CN113188737B - 一种二维地震模拟振动台 - Google Patents

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    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/022—Vibration control arrangements, e.g. for generating random vibrations

Abstract

本发明公开一种二维地震模拟振动台，结构简单、体积小、重量轻，可以很好的满足隔震支座原理性验证和展示需要。该振动台从下往上依次为：底板、中板和上板；此外，还包括驱动组件、设置在底板和中板之间的下滑动组件以及设置在中板和上板之间的上滑动组件；下滑动组件用于实现中板相对底板沿X方向的滑动，上滑动组件用于实现上板相对中板沿Y方向的滑动；旋转驱动部件固定在底板上，用于驱动旋转盘绕其自身轴线转动；直线驱动部件固定在旋转盘上，旋转盘上沿其径向设置有滑槽；曲轴一端位于滑槽内，与滑槽滑动配合，另一端与直线驱动部件的动力输出端相连；直线驱动部件用于推动曲轴沿旋转盘上的滑槽做直线运动；曲轴通过轴承与上板连接。

Description

一种二维地震模拟振动台
技术领域
本发明涉及一种振动台，具体涉及一种小型二维地震模拟振动台。
背景技术
地震模拟振动台主要用来在试验中再现地震作用。《地震模拟振动台技术在中国的发展》(高春华等)中对国内振动台的发展历史、建设情况、性能指标、控制算法、试验技术研究进行了调研、总结、对比和分析评述，给出了国内典型振动台的台面尺寸、承载力、工作频率和最大加速度等功能指标，总结了振动台的建设现状和发展趋势。文章中指出，在模拟振动台发展的初期，采用机械式振动台的设计方案，但因工作频率较低，试件特性难以控制，后来被电液振动台逐步替代。现有国内的地震模拟振动台已经达到宽频率范围、大承载能力、高控制精度的水平，且可以进行三向六自由度的空间振动试验，其发展向着大型化、台阵化、智能化和网络化方向发展。
现有的地震模拟振动台多基于建筑隔震的试验要求进行设计，必须要求有较大的承载力与推动力，以及较大规模、相对稳定的试验台面，无需考虑试验台体的移动问题。因此现有的地震模拟振动台以电液振动台为主，和机械式振动台相比，在最大承载能力与控制精度上都有显著的优势，但制造成本与试验成本都非常高；由于电液系统的工作特性，作动附件较多，且系统较为复杂，同时布置受限，难以小型化使用。而隔震支座原理性验证和展示需要模拟振动台有一定的便携性与易调试性，对承载能力的要求不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种二维地震模拟振动台，结构简单、体积小、重量轻，可以很好的满足隔震支座原理性验证和展示需要。
所述的二维地震模拟振动台整体为三层结构，从下往上依次为：底板、中板和上板；所述底板、中板和上板均水平设置；
此外，还包括驱动组件、设置在底板和中板之间的下滑动组件以及设置在中板和上板之间的上滑动组件；
令底板所在平面内两个相互垂直的方向分别为X方向和Y方向，所述下滑动组件用于实现所述中板相对所述底板沿X方向的滑动，所述上滑动组件用于实现所述上板相对中板沿Y方向的滑动；
所述驱动组件包括：旋转驱动部件、直线驱动部件、旋转盘和曲轴；
所述旋转驱动部件固定在底板上，所述旋转驱动部件用于驱动所述旋转盘绕其自身轴线转动；所述直线驱动部件固定在所述旋转盘上，所述旋转盘上沿其径向设置有滑槽；所述曲轴一端位于滑槽内，与滑槽滑动配合，另一端与所述直线驱动部件的动力输出端相连，所述直线驱动部件用于推动曲轴沿旋转盘上的滑槽做直线运动；所述曲轴通过轴承与上板连接。
作为本发明的一种优选方式，所述旋转驱动部件为主电机及减速箱。
作为本发明的一种优选方式，所述直线驱动部件为直线电机。
作为本发明的一种优选方式，所述旋转驱动部件的动力输出端通过电滑环与旋转盘相连。
作为本发明的一种优选方式，所述下滑动组件包括：下导轨和下滑块；所述上滑动组件包括：上导轨和上滑块；
