CN108414177A - 工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，所述振动装置安装在离心机的转臂的吊篮上，并通过液压系统驱动；所述振动装置包括模型箱、底板、振动台面和液压缸，所述液压系统包括高压油泵、主进油蓄能器、主回油蓄能器、次进油蓄能器和次回油蓄能器；本发明工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置能够在高离心场下、高负载且频响较高的电液伺服振动装置，该装置有效克服了基于其他原理的振动装置和地面振动装置的缺点，具有驱动负载能力强、响应频率高且频响范围较大，响应精度高等特点，能够很好地满足离心场下土结构的地震模拟实验的要求。
Description
技术领域
本发明涉及振动模拟试验领域，尤其涉及一种工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置。
背景技术
离心场下模型的振动模拟试验是一项研究岩土工程地震发生及破坏机理的高新技术，目前这项技术已经用于堤坝抗震变形、边坡抗震稳定性、地震条件下岩土结构的相互作用、土体液化等方面的研究，大量试验表明，离心场下的振动试验结果能很好地再现工程结构状况与破坏机理，在分析地震破坏机制，抗震技术计算及数值模型验证等方面具有巨大的优越性。
离心场下的地震模拟试验具有模型与原型的应力应变相等、变形相似、破坏机理相同等优点，而能够在离心场下有效工作的振动装置则是最有效的地震模拟试验设备。根据振动机理的不同，出现了以下不同形式的振动装置：
弹簧驱动式振动装置由液压系统触发振动，利用板簧作为振动源，在模型箱的一侧安装板簧调整振动频率，但只能输出正弦波、出力小、振动频率低、频率范围窄，无法满足指定的振动要求。
爆炸式振动装置是在模型箱前安置药室，药室与模型箱通过有过滤作用的波反射箱连接，当药室发生爆炸时，压缩空气就会推动模型箱进行活塞运动，爆炸式振动装置振幅精度差，输出波形与要求的振动波形误差较大。
电磁振动装置是用感应绕阻产生磁场，使模型振动的原理。以上原理各不相同的振动台由于本身的缺陷无法得到广泛应用并且应用在离心场下其技术实现非常困难，电磁振动装置的大电磁作动器重量和体积都较大，负载较小，受离心机有效负载的限制较大，上述原理振动台主要在地面上使用，地面振动装置由于其驱动小、负载小、振动频率低等缺点无法准确模拟原型土体的应变场、无法精确再现真实地震的发生和破坏机理。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，所述振动装置安装在离心机的转臂的吊篮上，并通过液压系统驱动；
所述振动装置包括模型箱、底板、振动台面和液压缸，所述底板水平设置且安装在所述转臂的一端吊篮平台上，所述液压缸水平设置且与所述底板固定连接，所述振动台面通过滑动机构与所述底板可滑动连接，所述模型箱与所述振动台面可拆卸连接，所述底板通过连接螺钉与所述吊篮底面固定连接；
所述液压系统包括高压油源、主进油蓄能器、主回油蓄能器、次进油蓄能器和次回油蓄能器和伺服阀，所述高压油源的出油端和进油端均通过伺服阀与所述液压缸连通，所述高压油源的出油端与所述液压缸之间的油路上依次连接有所述主进油蓄能器、所述次进油蓄能器和伺服阀，所述高压油源的回油端与所述液压缸之间的油路上依次连接所述伺服阀、所述主回油蓄能器和所述次回油蓄能器。
具体地，所述主进油蓄能器和所述主回油蓄能器的数量为两个，两个所述主进油蓄能器分别对称设置在所述转臂的外侧，两个所述主回油蓄能器分别对称设置在所述转臂的内侧，所述主进油蓄能器和所述主回油蓄能器与所述高压油源之间的管路通过旋转接头连通，所述伺服阀与所述液压缸集成设计，成为一体。
所述次进油蓄能器和所述次回油蓄能器分别平行设置在所述振动台面的两侧，所述滑动机构包括导轨和滑块，所述导轨固定设置在所述底板上，所述振动台面通过所述滑块与所述导轨可滑动连接。
优选地，所述连接螺钉与所述液压缸的动作方向平行。
具体地，所述液压缸的固定端通过固定螺钉与所述底板固定连接，所述液压杆的动作方向设置有用于承担反作用剪应力的销钉。
具体地，所述液压缸的活塞杆与所述振动台面之间通过连接件联接，所述液压缸与所述连接件之间通过螺纹连接，所述连接件上的内螺纹设置有切槽，并通过多个消隙螺钉消除联接间隙，所述连接件与所述振动台面之间通过多个推销联接。
进一步，所述液压缸的活塞杆与所述液压缸的缸体之间设置有静压支承，所述静压支承与辅助油泵连通，所述辅助油泵设置在地下室内。
具体地，所述离心机包括所述转臂和驱动系统，所述驱动系统的驱动轴竖直设置，所述转臂水平设置，所述转臂的两端分别设置有两个所述吊篮，所述振动装置和配重块分别固定设置在两个所述吊篮内。
具体地，所述驱动轴通过传动支承竖直固定在主机室底面上，所述主机室下方设置有地下室，所述高压油源和所述驱动系统均设置在所述地下室内，所述主机室的地面设置有与所述地下室连通的通孔，所述驱动轴的下端穿过所述通孔与所述驱动系统的转矩输出端连接。
