专利名称：全数字三自由度地震仿真试验平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及地震仿真试验技术领域，具体地讲是一种全数字三自由度地震仿 真试验平台。
背景技术：
地震仿真试验平台是一种根据不同震级条件下的仿真模拟装置，适用于科普教 育、人员培训和仿真试验等。纵观国内，传统的仿真平台有六自由度、三自由度运动平台。六 自由度运动平台的不足是结构庞大且利用率低(地震主要为三个直线自由度)；传统三自 由度运动平台自身结构较高，高频运动时稳定性差，不能模拟出地震波逼真的地震效果。
发明内容本实用新型的目的就是提供一种全数字三自由度地震仿真试验平台，这是一种能 真实体现地震感觉的、沿X、Y、Z三轴直线运动、同时又能进行任意复合运动的高精度的地 震仿真试验平台。本实用新型是这样实现的全数字三自由度地震仿真试验平台由下平台1、Y向平台2、Z向缸支座3、曲柄连 杆组件4、X向平台5、房体结构6、曲柄轴7、连杆中轴8、X向缸组件9、Y向缸组件10和Z 向缸组件11等组成与地基相连的下平台1主要由两条平行的主梁b和其间垂直连接的副梁c组成， 主梁b端部设有用于连接曲柄连杆机构的座板d，主梁b和副梁c下方均设有调节板a。Y向平台2为一由两组平行梁架e、h组成的框体，梁架e上设有带Z向滑轨j的 主梁f，梁架h间设有辅梁i，辅梁i底部连接平行于主梁f的副梁g，在辅梁i和梁架e间 设有平行于主梁f并带Z向滑轨j的轨梁k ；X向平台5主要由框架L和支撑梁m组成，在框架L和支撑梁m间设有X向连接板 η ；X向缸组件9通过副梁g和X向连接板η分别与Y向平台2和X向平台5连成一 体，房体结构6装于X向平台5之上；Y向缸组件10通过副梁c和主梁f分别与下平台1和Y向平台2连成一体；Z向缸组件11通过辅梁i连接Y向平台2，并连接Z向滑轨j上的Z向缸支座3， Z向缸支座3通过曲柄轴7和连杆中轴8与曲柄连杆组件4连接。本实用新型工作原理X向缸组件9装配体与试验平台的X向中心线在一个平面内，从而保证试验平作业 时，X向平台5始终沿X向中心线运动；Y向缸组件10装配体与试验平台Y向中心线在一个平面内，从而保证试验平作业 时，Y向平台2始终沿Y向中心线运动；当Z向缸组件11装配体驱动时，通过Z向缸支座3带动曲柄连杆组件4沿着Z向
3滑轨j做往复运动，曲柄连杆组件4中的曲柄推动X向平台5实现了垂直运动，即Z向运动， 也就是变平台的水平运动为垂直运动。本实用新型所提供的全数字三自由度地震仿真试验平台，可沿X，Y，Z三轴实现平 移，既可实现单自由度运动，又可实现任意两个自由度的复合运动，同时还可以实现三个自 由度的复合运动。与以往传统的三自由度平台不同的是，该试验平台结构非常紧凑，整体占 用空间小，重心低，运动准确，能够逼真的模拟地震的感觉，特别适用于科普性质的地震模 拟教育，也可用于人员培训、训练和其他领域的模拟训练器材。
图1是本实用新型的主视结构示意图。图2是本实用新型的左视结构示意图。图3是本实用新型的俯视结构示意图。图4是本实用新型下平台1主视结构示意图。图5是本实用新型下平台1侧视结构示意图。图6是本实用新型下平台1俯视结构示意图。图7是本实用新型Y向平台2主视结构示意图。图8是本实用新型Y向平台2侧视结构示意图。图9是本实用新型Y向平台2俯视结构示意图。图10是本实用新型X向平台5主视结构示意图。图11是本实用新型X向平台5侧视结构示意图。图12是本实用新型X向平台5俯视结构示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，全数字三自由度地震仿真试验平台由下平台1、Y向平台2、Z向缸 支座3、曲柄连杆组件4、X向平台5、房体结构6、曲柄轴7、连杆中轴8、X向缸组件9、Y向 缸组件10和Z向缸组件11组成与地基相连的下平台1主要由两条平行的主梁b和其间垂直连接的副梁c组成， 主梁b四个端部的上方均设有连接曲柄连杆机构的座板d，主梁b和副梁c下方均设有调节 板a ；Y向平台2为一由两组平行梁架e、h组成的方形框体，梁架e上设有带Z向滑轨j 的主梁f，梁架h间设有辅梁i，辅梁i底部连接平行于主梁f的副梁g，在辅梁i和梁架e 间设有平行于主梁f并带Z向滑轨j的轨梁k ；X向平台5主要由框架L和支撑梁m组成，在框架L和支撑梁m间设有X向连接板 η ；X向缸组件9通过副梁g和X向连接板η分别与Y向平台2和X向平台5连成一 体，房体结构6装于X向平台5之上；Y向缸组件10通过副梁c和主梁f分别与下平台1和Y向平台2连成一体；Z向缸组件11通过辅梁i连接Y向平台2，并连接Z向滑轨j上的Z向缸支座3， Z向缸支座3通过曲柄轴7和连杆中轴8与曲柄连杆组件4连接。