两根沿X方向设置的下导轨通过导轨支架支撑在底板上表面，每根下导轨上安装两个下滑块，所述下滑块与下导轨滑动配合；所述下滑块与所述中板相连；
两根沿Y方向设置的上导轨通过导轨支架支撑在中板上表面，每根上导轨上安装两个上滑块，上滑块与上导轨滑动配合；所述上滑块与所述上板相连。
作为本发明的一种优选方式，在所述底板的下表面呈矩形分布有四个调平螺钉，用于调整底板的平面度。
作为本发明的一种优选方式，所述振动台外部设置有防尘罩，所述上板上用于试样样品平台伸出所述防尘罩。
有益效果：
(1)本发明的振动台结构简单、体积小、重量轻，可以很好的满足隔震支座原理性验证和展示需要；
(2)本发明中部件加工简单，多采用市采标准件，成本低、易维护。动力输入部件为电机及减速箱，调试简单；
(3)通过对电机转角的控制，该地震模拟振动台可以按给定的平面运动轨迹进行运动，模拟真实的地震波(横波)产生的影响，从而能够对隔震支座样机进行更为全面的考核。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体结构剖示图；
图3为本发明上下导轨示意图；
图4为本发明驱动单元安装示意图；
图5为本发明旋转盘-曲轴连接示意图。
其中：1-调平螺钉、2-底板、3-下导轨、4-下滑块、5-中板、6-上导轨、7-上滑块、8-上板、9-主电机及减速箱、10-电滑环、11-旋转盘、12-直线电机、13-曲轴、14-防尘罩。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：
本实施例提供一种体积小、重量轻、低成本、易调试的小型二维地震模拟振动台，以双电机作为驱动，模拟真实的地震波(横波)，可以很好的完成小型隔震支座原理性验证与展示的实际需求。
如图1和图2所示，该地震模拟振动台整体为三层结构，从下往上依次为：底板2、中板5和上板8；底板2、中板5和上板8均水平设置；此外，还包括设置在底板2和中板5之间的下滑动组件、设置在中板5和上板8之间的上滑动组件、驱动组件；
其中下滑动组件包括：下导轨3和下滑块4；上滑动组件包括：上导轨6和上滑块7；驱动组件包括：主电机及减速箱9、电滑环10、旋转盘11、直线电机12和曲轴13。
该振动台的整体连接关系为：两根下导轨3通过导轨支架平行支撑在底板2上表面，每根下导轨3上安装两个下滑块4，下滑块4与下导轨3滑动配合，能够沿下导轨3滑动；每个下滑块4的通过螺钉连接至中板5，从而使中板5相对底板2能够沿下导轨3滑动。两根上导轨6通过导轨支架平行支撑在中板5上表面，每根上导轨6上安装两个上滑块7，上滑块7与上导轨6滑动配合，能够沿上导轨6滑动；上滑块7通过螺钉连接至上板8，从而使上板8相对中板5能够沿上导轨6滑动。下导轨3和上导轨6在水平面内相互垂直，为描述方便，令底板2所在平面内两个相互垂直的方向分别为X方向和Y方向，下导轨3沿X方向设置，上导轨6沿Y方向设置；则在水平面内，中板5相对底板2能够沿X方向滑动，上板8相对中板5能够沿Y方向滑动，如图3所示。
如图4和图5所示，主电机及减速箱9固定在底板2上，主电机及减速箱9的动力输出端通过电滑环10与旋转盘11相连，用于带动旋转盘11绕其自身轴线转动。直线电机12固定在旋转盘11上，能够随旋转盘11一起转动，使用电滑环10用于保证固定在底板2上的电源可以正常为旋转盘11上的直线电机12供电。旋转盘11上沿其径向设置有滑槽，曲轴13一端位于滑槽内，与滑槽滑动配合，另一端与直线电机12的动力输出端相连；直线电机12用于推动曲轴13沿旋转盘11上的滑槽做直线运动；曲轴13通过轴承与上板8连接，由此能够带动上板8沿滑槽方向滑动，同时曲轴13可以相对上板8转动。
对于任意连续的平面运动(运动行程内)，在平面直角坐标系下，均可以通过(X,Y)坐标点与时刻t的集合(X,Y,t)来近似描述。传统的电液控制振动台均采用在X、Y方向分别布置作动器的方式，来满足两个自由度的运动。在本发明的振动台中，由于采用了一个转动输入(主电机及减速箱9带动旋转盘11转动实现)与一个直线方向(直线电机12推动曲轴13沿旋转盘11上的滑槽做直线运动)输入，可以通过直角坐标与极坐标的转换，将(X,Y)坐标点转换为平面上位置相同的(r,θ)坐标点(其中r为转动半径，θ为转动角度)，进而得到(r,θ,t)的集合来近似描述任意连续的平面运动，该种驱动方式可以大大减少驱动组件对空间的要求，有利于振动台小型化，提高便携性。
