CN104034502A - 一种变频多级振动加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变频多级振动加载试验装置，该装置包括底板(1)、顶板(2)、增重板(27)、平衡配重块(7)、变速电机(9)、支撑组件、固定组件、传动组件、振动传感器(26)及偏心块(24)，底板(1)与顶板(2)通过支撑组件相连接，固定组件将变速电机(9)、传动组件及偏心块(24)固定安装在顶板(2)上，平衡配重块(7)的安装位置与变速电机(9)的重心位置关于顶板(1)中心线对称，振动传感器(26)分别对称相向地设置在底板(1)和顶板(2)上，增重板(27)固定安装在底板(1)上。与现有技术相比，本发明能更根据模型箱尺寸更换底板，应用范围广，质量轻，移动方便，具有实时监测实验装置输出动荷载信息的功能。

Description

一种变频多级振动加载试验装置

技术领域

本发明属于土木工程测试仪器技术领域，涉及一种变频多级振动加载试验装置。

背景技术

振动荷载是土木工程中基本的荷载形式之一，其对工程结构的影响远比静荷载复杂，模型试验是研究振动荷载产生的各种复杂工程问题和科学理论问题的必须研究手段，而振动加载设备一直是模型试验中的核心装置，目前国内外已有研制了各种振动试验机，如振动台、电磁激振器、液压振动加载等设备，但这些装置存在一定的缺点，如制造和试验费用高昂、体积大不适用于小型模型试验、动力荷载不稳定、通用性差等。因此模型试验研究中急需一种制造和试验费用便宜、体积小、振动荷载加载质量高、通用性好的振动加载试验机。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种变频多级振动加载试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种变频多级振动加载试验装置，该试验装置包括底板、顶板、平衡配重块、变速电机、支撑组件、固定组件、传动组件、振动传感器及偏心块，所述的底板与顶板通过支撑组件相连接，所述的固定组件将变速电机、传动组件及偏心块固定安装在顶板上，所述平衡配重块的安装位置与变速电机的重心位置关于顶板中心线对称，所述的振动传感器分别对称相向地设置在底板和顶板上；

所述的实验装置通过变速电机带动对称设置而转向相反的偏心块旋转，使水平偏心力互相抵消，并通过弹簧输出纵向正谐振动载荷。

所述底板可以根据实际需要更换，如尺寸较大时，应增加加强筋防止板材变形；所述平衡配重块的质量等于变速电机和电机传动带质量之和，其最佳位置应使振动过程中顶板水平位移最小；所述变速电机的功率大、体积小、质量轻而且性能可靠。

所述的支撑组件包括弹簧支撑螺纹杆和弹簧，所述的弹簧支撑螺纹杆为至少一对，并对称设置在底板上，向上穿过设置在顶板上的弹簧支撑螺纹杆穿出孔，将底板和顶板连接起来，所述弹簧套设在弹簧支撑螺纹杆上。

所述的弹簧分为相互独立的顶板弹簧和底板弹簧，所述顶板弹簧的一端通过弹簧卡扣固定在顶板上，另一端通过垫片连接至弹簧支撑螺纹杆的螺母上，所述底板弹簧的两端分别固定在底板和顶板上。所述的弹簧卡扣下部呈圆柱体状，用于连接弹簧，其圆柱体的直径略小于弹簧内径，上部为正六面体状，用于限制弹簧移动，其外接圆直径大于弹簧外直径，其内部设有与弹簧支撑螺纹杆相匹配的螺纹。

弹簧的选择应避免振动过程中顶板与底板相互碰撞，而且不能过长以免造成振动过程中试验机重心不稳，弹簧支撑螺纹杆尺寸应与弹簧相配套。顶板弹簧与底板弹簧的型号一致，顶板弹簧用弹簧卡扣压紧，可增加试验机振动稳定性，而且使顶板振动位移振幅减小一半。所述弹簧卡扣下部连接弹簧的圆柱体的直径略小于弹簧内直径，上部限制弹簧移动的正六面体的外接圆直径大于弹簧外直径，其内部有与中心杆相匹配的螺纹，该弹簧卡扣不仅可以减小弹簧水平弯曲，而且能避免传统弹簧卡扣在振动过程中的松动问题。

所述的固定组件包括一级从动齿轮支架、电机支架、二级从动齿轮支架及偏心块固定圆盘，所述的一级从动齿轮支架、二级从动齿轮支架及电机支架将传动组件固定安装在顶板上，所述的偏心块固定圆盘将偏心块固定在传动组件上。

