小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺的制作方法
【專利摘要】一種小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺，包括振動臺底座、伺服電機、電動伺服作動器、振動臺臺面和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)，振動臺底座上通過直線導(dǎo)軌副與振動臺臺面連接，振動臺臺面上放置被測試件，振動臺底座的下方安裝伺服電機，伺服電機的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動變換為直線運動的電動伺服作動器的輸入軸連接，電動伺服作動器的輸出軸與活塞桿連接，活塞桿的運動方向與直線導(dǎo)軌副的運動方向一致，活塞桿的前端安裝臺面驅(qū)動連接座和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)，臺面驅(qū)動連接座的上端與振動臺臺面固定連接。本實用新型提供一種簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、縮短生產(chǎn)和單項試驗周期的小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺。
【專利說明】小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及地震模擬裝置，尤其是一種地震模擬振動臺。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)的振動臺分成兩類:
[0003]第一類是電磁激振的電動振動臺，這類振動臺主要用于被測試件抗振能力，該類振動臺最聞頻率可達1000Hz,最大激振力可達50噸。但最大的缺點是最低頻率不能太低，一般不低于1Hz，最大振幅不能太大，一般不大于50mm，和地震模擬試驗振動臺屬于完全不同的兩個范疇，一般不用于土木結(jié)構(gòu)的抗震能力的研究。
[0004]第二類是電液伺服振動臺。國內(nèi)電液伺服振動臺的研究始于70年代，中國地震局工程力學(xué)所研制成功了第一臺國產(chǎn)6自由度振動臺，但只屬于自制科研設(shè)備的開發(fā)，沒有完成產(chǎn)品化研制，可靠性差，基本上沒有投入使用，現(xiàn)在地震局工程力學(xué)所投資5000多萬訂購了美國MTS公司的大型六自由度振動臺。真正國產(chǎn)的六自由度振動臺目前還是空白。國產(chǎn)的電液伺服振動臺是在近幾年發(fā)展起來的，但主要液壓控制系統(tǒng)仍依靠進口，且此類設(shè)備的特點仍是規(guī)模大，投資大，生產(chǎn)與單項試驗周期長，不適用于小型工程結(jié)構(gòu)試驗及大學(xué)實驗教學(xué)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服已有地震模擬振動臺的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、生產(chǎn)和單項試驗周期太長的不足，本實用新型提供一種簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、縮短生產(chǎn)和單項試驗周期的小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺,所述地震模擬振動臺包括振動臺底座、伺服電機、電動伺服作動器、振動臺臺面和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)，所述振動臺底座上通過直線導(dǎo)軌副與振動臺臺面連接，所述振動臺臺面上放置被測試件，所述振動臺底座的下方安裝所述伺服電機，所述伺服電機的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動變換為直線運動的電動伺服作動器的輸入軸連接，所述電動伺服作動器的輸出軸與活塞桿連接，所述活塞桿的運動方向與所述直線導(dǎo)軌副的運動方向一致，所述活塞桿的前端安裝臺面驅(qū)動連接座和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)，所述臺面驅(qū)動連接座的上端與所述振動臺臺面固定連接，所述預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)包括連接螺母、預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述臺面驅(qū)動連接座的下端套裝在所述活塞桿的螺紋段上，所述臺面驅(qū)動連接座的一側(cè)的活塞桿上套裝連接螺母，所述臺面驅(qū)動連接座的另一側(cè)的活塞桿上依次套裝預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母之間設(shè)有間隙，所述預(yù)緊螺母的一圈開有至少三個預(yù)緊螺紋孔，預(yù)緊螺釘穿過所述預(yù)緊螺紋孔頂觸在所述預(yù)緊墊片上。
[0008]進一步，所述伺服電機為風(fēng)冷式伺服電機。當(dāng)然，也可以是其他類型的伺服電機。
[0009]更進一步，所述電動伺服作動器通過彎板安裝在所述振動臺底座的下方。[0010]再進一步，所述電動伺服作動器為絲桿螺母機構(gòu)。也可以選用其他運動關(guān)系轉(zhuǎn)換機構(gòu)，只要能夠?qū)㈦姍C的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為活塞桿的直線往復(fù)運動即可。
