离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台制造技术

本发明专利技术公开一种离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台，该平台包括调压稳压单元、过滤单元、蓄能器单元、伺服作动器单元、支撑导轨单元，装载平台单元、测试与控制单元；伺服作动器单元包含压力传感器，作动器位移传感器及加速度传感器。该实验台可有效复现土木工程超重力环境下所需的高频加速度测试信号，可复现正弦波，三角波及随机波等不同的高频加速度波形信号，具有波形复现精度高，系统频宽高的特点，装载平台可根据实际需求加装惯性负载或高自由度弾性负载，进而模拟复现不同的实验工况。工况。工况。

【技术实现步骤摘要】
离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台


[0001]本专利技术涉及土木工程超重力实验测试领域，具体涉及一种离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台。

技术介绍

[0002]当前世界自然灾害时有发生，时刻威胁着人身及财产的安全。因此对建筑抗灾害能力及机理的预研工作就显得十分重要。而电液振动台作为工程测试关键设备，因其输出力大、频响高，而被广泛应用于许多重要的工程领域，如房屋抗震实验、桥梁疲劳测试、材料可靠性检测等。
[0003]在岩土地震工程和土动力学的研究中，单元体试验、缩尺模型试验和场地原位试验是常见的研究方式，其中缩尺模型试验在揭示过程机理、验证科学理论和解决工程技术问题方面，方式更为灵活有效。由于物理、力学和化学等现象及变化特性随重力水平而变化，常规重力场的缩尺模型无法产生与原型相同的应力场，无法准确再现原型特性，运用超重力技术实现等效原型是最常用、最有效的研究手段。
[0004]动态离心模型试验技术是近年迅速发展起来的研究岩土工程地震的一项高新技术，其中土工离心机振动台系统是主要的试验设备。土工离心机将地基、岩土结构物等高缩尺比模型置于离心机转臂高速旋转而形成的超重力环境中，通过准确再现原型自重应力条件，复现岩土地震工程中的实际变形、破坏机制。另外，通过振动台在模型上施加等效压缩的地震波，便能准确复现原型地基和岩土体在真实地震波情况下的动力特性和破坏机理。
[0005]土工离心机振动台模型试验技术，能够使模型与原型的应力相等、变形相似、破坏机理相同，能够合理模拟原型土体的静动应力应变场，准确再现岩土体的动力响应、揭示客观规律、验证理论模型。而有关振动台的研究是整个离心试验系统的重中之重，对其的研究也涉及机械、电子、液压、控制等综合领域。

