小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台的制作方法
【专利摘要】一种小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台，包括振动台底座、伺服电机、电动伺服作动器、振动台台面和预应力无间隙连接机构，振动台底座上通过直线导轨副与振动台台面连接，振动台台面上放置被测试件，振动台底座的下方安装伺服电机，伺服电机的输出轴与用以将转动变换为直线运动的电动伺服作动器的输入轴连接，电动伺服作动器的输出轴与活塞杆连接，活塞杆的运动方向与直线导轨副的运动方向一致，活塞杆的前端安装台面驱动连接座和预应力无间隙连接机构，台面驱动连接座的上端与振动台台面固定连接。本发明提供一种简化结构、降低成本、缩短生产和单项试验周期的小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台。
【专利说明】小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台
【技术领域】
[0001]本发明涉及地震模拟装置，尤其是一种地震模拟振动台。
【背景技术】
[0002]国内的振动台分成两类:
[0003]第一类是电磁激振的电动振动台，这类振动台主要用于被测试件抗振能力，该类振动台最闻频率可达1000Hz,最大激振力可达50吨。但最大的缺点是最低频率不能太低，一般不低于1Hz，最大振幅不能太大，一般不大于50mm，和地震模拟试验振动台属于完全不同的两个范畴，一般不用于土木结构的抗震能力的研究。
[0004]第二类是电液伺服振动台。国内电液伺服振动台的研究始于70年代，中国地震局工程力学所研制成功了第一台国产6自由度振动台，但只属于自制科研设备的开发，没有完成产品化研制，可靠性差，基本上没有投入使用，现在地震局工程力学所投资5000多万订购了美国MTS公司的大型六自由度振动台。真正国产的六自由度振动台目前还是空白。国产的电液伺服振动台是在近几年发展起来的，但主要液压控制系统仍依靠进口，且此类设备的特点仍是规模大，投资大，生产与单项试验周期长，不适用于小型工程结构试验及大学实验教学使用。
【发明内容】
[0005]为了克服已有地震模拟振动台的结构复杂、成本高、生产和单项试验周期太长的不足，本发明提供一种简化结构、降低成本、缩短生产和单项试验周期的小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]—种小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台,所述地震模拟振动台包括振动台底座、伺服电机、电动伺服作动器、振动台台面和预应力无间隙连接机构，所述振动台底座上通过直线导轨副与振动台台面连接，所述振动台台面上放置被测试件，所述振动台底座的下方安装所述伺服电机，所述伺服电机的输出轴与用以将转动变换为直线运动的电动伺服作动器的输入轴连接，所述电动伺服作动器的输出轴与活塞杆连接，所述活塞杆的运动方向与所述直线导轨副的运动方向一致，所述活塞杆的前端安装台面驱动连接座和预应力无间隙连接机构，所述台面驱动连接座的上端与所述振动台台面固定连接，所述预应力无间隙连接机构包括连接螺母、预紧垫片和预紧螺母，所述台面驱动连接座的下端套装在所述活塞杆的螺纹段上，所述台面驱动连接座的一侧的活塞杆上套装连接螺母，所述台面驱动连接座的另一侧的活塞杆上依次套装预紧垫片和预紧螺母，所述预紧垫片和预紧螺母之间设有间隙，所述预紧螺母的一圈开有至少三个预紧螺纹孔，预紧螺钉穿过所述预紧螺纹孔顶触在所述预紧垫片上。
[0008]进一步，所述伺服电机为风冷式伺服电机。当然，也可以是其他类型的伺服电机。
[0009]更进一步，所述电动伺服作动器通过弯板安装在所述振动台底座的下方。[0010]再进ー步，所述电动伺服作动器为丝杆螺母机构。也可以选用其他运动关系转换机构，只要能够将电机的转动转换为活塞杆的直线往复运动即可。
