CN103575488A

CN103575488A - 双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置及方法

Info

Publication number: CN103575488A
Application number: CN201310472044.XA
Authority: CN
Inventors: 陈章位; 栾强利
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: CN103575488B

Abstract

本发明公开了一种双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置及方法。它包括振动台体和振动控制器，所述振动台体包括第一水平导轨、第一联轴器、第一液压马达、第一电液伺服阀、第二水平导轨、第二液压马达、第二电液伺服阀、第二联轴器、第三水平导轨、底座、运动台面、第一滚珠丝杠、第一轴承块、第二滚珠丝杠、第二轴承块、加速度传感器、位移传感器。本发明由于采用液压马达和滚珠丝杠联合驱动式结构，可以实现地震模拟实验的低频响、大位移运动控制特性，同时，采用水平导轨结构可以实现地震模拟振动装置具有较大的抗倾覆力矩，从而保证振动装置工作过程的稳定性和可靠性。

Description

双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置及方法

技术领域

本发明涉及地震模拟振动装置，尤其涉及一种双液压马达驱动式地震模拟振动装置及方法。

背景技术

地震模拟振动装置广泛应用于道路模拟，建筑结构抗震，土木工程等领域，建筑结构抗震实验中，往往需要模拟真实的地震波形，高层建筑结构地震过程中，其水平位移幅度很大，可达几米，常规的地震模拟振动装置往往采用液压油缸驱动振动装置，振动装置的运动幅度受到油缸活塞杆的长度限制，难以实现大位移运动，从而进一步限制了地震模拟振动装置的低频特性，因此，地震模拟实验中，常常需要对地震波进行滤波处理，不能真实仿真建筑结构地震中的响应特性。本发明针对一种双液压马达驱动式地震模拟振动装置，所设计的振动装置可以实现低频响大位移运动，真实再现建筑结构的地震运动过程，同时，采用水平导轨结构可以保证地震模拟振动装置具有很大的抗倾覆能力，保证工作的平稳性和可靠性，目前为止，国内未见此种类型通过双液压马达实现大位移运动的地震模拟振动装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有地震模拟振动装置低频响应状态下位移不够的不足，提供一种双液压马达驱动式地震模拟振动装置及方法。

双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置包括振动台体和振动控制器，所述振动台体包括第一水平导轨、第一联轴器、第一液压马达、第一电液伺服阀、第二水平导轨、第二液压马达、第二电液伺服阀、第二联轴器、第三水平导轨、底座、运动台面、第一滚珠丝杠、第一轴承块、第二滚珠丝杠、第二轴承块、加速度传感器、位移传感器；在底座上设有第一水平导轨、第二水平导轨、第三水平导轨、第一液压马达、第二液压马达、第一轴承块、第二轴承块，并通过螺栓连接，底座上设有位移传感器固定端，并通过螺栓连接，第一液压马达上设有第一电液伺服阀，第二液压马达上设有第二电液伺服阀，并通过螺栓连接，第一滚珠丝杠一端、第二滚珠丝杠一端分别通过第二联轴器、第一联轴器安装在第二液压马达、第一液压马达的转轴上，第一滚珠丝杠另一端、第二滚珠丝杠另一端分别通过滚动轴承安装在第一轴承块、第二轴承块上，运动台面的底部设有第一水平导轨、第二水平导轨、第三水平导轨的滑块和第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠的螺母，并通过螺栓连接，运动台面的后部设有加速度传感器、位移传感器滑动杆，并通过螺栓连接，振动台体由振动控制器控制。

所述振动控制器包括A/D转换器1、A/D转换器2、加权控制器、驱动信号生成器、理想信号发生器、信号合成器、功率放大器1、功率放大器2、零位调节器；A/D转换器2、加权控制器、驱动信号生成器、理想信号发生器顺次相连，A/D转换器1、信号合成器、功率放大器2顺次连接，信号合成器分别与驱动信号生成器、零位调节器、功率放大器1相连，A/D转换器1与加权控制器相连。

双液压马达驱动式大位移地震模拟振动方法是：底座安装在振动装置基础上，试件安装在运动台面，振动控制器的A/D转换器1连接位移传感器，A/D转换器2连接加速度传感器，振动控制器的驱动信号分别通过功率放大器1、功率放大器2驱动第一电液伺服阀、第二电液伺服阀，第一电液伺服阀、第二电液伺服阀分别驱动第一液压马达、第二液压马达，第一液压马达、第二液压马达分别通过第一联轴器、第二联轴器驱动第二滚珠丝杠、第一滚珠丝杠转动，第二滚珠丝杠、第一滚珠丝杠的转动驱动运动台面沿第一水平导轨、第二水平导轨、第三水平导轨方向的往复直线运动，运动台面的直线运动过程中，分别通过位移传感器，加速度传感器实时监测运动台面的直线位移和加速度变化情况，并将A/D转换后的运动台面的反馈位移和加速度信号通过加权控制器进行加权处理，进一步通过比较理想信号发生器生成的期望信号与加权处理后的反馈信号，由驱动信号生成器生成下一帧驱动信号，信号合成器将下一帧驱动信号与零位调节器输出的零位信号进行加法合成，并与A/D转换器1的反馈位移信号进行减法合成，输出合成控制信号，合成控制信号通过功率放大器1、功率放大器2分别驱动第一电液伺服阀、第二电液伺服阀，零位调节器通过调节输出电压的变化实现运动台面的初始零位调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明由于采用双液压马达驱动地震模拟振动装置，将液压马达的转动转换为运动台面的位移，响应速度快，负载能力强，同时，采用滚珠丝杠作为传动部件，可以实现运动台面的大位移运动，运动幅度可达几米，有效保证地震模拟振动装置的低频响，大位移运动特性。

