CN103575489B - 双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动装置及方法。它包括主运动台体、辅运动台体和作动器，所述主运动台体包括主台面、第一导轨、第四导轨、第五导轨、第二液压马达、第三液压马达、第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠，所述辅运动台体包括辅台面、辅台面支架、第二导轨、第三导轨、第一液压马达、第三滚珠丝杠，所述作动器包括水平布置第一作动器、第四作动器、第七作动器、第八作动器、第九作动器、第十作动器、第十一作动器、第十二作动器，垂直布置第二作动器、第三作动器、第五作动器、第六作动器。本发明可以实现地震模拟振动装置低频下大位移的运动控制，运动幅度可达几米，因而可以真实模拟高层建筑地震中的运动情况。
Description
技术领域
本发明涉及地震模拟振动装置，尤其涉及一种双台面大位移三轴六自由度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航空航天、地震模拟、产品可靠性、土工工程等领域，其中，地震模拟是地震模拟振动装置非常重要的应用领域。现阶段，国内已经广泛开展地震模拟实验，一些科研院所先后引进设计了一些大型的三轴六自由度地震模拟振动装置。由于地震模拟实验中含有丰富的低频信号，高层建筑试件结构往往发生很大的位移变化，变化幅度达到几米，常规的三轴六自由度地震模拟振动装置难以达到如此巨大的位移，因此在建筑抗震性能测试实验中需要使用建筑物的大比例缩放模型，这对于专注于建筑物顶层结构的抗震性能测试，造成很大经济和资源的浪费。本发明针对一种双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动装置，所设计的振动装置不仅可以实现两个台面三轴六自由度的移动，而且，通过辅台面沿导轨方向运动（液压马达驱动），可以实现试件低频状态下的大位移，地震模拟过程中，试件可以实现的位移为两个台面允许最大位移的叠加，目前为止，国内未见此种类型通过双运动台面实现大位移三轴六自由度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位移过小的不足，提供一种双台面的地震模拟振动装置及方法。
双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动装置包括主运动台体、辅运动台体和作动器，所述主运动台体包括主台面、第一导轨、第四导轨、第五导轨、第二液压马达、第三液压马达、第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠，所述辅运动台体包括辅台面、辅台面支架、第二导轨、第三导轨、第一液压马达、第三滚珠丝杠，所述作动器包括水平布置第一作动器、第四作动器、第七作动器、第八作动器、第九作动器、第十作动器、第十一作动器、第十二作动器，垂直布置第二作动器、第三作动器、第五作动器、第六作动器；主台面水平布置有第一作动器、第四作动器、第七作动器、第八作动器、第九作动器、第十作动器、第十一作动器、第十二作动器，主台面上垂直布置有第二作动器、第三作动器、第五作动器、第六作动器，并通过球铰连接，主台面上设有第一导轨、第四导轨、第五导轨、第二液压马达、第三液压马达，并通过螺栓连接，第二液压马达、第三液压马达的转轴上分别设有第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠，并通过联轴器连接，第一导轨、第四导轨、第五导轨的滑块和第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠的螺母安装在辅台面支架上，并通过螺栓连接，辅台面支架上设有第二导轨、第三导轨、第一液压马达，并通过螺栓连接，第一液压马达的转轴上设有第三滚珠丝杠，并通过联轴器连接，第二导轨、第三导轨的滑块和第三滚珠丝杠的螺母安装在辅台面上，并通过螺栓连接。
双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动方法是：水平布置第一作动器、第四作动器、第七作动器、第八作动器、第九作动器、第十作动器、第十一作动器、第十二作动器联动实现主运动台体和辅运动台体水平方向的平动和转动，垂直布置第二作动器、第三作动器、第五作动器、第六作动器联动实现主运动台体和辅运动台体垂直方向的平动和转动，水平布置第一作动器、第四作动器、第七作动器、第八作动器、第九作动器、第十作动器、第十一作动器、第十二作动器和垂直布置第二作动器、第三作动器、第五作动器、第六作动器的联动实现主运动台体和辅运动台体的三轴六自由度方向运动；第二液压马达、第三液压马达的转动分别通过第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠实现辅运动台体平行于主台面沿第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠中心轴线方向的运动，第一导轨、第四导轨、第五导轨实现主运动台体的稳定支撑，并具有抗倾覆作用；第一液压马达的转动通过第三滚珠丝杠实现辅台面平行于主台面和辅台面支架沿第三滚珠丝杠中心轴线方向的运动，第二液压马达、第三液压马达、第一液压马达的联动实现辅台面平行于主台面和辅台面支架方向的平动；试件安装于辅台面上，并通过螺栓固定，所述振动装置可以实现三轴六自由度的运动控制，同时，对于大位移地震模拟实验，以及复杂的波形控制试验，波形信号中高频、小位移部分可以通过水平布置第一作动器、第四作动器、第七作动器、第八作动器、第九作动器、第十作动器、第十一作动器、第十二作动器和垂直布置第二作动器、第三作动器、第五作动器、第六作动器联动实现，波形信号中低频、大位移部分可以通过第一液压马达、第二液压马达、第三液压马达分别驱动第三滚珠丝杠、第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠联动实现，既不相互干扰，又能协同工作，实现联动控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明由于采用双台面结构，地震模拟振动装置可以实现低频下大位移的运动，最大可实现位移为两个运动台面的位移叠加，运动幅度可达几米，因而可以真实模拟高层建筑地震中的运动情况，极大的节省资源。
（2）本发明由于采用液压马达通过滚珠丝杠驱动辅台面沿水平导轨运动，可以实现频率很低情况下的运动模拟，同时，采用滚珠丝杠结构，可以大幅度扩展地震模拟振动装置的位移上限，使得辅台面运动位移上限可以数倍于主台面的位移上限。
（3）本发明中辅台面相对于主台面沿平面方向均铺有导轨，可以实现辅台面的水平方向运动，使得两个方向的运动位移得到扩展，同时结合主台面的三轴六自由度运动特征，使得辅台面可以实现三轴六自由度运动，同时保持大的位移。
附图说明
图1是双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动装置包括主运动台体、辅运动台体和作动器，所述主运动台体包括主台面17、第一导轨6、第四导轨18、第五导轨22、第二液压马达23、第三液压马达24、第一滚珠丝杠5、第二滚珠丝杠20，所述辅运动台体包括辅台面9、辅台面支架7、第二导轨8、第三导轨11、第一液压马达10、第三滚珠丝杠21，所述作动器包括水平布置第一作动器1、第四作动器4、第七作动器14、第八作动器15、第九作动器16、第十作动器19、第十一作动器25、第十二作动器26，垂直布置第二作动器2、第三作动器3、第五作动器12、第六作动器13；主台面17水平布置有第一作动器1、第四作动器4、第七作动器14、第八作动器15、第九作动器16、第十作动器19、第十一作动器25、第十二作动器26，主台面17上垂直布置有第二作动器2、第三作动器3、第五作动器12、第六作动器13，并通过球铰连接，主台面17上设有第一导轨6、第四导轨18、第五导轨22、第二液压马达23、第三液压马达24，并通过螺栓连接，第二液压马达23、第三液压马达24的转轴上分别设有第一滚珠丝杠5、第二滚珠丝杠20，并通过联轴器连接，第一导轨6、第四导轨18、第五导轨22的滑块和第一滚珠丝杠5、第二滚珠丝杠20的螺母安装在辅台面支架7上，并通过螺栓连接，辅台面支架7上设有第二导轨8、第三导轨11、第一液压马达10，并通过螺栓连接，第一液压马达10的转轴上设有第三滚珠丝杠21，并通过联轴器连接，第二导轨8、第三导轨11的滑块和第三滚珠丝杠21的螺母安装在辅台面9上，并通过螺栓连接。
双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动方法是：水平布置第一作动器1、第四作动器4、第七作动器14、第八作动器15、第九作动器16、第十作动器19、第十一作动器25、第十二作动器26联动实现主运动台体和辅运动台体水平方向的平动和转动，垂直布置第二作动器2、第三作动器3、第五作动器12、第六作动器13联动实现主运动台体和辅运动台体垂直方向的平动和转动，水平布置第一作动器1、第四作动器4、第七作动器14、第八作动器15、第九作动器16、第十作动器19、第十一作动器25、第十二作动器26和垂直布置第二作动器2、第三作动器3、第五作动器12、第六作动器13的联动实现主运动台体和辅运动台体的三轴六自由度方向运动；第二液压马达23、第三液压马达24的转动分别通过第一滚珠丝杠5、第二滚珠丝杠20实现辅运动台体平行于主台面17沿第一滚珠丝杠5、第二滚珠丝杠20中心轴线方向的运动，第一导轨6、第四导轨18、第五导轨22实现主运动台体的稳定支撑，并具有抗倾覆作用；第一液压马达10的转动通过第三滚珠丝杠21实现辅台面9平行于主台面17和辅台面支架7沿第三滚珠丝杠21中心轴线方向的运动，第二液压马达23、第三液压马达24、第一液压马达10的联动实现辅台面9平行于主台面17和辅台面支架7方向的平动；试件安装于辅台面9上，并通过螺栓固定，所述振动装置可以实现三轴六自由度的运动控制，同时，对于大位移地震模拟实验，以及复杂的波形控制试验，波形信号中高频、小位移部分可以通过水平布置第一作动器1、第四作动器4、第七作动器14、第八作动器15、第九作动器16、第十作动器19、第十一作动器25、第十二作动器26和垂直布置第二作动器2、第三作动器3、第五作动器12、第六作动器13联动实现，波形信号中低频、大位移部分可以通过第一液压马达10、第二液压马达23、第三液压马达24分别驱动第三滚珠丝杠21、第一滚珠丝杠5、第二滚珠丝杠20联动实现，既不相互干扰，又能协同工作，实现联动控制。