[0011]本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為:用于電動伺服振動臺的激振器一電動伺服作動器和振動臺臺體連接的機械結(jié)構(gòu)。所謂電動伺服振動臺是采用電動伺服作動器作為地震振動臺激振器的一類振動臺(見參考文獻1、2)，該類振動臺的特點是設(shè)備規(guī)模小，行程大，低頻，可模擬地震波，且投資小。本專利的作用是消除電動振動臺之伺服驅(qū)動器和臺體連接之間的間隙，保證了地震模擬試驗在地震波的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點時驅(qū)動器和臺面之間沒有連接間隙，降低了地震模擬試驗的失真度，提高了電動振動臺的使用性能。
[0012]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:1、簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、縮短生產(chǎn)和單項試驗周期；2、提高了電動伺服振動臺的性能，擴大了適用范圍。對該類產(chǎn)品在小型工程抗震試驗和高校教學(xué)實驗中推廣應(yīng)用，代替建設(shè)周期長、投資規(guī)模大的電液伺服振動臺具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺的示意圖。
[0014]圖2是圖2的俯視圖。
[0015]圖3是預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0017]參照圖1?圖3，一種小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺，所述地震模擬振動臺包括振動臺底座1、伺服電機2、電動伺服作動器3、振動臺臺面5和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)8,所述振動臺底座I上通過直線導(dǎo)軌副4與振動臺臺面5連接,所述振動臺臺面5上放置被測試件，所述振動臺底座I的下方安裝所述伺服電機2，所述伺服電機2的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動變換為直線運動的電動伺服作動器3的輸入軸連接，所述電動伺服作動器3的輸出軸與活塞桿7連接，所述活塞桿7的運動方向與所述直線導(dǎo)軌副4的運動方向一致，所述活塞桿7的前端安裝臺面驅(qū)動連接座6和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)8，所述臺面驅(qū)動連接座6的上端與所述振動臺臺面5固定連接，所述預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)8包括連接螺母14、預(yù)緊墊片11和預(yù)緊螺母13，所述臺面驅(qū)動連接座6的下端套裝在所述活塞桿7的螺紋段上，所述臺面驅(qū)動連接座6的一側(cè)的活塞桿上套裝連接螺母14，所述臺面驅(qū)動連接座的另一側(cè)的活塞桿上依次套裝預(yù)緊墊片11和預(yù)緊螺母13，所述預(yù)緊墊片11和預(yù)緊螺母13之間設(shè)有間隙，所述預(yù)緊螺母13的一圈開有至少三個預(yù)緊螺紋孔，預(yù)緊螺釘12穿過所述預(yù)緊螺紋孔頂觸在所述預(yù)緊墊片11上。
[0018]本實施例中，振動臺底座I為振動臺的安裝基準(zhǔn)，放置在地面上，電動伺服作動器3通過彎板安裝到振動臺底座I的下方，風(fēng)冷式伺服電機2的輸出軸與電動伺服作動器3的輸入軸連接，風(fēng)冷式伺服電機2的轉(zhuǎn)動可以傳遞給電動伺服作動器3，通過其內(nèi)部的絲杠螺母機構(gòu)將電機2的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞桿7的直線運動，活塞桿7通過預(yù)應(yīng)力鎖緊機構(gòu)8將運動傳遞給振動臺臺面5，所述活塞桿7穿過振動臺底座1，且所述振動臺底座I上開有供所述活塞桿移動的空間；振動臺臺面5通過直線導(dǎo)軌副4與振動臺底座I連接,保證振動臺臺面5只能沿活塞桿7的運動方向運動，即單自由度運動，計算機控制器9根據(jù)試驗曲線的要求，發(fā)出指令信號給風(fēng)冷式伺服電機2使其符合要求的運動，從而使安裝在振動臺臺面5上的被測試件10受到振動,測試其性能。
[0019]電動伺服作動器作為激振器，與臺面之間通過本專利設(shè)計的預(yù)應(yīng)力無間隙連接裝置連接，消除了激振器和臺面之間的間隙，改善了響應(yīng)波形。
[0020]將地震波形輸入計算機控制器，計算機控制器以該波形為控制目標(biāo)，給伺服驅(qū)動器下達指令，驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，通過機械傳動機構(gòu)使振動臺面沿一維方向振動，加速度傳感器采集臺面的加速度信號和驅(qū)動器發(fā)出位移信號反饋給控制器，控制器接收到反饋信號后將該信號與輸入波形進行比較，當(dāng)加速度傳感器的誤差超過理論值的2%時，計算機控制器減小輸出指令電壓，直到反饋回來的信號在理論值的2%以內(nèi)，當(dāng)加速度傳感器的誤差小于理論值的2%時，計算機控制器增大輸出指令電壓，直到反饋回來的信號在理論值的2%以內(nèi)，使實際波形與輸入波形相符。