（2）本发明由于采用水平导轨结构，对运动台面具有支撑和导向的作用，使地震模拟振动装置具有很大的抗倾覆能力，从而保证振动装置工作过程中运动的平稳性和可靠性。

附图说明

图1是双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置结构示意图；

图2是本发明的振动控制器电路框图。

具体实施方式

如图1所示，双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置包括振动台体和振动控制器18，所述振动台体包括第一水平导轨1、第一联轴器2、第一液压马达3、第一电液伺服阀4、第二水平导轨5、第二液压马达6、第二电液伺服阀7、第二联轴器8、第三水平导轨9、底座10、运动台面11、第一滚珠丝杠12、第一轴承块13、第二滚珠丝杠14、第二轴承块15、加速度传感器16、位移传感器17；在底座10上设有第一水平导轨1、第二水平导轨5、第三水平导轨9、第一液压马达3、第二液压马达6、第一轴承块13、第二轴承块15，并通过螺栓连接，底座10上设有位移传感器17固定端，并通过螺栓连接，第一液压马达3上设有第一电液伺服阀4，第二液压马达6上设有第二电液伺服阀7，并通过螺栓连接，第一滚珠丝杠12一端、第二滚珠丝杠14一端分别通过第二联轴器8、第一联轴器2安装在第二液压马达6、第一液压马达3的转轴上，第一滚珠丝杠12另一端、第二滚珠丝杠14另一端分别通过滚动轴承安装在第一轴承块13、第二轴承块15上，运动台面11的底部设有第一水平导轨1、第二水平导轨5、第三水平导轨9的滑块和第一滚珠丝杠12、第二滚珠丝杠14的螺母，并通过螺栓连接，运动台面11的后部设有加速度传感器16、位移传感器17滑动杆，并通过螺栓连接，振动台体由振动控制器18控制。

A/D转换器1、A/D转换器2采用高精度AK5385B A/D转换芯片，理想信号发生器、加权控制器、驱动信号生成器、信号合成器、零位调节器的功能通过DSP(芯片：TMS320C6713)实现,功率放大器1、功率放大器2采用D/A转换芯片CS4398 实现模拟信号输出。

A/D转换器1连接位移传感器17，实现反馈位移传感器17信号的A/D转换，A/D转换器2连接加速度传感器16，实现反馈加速度传感器16信号的A/D转换，功率放大器1连接第一电液伺服阀4，实现第一电液伺服阀4的驱动控制，功率放大器2连接第二电液伺服阀7，实现第二电液伺服阀7的驱动控制，加权控制器连接A/D转换器1、A/D转换器2，实现反馈位移信号和反馈加速度信号的加权处理，理想信号发生器实现运动台面11期望信号的生成，驱动信号生成器连接理想信号发生器和加权控制器，并通过比较理想信号发生器生成的理想信号和加权处理之后的反馈信号，从而生成下一帧驱动信号，零位调节器通过调节零位电压，实现地震模拟振动装置运动台面11的零位调节，信号合成器连接驱动信号生成器、A/D转换器1、零位调节器，将驱动信号与零位调节器输出的零位信号进行加法合成，并与A/D转换器1的反馈位移信号进行减法合成，输出合成控制信号，信号合成器连接功率放大器1、功率放大器2，实现合成控制信号的输出。