Claims (2)
1.一种双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动装置，其特征在于：包括主运动台体、辅运动台体和作动器，所述主运动台体包括主台面（17）、第一导轨（6）、第四导轨（18）、第五导轨（22）、第二液压马达（23）、第三液压马达（24）、第一滚珠丝杠（5）、第二滚珠丝杠（20），所述辅运动台体包括辅台面（9）、辅台面支架（7）、第二导轨（8）、第三导轨（11）、第一液压马达（10）、第三滚珠丝杠（21），所述作动器包括水平布置第一作动器（1）、第四作动器（4）、第七作动器（14）、第八作动器（15）、第九作动器（16）、第十作动器（19）、第十一作动器（25）、第十二作动器（26），垂直布置第二作动器（2）、第三作动器（3）、第五作动器（12）、第六作动器（13）；主台面（17）水平布置有第一作动器（1）、第四作动器（4）、第七作动器（14）、第八作动器（15）、第九作动器（16）、第十作动器（19）、第十一作动器（25）、第十二作动器（26），主台面（17）上垂直布置有第二作动器（2）、第三作动器（3）、第五作动器（12）、第六作动器（13），并通过球铰连接，主台面（17）上设有第一导轨（6）、第四导轨（18）、第五导轨（22）、第二液压马达（23）、第三液压马达（24），并通过螺栓连接，第二液压马达（23）、第三液压马达（24）的转轴上分别设有第一滚珠丝杠（5）、第二滚珠丝杠（20），并通过联轴器连接，第一导轨（6）、第四导轨（18）、第五导轨（22）的滑块和第一滚珠丝杠（5）、第二滚珠丝杠（20）的螺母安装在辅台面支架（7）上，并通过螺栓连接，辅台面支架（7）上设有第二导轨（8）、第三导轨（11）、第一液压马达（10），并通过螺栓连接，第一液压马达（10）的转轴上设有第三滚珠丝杠（21），并通过联轴器连接，第二导轨（8）、第三导轨（11）的滑块和第三滚珠丝杠（21）的螺母安装在辅台面（9）上，并通过螺栓连接。
2.一种使用如权利要求1所述装置的双台面大位移三轴六自由度地震模拟振动方法，其特征在于：水平布置第一作动器（1）、第四作动器（4）、第七作动器（14）、第八作动器（15）、第九作动器（16）、第十作动器（19）、第十一作动器（25）、第十二作动器（26）联动实现主运动台体和辅运动台体水平方向的平动和转动，垂直布置第二作动器（2）、第三作动器（3）、第五作动器（12）、第六作动器（13）联动实现主运动台体和辅运动台体垂直方向的平动和转动，水平布置第一作动器（1）、第四作动器（4）、第七作动器（14）、第八作动器（15）、第九作动器（16）、第十作动器（19）、第十一作动器（25）、第十二作动器（26）和垂直布置第二作动器（2）、第三作动器（3）、第五作动器（12）、第六作动器（13）的联动实现主运动台体和辅运动台体的三轴六自由度方向运动；第二液压马达（23）、第三液压马达（24）的转动分别通过第一滚珠丝杠（5）、第二滚珠丝杠（20）实现辅运动台体平行于主台面（17）沿第一滚珠丝杠（5）、第二滚珠丝杠（20）中心轴线方向的运动，第一导轨（6）、第四导轨（18）、第五导轨（22）实现主运动台体的稳定支撑，并具有抗倾覆作用；第一液压马达（10）的转动通过第三滚珠丝杠（21）实现辅台面（9）平行于主台面（17）和辅台面支架（7）沿第三滚珠丝杠（21）中心轴线方向的运动，第二液压马达（23）、第三液压马达（24）、第一液压马达（10）的联动实现辅台面（9）平行于主台面（17）和辅台面支架（7）方向的平动；试件安装于辅台面（9）上，并通过螺栓固定，所述振动装置实现三轴六自由度的运动控制，同时，对于大位移地震模拟实验，以及复杂的波形控制试验，波形信号中高频、小位移部分通过水平布置第一作动器（1）、第四作动器（4）、第七作动器（14）、第八作动器（15）、第九作动器（16）、第十作动器（19）、第十一作动器（25）、第十二作动器（26）和垂直布置第二作动器（2）、第三作动器（3）、第五作动器（12）、第六作动器（13）联动实现，波形信号中低频、大位移部分通过第一液压马达（10）、第二液压马达（23）、第三液压马达（24）分别驱动第三滚珠丝杠（21）、第一滚珠丝杠（5）、第二滚珠丝杠（20）联动实现，既不相互干扰，又能协同工作，实现联动控制。
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