本发明的有益效果在于：
本发明工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置能够在高离心场下、高负载且频响较高的电液伺服振动装置，该装置有效克服了基于其他原理的振动装置和地面振动装置的缺点，具有驱动负载能力强、响应频率高且频响范围较大，响应精度高等特点，能够很好地满足离心场下土结构的地震模拟实验的要求。
附图说明
图1是本发明所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置的安装主视图；
图2是本发明所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置的安装俯视图；
图3是本发明所述振动装置的结构示意图；
图4是本发明所述振动装置的结构示意图；
图5是本发明所述液压缸的安装示意图；
图6是本发明所述连接件的结构示意图；
图7是本发面所述液压系统的液压原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明一种工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，包括离心系统、液压系统和振动系统6，
液压系统包括高压油源1、主进油蓄能器8、主回油蓄能器9、次进油蓄能器15和次回油蓄能器16，高压油源1的出油端和回油端均通过伺服阀与液压缸13连通，高压油源1的出油端与液压缸13之间的油路上依次连接有主进油蓄能器8和次进油蓄能器15，高压油源1的回油端与液压缸之间的油路上依次连接有主回油蓄能器9和次回油蓄能器16，主进油蓄能器8和主回油蓄能器9的数量为两个，两个主进油蓄能器8分别对称设置在转臂3的外侧，两个主回油蓄能器9分别对称设置抽到转臂3的内侧，主进油蓄能器8和主回油蓄能器9与高压油源1之间的管路通过旋转接头连通，次进油蓄能器15和次回油蓄能器16分别平行设置在振动台面14的两侧，导轨17固定设置在底板12上，振动台面14通过滑块18与导轨17可滑动连接。
液压系统是振动装置的动力机构，由伺服阀、液压缸13、蓄能器组、旋转接头和高压油源1等组成。为了保证液压系统的稳定性，采用静压支承和液压缸13分别供油，以保证静压支承的稳定工作。在主进油路上布置两个进油蓄能器，为振动试验时提供大流量高压油，同时在主回油路布置两个回油蓄能器，以储存振动试验时瞬时的大流量回油，主进油路两个主进油蓄能器8对称安装在转臂3两侧，主回油路两个主回油蓄能器9对称安装在转臂3内部，该布局可以减小蓄能器在离心场下对转臂3的影响。
伺服阀采用先导级控制，先导级为内控式，由主油路供油。振动实验开始前，首先打开辅助油泵，为静压支承供油，使活塞杆能够顺利浮起，处于准备工作状态；然后打开高压油源1，输出的高压油经过旋转接头至离心机上的蓄能器，将其充满至额定压力。
实验开始后，一方面通过伺服阀控制供油蓄能器为液压缸13供油，另一方面高压油源1终处于供油状态，从而提供液压缸13往复运动所需的补充液压油。
液压缸13作为振动装置的驱动元件，其本身的频响特性直接影响到振动装置的频响，为提高液压缸13频响采取如下措施：把伺服阀与液压缸13集成设计，尽量缩短伺服阀与液压缸13油腔间的距离；在满足力学要求的基础上尽量减轻活塞杆重量，且在活塞杆两端部与缸体接触处设计静压支承以保证活塞杆沿振动方向上的刚性，液压缸13的活塞杆与液压缸13的缸体之间设置有静压支承，静压支承与辅助油泵连通，辅助油泵设置在地下室11内。
离心系统包括转臂3和驱动系统2，驱动系统2的驱动轴竖直设置，转臂3水平设置，且通过静压支承与驱动轴的上端固定连接，转臂3的两端的吊篮内分别设置有振动系统6和配重块7，驱动轴通过传动支承4竖直固定在主机室10底面上，主机室10下方设置有地下室11，高压油源1和驱动系统2均设置在地下室11内，主机室10的地面设置有与地下室11连通的通孔，驱动轴的下端穿过通孔与驱动系统2的转矩输出端连接。
高压油源1、旋转接头、驱动系统2安装在地下室11，这样可以减小油源的噪声对实验室的影响，同时高压油源1与旋转接头距离较近，减小管路的长度，从而减小了液压系统在管路上的压降。
振动装置6包括模型箱20、底板12、振动台面14和液压缸13，底板12通过连接螺钉23与吊篮5固定连接，液压缸13水平设置且与底板12固定连接，振动台面14与底板12可滑动连接，模型箱20与振动台面14可拆卸连接，连接螺钉23与液压缸13的动作方向平行，通过连接螺钉23固定，吊篮5作为系统的反冲质量，沿振动方向设计连接螺钉23顶住吊篮5，保证振动方向上的联结刚性，振动装置与吊篮5的连接方式把振动系统6的反作用力尽可能多的传递给吊篮5，以提高振动频率。
振动装置6设计整体安装底板12，直接安装在吊篮5上，导轨17作为振动系统6运动支承及运动导向安装在底板12上，振动台面14通过滑块18安装在导轨17上，剪切模型箱20及模型固定在振动台面14上，振动系统6在吊篮5内呈对称分布，可有效避免因布局不对称引入额外的负载扭矩，对离心机主机性能造成影响
