CN102794235A - 一种离心机用振动台 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种离心机用振动台，包括底座、台面、支撑机构、电液伺服阀、水平作动器、油源和蓄能器组成，此外本实施例的离心机用振动台还包括：设置于底座上、并与所述支撑机构活动接触的垂直作动器。采用本实施例的离心机振动台，能够利用离心机在模型中产生与原型相同的应力，然后对模型产生水平和垂直双方向的振动，从而可以使得该离心机模拟的地震产生过程能够与真实的地震产生过程更加接近，进而有效地提高了模拟地震结果的和可靠性真实性，提高了工作效率。

Description

一种离心机用振动台

技术领域

本发明涉及模拟技术领域，尤其涉及一种大型土工离心机用双向振动台。

 

背景技术

随着人类科学技术的发展，人类改变自然、利用自然的能力已经大大提高了，但是，人类的生活和工作活动仍然受很多自然灾害的影响和制约；其中，地震灾害就是人类遇到的最主要自然灾害之一；虽然，目前的地震灾害还无法实现准确预测，但是可以通过在试验室内模拟地震，从而了解地震对地基和岩土建筑物的破坏方式，进而对生产建设起到指导意义。

目前，国内外土工离心机中，仅有水平向振动台，或者水平双向振动台，还没有可以模拟水平垂直耦合振动的振动台。特别是在大型土工离心机中，实现水平垂直耦合振动难度极大，主要是垂直振动会对离心机主结构的安全产生巨大影响。传统的方式都是采用离心机带动振动台和试验箱来模拟地震的过程；其中，模型箱被设置在离心机振动台上，通过离心机的带动振动台做高速转动，同时通过振动台内的振动来模拟地震的发生过程；具体的，如图1所示，传统的离心机主要包括配重吊篮1、转臂2、转台3、光纤滑环4、电环5、油气水环6、高压油泵7、贮能灌8、高压油管9、模型箱10、振动台11和实验吊篮12等；其中，在离心机工作时，转台3带动转臂2高速转动，进而带动实验吊篮12做高速离心转动，在所述实验吊篮12做高速离心转动时，振动台11通过水平作动器（图中未示出）的水平振动来振动模型箱10，从而模拟地震产生的过程。

然而，由于传统的离心机用振动台内只设置有一个或多个水平作动器，在该振动台离心转动过程中只能做水平方向的振动；而在真正的地震过程中，不但会产生水平方向的地震波，也会产生垂直方向的地震波，因此传统的离心机振动台无法有效模拟出地震的真正过程。

 

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种离心机用振动台，能够在离心机转动过程中实现水平和垂直双方向的振动，从而可以有效地模拟地震产生的真正过程，使得模拟结果更加接近实际。

为解决上述问题，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种离心机用振动台，包括底座、台面、支撑机构、电液伺服阀、水平作动器、油源和蓄能器组成，该离心机用振动台还包括：设置于底座上、并与所述支撑机构活动接触的垂直作动器。

优选的，所述水平作动器和垂直作动器为滑动活塞式双向油缸。可以在离心机加速度100g下产生需要的地震波，最大水平加速度30g，最大垂直加速度20g。

优选的，所述双向油缸分别安装在垂直和水平方向，控制其最大工作行程为±5mm。

优选的，所述支撑机构为层状橡胶轴承支撑式结构。

优选的，所述层状橡胶轴承包括：两个盖板、三层橡胶和两层钢板，每层钢板位于两层橡胶之间，两个盖板位于最外侧两层橡胶的外侧。

可以看出，采用本发明实施例的离心机用振动台，通过设置垂直作动器，使得该振动台具备水平和垂直双向振动作用，进而使得其在做高速离心转动过程中，能够对模型箱产生水平和垂直双方向的振动，从而可以使得该离心机模拟的地震产生过程能够与真实的地震产生过程更加接近。垂直振动对离心机主轴的巨大冲击力依靠减震垫和分离式吊兰结构加以消除。

 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统的离心机结构示意图；

图2是本发明实施例1离心机用振动台的正视图；

图3是本发明实施例1中层状橡胶轴承的结构示意图。

 

具体实施方式

本发明的基本思想在于通过在离心机用振动台中同时设置水平作动器和垂直作动器，使得该振动台的做高速离心转动过程中，能够对模型产生水平和垂直双方向的耦合振动，从而可以模拟真实的地震过程。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例1提供了一种离心机用振动台，如图2和图3所示，该振动台200与传统的振动台类似，主要由台体（图中未示出）、电液激振系统（图中未示出）、动力源系统（图中未示出）和水平作动器等组成；

其中，振动台200台体由底座210、台面220及其支撑机构230组成，吊耳201与底座210为分离式结构，中间有8个大型减震垫221，其台面220是支撑负载（模型箱）的平台，由支撑机构230支撑在底座上，能相对于底座产生水平运动，台面220可以保证振动台200在高离心加速度场中支撑模型箱的巨大荷载而不变形；在本实施例中，所述台面220的材料采用高强度铝合金板，其优点是刚度好，重量小；同时，值得注意的是，在本实施例中，所述台面220的支撑机构230采用层状橡胶轴承支撑式结构，采用特殊金属钢片支撑台面220，通过钢片的组合使台面在水平和垂直方向自由滑动，该方法结构简单，重量轻；具体的，如图3所示，在实际应用中，该层状橡胶轴承可以包括：上下盖板231、三层橡胶232和两层钢板233，每层钢板233位于两层橡胶232之间，上下两个盖板位于最外侧两层橡胶的外侧，每层橡胶232的厚度为3mm，每层钢板233的厚度为2mm，上下盖板的厚度为5mm；但本领域普通技术人员了解，本实施例提及的橡胶232、钢板233的数量和厚度仅仅是较佳的实施例而已，本文对比并不做具体限定。