[0011]本发明的技术构思为:用于电动伺服振动台的激振器一电动伺服作动器和振动台台体连接的机械结构。所谓电动伺服振动台是采用电动伺服作动器作为地震振动台激振器的一类振动台(见參考文献1、2)，该类振动台的特点是设备规模小，行程大，低频，可模拟地震波，且投资小。本专利的作用是消除电动振动台之伺服驱动器和台体连接之间的间隙，保证了地震模拟试验在地震波的关键转折点时驱动器和台面之间没有连接间隙，降低了地震模拟试验的失真度，提高了电动振动台的使用性能。
[0012]本发明的有益效果主要表现在:1、简化结构、降低成本、缩短生产和单项试验周期；2、提高了电动伺服振动台的性能，扩大了适用范围。对该类产品在小型工程抗震试验和高校教学实验中推广应用，代替建设周期长、投资规模大的电液伺服振动台具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台的示意图。
[0014]图2是图2的俯视图。
[0015]图3是预应力无间隙连接机构的示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进ー步描述。
[0017]參照图1?图3，ー种小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台，所述地震模拟振动台包括振动台底座1、伺服电机2、电动伺服作动器3、振动台台面5和预应カ无间隙连接机构8,所述振动台底座I上通过直线导轨副4与振动台台面5连接,所述振动台台面5上放置被测试件，所述振动台底座I的下方安装所述伺服电机2，所述伺服电机2的输出轴与用以将转动变换为直线运动的电动伺服作动器3的输入轴连接，所述电动伺服作动器3的输出轴与活塞杆7连接，所述活塞杆7的运动方向与所述直线导轨副4的运动方向一致，所述活塞杆7的前端安装台面驱动连接座6和预应カ无间隙连接机构8，所述台面驱动连接座6的上端与所述振动台台面5固定连接，所述预应カ无间隙连接机构8包括连接螺母14、预紧垫片11和预紧螺母13，所述台面驱动连接座6的下端套装在所述活塞杆7的螺纹段上，所述台面驱动连接座6的一侧的活塞杆上套装连接螺母14，所述台面驱动连接座的另ー侧的活塞杆上依次套装预紧垫片11和预紧螺母13，所述预紧垫片11和预紧螺母13之间设有间隙，所述预紧螺母13的一圈开有至少三个预紧螺纹孔，预紧螺钉12穿过所述预紧螺纹孔顶触在所述预紧垫片11上。
[0018]本实施例中，振动台底座I为振动台的安装基准，放置在地面上，电动伺服作动器3通过弯板安装到振动台底座I的下方，风冷式伺服电机2的输出轴与电动伺服作动器3的输入轴连接，风冷式伺服电机2的转动可以传递给电动伺服作动器3，通过其内部的丝杠螺母机构将电机2的旋转运动转化为活塞杆7的直线运动，活塞杆7通过预应カ锁紧机构8将运动传递给振动台台面5，所述活塞杆7穿过振动台底座1，且所述振动台底座I上开有供所述活塞杆移动的空间；振动台台面5通过直线导轨副4与振动台底座I连接,保证振动台台面5只能沿活塞杆7的运动方向运动，即单自由度运动，计算机控制器9根据试验曲线的要求，发出指令信号给风冷式伺服电机2使其符合要求的运动，从而使安装在振动台台面5上的被测试件10受到振动,测试其性能。
[0019]电动伺服作动器作为激振器，与台面之间通过本专利设计的预应力无间隙连接装置连接，消除了激振器和台面之间的间隙，改善了响应波形。
[0020]将地震波形输入计算机控制器，计算机控制器以该波形为控制目标，给伺服驱动器下达指令，驱动伺服电机转动，通过机械传动机构使振动台面沿一维方向振动，加速度传感器采集台面的加速度信号和驱动器发出位移信号反馈给控制器，控制器接收到反馈信号后将该信号与输入波形进行比较，当加速度传感器的误差超过理论值的2%时，计算机控制器减小输出指令电压，直到反馈回来的信号在理论值的2%以内，当加速度传感器的误差小于理论值的2%时，计算机控制器增大输出指令电压，直到反馈回来的信号在理论值的2%以内，使实际波形与输入波形相符。
