動(dòng)的空間；振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5通過(guò)直線導(dǎo)軌副4與振動(dòng)臺(tái)底座I連接,保證振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5只能沿活塞桿7的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，即單自由度運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)控制器9根據(jù)試驗(yàn)曲線的要求，發(fā)出指令信號(hào)給風(fēng)冷式伺服電機(jī)2使其符合要求的運(yùn)動(dòng)，從而使安裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5上的被測(cè)試件10受到振動(dòng),測(cè)試其性能。
[0019]電動(dòng)伺服作動(dòng)器作為激振器，與臺(tái)面之間通過(guò)本專利設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接裝置連接，消除了激振器和臺(tái)面之間的間隙，改善了響應(yīng)波形。
[0020]將地震波形輸入計(jì)算機(jī)控制器，計(jì)算機(jī)控制器以該波形為控制目標(biāo)，給伺服驅(qū)動(dòng)器下達(dá)指令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使振動(dòng)臺(tái)面沿一維方向振動(dòng)，加速度傳感器采集臺(tái)面的加速度信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器發(fā)出位移信號(hào)反饋給控制器，控制器接收到反饋信號(hào)后將該信號(hào)與輸入波形進(jìn)行比較，當(dāng)加速度傳感器的誤差超過(guò)理論值的2%時(shí)，計(jì)算機(jī)控制器減小輸出指令電壓，直到反饋回來(lái)的信號(hào)在理論值的2%以內(nèi)，當(dāng)加速度傳感器的誤差小于理論值的2%時(shí)，計(jì)算機(jī)控制器增大輸出指令電壓，直到反饋回來(lái)的信號(hào)在理論值的2%以內(nèi)，使實(shí)際波形與輸入波形相符。
[0021]計(jì)算機(jī)控制器下達(dá)的指令控制控制伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)方向及速度、加速度，伺服電機(jī)的輸出軸與伺服作動(dòng)器的輸入軸連接，伺服作動(dòng)器通過(guò)絲桿螺母的工作原理將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，伺服作動(dòng)器的活塞桿7與臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座6通過(guò)預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)8緊密連接，從而將活塞桿7的運(yùn)動(dòng)精確地傳遞給振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5，振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5通過(guò)直線導(dǎo)軌副4與振動(dòng)臺(tái)底座I無(wú)間隙連接，使振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5只有沿振動(dòng)方向的一個(gè)自由度，同時(shí)能夠防止被測(cè)試件10由于振動(dòng)產(chǎn)生的傾覆力矩傳遞到伺服作動(dòng)器的活塞桿7上，而損壞機(jī)器。振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面5上安裝有加速度傳感器，加速度信號(hào)被計(jì)算機(jī)控制器采集，通過(guò)對(duì)比，修正誤差，從而保證輸出的振動(dòng)波形與輸入波形相符，實(shí)現(xiàn)伺服控制目標(biāo)。被測(cè)試件10上面可安裝加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等，直接測(cè)試工程結(jié)構(gòu)抗震模型對(duì)地震的響應(yīng)，滿足結(jié)構(gòu)抗震研究所需。
[0022]振動(dòng)臺(tái)在裝配工廠內(nèi)用扳手調(diào)整預(yù)緊螺母13上的螺釘12，使預(yù)緊墊片11、臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座6、連接螺母14之間的連接面間產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的設(shè)定值為最大激振力的2倍，正常使用時(shí)伺服作動(dòng)器的活塞桿7不會(huì)出現(xiàn)連接松動(dòng)，保證了振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分的連接剛度，從而保證了整機(jī)的響應(yīng)滿足使用要求。
[0023]本實(shí)施例中，風(fēng)冷式伺服電機(jī)作為地震動(dòng)臺(tái)的激振源，且可取得較理想的地震加速度模擬效果。
[0024]先期開(kāi)發(fā)的電動(dòng)伺服振動(dòng)臺(tái)采用普通關(guān)節(jié)鉸連接，經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，由于連接間隙的存在，導(dǎo)致加速度波形在超過(guò)0.5g時(shí)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。本專利將預(yù)應(yīng)力關(guān)節(jié)鉸系統(tǒng)改造成預(yù)應(yīng)力連接機(jī)構(gòu)后應(yīng)用于電動(dòng)伺服振動(dòng)臺(tái)，徹底消除了連接間隙對(duì)地震模擬試驗(yàn)的影響，提高了電動(dòng)伺服振動(dòng)臺(tái)的使用性能，振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面加速度可達(dá)1.2g。
[0025]電動(dòng)伺服作動(dòng)器的活塞桿通過(guò)螺桿與臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座連接，由于螺紋連接存在軸向間隙，因此采用預(yù)應(yīng)力無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)可將軸向間隙消除。安裝時(shí)預(yù)應(yīng)力為最大激振力的2倍，使活塞桿與螺母緊密連接，且接觸面始終存在壓緊力，試驗(yàn)時(shí)由于最大試驗(yàn)力不超過(guò)預(yù)緊力，因此螺紋不會(huì)松動(dòng)，軸向?qū)⒉辉儆虚g隙。
【權(quán)利要求】
1.ー種小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:所述地震模擬振動(dòng)臺(tái)包括振動(dòng)臺(tái)底座、伺服電機(jī)、電動(dòng)伺服作動(dòng)器、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面和預(yù)應(yīng)カ無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)，所述振動(dòng)臺(tái)底座上通過(guò)直線導(dǎo)軌副與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面連接，所述振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上放置被測(cè)試件，所述振動(dòng)臺(tái)底座的下方安裝所述伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)伺服作動(dòng)器的輸入軸連接，所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器的輸出軸與活塞桿連接，所述活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向與所述直線導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)方向一致，所述活塞桿的前端安裝臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座和預(yù)應(yīng)カ無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的上端與所述振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面固定連接，所述預(yù)應(yīng)カ無(wú)間隙連接機(jī)構(gòu)包括連接螺母、預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的下端套裝在所述活塞桿的螺紋段上，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的一側(cè)的活塞桿上套裝連接螺母，所述臺(tái)面驅(qū)動(dòng)連接座的另ー側(cè)的活塞桿上依次套裝預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母之間設(shè)有間隙，所述預(yù)緊螺母的一圈開(kāi)有至少三個(gè)預(yù)緊螺紋孔，預(yù)緊螺釘穿過(guò)所述預(yù)緊螺紋孔頂觸在所述預(yù)緊墊片上。
2.如權(quán)利要求1所述的小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:所述伺服電機(jī)為風(fēng)冷式伺服電機(jī)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器通過(guò)彎板安裝在所述振動(dòng)臺(tái)底座的下方。
4.如權(quán)利要求1或2所述的小型工程結(jié)構(gòu)電動(dòng)伺服缸地震模擬振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:所述電動(dòng)伺服作動(dòng)器為絲桿螺母機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01M7/02GK103528781SQ201310504622
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】楊俊杰, 王長(zhǎng)陶, 章雪峰, 鐘綿新, 李建華, 金成 , 曹軍 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué), 杭州邦威機(jī)電控制工程有限公司