所述的一级从动齿轮支架和二级从动齿轮支架均为一对，所述一级从动齿轮对称安装在顶板的正中央，所述二级从动齿轮支架对称安装在顶板的左右两端。

所述的传动组件包括电机主动齿轮、电机从动齿轮、传动带、一级从动齿轮、二级从动齿轮、一级从动齿轮轴承、二级从动齿轮轴承及咬合齿轮，所述的一级从动齿轮、咬合齿轮及电机从动齿轮通过一级从动齿轮轴承固定在一级从动齿轮支架上，所述的二级从动齿轮通过二级从动齿轮轴承固定在二级从动齿轮支架上，所述电机主动齿轮与电机从动齿轮之间、一级从动齿轮与二级从动齿轮之间通过传动带相连接。

所述的一级从动齿轮、咬合齿轮、二级从动齿轮及偏心块固定圆盘均为两对。

所述的传动带为皮带或链条。

所述的底板上还设有增重板，该增重板上设有螺栓孔，增重板通过增重板固定螺纹杆穿过螺栓孔固定安装在底板上。

本发明采用高强轻质材料，工作时，通过调节变速电机的转速和传动齿轮的直径比，进行振动荷载频率的调节；通过调节增重板的质量，进行振动荷载基准值的调节；通过调节偏心块的材质、厚度、数量、中心角及其在偏心块固定圆盘上的布置位置，进行振动荷载振幅的调节。同时安装在顶板和底板上的振动传感器能够用来监测试验装置输出的振动荷载信息，并判断是否满足模型试验的要求。

本发明一种变频多级振动加载试验装置可用于模拟火车、地铁列车、交通车辆、动力机械等土木工程中常见的振动荷载，能调节输出振动荷载频率、振动荷载基准值以及振动荷载振幅，而且方便移动，适用于不同尺寸的模型试验，能够监测试验机输出动荷载的相关信息。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1.能调节输出振动荷载的频率、动荷载基准值以及动荷载振幅；

2.输出振动荷载质量畸变少、稳定可靠。

3.采用轻质高强材料制作，移动方便；

4.能根据模型箱尺寸更换底板，使用范围广泛；

5.具有监测试验机输出动荷载信息的功能。

附图说明

图1为变频多级振动加载试验装置维示意图；

图2变频多级振动加载试验装置立面图；

图3变频多级振动加载试验装置平面图：

图4变频多级振动加载试验装置底板平面图；

图5变频多级振动加载试验装置底板侧立图：

图6变频多级振动加载试验装置底板正立图；

图7变频多级振动加载试验装置顶板平面图；

图8变频多级振动加载试验装置增重板平面图；

图9变频多级振动加载试验装置偏心块固定盘平面图；

图10变频多级振动加载试验装置偏心块平面图；

图11变频多级振动加载试验装置偏心块布置图；

图12变频多级振动加载试验装置弹簧立面图；

图13变频多级振动加载试验装置弹簧平面图。

图中标记说明：

1-底板、2-顶板、3-增重板固定螺纹杆、4-弹簧支撑螺纹杆、5-弹簧、6-吊绳固定孔、7-平衡配重块、8-传动带a、9-变速电机、10-电机主动齿轮、11-一级从动齿轮、12-一级从动齿轮轴承、13-一级从动齿轮支架、14-电机支架、15-二级从动齿轮支架、16-二级从动齿轮、17-二级从动齿轮轴承、18-偏心块固定圆盘、19-传动带b、20-咬合齿轮、21-弹簧支撑螺纹杆穿出孔、22-螺母、23-垫片、24-偏心块、25-观测沉降圆孔、26-振动传感器、27-增重板、28-螺栓孔、29-轴承孔、30-偏心块固定孔、31-电机从动齿轮、51-弹簧卡扣正六面体部分、52-弹簧卡扣圆柱体部分、53-弹簧卡扣螺纹。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

图1～3所示，为本发明一种变频多级振动加载试验装置，该装置通过变速电机9带动对称设置而转向相反的偏心块24旋转，使水平偏心力互相抵消，并通过弹簧5输出纵向正谐振动载荷，所述试验装置包括底板1、顶板2、增重板27、平衡配重块7、变速电机9、支撑组件、固定组件、传动组件、振动传感器26及偏心块24，所述的底板1与顶板2通过支撑组件相连接，所述的固定组件将变速电机9、传动组件及偏心块24固定安装在顶板2上，所述平衡配重块7的安装位置与变速电机9的重心位置关于顶板2中心线对称，所述的振动传感器26分别对称相向地设置在底板1和顶板2上，所述的增重板27固定安装在底板1上。

