专利名称：两向三自由度弹簧式地震模拟振动台的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构地震实验用的地震模拟振动台。
背景技术：
结构地震实验用地震振动模拟方法及配套振动台的研究已有几十年历史，迄今为止，已有机械式、电磁式、伺服液压式的地震模拟振动台问世并投入使用，在结构地震实验中发挥作用。但机械式地震模拟振动台的结构复杂，电磁式、伺服液压式地震模拟振动台的价格昂贵，有碍于普及与推广，势必影响地震研究与预测工作的开展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两向三自由度弹簧式地震模拟振动台，此种地震模拟振动台结构简单，造价大幅度降低，有利于普及与推广。
本发明所述两向三自由度弹簧式地震模拟振动台包括支撑架、试验台、使试验台模拟地震的激振系统。支撑架由外支撑架和位于外支撑架内的内支撑架组成，激振系统主要由平动台、水平激振系统、垂直激振系统和夹持机构组成。
平动台包括台体及安装在台体底部的滚轮组，平动台的滚轮组位于内支撑架的导轨上；水平激振系统包括水平弹簧组、水平弹簧初始位移施力机构，水平弹簧组中的弹簧布置在平动台的两侧，各弹簧的一端与平动台连接，另一端与外支撑架的内侧面连接；垂直激振系统包括垂直弹簧组、垂直弹簧初始位移施力机构和空载时支撑试验台的承重构件，垂直弹簧组中的弹簧对称布置，各弹簧的一端与平动台连接，另一端与试验台底部连接，承重构件至少为两个，对称安装在外支撑架上部的内侧。水平弹簧组和垂直弹簧组中的弹簧根数和参数可依据试验模型的重量和振动频率加以选定。
水平弹簧初始位移施力机构、垂直弹簧初始位移施力机构和夹持机构可以是机械式结构、电磁式结构和液压式结构。若为液压式结构，水平弹簧初始位移施力机构由活塞、油缸组成，油缸安装在外支撑架内侧，其安装位置与平动台相对应；垂直弹簧初始位移施力机构由活塞、油缸组成，油缸安装在内支撑架上，其安装位置与试验台相对应；夹持机构包括夹持油缸、安装在油缸活塞杆上的连接构件、对称铰接在连接构件上的一对夹持手，夹持手的两个夹头位于试验台的夹持部位的两侧；水平弹簧初始位移施力机构、垂直弹簧初始位移施力机构和夹持机构的油缸均由液压站控制，液压站配有储能器，以实现夹持油缸释放夹持力时能达到瞬间大流量。
为了便于确定试验模型的放置位置，可以设置试验模型重心调节系统，该系统由平面内两个方向的重心调节机构组成，一个方向的重心调节机构为配重机构，另一个方向的重心调节机构为丝杆螺母机构。配重机构有两套，对称安装，每套配重机构包括支架、配重杆和配重块，支架安装在试验台固定台体的底部，配重杆固定在支架上，配重块悬挂在配重杆上；丝杆螺母机构的螺母安装在试验台可滑动台面的底部，丝杆与螺母匹配安装。
本发明具有以下有益效果1、本发明为地震模拟振动台提供了一种不同构思的技术方案，为开展结构地震模拟实验提供了结构简单的新设备。
2、本发明所述两向三自由度弹簧式地震模拟振动台的成本大幅度降低，其造价仅为现有同规模的液压式地震模拟振动台的价格的1/20，仅为现有同规模的电磁式地震模拟振动台的价格的1/15～1/10。
3、本发明所述弹簧式地震模拟振动台不仅造价低，而且性能良好，能满足结构地震实验的一般要求。
4、夹持机构的结构与液压站所配置的储能器相结合，保证了夹持机构能实现瞬间放松，从而使试验台的振动符合试验要求。
5、试验模型重心调节系统的设置，可方便、快速地使模型重心位于试验台中心。
图1是本发明所述两向三自由度弹簧式地震模拟振动台的一种结构图；图2是图1的侧视图；图3是图1的俯视图；图4是夹持机构的一种结构图；图5是试验台与平动台的组装方式图；图6是图5的侧视图；图7是试验模型重心调节系统与试验台的组装方式图；图8是图7的侧视图；图9是本发明所述两向三自由度弹簧式地震模拟振动台的液压站的一种结构图。
