CN114220332B - 一种地震模拟试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地震模拟试验设备，包括底座，所述底座顶端中部固定连接有支撑杆，所述支撑杆顶端滑动连接有支撑板，所述底座顶端两侧均设置有纵向震动机构，所述支撑杆和所述支撑板均与所述纵向震动机构传动连接，所述支撑板顶端固定连接有模拟平台，所述模拟平台内设置有横向震动机构和地震模拟机构，所述横向震动机构与所述地震模拟机构传动连接，所述底座上设置有控制装置，所述纵向震动机构、所述横向震动机构和所述地震模拟机构分别与所述控制装置电性连接。本发明装置结构简单，实现了课堂上的地震模拟试验，便于学生直观的了解地震发生时的情况，地震模拟更加真实形象。

Description

一种地震模拟试验设备

技术领域

本发明涉及地震模拟设备技术领域，特别是涉及一种地震模拟试验设备。

背景技术

地震，又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。地震模拟设备是一种直观模拟地震发生时震动情况的装置，常见的有模拟地震平台，模拟地震屋，模拟抗震演示仪等，装置结构较为复杂，占地面积较大，并且多为室内固定安装，演示运行成本较高，无法在课堂教学中进行演示，不能使学生更直观具体的了解地震灾害，而现有的地震模拟教学设备通常在一个底板上加装液压缸和试验台来模拟地震，震动幅度单一振幅较小，无法更好的演示地震时的状态。因此，亟需一种地震模拟试验设备，用来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种地震模拟试验设备，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种地震模拟试验设备，包括底座，所述底座顶端中部固定连接有支撑杆，所述支撑杆顶端滑动连接有支撑板，所述底座顶端两侧均设置有纵向震动机构，所述支撑杆和所述支撑板均与所述纵向震动机构传动连接，所述支撑板顶端固定连接有模拟平台，所述模拟平台内设置有横向震动机构和地震模拟机构，所述横向震动机构与所述地震模拟机构传动连接，所述底座上设置有控制装置，所述纵向震动机构、所述横向震动机构和所述地震模拟机构分别与所述控制装置电性连接。

优选的，所述纵向震动机构包括固定连接在所述底座顶端的第一支撑板，所述第一支撑板顶端固定连接有第二支撑板，所述第二支撑板上开设有通孔，所述通孔内滑动连接有第一滑杆，所述第一滑杆顶端固定连接有第一限位块，所述第一滑杆上套设有第一弹簧，所述第一弹簧一端与所述第一限位块底端固定连接，所述第一弹簧另一端与所述第二支撑板顶端固定连接，所述第二支撑板顶端设置有传动件，所述传动件与所述第一限位块传动连接，所述第一滑杆上设置有震动件，所述支撑杆和所述支撑板均与所述震动件传动连接。

优选的，所述传动件包括固定连接在所述第二支撑板顶端的第一电机，所述第一电机的输出轴上固定连接有凸轮，所述凸轮与所述第一限位块顶端抵接，所述第一电机与所述控制装置电性连接。

优选的，所述第一滑杆上开设有圆形通孔，所述震动件包括滑动连接在所述圆形通孔内的第二滑杆，所述第二滑杆靠近所述第一支撑板的一端固定连接有第二限位块，所述第二滑杆上套设有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与所述第二限位块固定连接，所述第二弹簧的另一端与所述第一滑杆抵接，所述第二滑杆靠近所述支撑杆的一端铰接有连接板的一端，所述连接板的另一端与所述支撑杆铰接，所述连接板上固定连接有连接杆，所述连接杆顶端与所述支撑板底端滑动连接。

优选的，所述支撑板底端开设有第一滑槽，所述第一滑槽内滑动连接第一滑块，所述连接杆顶端与所述第一滑块底端固定连接，所述第一滑槽内部两端均固定连接有第三弹簧，所述第一滑块两端分别与两所述第三弹簧抵接。