底板1可以根据实际需要更换，如尺寸较大时，应增加加强筋防止板材变形；所述平衡配重块7的质量等于变速电机9和电机传动带质量之和，其最佳位置应使振动过程中顶板1水平位移最小；所述变速电机9的功率大、体积小、质量轻而且性能可靠。支撑组件包括弹簧支撑螺纹杆4和弹簧5，弹簧支撑螺纹杆4有三组，每组有三个，等间距设置在底板1前后两端和中间的位置上；每个弹簧支撑螺纹杆4向上穿过设置在顶板2上的弹簧支撑螺纹杆穿出孔21，共同将底板1和顶板2连接起来，弹簧5套设在每个弹簧支撑螺纹杆4上。其中，弹簧5分为相互独立的顶板弹簧和底板弹簧，所述顶板弹簧的一端通过弹簧卡扣固定在顶板1上，另一端通过垫片23连接至弹簧支撑螺纹杆4的螺母22上，底板弹簧的两端分别固定在底板1和顶板2上。在选择弹簧5的长度时，应充分考虑避免振动过程中顶板1与底板2相互碰撞，长度不能过长以免造成振动过程中试验装置重心不稳。弹簧支撑螺纹杆4的尺寸与弹簧5相配套。顶板弹簧与底板弹簧的型号一致，顶板弹簧用弹簧卡扣压紧，可增加试验装置振动稳定性，而且使顶板1振动位移振幅减小一半。所述弹簧卡扣的结构如图12～13所述，包括弹簧卡扣正六面体部分51、弹簧卡扣圆柱体部分52，其中弹簧卡扣正六面体部分51和圆柱体部分52的内圈设有与弹簧螺纹中心杆4相匹配的弹簧卡扣螺纹53，下部连接弹簧5的弹簧卡扣圆柱体部分的直径略小于弹簧5内径，上部限制弹簧移动的弹簧卡扣正六面体部分51的外接圆直径大于弹簧5外径，该弹簧卡扣不仅可以减小弹簧5水平弯曲，而且能避免传统弹簧卡扣在振动过程中的松动问题。固定组件包括增重板固定螺纹杆3、一级从动齿轮支架13、电机支架14、二级从动齿轮支架15及偏心块固定圆盘18，增重板固定螺纹杆3穿过增重板27上的螺栓孔28，并通过螺栓将增重板27固定安装在底板1上；一级从动齿轮支架13、二级从动齿轮支架15及电机支架14将传动组件固定安装在顶板2上，偏心块固定圆盘18将偏心块24固定在传动组件上；一级从动齿轮支架13和二级从动齿轮支架15均为一对，其中，一级从动齿轮支架13对称安装在顶板2的正中央，二级从动齿轮支架15对称安装在顶板2的左右两端。传动组件包括电机主动齿轮10、电机从动齿轮31、传动带a8、传动带b19、一级从动齿轮11、二级从动齿轮16、一级从动齿轮轴承12、二级从动齿轮轴承17及咬合齿轮20，一级从动齿轮11、咬合齿轮20及电机从动齿轮31通过一级从动齿轮轴承12固定在一级从动齿轮支架13上，二级从动齿轮16通过二级从动齿轮轴承17固定在二级从动齿轮支架15上，所述电机主动齿轮10与电机从动齿轮31之间通过传动带a8相连接，一级从动齿轮11与二级从动齿轮16之间通过传动带b19相连接。一级从动齿轮11、咬合齿轮20、二级从动齿轮16及偏心块固定圆盘18均为两对，所述传动带为皮带或链条。

图4～6所示为变频多级振动加载试验装置的底板1结构示意图，其中，振动传感器26为一对，沿着底板1的中心线对称设置；观测沉降圆孔25共设有十三个，并以“T”字型结构分布在底板1上，埋设于土体中的测量土体变形的传感器数据线或者沉降标可从观测沉降圆孔25穿出，便于监测动荷载作用下的土体变形；增重板固定螺纹杆3共设有两组，每组有三个，等间距设置在底板1上，主要用于固定增重板27。图8所示，增重板27上设有螺栓孔28，增重板固定螺纹杆3穿过螺栓孔28将增重板27固定在底板1上。

图7所示为变频多级振动加载试验装置的顶板2结构示意图，顶板2上同样设有一对振动传感器26和十三个“T”字型分布的观测沉降圆孔25，其中，每个振动传感器26和观测沉降圆孔25的位置都与底板1上的相对应。顶板2上还设有两对吊绳固定孔6，每对吊绳固定孔6分别位于顶板2的左右两端，且两两对称分布。吊绳固定孔6主要作为吊绳的固定点，用以整个装置的起吊移动。

图9所示为变频多级振动加载试验装置偏心块固定盘18的平面图，偏心块固定盘18的圆心出设有轴承孔29，用于将偏心块固定盘18固定在二级从动齿轮轴承17上，同时，沿着偏心块固定盘18圆心线还设有偏心块固定孔30，各圆心线之间的夹角为60°，每条圆心线上等间距设有两个偏心块固定孔30。