图中，1-外支撑架、2-内支撑架、3-夹持机构、4-水平弹簧初始位移施力机构、5-水平弹簧组、6-平动台、7-垂直弹簧组、8-垂直弹簧初始位移施力机构、9-试验台、10-模型框、11-配重机构、12-承重构件、13-夹持油缸、14-连接构件、15-连杆、16-杠杆、17-杠杆支点、18-连杆、19-夹头、20-试验台夹持体、21-试验台滑动台面、22-试验台固定台体、23-支架、24-配重杆、25-配重块、26-螺母、27-丝杆、28-储能器。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明所述两向三自由度弹簧式地震模拟振动台的结构作进一步说明。
本发明所述弹簧式地震模拟振动台可选试件重量3kN、6kN、9kN、12kN；振动频率2～6Hz，最大振幅50mm，其结构如图1、图2、图3所示，包括支撑架、试验台9、使试验台模拟地震的激振系统。支撑架由外支撑架1和位于外支撑架内的内支撑架2组成。激振系统主要由平动台6、水平激振系统、垂直激振系统和夹持机构3组成。
平动台6包括台体及安装在台体底部的滚轮组，平动台的滚轮组位于内支撑架2的导轨上。水平激振系统包括水平弹簧组5和水平弹簧初始位移施力机构4，水平弹簧组中的弹簧为四根，四根弹簧对称布置在平动台6的两侧，各弹簧的一端与平动台连接，另一端与外支撑架1的内侧面连接，如图3所示，当试件重量为3kN时，四根弹簧的直径均为Φ14mm，当试件重量为6kN时，四根弹簧的直径均为Φ16mm，当试件重量为9kN、12kN时，四根弹簧的直径均为Φ18mm。垂直激振系统包括垂直弹簧组7、垂直弹簧初始位移施力机构8和空载时支撑试验台的承重构件12；垂直弹簧组7中弹簧的根数与试件重量的关系是当试件重量为3kN时，6根直径为Φ12mm的弹簧，当试件重量为6kN时，8根直径为Φ12mm的弹簧，当试件重量为8kN、12kN时，10根直径为Φ12mm的弹簧；垂直弹簧组7中的弹簧对称布置，各弹簧的一端与平动台6连接，另一端与试验台9底部连接，如图5、图6所示。承重构件12为4个，对称安装在外支撑架1上部的内侧，如图2、图3所示，其与外支撑架的连接方式为铰接；当试验台处于空载状态时，旋转至与外支撑架垂直的位置支撑试验台9，避免垂直弹簧组7发生永久性变形，当试验台处于工作状态时，旋转至与外支撑架平行的位置，不影响试验台的振动。
水平弹簧初始位移施力机构4由一套活塞油缸组成，油缸安装在外支撑架1内侧，其安装位置与平动台6相对应；垂直弹簧初始位移施力机构8由两套活塞油缸组成，油缸安装在内支撑架2上，其安装位置与试验台9相对应；夹持机构3包括夹持油缸13、安装在油缸活塞杆上的连接构件14、对称铰接在连接构件14上的一对夹持手，夹持手由连杆15、杠杆16、连杆18和夹头19依次铰接而成，如图4所示，夹持手的两个夹头21位于试验台9的夹持部位的两侧；水平弹簧初始位移施力机构、垂直弹簧初始位移施力机构和夹持机构的油缸均由液压站控制；液压站的结构如图9所示，主要由油箱、油泵、分别控制水平弹簧初始位移施力机构、垂直弹簧初始位移施力机构和夹持机构的油缸的三个电磁阀与上述油缸构成的液压回路及储能器28组成，储能器与夹持油缸及其控制电磁阀构成液压回路，以实现夹持油缸13释放夹持力时能达到瞬间大流量。
试验台9包括固定台体22、可滑动台面21，可滑动台面安装在固定台体上，固定台体底面的中心部位设置有夹持体20；试验模型重心调节系统由试验台工作平面内两个方向的重心调节机构组成，一个方向的重心调节机构为配重机构11，另一个方向的重心调节机构为丝杆螺母机构，如图7、图8所示；配重机构11有两套，对称安装，每套配重机构包括支架23、配重杆24和配重块25，支架安装在试验台固定台体22的底部，配重杆固定在支架上，配重块悬挂在配重杆上；丝杆螺母机构的螺母26安装在试验台可滑动台面21的底部，丝杆27与螺母匹配安装；调整配重块的重量和转动丝杆，即可使试件中心位于试验台中心。
本发明所述两向三自由度弹簧式地震模拟振动台的使用操作程序1、准备阶段(1)接通电源，启动电源开关，检查电源电压；(2)根据试验模型重量和试验要求选装弹簧；(3)根据模型安装情况选装配重块和调节丝杆，使模型重心位于试验台中心。