优选的，所述模拟平台内部底端开设有第二滑槽，所述横向震动机构包括滑动连接在所述第二滑槽内的第二滑块，所述第二滑块顶端固定连接有第三滑杆，所述第三滑杆顶端安装有滑轮，所述滑轮与所述地震模拟机构底端抵接，所述模拟平台设置有驱动件，所述驱动件与所述第三滑杆传动连接。

优选的，所述驱动件包括固定连接在所述模拟平台内的第二电机，所述第二电机的输出轴上固定连接有第一推杆的一端，所述第一推杆的另一端铰接有第二推杆的一端，所述第二推杆的另一端与所述第三滑杆一端铰接，所述第二电机与所述控制装置电性连接。

优选的，所述地震模拟机构包括设置在所述模拟平台内的模拟箱，所述模拟箱底端固定连接有波浪形凸起，所述波浪形凸起与所述滑轮抵接，所述模拟箱内部底端固定连接有若干第三弹簧，所述第三弹簧顶端固定连接有水箱，所述水箱外侧壁与所述模拟箱内侧壁之间设置有间隙，所述水箱顶端开设有箱口，所述箱口内设置有浮板，所述浮板顶端固定连接有配重平板。

优选的，所述配重平板顶端设置有若干建筑模型，所述配重平板和所述建筑模型均为磁性材质，所述配重平板与所述控制装置电性连接。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明提供的一种地震模拟试验设备，装置整体结构简单，可搬运移动，实现了在课堂上进行地震模拟试验，便于学生直观的了解地震发生时的情况。

2、本发明提供的一种地震模拟试验设备，通过设置纵向震动机构和横向震动机构，模拟了地震发生时的震动情况，同时通过控制装置调整震动频率，使装置可以模拟不同地震级别时的震动情况。

3、本发明提供的一种地震模拟试验设备，通过设置具有磁性的浮板和建筑模型，通过控制装置调节磁性大小，更生动形象的模拟了不同级别地震发生时对建筑的损坏。

4、本发明提供的一种地震模拟试验设备，避免了现有技术中教学装置体积大、成本高、振幅小、振幅不可调等弊端，完成各种教学需求，同时通过设置水箱进行液体模拟震动，模拟了地震的无序震动，使地震模拟试验更加真实。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明图1中A处局部放大图；

图3为本发明图1中B处局部放大图；

图4为本发明模拟平台内部结构示意图；

其中，1、底座；2、支撑杆；3、支撑板；4、模拟平台；5、控制装置；6、第一支撑板；7、第二支撑板；8、第一滑杆；9、第一限位块；10、第一弹簧；11、第一电机；12、凸轮；13、第二滑杆；14、第二限位块；15、第二弹簧；16、连接板；17、第一滑槽；18、第一滑块；19、第三弹簧；20、第二滑槽；21、第二滑块；22、第三滑杆；23、滑轮；24、第二电机；25、第一推杆；26、第二推杆；27、模拟箱；28、波浪形凸起；29、第三弹簧；30、水箱；31、箱口；32、浮板；33、建筑模型；34、连接杆；35、配重平板；36、橡胶防滑垫；37、电动伸缩杆；38、摄像机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-4，本发明提供一种地震模拟试验设备，包括底座1，底座1顶端中部固定连接有支撑杆2，支撑杆2顶端滑动连接有支撑板3，底座1顶端两侧均设置有纵向震动机构，支撑杆2和支撑板3均与纵向震动机构传动连接，支撑板3顶端固定连接有模拟平台4，模拟平台4内设置有横向震动机构和地震模拟机构，横向震动机构与地震模拟机构传动连接，底座1上设置有控制装置5，纵向震动机构、横向震动机构和地震模拟机构分别与控制装置5电性连接，控制装置5为PLC控制装置。

