一種變頻多級振動加載試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種變頻多級振動加載試驗裝置，該裝置包括底板(1)、頂板(2)、增重板(27)、平衡配重塊(7)、變速電機(jī)(9)、支撐組件、固定組件、傳動組件、振動傳感器(26)及偏心塊(24)，底板(1)與頂板(2)通過支撐組件相連接，固定組件將變速電機(jī)(9)、傳動組件及偏心塊(24)固定安裝在頂板(2)上，平衡配重塊(7)的安裝位置與變速電機(jī)(9)的重心位置關(guān)于頂板(1)中心線對稱，振動傳感器(26)分別對稱相向地設(shè)置在底板(1)和頂板(2)上，增重板(27)固定安裝在底板(1)上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能更根據(jù)模型箱尺寸更換底板，應(yīng)用范圍廣，質(zhì)量輕，移動方便，具有實時監(jiān)測實驗裝置輸出動荷載信息的功能。
【專利說明】一種變頻多級振動加載試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程測試儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種變頻多級振動加載試驗裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]振動荷載是土木工程中基本的荷載形式之一，其對工程結(jié)構(gòu)的影響遠(yuǎn)比靜荷載復(fù)雜，模型試驗是研究振動荷載產(chǎn)生的各種復(fù)雜工程問題和科學(xué)理論問題的必須研究手段，而振動加載設(shè)備一直是模型試驗中的核心裝置，目前國內(nèi)外已有研制了各種振動試驗機(jī)，如振動臺、電磁激振器、液壓振動加載等設(shè)備，但這些裝置存在一定的缺點，如制造和試驗費用高昂、體積大不適用于小型模型試驗、動力荷載不穩(wěn)定、通用性差等。因此模型試驗研究中急需一種制造和試驗費用便宜、體積小、振動荷載加載質(zhì)量高、通用性好的振動加載試驗機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種變頻多級振動加載試驗裝置。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]一種變頻多級振動加載試驗裝置，該試驗裝置包括底板、頂板、平衡配重塊、變速電機(jī)、支撐組件、固定組件、傳動組件、振動傳感器及偏心塊，所述的底板與頂板通過支撐組件相連接，所述的固定組件將變速電機(jī)、傳動組件及偏心塊固定安裝在頂板上，所述平衡配重塊的安裝位置與變速電機(jī)的重心位置關(guān)于頂板中心線對稱，所述的振動傳感器分別對稱相向地設(shè)置在底板和頂板上；
[0006]所述的實驗裝置通過變速電機(jī)帶動對稱設(shè)置而轉(zhuǎn)向相反的偏心塊旋轉(zhuǎn)，使水平偏心力互相抵消，并通過彈簧輸出縱向正諧振動載荷。
[0007]所述底板可以根據(jù)實際需要更換，如尺寸較大時，應(yīng)增加加強(qiáng)筋防止板材變形；所述平衡配重塊的質(zhì)量等于變速電機(jī)和電機(jī)傳動帶質(zhì)量之和，其最佳位置應(yīng)使振動過程中頂板水平位移最?。凰鲎兯匐姍C(jī)的功率大、體積小、質(zhì)量輕而且性能可靠。
[0008]所述的支撐組件包括彈簧支撐螺紋桿和彈簧，所述的彈簧支撐螺紋桿為至少一對，并對稱設(shè)置在底板上，向上穿過設(shè)置在頂板上的彈簧支撐螺紋桿穿出孔，將底板和頂板連接起來，所述彈簧套設(shè)在彈簧支撐螺紋桿上。
[0009]所述的彈簧分為相互獨立的頂板彈簧和底板彈簧，所述頂板彈簧的一端通過彈簧卡扣固定在頂板上，另一端通過墊片連接至彈簧支撐螺紋桿的螺母上，所述底板彈簧的兩端分別固定在底板和頂板上。所述的彈簧卡扣下部呈圓柱體狀，用于連接彈簧，其圓柱體的直徑略小于彈簧內(nèi)徑，上部為正六面體狀，用于限制彈簧移動，其外接圓直徑大于彈簧外直徑，其內(nèi)部設(shè)有與彈簧支撐螺紋桿相匹配的螺紋。