技术实现思路

[0006]本专利技术所解决的问题是提供了一种离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台，满足了在土木工程领域在超重力环境下所需的高频地震波振动复现的实验需求。
[0007]本专利技术的目的通过如下的技术方案来实现：
[0008]一种离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台，该平台用于复现超重力环境下的地震波形，该平台包括支架、低压蓄能器、压力传感器一、压力传感器二、作动器支撑架、连接支架、负载、加速度传感器、振动台面、滑块导轨、振动台基座、伺服阀一、伺服阀二、作动器阀体、比例溢流阀、稳压阀体、回油过滤器、进油过滤器、位移传感器、高压蓄能器、静压支撑油缸；
[0009]其中，所述支架和振动台基座固定于地面；
[0010]所述稳压阀体固定在所述支架上，所述进油过滤器、回油过滤器、比例溢流阀均安装固定于所述稳压阀体上，所述稳压阀体设置有进油口、出油口和回油口，所述稳压阀体外
接液压油源；
[0011]所述滑块导轨固连在所述振动台基座上，所述振动台面固定在滑块导轨中的滑块上，所述振动台面可沿振动台振动方向前后移动；所述负载、加速度传感器和连接支架均与振动台面刚性连接，所述加速度传感器用于测量振动台面在振动过程中的加速度波形；
[0012]所述作动器支架也固定在所述振动台基座上，所述静压支撑油缸的缸体与作动器支架固连，且静压支撑油缸的活塞杆穿过所述作动器支撑架上的开孔与所述连接支架固连；所述静压支撑油缸由活塞杆分成两个油腔，根据情况用作高压腔和低压腔；所述位移传感器固定安装于所述静压支撑油缸内部的活塞杆上，用于检测所述静压支撑油缸的活塞杆的位移；
[0013]所述作动器阀体固连于所述静压支撑油缸的上方，所述伺服阀一、伺服阀二并联固定在所述作动器阀体上；所述压力传感器一、压力传感器二均固定在所述作动器阀体上，分别用于检测所述静压支撑油缸的两个油腔的压力；所述低压蓄能器、高压蓄能器均固定在所述作动器阀体的侧面，所述高压蓄能器连接在进油油路上，且位于所述进油过滤器的下游；所述低压蓄能器位于回油油路上，且位于所述回油过滤器的上游；
[0014]所述作动器阀体与稳压阀体对应的油口之间通过液压软管连接；
[0015]所述液压油源提供的液压油依次经过所述稳压阀体、比例溢流阀、进油过滤器后，进入高压蓄能器和作动器阀体，然后经过并联的伺服阀一、伺服阀二后，进入静压支撑油缸的高压腔，挤压活塞杆移动，同时，所述静压支撑油缸的低压腔油液经过低压蓄能器后进入稳压阀体，最终回到所述液压油源的回油口。
[0016]进一步地，所述测试平台还包括测试与控制单元，所述测试与控制单元包括实时端控制器和上位机；所述实时端控制器与所述压力传感器一、压力传感器二、位移传感器和加速度传感器电连接；
[0017]所述实时端控制器包括实时控制器和FPGA模块；所述FPGA模块通过采集板卡采集所有传感器的模拟信号，经过采集板卡的数模转化，传感器信号转变成可供FPGA处理的数字信号，FPGA模块对数字信号进行滤波处理，并将滤波后的数字信号发送给所述实时控制器；同时，所述FPGA模块接收所述实时控制器相关控制信号，包含伺服阀控制信号和比例溢流阀控制信号；
[0018]所述实时控制器内置滤波算法、位移控制算法和加速度控制算法，用于与FPGA模块、上位机通信，接收上位机的相关控制指令，包括压力控制指令和参考加速度波形信号；同时实时控制器实时传递传感器数据给上位机，用于上位机的实时观测；
[0019]所述上位机用于接收所述实时控制器的信号，并发送对应的控制指令到实时控制器。
[0020]进一步地，所述测试平台包括泵站，所述泵站用作液压油源。
[0021]本专利技术的有益效果如下：
[0022](1)相对于常重力振动台的工作频宽低的特点，超重力振动台的工作频宽远远高于常重力振动台的工作频宽，本专利技术所实现的离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台因此在原有常重力振动台单阀驱动的基础上，引入双阀并联系统，能够有效的提高系统频宽特性，进而实现高频地震波的精准复现。通过一定的状态反馈和前馈补偿控制，该振动台的频宽能够到达100Hz左右。
[0023](2)本专利技术所实现的离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台能够根据具体需求装载惯性负载或高自由度弾性负载，并进行稳定实验，因此能够很好地复现土木工程领域的实际工况，满足相关特殊的工况需求。
[0024](3)本专利技术所实现的离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台能够通过实验过程的不断迭代逐渐实现高精度的高频加速度波形复现。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例的离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台的示意图1。
[0026]图2为本专利技术实施例的离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台的示意图2。
[0027]图3为本专利技术实施例的离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台的示意图3。
[0028]图4为流路示意图。
[0029]图中，1
‑
支架；2
‑
低压蓄能器；3
‑
压力传感器一；4
‑
压力传感器二；5
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离心机机载液压伺服高频地震模拟实验测试平台，其特征在于，该平台用于复现超重力环境下的地震波形，该平台包括支架、低压蓄能器、压力传感器一、压力传感器二、作动器支撑架、连接支架、负载、加速度传感器、振动台面、滑块导轨、振动台基座、伺服阀一、伺服阀二、作动器阀体、比例溢流阀、稳压阀体、回油过滤器、进油过滤器、位移传感器、高压蓄能器、静压支撑油缸；其中，所述支架和振动台基座固定于地面；所述稳压阀体固定在所述支架上，所述进油过滤器、回油过滤器、比例溢流阀均安装固定于所述稳压阀体上，所述稳压阀体设置有进油口、出油口和回油口，所述稳压阀体外接液压油源；所述滑块导轨固连在所述振动台基座上，所述振动台面固定在滑块导轨中的滑块上，所述振动台面可沿振动台振动方向前后移动；所述负载、加速度传感器和连接支架均与振动台面刚性连接，所述加速度传感器用于测量振动台面在振动过程中的加速度波形；所述作动器支架也固定在所述振动台基座上，所述静压支撑油缸的缸体与作动器支架固连，且静压支撑油缸的活塞杆穿过所述作动器支撑架上的开孔与所述连接支架固连；所述静压支撑油缸由活塞杆分成两个油腔，根据情况用作高压腔和低压腔；所述位移传感器固定安装于所述静压支撑油缸内部的活塞杆上，用于检测所述静压支撑油缸的活塞杆的位移；所述作动器阀体固连于所述静压支撑油缸的上方，所述伺服阀一、伺服阀二并联固定在所述作动器阀体上；所述压力传感器一、压力传感器二均固定在所述作动器阀体上，分别用于检测所述静压支撑油缸的两个油腔的压力；所述低压蓄能器、高压蓄能器均固定在所述作动器阀体的侧面，所述高压蓄能器连接在进油油路上，且位于所述进油过滤器的下游；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海波，杨祝，侯永哲，王承震，
申请(专利权)人：浙江大学高端装备研究院，
类型：发明
国别省市：