專利名稱：全數(shù)字三自由度地震仿真試驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及地震仿真試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種全數(shù)字三自由度地震仿 真試驗平臺。
背景技術(shù)：
地震仿真試驗平臺是一種根據(jù)不同震級條件下的仿真模擬裝置，適用于科普教 育、人員培訓(xùn)和仿真試驗等?？v觀國內(nèi)，傳統(tǒng)的仿真平臺有六自由度、三自由度運動平臺。六 自由度運動平臺的不足是結(jié)構(gòu)龐大且利用率低(地震主要為三個直線自由度)；傳統(tǒng)三自 由度運動平臺自身結(jié)構(gòu)較高，高頻運動時穩(wěn)定性差，不能模擬出地震波逼真的地震效果。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是提供一種全數(shù)字三自由度地震仿真試驗平臺，這是一種能 真實體現(xiàn)地震感覺的、沿X、Y、Z三軸直線運動、同時又能進行任意復(fù)合運動的高精度的地 震仿真試驗平臺。本實用新型是這樣實現(xiàn)的全數(shù)字三自由度地震仿真試驗平臺由下平臺1、Y向平臺2、Z向缸支座3、曲柄連 桿組件4、X向平臺5、房體結(jié)構(gòu)6、曲柄軸7、連桿中軸8、X向缸組件9、Y向缸組件10和Z 向缸組件11等組成與地基相連的下平臺1主要由兩條平行的主梁b和其間垂直連接的副梁c組成， 主梁b端部設(shè)有用于連接曲柄連桿機構(gòu)的座板d，主梁b和副梁c下方均設(shè)有調(diào)節(jié)板a。Y向平臺2為一由兩組平行梁架e、h組成的框體，梁架e上設(shè)有帶Z向滑軌j的 主梁f，梁架h間設(shè)有輔梁i，輔梁i底部連接平行于主梁f的副梁g，在輔梁i和梁架e間 設(shè)有平行于主梁f并帶Z向滑軌j的軌梁k ；X向平臺5主要由框架L和支撐梁m組成，在框架L和支撐梁m間設(shè)有X向連接板 η ；X向缸組件9通過副梁g和X向連接板η分別與Y向平臺2和X向平臺5連成一 體，房體結(jié)構(gòu)6裝于X向平臺5之上；Y向缸組件10通過副梁c和主梁f分別與下平臺1和Y向平臺2連成一體；Z向缸組件11通過輔梁i連接Y向平臺2，并連接Z向滑軌j上的Z向缸支座3， Z向缸支座3通過曲柄軸7和連桿中軸8與曲柄連桿組件4連接。本實用新型工作原理X向缸組件9裝配體與試驗平臺的X向中心線在一個平面內(nèi)，從而保證試驗平作業(yè) 時，X向平臺5始終沿X向中心線運動；Y向缸組件10裝配體與試驗平臺Y向中心線在一個平面內(nèi)，從而保證試驗平作業(yè) 時，Y向平臺2始終沿Y向中心線運動；當(dāng)Z向缸組件11裝配體驅(qū)動時，通過Z向缸支座3帶動曲柄連桿組件4沿著Z向
3滑軌j做往復(fù)運動，曲柄連桿組件4中的曲柄推動X向平臺5實現(xiàn)了垂直運動，即Z向運動， 也就是變平臺的水平運動為垂直運動。本實用新型所提供的全數(shù)字三自由度地震仿真試驗平臺，可沿X，Y，Z三軸實現(xiàn)平 移，既可實現(xiàn)單自由度運動，又可實現(xiàn)任意兩個自由度的復(fù)合運動，同時還可以實現(xiàn)三個自 由度的復(fù)合運動。與以往傳統(tǒng)的三自由度平臺不同的是，該試驗平臺結(jié)構(gòu)非常緊湊，整體占 用空間小，重心低，運動準(zhǔn)確，能夠逼真的模擬地震的感覺，特別適用于科普性質(zhì)的地震模 擬教育，也可用于人員培訓(xùn)、訓(xùn)練和其他領(lǐng)域的模擬訓(xùn)練器材。

圖1是本實用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型下平臺1主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型下平臺1側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實用新型下平臺1俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實用新型Y向平臺2主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本實用新型Y向平臺2側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本實用新型Y向平臺2俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本實用新型X向平臺5主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本實用新型X向平臺5側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是本實用新型X向平臺5俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1-2所示，全數(shù)字三自由度地震仿真試驗平臺由下平臺1、Y向平臺2、Z向缸 支座3、曲柄連桿組件4、X向平臺5、房體結(jié)構(gòu)6、曲柄軸7、連桿中軸8、X向缸組件9、Y向 缸組件10和Z向缸組件11組成與地基相連的下平臺1主要由兩條平行的主梁b和其間垂直連接的副梁c組成， 主梁b四個端部的上方均設(shè)有連接曲柄連桿機構(gòu)的座板d，主梁b和副梁c下方均設(shè)有調(diào)節(jié) 板a ；Y向平臺2為一由兩組平行梁架e、h組成的方形框體，梁架e上設(shè)有帶Z向滑軌j 的主梁f，梁架h間設(shè)有輔梁i，輔梁i底部連接平行于主梁f的副梁g，在輔梁i和梁架e 間設(shè)有平行于主梁f并帶Z向滑軌j的軌梁k ；X向平臺5主要由框架L和支撐梁m組成，在框架L和支撐梁m間設(shè)有X向連接板 η ；X向缸組件9通過副梁g和X向連接板η分別與Y向平臺2和X向平臺5連成一 體，房體結(jié)構(gòu)6裝于X向平臺5之上；Y向缸組件10通過副梁c和主梁f分別與下平臺1和Y向平臺2連成一體；Z向缸組件11通過輔梁i連接Y向平臺2，并連接Z向滑軌j上的Z向缸支座3， Z向缸支座3通過曲柄軸7和連桿中軸8與曲柄連桿組件4連接。