进一步优化方案，为了模拟地震时的纵向地震波，纵向震动机构包括固定连接在底座1顶端的第一支撑板6，第一支撑板6顶端固定连接有第二支撑板7，第二支撑板7上开设有通孔，通孔内滑动连接有第一滑杆8，第一滑杆8顶端固定连接有第一限位块9，第一滑杆8上套设有第一弹簧10，第一弹簧10一端与第一限位块9底端固定连接，第一弹簧10另一端与第二支撑板7顶端固定连接，第二支撑板7顶端设置有传动件，传动件与第一限位块9传动连接，第一滑杆8上设置有震动件，支撑杆2和支撑板3均与震动件传动连接。

进一步优化方案，为了实现对纵向震动机构的驱动，传动件包括固定连接在第二支撑板7顶端的第一电机11，第一电机11的输出轴上固定连接有凸轮12，凸轮12与第一限位块9顶端抵接，第一电机11与控制装置5电性连接，通过控制装置5控制第一电机11的转动速度，从而调节凸轮12的转动速度，完成对纵向震动机构的振幅调节。

进一步优化方案，为了实现纵向震动机构对支撑板3施加纵向震动波，第一滑杆8上开设有圆形通孔，震动件包括滑动连接在圆形通孔内的第二滑杆13，第二滑杆13靠近第一支撑板6的一端固定连接有第二限位块14，第二滑杆13上套设有第二弹簧15，第二弹簧15的一端与第二限位块14固定连接，第二弹簧15的另一端与第一滑杆8抵接，第二滑杆13靠近支撑杆2的一端铰接有连接板16的一端，连接板16的另一端与支撑杆2铰接，连接板16上固定连接有连接杆34，连接杆34顶端与支撑板3底端滑动连接，进一步的纵向震动机构竖向震动的同时，第二滑杆13也会产生较小的横向作用力，在对装置模拟地震施加竖向地震波时也会产生轻微的横向震动波，进一步增加了装置整体的震动幅度。

进一步优化方案，为了保证竖向震动时支撑板3的稳定，支撑板3底端开设有第一滑槽17，第一滑槽17内滑动连接第一滑块18，连接杆34顶端与第一滑块18底端固定连接，第一滑槽17内部两端均固定连接有第三弹簧19，第一滑块18两端分别与两第三弹簧19抵接，第二滑杆13在横向轻微移动时，带动连接杆34移动，连接杆34带动第一滑块18在第一滑槽17内横向滑动，受第三弹簧19的作用力，在保证支撑板3整体稳定的前提下，也会施加横向作用力，对水箱30内的水施加横向的作用力，增加震动幅度。

进一步优化方案，为了进一步增加装置的震动幅度，模拟平台4内部底端开设有第二滑槽20，横向震动机构包括滑动连接在第二滑槽20内的第二滑块21，第二滑块21顶端固定连接有第三滑杆22，第三滑杆22顶端安装有滑轮23，滑轮23与地震模拟机构底端抵接，模拟平台4设置有驱动件，驱动件与第三滑杆22传动连接。

进一步优化方案，为了实现对第三滑杆22的驱动，使第三滑杆22进行水平方向上的反复运动，驱动件包括固定连接在模拟平台4内的第二电机24，第二电机24的输出轴上固定连接有第一推杆25的一端，第一推杆25的另一端铰接有第二推杆26的一端，第二推杆26的另一端与第三滑杆22一端铰接，第二电机24与控制装置5电性连接，第二电机24带动固定连接的第一推杆25做圆周运动，第一推杆25带动铰接的第二推杆26做反复运动，从而推动铰接的第三滑杆22在水平方向上反复运动，使滑轮23带动震动模拟机构运动。