[0036]下平台1、Y向平台2、Z向缸支座3、X向平台5、上平台房体结构6均为型材焊接 结构，相互连接的位置都经过精密机床加工并牢固焊接，以保证安装精度。曲柄连杆组件4、曲柄轴7、连杆中轴8等件均由精密车床加工，以保证精度要求。X向缸组件9、Y向缸组件10和Z向缸组件11三组油缸组件均由专业液压缸生产 厂家提供，其精密度及液压原理均能很好地满足地震仿真试验平台的需求。本实用新型所承负载主要由上平台房体结构6来承担，上平台房体结构6由型材 焊接而成，结构内部有加强筋，每组型材之间牢固焊接以保证实验人员的安全。其中受载荷 影响最大的Y向平台2尤为重要，其采用型材焊接，空间有多处加强筋，各关键部位均有强 化设计，通过理论分析计算和实际使用，证明了此结构安全可靠。本实用新型用计算机控制液压阀，通过流量、流速控制液压缸，能准确实现三个自 由度的单自由度运动或任意两个或三个自由度的复合运动。停机时，X向缸组件9和Y向缸 组件10的活塞杆可处于半行程位置，Z向缸组件11的活塞杆要处于行程为零的位置。开 机时，可将X向缸组件9和Y向缸组件10微调，而要将Z向缸组件11的活塞杆行至半行程 位置，然后即可通过计算机控制实现三个自由度的运动。试验平台沿X方向运动使X向缸组件9的活塞杆处于半行程状态，计算机发出指令，通过活塞杆的伸缩， 平台实现X向运动。试验平台沿Y方向运动使Y向缸组件10的活塞杆处于半行程状态，计算机发出指令，通过活塞杆伸缩，平 台实现Y向运动。试验平台沿Z方向运动由于Z向缸组件11的活塞杆处于行程为零的初始状态，所以计算机应发出指令使 活塞杆伸缩到半行程状态后，再通过活塞杆的伸缩及多组机构连动将水平运动转换为垂向 运动，实现平台Z向运动。
权利要求一种全数字三自由度地震仿真试验平台，其特征在于它由下平台(1)、Y向平台(2)、Z向缸支座(3)、曲柄连杆组件(4)、X向平台(5)、房体结构(6)、曲柄轴(7)、连杆中轴(8)、X向缸组件(9)、Y向缸组件(10)和Z向缸组件(11)组成与地基相连的下平台(1)主要由两条平行的主梁(b)和其间垂直连接的副梁(c)组成，主梁(b)四个端部的上方均设有连接曲柄连杆机构的座板(d)，主梁(b)和副梁(c)下方均设有调节板(a)；Y向平台(2)为一由两组平行梁架(e)、(h)组成的框体，梁架(e)上设有带Z向滑轨(j)的主梁(f)，梁架(h)间设有辅梁(i)，辅梁(i)底部连接平行于主梁(f)的副梁(g)，在辅梁(i)和梁架(e)间设有平行于主梁(f)并带Z向滑轨(j)的轨梁(k)；X向平台(5)主要由框架(L)和支撑梁(m)组成，在框架(L)和支撑梁(m)间设有X向连接板(n)；X向缸组件(9)通过副梁(g)和X向连接板(n)分别与Y向平台(2)和X向平台(5)连成一体，房体结构(6)装于X向平台(5)之上；Y向缸组件(10)通过副梁(c)和主梁(f)分别与下平台(1)和Y向平台(2)连成一体；Z向缸组件(11)通过辅梁(i)连接Y向平台(2)，并连接Z向滑轨(j)上的Z向缸支座(3)，Z向缸支座(3)通过曲柄轴(7)和连杆中轴(8)与曲柄连杆组件(4)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种全数字三自由度地震仿真试验平台，专为能逼真模拟地震的感觉、进行地震科普性模拟教育的目的而研制，该平台主要包括下平台、Y向平台、Z向缸支座、曲柄连杆组件、X向平台、上平台房体结构等部件，能实现垂直升降、X向平移、Y向平移三个自由度的运动，同时，可实现任意两个自由度和三个自由度的复合运动。该试验平台稳定性好、精度高、能逼真的模拟地震的动感，结构紧凑、整体高度低，能根据真实实测的地震波模拟复现不同震级的地震，特别适用于科普性质的地震仿真模拟，也可用于人员培训和其它领域的模拟训练器材。
文档编号G09B9/00GK201622712SQ20092024709
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者任忠平, 宋建瓴, 张 杰, 曹炬, 李健朝, 李宝智 申请人:北京市星光凯明动感仿真模拟器中心