[0010]彈簧的選擇應(yīng)避免振動過程中頂板與底板相互碰撞，而且不能過長以免造成振動過程中試驗機(jī)重心不穩(wěn)，彈簧支撐螺紋桿尺寸應(yīng)與彈簧相配套。頂板彈簧與底板彈簧的型號一致，頂板彈簧用彈簧卡扣壓緊，可增加試驗機(jī)振動穩(wěn)定性，而且使頂板振動位移振幅減小一半。所述彈簧卡扣下部連接彈簧的圓柱體的直徑略小于彈簧內(nèi)直徑，上部限制彈簧移動的正六面體的外接圓直徑大于彈簧外直徑，其內(nèi)部有與中心桿相匹配的螺紋，該彈簧卡扣不僅可以減小彈簧水平彎曲，而且能避免傳統(tǒng)彈簧卡扣在振動過程中的松動問題。
[0011]所述的固定組件包括一級從動齒輪支架、電機(jī)支架、二級從動齒輪支架及偏心塊固定圓盤，所述的一級從動齒輪支架、二級從動齒輪支架及電機(jī)支架將傳動組件固定安裝在頂板上，所述的偏心塊固定圓盤將偏心塊固定在傳動組件上。
[0012]所述的一級從動齒輪支架和二級從動齒輪支架均為一對，所述一級從動齒輪對稱安裝在頂板的正中央，所述二級從動齒輪支架對稱安裝在頂板的左右兩端。
[0013]所述的傳動組件包括電機(jī)主動齒輪、電機(jī)從動齒輪、傳動帶、一級從動齒輪、二級從動齒輪、一級從動齒輪軸承、二級從動齒輪軸承及咬合齒輪，所述的一級從動齒輪、咬合齒輪及電機(jī)從動齒輪通過一級從動齒輪軸承固定在一級從動齒輪支架上，所述的二級從動齒輪通過二級從動齒輪軸承固定在二級從動齒輪支架上，所述電機(jī)主動齒輪與電機(jī)從動齒輪之間、一級從動齒輪與二級從動齒輪之間通過傳動帶相連接。
[0014]所述的一級從動齒輪、咬合齒輪、二級從動齒輪及偏心塊固定圓盤均為兩對。
[0015]所述的傳動帶為皮帶或鏈條。
[0016]所述的底板上還設(shè)有增重板，該增重板上設(shè)有螺栓孔，增重板通過增重板固定螺紋桿穿過螺栓孔固定安裝在底板上。
[0017]本發(fā)明采用高強(qiáng)輕質(zhì)材料，工作時，通過調(diào)節(jié)變速電機(jī)的轉(zhuǎn)速和傳動齒輪的直徑t匕，進(jìn)行振動荷載頻率的調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)增重板的質(zhì)量，進(jìn)行振動荷載基準(zhǔn)值的調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)偏心塊的材質(zhì)、厚度、數(shù)量、中心角及其在偏心塊固定圓盤上的布置位置，進(jìn)行振動荷載振幅的調(diào)節(jié)。同時安裝在頂板和底板上的振動傳感器能夠用來監(jiān)測試驗裝置輸出的振動荷載信息，并判斷是否滿足模型試驗的要求。
[0018]本發(fā)明一種變頻多級振動加載試驗裝置可用于模擬火車、地鐵列車、交通車輛、動力機(jī)械等土木工程中常見的振動荷載，能調(diào)節(jié)輸出振動荷載頻率、振動荷載基準(zhǔn)值以及振動荷載振幅，而且方便移動，適用于不同尺寸的模型試驗，能夠監(jiān)測試驗機(jī)輸出動荷載的相
關(guān)信息。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點:
[0020]1.能調(diào)節(jié)輸出振動荷載的頻率、動荷載基準(zhǔn)值以及動荷載振幅；
[0021]2.輸出振動荷載質(zhì)量畸變少、穩(wěn)定可靠。
[0022]3.采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料制作，移動方便；
[0023]4.能根據(jù)模型箱尺寸更換底板，使用范圍廣泛；
[0024]5.具有監(jiān)測試驗機(jī)輸出動荷載信息的功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為變頻多級振動加載試驗裝置維示意圖；
[0026]圖2變頻多級振動加載試驗裝置立面圖；
[0027]圖3變頻多級振動加載試驗裝置平面圖:
[0028]圖4變頻多級振動加載試驗裝置底板平面圖；[0029]圖5變頻多級振動加載試驗裝置底板側(cè)立圖:
[0030]圖6變頻多級振動加載試驗裝置底板正立圖；
[0031]圖7變頻多級振動加載試驗裝置頂板平面圖；
[0032]圖8變頻多級振動加載試驗裝置增重板平面圖；
[0033]圖9變頻多級振動加載試驗裝置偏心塊固定盤平面圖；