进一步优化方案，为了展现地震模拟试验的结果，地震模拟机构包括设置在模拟平台4内的模拟箱27，模拟箱27底端固定连接有波浪形凸起28，波浪形凸起28与滑轮23抵接，滑轮23在波浪形凸起28上反复移动，带动模拟箱27竖向运动，模拟箱27内部底端固定连接有若干第三弹簧29，第三弹簧29顶端固定连接有水箱30，水箱30外侧壁与模拟箱27内侧壁之间设置有间隙，受第三弹簧29作用力对水箱30内液体施加作用力，水箱30顶端开设有箱口31，箱口31内设置有浮板32，浮板32顶端固定连接有配重平板35，随着水箱30内液体的晃动，带动配重平板35做无序运动，更加真实的模拟地震时带来的无序震动，使地震模拟试验教学更加形象。

进一步优化方案，为了更加真实的模拟地震发生时建筑的损坏情况，配重平板35顶端设置有若干建筑模型33，配重平板35和建筑模型33均为磁性材质，配重平板35内设置有电磁铁，电磁铁与控制装置5电性连接，通过控制装置5控制电磁铁的电流大小改变配重平板35和建筑模型33之间的磁力大小，更加真实的体现地震时对建筑的破坏效果。

进一步优化方案，为了保证装置运行时的稳定以及降低噪音，底座1底端四角上均固定连接有橡胶防滑垫36。

进一步优化方案，为了实现对试验的后续分析和记录，底座1上顶端铰接有电动伸缩杆37，电动伸缩杆37顶端铰接有摄像机38。

本发明提供的一种地震模拟试验设备，在使用时将装置放置在讲台上，通过控制装置5控制第一电机11带动凸轮12转动，凸轮12带动抵接的第一滑杆8做竖向运动，第一滑杆8带动第二滑杆13做竖向运动从而带动支撑板3做竖向运动，同时第二滑杆13也会产生横向位移，带动第一滑块18在第一滑槽17内横向移动，与第三弹簧19相配合，使支撑板3产生横向的震动，通过控制装置5控制第二电机24带动第三滑杆22横向位移，带动滑轮23在波浪形凸起28上滑动，从而带动水箱30震动，水箱30内震动时内部的液体会产生横向震动波，带动浮板32晃动，同时浮板32固定连接有配重平板35，使浮板32在水面进行无序运动，从而带动配重平板35做无序运动，更加真实的模拟地震时带来的无序震动，同时通过控制装置5调节配重平板35和建筑模型33的磁力大小，更加真实的模拟地震发生时对建筑的损害情况，实现地震模拟的室内教学。

本发明提供的一种地震模拟试验设备，通过设置纵向震动机构和横向震动机构，模拟了地震发生时的震动情况，同时通过控制装置调整震动频率，使装置可以模拟不同地震级别时的震动情况，通过设置具有磁性的浮板和建筑模型，通过控制装置调节磁性大小，更生动形象的模拟了不同级别地震发生时对建筑的损坏，通过设置水箱进行液体模拟震动，模拟了地震的无序震动，使地震模拟试验更加真实，装置整体结构简单，避免了现有技术中教学装置体积大、成本高、振幅小、振幅不可调等弊端，可搬运移动，实现了在课堂上进行地震模拟试验，便于学生直观的了解地震发生时的情况，完成各种教学需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种地震模拟试验设备，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)顶端中部固定连接有支撑杆(2)，所述支撑杆(2)顶端滑动连接有支撑板(3)，所述底座(1)顶端两侧均设置有纵向震动机构，所述支撑杆(2)和所述支撑板(3)均与所述纵向震动机构传动连接，所述支撑板(3)顶端固定连接有模拟平台(4)，所述模拟平台(4)内设置有横向震动机构和地震模拟机构，所述横向震动机构与所述地震模拟机构传动连接，所述底座(1)上设置有控制装置(5)，所述纵向震动机构、所述横向震动机构和所述地震模拟机构分别与所述控制装置(5)电性连接；