双液压马达驱动式大位移地震模拟振动方法是：底座10安装在振动装置基础上，试件安装在运动台面11上，振动控制器的A/D转换器1连接位移传感器17，A/D转换器2连接加速度传感器16，振动控制器的驱动信号分别通过功率放大器1、功率放大器2驱动第一电液伺服阀4、第二电液伺服阀7，第一电液伺服阀4、第二电液伺服阀7分别驱动第一液压马达3、第二液压马达6，第一液压马达3、第二液压马达6分别通过第一联轴器2、第二联轴器8驱动第二滚珠丝杠14、第一滚珠丝杠12转动，第二滚珠丝杠14、第一滚珠丝杠12的转动驱动运动台面11沿第一水平导轨1、第二水平导轨5、第三水平导轨9方向的往复直线运动，运动台面11的直线运动过程中，分别通过位移传感器17，加速度传感器16实时监测运动台面11的直线位移和加速度变化情况，并将A/D转换后的运动台面11的反馈位移和加速度信号通过加权控制器进行加权处理，进一步通过比较理想信号发生器生成的期望信号与加权处理后的反馈信号，由驱动信号生成器生成下一帧驱动信号，信号合成器将下一帧驱动信号与零位调节器输出的零位信号进行加法合成，并与A/D转换器1的反馈位移信号进行减法合成，输出合成控制信号，合成控制信号通过功率放大器1、功率放大器2分别驱动第一电液伺服阀4、第二电液伺服阀7，零位调节器通过调节输出电压的变化实现运动台面11的初始零位调节。

Claims

1.一种双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置，其特征在于：包括振动台体和振动控制器(18)，所述振动台体包括第一水平导轨（1）、第一联轴器（2）、第一液压马达（3）、第一电液伺服阀（4）、第二水平导轨（5）、第二液压马达（6）、第二电液伺服阀（7）、第二联轴器（8）、第三水平导轨（9）、底座（10）、运动台面（11）、第一滚珠丝杠（12）、第一轴承块（13）、第二滚珠丝杠（14）、第二轴承块（15）、加速度传感器（16）、位移传感器（17）；在底座（10）上设有第一水平导轨（1）、第二水平导轨（5）、第三水平导轨（9）、第一液压马达（3）、第二液压马达（6）、第一轴承块（13）、第二轴承块（15），并通过螺栓连接，底座（10）上设有位移传感器（17）固定端，并通过螺栓连接，第一液压马达（3）上设有第一电液伺服阀（4），第二液压马达（6）上设有第二电液伺服阀（7），并通过螺栓连接，第一滚珠丝杠（12）一端、第二滚珠丝杠（14）一端分别通过第二联轴器（8）、第一联轴器（2）安装在第二液压马达（6）、第一液压马达（3）的转轴上，第一滚珠丝杠（12）另一端、第二滚珠丝杠（14）另一端分别通过滚动轴承安装在第一轴承块（13）、第二轴承块（15）上，运动台面（11）的底部设有第一水平导轨（1）、第二水平导轨（5）、第三水平导轨（9）的滑块和第一滚珠丝杠（12）、第二滚珠丝杠（14）的螺母，并通过螺栓连接，运动台面（11）的后部设有加速度传感器（16）、位移传感器（17）滑动杆，并通过螺栓连接，振动台体由振动控制器(18)控制。

2.根据权利要求1所述的一种双液压马达驱动式大位移地震模拟振动装置，其特征在于：所述振动控制器（18）包括A/D转换器1、A/D转换器2、加权控制器、驱动信号生成器、理想信号发生器、信号合成器、功率放大器1、功率放大器2、零位调节器；A/D转换器2、加权控制器、驱动信号生成器、理想信号发生器顺次相连，A/D转换器1、信号合成器、功率放大器2顺次连接，信号合成器分别与驱动信号生成器、零位调节器、功率放大器1相连，A/D转换器1与加权控制器相连。

3.一种使用如权利要求1所述装置的双液压马达驱动式大位移地震模拟振动方法，其特征在于：底座（10）安装在振动装置基础上，试件安装在运动台面（11）上，振动控制器的A/D转换器1连接位移传感器（17），A/D转换器2连接加速度传感器（16），振动控制器的驱动信号分别通过功率放大器1、功率放大器2驱动第一电液伺服阀（4）、第二电液伺服阀（7），第一电液伺服阀（4）、第二电液伺服阀（7）分别驱动第一液压马达（3）、第二液压马达（6）转动，第一液压马达（3）、第二液压马达（6）分别通过第一联轴器（2）、第二联轴器（8）驱动第二滚珠丝杠（14）、第一滚珠丝杠（12）转动，第二滚珠丝杠（14）、第一滚珠丝杠（12）的转动驱动运动台面（11）沿第一水平导轨（1）、第二水平导轨（5）、第三水平导轨（9）方向的往复直线运动，运动台面（11）的直线运动过程中，分别通过位移传感器（17），加速度传感器（16）实时监测运动台面（11）的直线位移和加速度变化情况，并将A/D转换后的运动台面（11）的反馈位移和加速度信号通过加权控制器进行加权处理，进一步通过比较理想信号发生器生成的期望信号与加权处理后的反馈信号，由驱动信号生成器生成下一帧驱动信号，信号合成器将下一帧驱动信号与零位调节器输出的零位信号进行加法合成，并与A/D转换器1的反馈位移信号进行减法合成，输出合成控制信号，合成控制信号通过功率放大器1、功率放大器2分别驱动第一电液伺服阀（4）、第二电液伺服阀（7），零位调节器通过调节输出电压的变化实现运动台面（11）的初始零位调节。