[0034]圖10變頻多級振動加載試驗裝置偏心塊平面圖；
[0035]圖11變頻多級振動加載試驗裝置偏心塊布置圖；
[0036]圖12變頻多級振動加載試驗裝置彈簧立面圖；
[0037]圖13變頻多級振動加載試驗裝置彈簧平面圖。
[0038]圖中標(biāo)記說明:
[0039]1-底板、2-頂板、3-增重板固定螺紋桿、4-彈簧支撐螺紋桿、5-彈簧、6-吊繩固定孔、7_平衡配重塊、8_傳動帶a、9_變速電機(jī)、10-電機(jī)主動齒輪、11- 一級從動齒輪、12- —級從動齒輪軸承、13- —級從動齒輪支架、14-電機(jī)支架、15-二級從動齒輪支架、16-二級從動齒輪、17- 二級從動齒輪軸承、18-偏心塊固定圓盤、19-傳動帶b、20-咬合齒輪、21 -彈簧支撐螺紋桿穿出孔、22-螺母、23-墊片、24-偏心塊、25-觀測沉降圓孔、26-振動傳感器、27-增重板、28-螺栓孔、29-軸承孔、30-偏心塊固定孔、31-電機(jī)從動齒輪、51-彈簧卡扣正六面體部分、52-彈簧卡扣圓柱體部分、53-彈簧卡扣螺紋。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0041]實施例
[0042]圖1?3所示，為本發(fā)明一種變頻多級振動加載試驗裝置，該裝置通過變速電機(jī)9帶動對稱設(shè)置而轉(zhuǎn)向相反的偏心塊24旋轉(zhuǎn)，使水平偏心力互相抵消，并通過彈簧5輸出縱向正諧振動載荷，所述試驗裝置包括底板1、頂板2、增重板27、平衡配重塊7、變速電機(jī)9、支撐組件、固定組件、傳動組件、振動傳感器26及偏心塊24，所述的底板I與頂板2通過支撐組件相連接，所述的固定組件將變速電機(jī)9、傳動組件及偏心塊24固定安裝在頂板2上，所述平衡配重塊7的安裝位置與變速電機(jī)9的重心位置關(guān)于頂板2中心線對稱，所述的振動傳感器26分別對稱相向地設(shè)置在底板I和頂板2上，所述的增重板27固定安裝在底板I上。
[0043]底板I可以根據(jù)實際需要更換，如尺寸較大時，應(yīng)增加加強(qiáng)筋防止板材變形；所述平衡配重塊7的質(zhì)量等于變速電機(jī)9和電機(jī)傳動帶質(zhì)量之和，其最佳位置應(yīng)使振動過程中頂板I水平位移最??；所述變速電機(jī)9的功率大、體積小、質(zhì)量輕而且性能可靠。支撐組件包括彈簧支撐螺紋桿4和彈簧5，彈簧支撐螺紋桿4有三組，每組有三個，等間距設(shè)置在底板I前后兩端和中間的位置上；每個彈簧支撐螺紋桿4向上穿過設(shè)置在頂板2上的彈簧支撐螺紋桿穿出孔21，共同將底板I和頂板2連接起來，彈簧5套設(shè)在每個彈簧支撐螺紋桿4上。其中，彈簧5分為相互獨立的頂板彈簧和底板彈簧，所述頂板彈簧的一端通過彈簧卡扣固定在頂板I上，另一端通過墊片23連接至彈簧支撐螺紋桿4的螺母22上，底板彈簧的兩端分別固定在底板I和頂板2上。在選擇彈簧5的長度時，應(yīng)充分考慮避免振動過程中頂板I與底板2相互碰撞，長度不能過長以免造成振動過程中試驗裝置重心不穩(wěn)。彈簧支撐螺紋桿4的尺寸與彈簧5相配套。頂板彈簧與底板彈簧的型號一致，頂板彈簧用彈簧卡扣壓緊，可增加試驗裝置振動穩(wěn)定性，而且使頂板I振動位移振幅減小一半。所述彈簧卡扣的結(jié)構(gòu)如圖12?13所述，包括彈簧卡扣正六面體部分51、彈簧卡扣圓柱體部分52，其中彈簧卡扣正六面體部分51和圓柱體部分52的內(nèi)圈設(shè)有與彈簧螺紋中心桿4相匹配的彈簧卡扣螺紋53，下部連接彈簧5的彈簧卡扣圓柱體部分的直徑略小于彈簧5內(nèi)徑，上部限制彈簧移動的彈簧卡扣正六面體部分51的外接圓直徑大于彈簧5外徑，該彈簧卡扣不僅可以減小彈簧5水平彎曲，而且能避免傳統(tǒng)彈簧卡扣在振動過程中的松動問題。固定組件包括增重板固定螺紋桿3、一級從動齒輪支架13、電機(jī)支架14、二級從動齒輪支架15及偏心塊固定圓盤18，增重板固定螺紋桿3穿過增重板27上的螺栓孔28，并通過螺栓將增重板27固定安裝在底板I上；一級從動齒輪支架13、二級從動齒輪支架15及電機(jī)支架14將傳動組件固定安裝在頂板2上，偏心塊固定圓盤18將偏心塊24固定在傳動組件上；一級從動齒輪支架13和二級從動齒輪支架15均為一對，其中，一級從動齒輪支架13對稱安裝在頂板2的正中央，二級從動齒輪支架15對稱安裝在頂板2的左右兩端。傳動組件包括電機(jī)主動齒輪