所述纵向震动机构包括固定连接在所述底座(1)顶端的第一支撑板(6)，所述第一支撑板(6)顶端固定连接有第二支撑板(7)，所述第二支撑板(7)上开设有通孔，所述通孔内滑动连接有第一滑杆(8)，所述第一滑杆(8)顶端固定连接有第一限位块(9)，所述第一滑杆(8)上套设有第一弹簧(10)，所述第一弹簧(10)一端与所述第一限位块(9)底端固定连接，所述第一弹簧(10)另一端与所述第二支撑板(7)顶端固定连接，所述第二支撑板(7)顶端设置有传动件，所述传动件与所述第一限位块(9)传动连接，所述第一滑杆(8)上设置有震动件，所述支撑杆(2)和所述支撑板(3)均与所述震动件传动连接；

所述第一滑杆(8)上开设有圆形通孔，所述震动件包括滑动连接在所述圆形通孔内的第二滑杆(13)，所述第二滑杆(13)靠近所述第一支撑板(6)的一端固定连接有第二限位块(14)，所述第二滑杆(13)上套设有第二弹簧(15)，所述第二弹簧(15)的一端与所述第二限位块(14)固定连接，所述第二弹簧(15)的另一端与所述第一滑杆(8)抵接，所述第二滑杆(13)靠近所述支撑杆(2)的一端铰接有连接板(16)的一端，所述连接板(16)的另一端与所述支撑杆(2)铰接，所述连接板(16)上固定连接有连接杆(34)，所述连接杆(34)顶端与所述支撑板(3)底端滑动连接；

所述支撑板(3)底端开设有第一滑槽(17)，所述第一滑槽(17)内滑动连接第一滑块(18)，所述连接杆(34)顶端与所述第一滑块(18)底端固定连接，所述第一滑槽(17)内部两端均固定连接有第三弹簧(19)，所述第一滑块(18)两端分别与两所述第三弹簧(19)抵接。

2.根据权利要求1所述的一种地震模拟试验设备，其特征在于：所述传动件包括固定连接在所述第二支撑板(7)顶端的第一电机(11)，所述第一电机(11)的输出轴上固定连接有凸轮(12)，所述凸轮(12)与所述第一限位块(9)顶端抵接，所述第一电机(11)与所述控制装置(5)电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种地震模拟试验设备，其特征在于：所述模拟平台(4)内部底端开设有第二滑槽(20)，所述横向震动机构包括滑动连接在所述第二滑槽(20)内的第二滑块(21)，所述第二滑块(21)顶端固定连接有第三滑杆(22)，所述第三滑杆(22)顶端安装有滑轮(23)，所述滑轮(23)与所述地震模拟机构底端抵接，所述模拟平台(4)设置有驱动件，所述驱动件与所述第三滑杆(22)传动连接。

4.根据权利要求3所述的一种地震模拟试验设备，其特征在于：所述驱动件包括固定连接在所述模拟平台(4)内的第二电机(24)，所述第二电机(24)的输出轴上固定连接有第一推杆(25)的一端，所述第一推杆(25)的另一端铰接有第二推杆(26)的一端，所述第二推杆(26)的另一端与所述第三滑杆(22)一端铰接，所述第二电机(24)与所述控制装置(5)电性连接。

5.根据权利要求3所述的一种地震模拟试验设备，其特征在于：所述地震模拟机构包括设置在所述模拟平台(4)内的模拟箱(27)，所述模拟箱(27)底端固定连接有波浪形凸起(28)，所述波浪形凸起(28)与所述滑轮(23)抵接，所述模拟箱(27)内部底端固定连接有若干第四弹簧(29)，所述第四弹簧(29)顶端固定连接有水箱(30)，所述水箱(30)外侧壁与所述模拟箱(27)内侧壁之间设置有间隙，所述水箱(30)顶端开设有箱口(31)，所述箱口(31)内设置有浮板(32)，所述浮板(32)顶端固定连接有配重平板(35)。

6.根据权利要求5所述的一种地震模拟试验设备，其特征在于：所述配重平板(35)顶端设置有若干建筑模型(33)，所述配重平板(35)和所述建筑模型(33)均为磁性材质，所述配重平板(35)与所述控制装置(5)电性连接。