图10所示为变频多级振动加载试验装置偏心块24平面图，偏心块24为类扇形结构，偏心块上设有偏心块固定孔30和轴承孔29，其中轴承孔29和偏心块固定孔30的位置和尺寸分别与偏心块固定盘18上的相匹配。图11所示为两块偏心块24安装在偏心块固定盘18上。

工作时，通过调节变速电机9的转速和传动齿轮的直径比来控制振动荷载频率；通过调节增重板27的质量来控制振动荷载基准值；通过调节偏心块24的材质、厚度、数量、中心角及其在偏心块固定圆盘18上的布置位置来控制振动荷载振幅。同时，安装在顶板2和底板1上的振动传感器26能够用来监测试验装置输出的振动荷载信息，并判断是否满足模型试验的要求。

Claims (10)

1.一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，该试验装置包括底板(1)、顶板(2)、平衡配重块(7)、变速电机(9)、支撑组件、固定组件、传动组件、振动传感器(26)及偏心块(24)，所述的底板(1)与顶板(2)通过支撑组件相连接，所述的固定组件将变速电机(9)、传动组件及偏心块(24)固定安装在顶板(2)上，所述平衡配重块(7)的安装位置与变速电机(9)的重心位置关于顶板(2)中心线对称，所述的振动传感器(26)分别对称相向地设置在底板(1)和顶板(2)上；

所述的实验装置通过变速电机(9)带动对称设置而转向相反的偏心块(24)旋转，使水平偏心力互相抵消，并通过弹簧(5)输出纵向正谐振动载荷。

2.根据权利要求1所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的支撑组件包括弹簧支撑螺纹杆(4)和弹簧(5)，所述的弹簧支撑螺纹杆(4)为至少一对，对称设置在底板(1)上，并向上穿过设置在顶板(2)上的弹簧支撑螺纹杆穿出孔(21)，将底板(1)和顶板(2)连接起来，所述弹簧(5)套设在弹簧支撑螺纹杆(4)上。

3.根据权利要求2所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的弹簧(5)分为相互独立的顶板弹簧和底板弹簧，所述顶板弹簧的一端通过弹簧卡扣固定在顶板上，另一端通过垫片连接至弹簧支撑螺纹杆的螺母上，所述底板弹簧的两端分别固定在底板(1)和顶板(2)上。

4.根据权利要求3所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的弹簧卡扣下部呈圆柱体状，用于连接弹簧，其圆柱体的直径小于弹簧内径，上部为正六面体状，用于限制弹簧移动，其外接圆直径大于弹簧外直径，其内部设有与弹簧支撑螺纹杆(4)相匹配的螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的固定组件包括一级从动齿轮支架(13)、电机支架(14)、二级从动齿轮支架(15)及偏心块固定圆盘(18)，所述的一级从动齿轮支架(13)、二级从动齿轮支架(15)及电机支架(14)将传动组件固定安装在顶板(2)上，所述的偏心块固定圆盘(18)将偏心块(24)固定在传动组件上。

6.根据权利要求5所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的一级从动齿轮支架(13)和二级从动齿轮支架(15)均为一对，所述一级从动齿轮支架(13)对称安装在顶板(2)的正中央，所述二级从动齿轮支架(15)对称安装在顶板(2)的左右两端。

7.根据权利要求5或6所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的传动组件包括电机主动齿轮(10)、电机从动齿轮(31)、传动带、一级从动齿轮(11)、二级从动齿轮(16)、一级从动齿轮轴承(12)、二级从动齿轮轴承(17)及咬合齿轮(20)，所述的一级从动齿轮(11)、咬合齿轮(20)及电机从动齿轮(31)通过一级从动齿轮轴承(12)固定在一级从动齿轮支架(13)上，所述的二级从动齿轮(16)通过二级从动齿轮轴承(17)固定在二级从动齿轮支架(15)上，所述电机主动齿轮(10)与电机从动齿轮(31)之间、一级从动齿轮(11)与二级从动齿轮(16)之间通过传动带相连接。

8.根据权利要求7所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的一级从动齿轮(11)、咬合齿轮(20)、二级从动齿轮(16)及偏心块固定圆盘(18)均为两对，所述的传动带为皮带或链条。

9.根据权利要求1所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，所述的底板(1)上还设有增重板(27)，该增重板(27)上设有螺栓孔(28)，增重板(27)通过增重板固定螺纹杆(3)穿过螺栓孔(28)固定安装在底板(1)上。

10.根据权利要求1所述的一种变频多级振动加载试验装置，其特征在于，工作时，通过调节变速电机(9)的转速和传动齿轮的直径比，进行振动荷载频率的调节；通过调节增重板(27)的质量，进行振动荷载基准值的调节；通过调节偏心块(24)的材质、厚度、数量、中心角及其在偏心块固定圆盘(18)上的布置位置，进行振动荷载振幅的调节。