[0021]计算机控制器下达的指令控制控制伺服电机2的旋转方向及速度、加速度，伺服电机的输出轴与伺服作动器的输入轴连接，伺服作动器通过丝杆螺母的工作原理将旋转运动转化为直线运动，伺服作动器的活塞杆7与台面驱动连接座6通过预应力无间隙连接机构8紧密连接，从而将活塞杆7的运动精确地传递给振动台台面5，振动台台面5通过直线导轨副4与振动台底座I无间隙连接，使振动台台面5只有沿振动方向的一个自由度，同时能够防止被测试件10由于振动产生的倾覆力矩传递到伺服作动器的活塞杆7上，而损坏机器。振动台台面5上安装有加速度传感器，加速度信号被计算机控制器采集，通过对比，修正误差，从而保证输出的振动波形与输入波形相符，实现伺服控制目标。被测试件10上面可安装加速度传感器、速度传感器、位移传感器等，直接测试工程结构抗震模型对地震的响应，满足结构抗震研究所需。
[0022]振动台在装配工厂内用扳手调整预紧螺母13上的螺钉12，使预紧垫片11、台面驱动连接座6、连接螺母14之间的连接面间产生预应力，预应力的设定值为最大激振力的2倍，正常使用时伺服作动器的活塞杆7不会出现连接松动，保证了振动台驱动部分的连接刚度，从而保证了整机的响应满足使用要求。
[0023]本实施例中，风冷式伺服电机作为地震动台的激振源，且可取得较理想的地震加速度模拟效果。
[0024]先期开发的电动伺服振动台采用普通关节铰连接，经试验研究发现，由于连接间隙的存在，导致加速度波形在超过0.5g时出现失真现象。本专利将预应力关节铰系统改造成预应力连接机构后应用于电动伺服振动台，彻底消除了连接间隙对地震模拟试验的影响，提高了电动伺服振动台的使用性能，振动台台面加速度可达1.2g。
[0025]电动伺服作动器的活塞杆通过螺杆与台面驱动连接座连接，由于螺纹连接存在轴向间隙，因此采用预应力无间隙连接机构可将轴向间隙消除。安装时预应力为最大激振力的2倍，使活塞杆与螺母紧密连接，且接触面始终存在压紧力，试验时由于最大试验力不超过预紧力，因此螺纹不会松动，轴向将不再有间隙。
【权利要求】
1.ー种小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台，其特征在于:所述地震模拟振动台包括振动台底座、伺服电机、电动伺服作动器、振动台台面和预应カ无间隙连接机构，所述振动台底座上通过直线导轨副与振动台台面连接，所述振动台台面上放置被测试件，所述振动台底座的下方安装所述伺服电机，所述伺服电机的输出轴与用以将转动变换为直线运动的电动伺服作动器的输入轴连接，所述电动伺服作动器的输出轴与活塞杆连接，所述活塞杆的运动方向与所述直线导轨副的运动方向一致，所述活塞杆的前端安装台面驱动连接座和预应カ无间隙连接机构，所述台面驱动连接座的上端与所述振动台台面固定连接，所述预应カ无间隙连接机构包括连接螺母、预紧垫片和预紧螺母，所述台面驱动连接座的下端套装在所述活塞杆的螺纹段上，所述台面驱动连接座的一侧的活塞杆上套装连接螺母，所述台面驱动连接座的另ー侧的活塞杆上依次套装预紧垫片和预紧螺母，所述预紧垫片和预紧螺母之间设有间隙，所述预紧螺母的一圈开有至少三个预紧螺纹孔，预紧螺钉穿过所述预紧螺纹孔顶触在所述预紧垫片上。
2.如权利要求1所述的小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台，其特征在于:所述伺服电机为风冷式伺服电机。
3.如权利要求1或2所述的小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台，其特征在于:所述电动伺服作动器通过弯板安装在所述振动台底座的下方。
4.如权利要求1或2所述的小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台，其特征在于:所述电动伺服作动器为丝杆螺母机构。
【文档编号】G01M7/02GK103528781SQ201310504622
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】杨俊杰, 王长陶, 章雪峰, 钟绵新, 李建华, 金成 , 曹军 申请人:浙江工业大学, 杭州邦威机电控制工程有限公司