10、電機(jī)從動齒輪31、傳動帶a8、傳動帶b 19、一級從動齒輪11、二級從動齒輪16、一級從動齒輪軸承12、二級從動齒輪軸承17及咬合齒輪20,—級從動齒輪11、咬合齒輪20及電機(jī)從動齒輪31通過一級從動齒輪軸承12固定在一級從動齒輪支架13上，二級從動齒輪16通過二級從動齒輪軸承17固定在二級從動齒輪支架15上，所述電機(jī)主動齒輪10與電機(jī)從動齒輪31之間通過傳動帶a8相連接，一級從動齒輪11與二級從動齒輪16之間通過傳動帶bl9相連接。一級從動齒輪11、咬合齒輪20、二級從動齒輪16及偏心塊固定圓盤18均為兩對，所述傳動帶為皮帶或鏈條。
[0044]圖4?6所示為變頻多級振動加載試驗裝置的底板I結(jié)構(gòu)示意圖,其中,振動傳感器26為一對，沿著底板I的中心線對稱設(shè)置；觀測沉降圓孔25共設(shè)有十三個，并以“T”字型結(jié)構(gòu)分布在底板I上，埋設(shè)于土體中的測量土體變形的傳感器數(shù)據(jù)線或者沉降標(biāo)可從觀測沉降圓孔25穿出，便于監(jiān)測動荷載作用下的土體變形；增重板固定螺紋桿3共設(shè)有兩組，每組有三個，等間距設(shè)置在底板I上，主要用于固定增重板27。圖8所示，增重板27上設(shè)有螺栓孔28，增重板固定螺紋桿3穿過螺栓孔28將增重板27固定在底板I上。
[0045]圖7所示為變頻多級振動加載試驗裝置的頂板2結(jié)構(gòu)示意圖,頂板2上同樣設(shè)有一對振動傳感器26和十三個“T”字型分布的觀測沉降圓孔25，其中，每個振動傳感器26和觀測沉降圓孔25的位置都與底板I上的相對應(yīng)。頂板2上還設(shè)有兩對吊繩固定孔6，每對吊繩固定孔6分別位于頂板2的左右兩端，且兩兩對稱分布。吊繩固定孔6主要作為吊繩的固定點，用以整個裝置的起吊移動。
[0046]圖9所示為變頻多級振動加載試驗裝置偏心塊固定盤18的平面圖，偏心塊固定盤18的圓心出設(shè)有軸承孔29，用于將偏心塊固定盤18固定在二級從動齒輪軸承17上，同時，沿著偏心塊固定盤18圓心線還設(shè)有偏心塊固定孔30,各圓心線之間的夾角為60° ,每條圓心線上等間距設(shè)有兩個偏心塊固定孔30。
[0047]圖10所示為變頻多級振動加載試驗裝置偏心塊24平面圖，偏心塊24為類扇形結(jié)構(gòu)，偏心塊上設(shè)有偏心塊固定孔30和軸承孔29，其中軸承孔29和偏心塊固定孔30的位置和尺寸分別與偏心塊固定盤18上的相匹配。圖11所不為兩塊偏心塊24安裝在偏心塊固定盤18上。[0048]工作時，通過調(diào)節(jié)變速電機(jī)9的轉(zhuǎn)速和傳動齒輪的直徑比來控制振動荷載頻率；通過調(diào)節(jié)增重板27的質(zhì)量來控制振動荷載基準(zhǔn)值；通過調(diào)節(jié)偏心塊24的材質(zhì)、厚度、數(shù)量、中心角及其在偏心塊固定圓盤18上的布置位置來控制振動荷載振幅。同時，安裝在頂板2和底板I上的振動傳感器26能夠用來監(jiān)測試驗裝置輸出的振動荷載信息，并判斷是否滿足模型試驗的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，該試驗裝置包括底板(I)、頂板(2)、平衡配重塊(7)、變速電機(jī)(9)、支撐組件、固定組件、傳動組件、振動傳感器(26)及偏心塊(24)，所述的底板(I)與頂板(2)通過支撐組件相連接，所述的固定組件將變速電機(jī)(9)、傳動組件及偏心塊(24)固定安裝在頂板(2)上，所述平衡配重塊(7)的安裝位置與變速電機(jī)(9)的重心位置關(guān)于頂板(2)中心線對稱，所述的振動傳感器(26)分別對稱相向地設(shè)置在底板⑴和頂板⑵上； 