2、试验阶段(1)启动油站中的油泵，预工作3～5分钟，并检查油压；(2)向平动台和试验台施加初始位移(包括水平和垂直初始位移)；(3)启动夹持机构，将试验台固定在新的位置；(4)移开所有可能阻挡试验台正常振动的物品、工具和构件；(5)将夹持机构瞬间放松，试验台开始振动，直至其自然静止为止；如果需要继续振动，则重复(2)～(5)步骤，如果不需继续试验则结束试验。
3、结束试验(1)重启油泵，将试验台升高，旋转承重构件至与外支撑架垂直的位置并将试验台轻降于承重构件上；(2)释放液压系统储能器的高压油液，关闭电源。
权利要求
1.一种两向三自由度弹簧式地震模拟振动台，包括支撑架、试验台(9)、使试验台模拟地震的激振系统，其特征在于支撑架由外支撑架(1)和位于外支撑架内的内支撑架(2)组成，激振系统主要由平动台(6)、水平激振系统、垂直激振系统和夹持机构(3)组成，平动台(6)包括台体及安装在台体底部的滚轮组，平动台的滚轮组位于内支撑架(2)的导轨上，水平激振系统包括水平弹簧组(5)、水平弹簧初始位移施力机构(4)，水平弹簧组中的弹簧布置在平动台(6)的两侧，各弹簧的一端与平动台连接，另一端与外支撑架(1)的内侧面连接，垂直激振系统包括垂直弹簧组(7)、垂直弹簧初始位移施力机构(8)和空载时支撑试验台的承重构件(12)，垂直弹簧组(7)中的弹簧对称布置，各弹簧的一端与平动台(6)连接，另一端与试验台(9)底部连接，承重构件(12)至少为两个，对称安装在外支撑架(1)上部的内侧。
2.根据权利要求1所述的两向三自由度弹簧式地震模拟振动台，其特征在于水平弹簧初始位移施力机构(4)由活塞油缸组成，油缸安装在外支撑架(1)内侧，其安装位置与平动台(6)相对应，垂直弹簧初始位移施力机构(8)由活塞、油缸组成，油缸安装在内支撑架(2)上，其安装位置与试验台(9)相对应，夹持机构(3)包括夹持油缸(13)、安装在油缸活塞杆上的连接构件(14)、对称铰接在连接构件(14)上的一对夹持手，夹持手的两个夹头(19)位于试验台(9)的夹持体的两侧，水平弹簧初始位移施力机构、垂直弹簧初始位移施力机构和夹持机构的油缸均由液压站控制，液压站配有保证夹持油缸(13)释放夹持力时能达到瞬间大流量的储能器(28)。
3.根据权利要求2所述的两向三自由度弹簧式地震模拟振动台，其特征在于夹持机构(3)的夹持手由连杆(15)、杠杆(16)、连杆(18)和夹头(19)依次铰接而成。
4.根据权利要求1或2或3所述的两向三自由度弹簧式地震模拟振动台，其特征在于试验台(9)包括固定台体(22)、可滑动台面(21)，可滑动台面安装在固定台体上，固定台体底面的中心部位设置夹持体(20)。
5.根据权利要求4所述的两向三自由度弹簧式地震模拟振动台，其特征在于还包括试验模型重心调节系统，该系统由平面内两个方向的重心调节机构组成，一个方向的重心调节机构为配重机构(11)，另一个方向的重心调节机构为丝杆螺母机构，配重机构(11)有两套，对称安装，每套配重机构包括支架(23)、配重杆(24)和配重块(25)，支架安装在试验台固定台体(22)的底部，配重杆固定在支架上，配重块悬挂在配重杆上，丝杆螺母机构的螺母(26)安装在试验台可滑动台面(21)的底部，丝杆(27)与螺母(26)匹配安装。
全文摘要
一种两向三自由度弹簧式地震模拟振动台，包括支撑架、试验台、使试验台模拟地震的激振系统。支撑架由外支撑架和内支撑架组成，激振系统主要由平动台、水平激振系统、垂直激振系统和夹持机构组成。水平激振系统包括水平弹簧组、水平弹簧初始位移施力机构，水平弹簧组中的弹簧布置在平动台的两侧，各弹簧的一端与平动台连接，另一端与外支撑架的内侧面连接；垂直激振系统包括垂直弹簧组、垂直弹簧初始位移施力机构和空载时支撑试验台的承重构件，垂直弹簧组中的弹簧对称布置，各弹簧的一端与平动台连接，另一端与试验台底部连接。此种地震模拟振动台结构简单，造价大幅度降低，有利于普及与推广。
文档编号G01V1/00GK1614444SQ200410081339
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者黄润秋, 徐进, 贾成功, 付小敏 申请人:成都理工大学