该振动台的工作原理为：工作时，主电机及减速箱9负责控制上板8的θ方向位移，直线电机12负责控制上板8的r方向位移，以完成上板8在预定轨迹上的运动。例如，若需要上板8进行形如x＝20*t*sin(2*pi*t),y＝20*t*cos(2*pi*t)的运动(直角坐标系下)；将运动轨迹转变为极坐标系表示，得到r＝20*t，θ＝2*pi*t，即主电机及减速箱9按角速度2*pi的规律进行运动，直线电机12按线速度20的规律进行运动，最终上板8的合成运动就是预定的运动。由此振动台工作时，在每个给定时刻，通过控制主电机及减速箱9的转角，使上板8运动至θ坐标，通过控制直线电机12的位移，使得上板8运动至r坐标，便可达到上板8在该时刻的预定位置。通过在预定时刻连续运动至预定位置，最终实现上板8按照预定的轨迹进行平面运动，以模拟地震波的横波。
上板8上可以放置隔震支座样机，以实现对隔震支座样机的考核。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，还包括调平螺钉1；在底板2的下表面呈矩形分布有四个调平螺钉1，用于调整底板2的平面度。
此外，还可在该振动台外部增加防尘罩14，上板8上用于放置隔震支座样机的平台伸出防尘罩14。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种二维地震模拟振动台，其特征在于：所述振动台整体为三层结构，从下往上依次为：底板(2)、中板(5)和上板(8)；所述底板(2)、中板(5)和上板(8)均水平设置；
此外，还包括驱动组件、设置在底板(2)和中板(5)之间的下滑动组件以及设置在中板(5)和上板(8)之间的上滑动组件；
令底板(2)所在平面内两个相互垂直的方向分别为X方向和Y方向，所述下滑动组件用于实现所述中板(5)相对所述底板(2)沿X方向的滑动，所述上滑动组件用于实现所述上板(8)相对中板(5)沿Y方向的滑动；
所述驱动组件包括：旋转驱动部件、直线驱动部件、旋转盘(11)和曲轴(13)；
所述旋转驱动部件固定在底板(2)上，所述旋转驱动部件用于驱动所述旋转盘(11)绕其自身轴线转动；所述直线驱动部件固定在所述旋转盘(11)上，所述旋转盘(11)上沿其径向设置有滑槽；所述曲轴(13)一端位于滑槽内，与滑槽滑动配合，另一端与所述直线驱动部件的动力输出端相连，所述直线驱动部件用于推动曲轴(13)沿旋转盘(11)上的滑槽做直线运动；所述曲轴(13)通过轴承与上板(8)连接。
2.如权利要求1所述的二维地震模拟振动台，其特征在于：所述旋转驱动部件为主电机及减速箱(9)。
3.如权利要求1所述的二维地震模拟振动台，其特征在于：所述直线驱动部件为直线电机(12)。
4.如权利要求3所述的二维地震模拟振动台，其特征在于：所述旋转驱动部件的动力输出端通过电滑环(10)与旋转盘(11)相连。
5.如权利要求1所述的二维地震模拟振动台，其特征在于：所述下滑动组件包括：下导轨(3)和下滑块(4)；所述上滑动组件包括：上导轨(6)和上滑块(7)；
两根沿X方向设置的下导轨(3)通过导轨支架支撑在底板(2)上表面，每根下导轨(3)上安装两个下滑块(4)，所述下滑块(4)与下导轨(3)滑动配合；所述下滑块(4)与所述中板(5)相连；
两根沿Y方向设置的上导轨(6)通过导轨支架支撑在中板(5)上表面，每根上导轨(6)上安装两个上滑块(7)，上滑块(7)与上导轨(6)滑动配合；所述上滑块(7)与所述上板(8)相连。
6.如权利要求1所述的二维地震模拟振动台，其特征在于：在所述底板(2)的下表面呈矩形分布有四个调平螺钉(1)，用于调整底板(2)的平面度。
7.如权利要求1所述的二维地震模拟振动台，其特征在于：所述振动台外部设置有防尘罩(14)，所述上板(8)上用于试样样品平台伸出所述防尘罩(14)。
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