所述的實驗裝置通過變速電機(jī)(9)帶動對稱設(shè)置而轉(zhuǎn)向相反的偏心塊(24)旋轉(zhuǎn)，使水平偏心力互相抵消，并通過彈簧(5)輸出縱向正諧振動載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的支撐組件包括彈簧支撐螺紋桿(4)和彈簧(5)，所述的彈簧支撐螺紋桿(4)為至少一對，對稱設(shè)置在底板(I)上，并向上穿過設(shè)置在頂板(2)上的彈簧支撐螺紋桿穿出孔(21)，將底板(I)和頂板(2)連接起來，所述彈簧(5)套設(shè)在彈簧支撐螺紋桿(4)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的彈簧(5)分為相互獨立的頂板彈簧和底板彈簧，所述頂板彈簧的一端通過彈簧卡扣固定在頂板上，另一端通過墊片連接至彈簧支撐螺紋桿的螺母上，所述底板彈簧的兩端分別固定在底板⑴和頂板⑵上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的彈簧卡扣下部呈圓柱體狀，用于連接彈簧，其圓柱體的直徑小于彈簧內(nèi)徑，上部為正六面體狀，用于限制彈簧移動，其外接圓直徑大于彈簧外直徑，其內(nèi)部設(shè)有與彈簧支撐螺紋桿(4)相匹配的螺紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的固定組件包括一級從動齒輪支架(13)、電機(jī)支架(14)、二級從動齒輪支架(15)及偏心塊固定圓盤(18)，所述的一級從動齒輪支架(13)、二級從動齒輪支架(15)及電機(jī)支架(14)將傳動組件固定安裝在頂板(2)上，所述的偏心塊固定圓盤(18)將偏心塊(24)固定在傳動組件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的一級從動齒輪支架(13)和二級從動齒輪支架(15)均為一對，所述一級從動齒輪支架(13)對稱安裝在頂板(2)的正中央，所述二級從動齒輪支架(15)對稱安裝在頂板(2)的左右兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的傳動組件包括電機(jī)主動齒輪(10)、電機(jī)從動齒輪(31)、傳動帶、一級從動齒輪(11)、二級從動齒輪(16)、一級從動齒輪軸承(12)、二級從動齒輪軸承(17)及咬合齒輪(20),所述的一級從動齒輪(11)、咬合齒輪(20)及電機(jī)從動齒輪(31)通過一級從動齒輪軸承(12)固定在一級從動齒輪支架(13)上,所述的二級從動齒輪(16)通過二級從動齒輪軸承(17)固定在二級從動齒輪支架(15)上，所述電機(jī)主動齒輪(10)與電機(jī)從動齒輪(31)之間、一級從動齒輪(11)與二級從動齒輪(16)之間通過傳動帶相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的一級從動齒輪(11)、咬合齒輪(20)、二級從動齒輪(16)及偏心塊固定圓盤(18)均為兩對，所述的傳動帶為皮帶或鏈條。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，所述的底板(I)上還設(shè)有增重板(27)，該增重板(27)上設(shè)有螺栓孔(28)，增重板(27)通過增重板固定螺紋桿(3)穿過螺栓孔(28)固定安裝在底板(I)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變頻多級振動加載試驗裝置，其特征在于，工作時，通過調(diào)節(jié)變速電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)速和傳動齒輪的直徑比，進(jìn)行振動荷載頻率的調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)增重板(27)的質(zhì)量，進(jìn)行振動荷載基準(zhǔn)值的調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)偏心塊(24)的材質(zhì)、厚度、數(shù)量、中心角及其在偏心塊 固定圓盤(18)上的布置位置，進(jìn)行振動荷載振幅的調(diào)節(jié)。
【文檔編號】G01M7/02GK104034502SQ201410288745
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】廖少明, 武軍 申請人:同濟(jì)大學(xué)