此外，本实施例的振动台200中的电液激振系统由电液伺服阀（图中未示出）和双向作动器组成，电液伺服阀是关系振动台主要性能指标能否实现的关键部件，该离心机的电液伺服阀频带宽、性能稳定、寿命长，其最大振动频率略大于400HZ，最大流量大于计算的最大流量（120L/min）；尤其值得注意的是，如图2所示，本实施例中所述双向作动器包括水平作动器241和垂直作动器242，所述水平作动器241与传统的振动台中的水平作动器类似，而垂直作动器242设置于所述底座上210，且与所述支撑机构230活动接触；当离心机转动时，所述振动台做离心高速转动，同时所述水平作动器241和垂直作动器242同时对支撑机构230做水平和垂直方向上的振动，进而对支撑机构230支撑的模型箱产生在水平和垂直双方向的振动，从而模拟各种正弦波或任意地震波形；其中，所述水平作动器241和垂直作动器242皆采用在高压油(30MPa)作用下产生高频激振力的滑动活塞式双向油缸，活塞面积主要由油源工作压力和为实现最大加速度(最大水平加速度30g，最大垂直加速度20g)、最大振动频率(400Hz)等性能指标而需要的最大激振力等确定，由于其活塞的振动加速度和振动频率很高，活塞及活塞杆与缸体、内壁及两端密封装置之间，因摩擦而产生很大的热量，因此其摩擦表面应具有很高的光洁度，缸体要有好的散热性能，且要采用耐高温和摩擦系数小的密封装置；具体的，本实施例中的双向液压缸分别安装在垂直和水平方向，其有效工作行程为±5mm，在离心机振动台工作时，靠直接固定在离心机转臂2上的两个蓄能器实现进回油。

除此之外，本实施例的振动台200的动力源系统，由外配油源（图中未示出）和蓄能器250组成，蓄能器250直接给作动器传输压力，蓄能器250安装在靠近振动台200的挂斗平台上，在离心机起动前，由外配油源供油到蓄能器250，先充到预定的压力（高于作动器工作压力一定的倍数），在离心机运转时，其液压油环的油液通道中的压力很小，故其密封装置磨损小，使用寿命长。

另外，在本实施例中，所述振动台200的振动控制系统，主要由计算机、控制柜、集流环和分别安装在作动器和振动台上的电液伺服阀、位移传感器和加速度传感器组成，采用位移、速度和加速度三参数闭环控制方式。伺服阀根据计算机发出的振动信号和振动台上的位移和加速度传感器的信号反馈，调整振动状态，从而产生规则波或任意波的振动。

众所周知，离心模型中的振动过程要比实际地震过程快，离心机加速度为N时，模型振动时间为原型的1/N倍，多数试验在极短的时间内（<1s）完成，因此基于上述实施例的离心机用振动台，本实施例在具体应用中还可配有一套可靠的高速数据采集系统，其主要包括信号放大系统、AD转换与数据采集系统、上下位计算机的数据传输和控制系统，以及试验数据处理显示系统等，本文在此不再赘述。

由于振动台200在转动时位于离心力场中，随着离心机一起转动，所有的设备都会受到超重力的作用，例如当离心机转动到100g时（g是重力加速度），设备零部件的重量也增大了100倍，因此应力和变形会加大，控制的难度更大；而基于以上实施例的离心机用振动台可以看出，采用上述实施例的离心机用振动台，通过设置垂直作动器，使得该振动台具备水平和垂直双向振动作用，进而使得其在做高速离心转动过程中，能够对模型箱产生水平和垂直双方向的振动，从而可以使得该离心机模拟的地震产生过程能够与真实的地震产生过程更急接近，进而有效地提高了模拟地震结果的有效性，提高了工作效率。

专业人员还可以进一步应能意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明实施例。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种离心机用振动台，包括底座、台面、支撑机构、电液伺服阀、水平作动器、油源和蓄能器，其特征在于，该离心机用振动台还包括：设置于底座上、并与所述支撑机构活动接触的垂直作动器，该垂直作动器同水平作动器同时激振。

2.根据权利要求1所述的振动台，其特征在于：所述水平作动器和所述垂直作动器产生水平和垂直耦合振动。

3.根据权利要求1所述的振动台，其特征在于：所述水平作动器和垂直作动器为滑动活塞式双向油缸。

4.根据权利要求3所述的振动台，其特征在于：所述双向油缸分别安装在垂直和水平方向，其工作行程为±5mm，最大水平加速度30g，最大垂直加速度20g。

5.根据权利要求1所述的振动台，其特征在于：所述支撑机构为层状橡胶轴承支撑式结构。

6.根据权利要求5所述的振动台，其特征在于，所述层状橡胶轴承包括：两个盖板、三层橡胶和两层钢板，每层钢板位于两层橡胶之间，两个盖板位于最外侧两层橡胶的外侧。

Images