液压缸13的固定端通过固定螺钉22与底板12固定连接，液压杆的动作方向设置有用于承担反作用剪应力的销钉21，液压缸13安装在底板12上，通过4颗销钉21和6颗固定螺钉22与底板12固连在一起，其中销钉21承担液压缸13的反作用剪应力，确保液压缸13在反作用力下与底板12沿振动方向上的相对位置不变。
液压缸13的活塞杆与振动台面14之间通过连接件19联接，液压缸13与连接件19之间通过螺纹连接，连接件19上的内螺纹设置有切槽，并通过多个消隙螺钉25消除联接间隙，连接件19与振动台面14之间通过多个推销24联接，液压缸13的活塞杆输出的速度和推力需有效传递给安装模型箱20的振动台面14，这样才能确保模型箱20处的振动情况与液压缸13活塞杆运动的一致性，才能确保振动频率。液压缸13与振动台面14之间通过连接件19联接，液压缸13活塞杆与连接件19之间通过螺纹联接，连接件19上的内螺纹开有切槽，并通过四颗消隙螺钉25消除联接间隙，连接件19与振动台面14之间设计四颗锥销联接，保证联接刚性。
整个振动系统6在离心机上的布局方式，振动系统6安装在吊篮5内且模型箱20一侧在吊篮5甩平时在液压缸13的上方，振动系统6沿液压缸13活塞杆轴线的对称设计方式，可避免因布局不对称引入额外的负载扭矩，减小对离心机主机性能造成影响。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述振动装置安装在离心机的转臂的吊篮上，并通过液压系统驱动；
所述振动装置包括模型箱、底板、振动台面和液压缸，所述底板水平设置且安装在所述转臂的一端吊篮平台上，所述液压缸水平设置且与所述底板固定连接，所述振动台面通过滑动机构与所述底板可滑动连接，所述模型箱与所述振动台面可拆卸连接，所述底板通过连接螺钉与所述吊篮底面固定连接；
所述液压系统包括高压油源、主进油蓄能器、主回油蓄能器、次进油蓄能器和次回油蓄能器和伺服阀，所述高压油源的出油端和进油端均通过所述伺服阀与所述液压缸连通，所述高压油源的出油端与所述液压缸之间的油路上依次连接有所述主进油蓄能器、所述次进油蓄能器和所述伺服阀，所述高压油源的回油端与所述液压缸之间的油路上依次连接所述伺服阀、所述主回油蓄能器和所述次回油蓄能器。
2.根据权利要求1所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述主进油蓄能器和所述主回油蓄能器的数量为两个，两个所述主进油蓄能器分别对称设置在所述转臂的外侧，两个所述主回油蓄能器分别对称设置在所述转臂的内侧，所述主进油蓄能器和所述主回油蓄能器与所述高压油源之间的管路通过旋转接头连通，所述伺服阀与所述液压缸集成设计，成为一体；
所述次进油蓄能器和所述次回油蓄能器分别平行设置在所述振动台面的两侧，所述滑动机构包括导轨和滑块，所述导轨固定设置在所述底板上，所述振动台面通过所述滑块与所述导轨可滑动连接。
3.根据权利要求1所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述连接螺钉与所述液压缸的动作方向平行。
4.根据权利要求1所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述液压缸的固定端通过固定螺钉与所述底板固定连接，所述液压杆的动作方向设置有用于承担反作用剪应力的销钉。
5.根据权利要求1所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述液压缸的活塞杆与所述振动台面之间通过连接件联接，所述液压缸与所述连接件之间通过螺纹连接，所述连接件上的内螺纹设置有切槽，并通过多个消隙螺钉消除联接间隙，所述连接件与所述振动台面之间通过多个推销联接。
6.根据权利要求1所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述液压缸的活塞杆与所述液压缸的缸体之间设置有静压支承，所述静压支承与辅助油泵连通，所述辅助油泵设置在地下室内。
7.根据权利要求1所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述离心机包括所述转臂和驱动系统，所述驱动系统的驱动轴竖直设置，所述转臂水平设置，所述转臂的两端分别设置有两个所述吊篮，所述振动装置和配重块分别固定设置在两个所述吊篮内。
8.根据权利要求7所述的工作在高离心场下的大负载高频响电液伺服振动装置，其特征在于：所述驱动轴通过传动支承竖直固定在主机室底面上，所述主机室下方设置有地下室，所述高压油源和所述驱动系统均设置在所述地下室内，所述主机室的地面设置有与所述地下室连通的通孔，所述驱动轴的下端穿过所述通孔与所述驱动系统的转矩输出端连接。
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