[0021]計算機控制器下達的指令控制控制伺服電機2的旋轉(zhuǎn)方向及速度、加速度，伺服電機的輸出軸與伺服作動器的輸入軸連接，伺服作動器通過絲桿螺母的工作原理將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，伺服作動器的活塞桿7與臺面驅(qū)動連接座6通過預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)8緊密連接，從而將活塞桿7的運動精確地傳遞給振動臺臺面5，振動臺臺面5通過直線導(dǎo)軌副4與振動臺底座I無間隙連接，使振動臺臺面5只有沿振動方向的一個自由度，同時能夠防止被測試件10由于振動產(chǎn)生的傾覆力矩傳遞到伺服作動器的活塞桿7上，而損壞機器。振動臺臺面5上安裝有加速度傳感器，加速度信號被計算機控制器采集，通過對比，修正誤差，從而保證輸出的振動波形與輸入波形相符，實現(xiàn)伺服控制目標(biāo)。被測試件10上面可安裝加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等，直接測試工程結(jié)構(gòu)抗震模型對地震的響應(yīng)，滿足結(jié)構(gòu)抗震研究所需。
[0022]振動臺在裝配工廠內(nèi)用扳手調(diào)整預(yù)緊螺母13上的螺釘12，使預(yù)緊墊片11、臺面驅(qū)動連接座6、連接螺母14之間的連接面間產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的設(shè)定值為最大激振力的2倍，正常使用時伺服作動器的活塞桿7不會出現(xiàn)連接松動，保證了振動臺驅(qū)動部分的連接剛度，從而保證了整機的響應(yīng)滿足使用要求。
[0023]本實施例中，風(fēng)冷式伺服電機作為地震動臺的激振源，且可取得較理想的地震加速度模擬效果。
[0024]先期開發(fā)的電動伺服振動臺采用普通關(guān)節(jié)鉸連接，經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，由于連接間隙的存在，導(dǎo)致加速度波形在超過0.5g時出現(xiàn)失真現(xiàn)象。本專利將預(yù)應(yīng)力關(guān)節(jié)鉸系統(tǒng)改造成預(yù)應(yīng)力連接機構(gòu)后應(yīng)用于電動伺服振動臺，徹底消除了連接間隙對地震模擬試驗的影響，提高了電動伺服振動臺的使用性能，振動臺臺面加速度可達1.2g。
[0025]電動伺服作動器的活塞桿通過螺桿與臺面驅(qū)動連接座連接，由于螺紋連接存在軸向間隙，因此采用預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)可將軸向間隙消除。安裝時預(yù)應(yīng)力為最大激振力的2倍，使活塞桿與螺母緊密連接，且接觸面始終存在壓緊力，試驗時由于最大試驗力不超過預(yù)緊力，因此螺紋不會松動，軸向?qū)⒉辉儆虚g隙。
【權(quán)利要求】
1.一種小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺，其特征在于:所述地震模擬振動臺包括振動臺底座、伺服電機、電動伺服作動器、振動臺臺面和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)，所述振動臺底座上通過直線導(dǎo)軌副與振動臺臺面連接，所述振動臺臺面上放置被測試件，所述振動臺底座的下方安裝所述伺服電機，所述伺服電機的輸出軸與用以將轉(zhuǎn)動變換為直線運動的電動伺服作動器的輸入軸連接，所述電動伺服作動器的輸出軸與活塞桿連接，所述活塞桿的運動方向與所述直線導(dǎo)軌副的運動方向一致，所述活塞桿的前端安裝臺面驅(qū)動連接座和預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)，所述臺面驅(qū)動連接座的上端與所述振動臺臺面固定連接，所述預(yù)應(yīng)力無間隙連接機構(gòu)包括連接螺母、預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述臺面驅(qū)動連接座的下端套裝在所述活塞桿的螺紋段上，所述臺面驅(qū)動連接座的一側(cè)的活塞桿上套裝連接螺母，所述臺面驅(qū)動連接座的另一側(cè)的活塞桿上依次套裝預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母，所述預(yù)緊墊片和預(yù)緊螺母之間設(shè)有間隙，所述預(yù)緊螺母的一圈開有至少三個預(yù)緊螺紋孔，預(yù)緊螺釘穿過所述預(yù)緊螺紋孔頂觸在所述預(yù)緊墊片上。
2.如權(quán)利要求1所述的小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺，其特征在于:所述伺服電機為風(fēng)冷式伺服電機。
3.如權(quán)利要求1或2所述的小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺，其特征在于:所述電動伺服作動器通過彎板安裝在所述振動臺底座的下方。
4.如權(quán)利要求1或2所述的小型工程結(jié)構(gòu)電動伺服缸地震模擬振動臺，其特征在于:所述電動伺服作動器為絲桿螺母機構(gòu)。
【文檔編號】G01M7/02GK203587304SQ201320657504
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】楊俊杰, 王長陶, 章雪峰, 鐘綿新, 李建華, 金成 , 曹軍 申請人:浙江工業(yè)大學(xué), 杭州邦威機電控制工程有限公司