[0036]下平臺1、Y向平臺2、Z向缸支座3、X向平臺5、上平臺房體結(jié)構(gòu)6均為型材焊接 結(jié)構(gòu)，相互連接的位置都經(jīng)過精密機床加工并牢固焊接，以保證安裝精度。曲柄連桿組件4、曲柄軸7、連桿中軸8等件均由精密車床加工，以保證精度要求。X向缸組件9、Y向缸組件10和Z向缸組件11三組油缸組件均由專業(yè)液壓缸生產(chǎn) 廠家提供，其精密度及液壓原理均能很好地滿足地震仿真試驗平臺的需求。本實用新型所承負載主要由上平臺房體結(jié)構(gòu)6來承擔(dān)，上平臺房體結(jié)構(gòu)6由型材 焊接而成，結(jié)構(gòu)內(nèi)部有加強筋，每組型材之間牢固焊接以保證實驗人員的安全。其中受載荷 影響最大的Y向平臺2尤為重要，其采用型材焊接，空間有多處加強筋，各關(guān)鍵部位均有強 化設(shè)計，通過理論分析計算和實際使用，證明了此結(jié)構(gòu)安全可靠。本實用新型用計算機控制液壓閥，通過流量、流速控制液壓缸，能準(zhǔn)確實現(xiàn)三個自 由度的單自由度運動或任意兩個或三個自由度的復(fù)合運動。停機時，X向缸組件9和Y向缸 組件10的活塞桿可處于半行程位置，Z向缸組件11的活塞桿要處于行程為零的位置。開 機時，可將X向缸組件9和Y向缸組件10微調(diào)，而要將Z向缸組件11的活塞桿行至半行程 位置，然后即可通過計算機控制實現(xiàn)三個自由度的運動。試驗平臺沿X方向運動使X向缸組件9的活塞桿處于半行程狀態(tài)，計算機發(fā)出指令，通過活塞桿的伸縮， 平臺實現(xiàn)X向運動。試驗平臺沿Y方向運動使Y向缸組件10的活塞桿處于半行程狀態(tài)，計算機發(fā)出指令，通過活塞桿伸縮，平 臺實現(xiàn)Y向運動。試驗平臺沿Z方向運動由于Z向缸組件11的活塞桿處于行程為零的初始狀態(tài)，所以計算機應(yīng)發(fā)出指令使 活塞桿伸縮到半行程狀態(tài)后，再通過活塞桿的伸縮及多組機構(gòu)連動將水平運動轉(zhuǎn)換為垂向 運動，實現(xiàn)平臺Z向運動。
權(quán)利要求一種全數(shù)字三自由度地震仿真試驗平臺，其特征在于它由下平臺(1)、Y向平臺(2)、Z向缸支座(3)、曲柄連桿組件(4)、X向平臺(5)、房體結(jié)構(gòu)(6)、曲柄軸(7)、連桿中軸(8)、X向缸組件(9)、Y向缸組件(10)和Z向缸組件(11)組成與地基相連的下平臺(1)主要由兩條平行的主梁(b)和其間垂直連接的副梁(c)組成，主梁(b)四個端部的上方均設(shè)有連接曲柄連桿機構(gòu)的座板(d)，主梁(b)和副梁(c)下方均設(shè)有調(diào)節(jié)板(a)；Y向平臺(2)為一由兩組平行梁架(e)、(h)組成的框體，梁架(e)上設(shè)有帶Z向滑軌(j)的主梁(f)，梁架(h)間設(shè)有輔梁(i)，輔梁(i)底部連接平行于主梁(f)的副梁(g)，在輔梁(i)和梁架(e)間設(shè)有平行于主梁(f)并帶Z向滑軌(j)的軌梁(k)；X向平臺(5)主要由框架(L)和支撐梁(m)組成，在框架(L)和支撐梁(m)間設(shè)有X向連接板(n)；X向缸組件(9)通過副梁(g)和X向連接板(n)分別與Y向平臺(2)和X向平臺(5)連成一體，房體結(jié)構(gòu)(6)裝于X向平臺(5)之上；Y向缸組件(10)通過副梁(c)和主梁(f)分別與下平臺(1)和Y向平臺(2)連成一體；Z向缸組件(11)通過輔梁(i)連接Y向平臺(2)，并連接Z向滑軌(j)上的Z向缸支座(3)，Z向缸支座(3)通過曲柄軸(7)和連桿中軸(8)與曲柄連桿組件(4)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種全數(shù)字三自由度地震仿真試驗平臺，專為能逼真模擬地震的感覺、進行地震科普性模擬教育的目的而研制，該平臺主要包括下平臺、Y向平臺、Z向缸支座、曲柄連桿組件、X向平臺、上平臺房體結(jié)構(gòu)等部件，能實現(xiàn)垂直升降、X向平移、Y向平移三個自由度的運動，同時，可實現(xiàn)任意兩個自由度和三個自由度的復(fù)合運動。該試驗平臺穩(wěn)定性好、精度高、能逼真的模擬地震的動感，結(jié)構(gòu)緊湊、整體高度低，能根據(jù)真實實測的地震波模擬復(fù)現(xiàn)不同震級的地震，特別適用于科普性質(zhì)的地震仿真模擬，也可用于人員培訓(xùn)和其它領(lǐng)域的模擬訓(xùn)練器材。
文檔編號G09B9/00GK201622712SQ20092024709
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者任忠平, 宋建瓴, 張 杰, 曹炬, 李健朝, 李寶智 申請人:北京市星光凱明動感仿真模擬器中心