一种六自由度地基激振台

1.本发明属于振动试验机技术领域，尤其涉及一种六自由度地基激振台。


背景技术：

2.地基激振台可以激发出指定的振动频率，是检验隔振系统的隔振效果的有效配套设备。振动试验机是模拟产品在于制造，组装运输及使用执行阶段中所遭遇的各种环境，用以鉴定产品是否忍受环境振动的能力，适用于电子、机电、光电、汽机车、玩具等各行各业的研究、开发、品管、制造。
3.振动台又称振动激励器或振动发生器。它是一种利用电动、电液压、压电或其他原理获得机械振动的装置。电液台适用于中低频范围，电动台适用于中高频范围，机械台频率范围最窄。此外还要从推力大小、波形优劣、控制的方便性等综合考虑。
4.本发明采用电动的激振方式，同时实现了低频可控、无失真、大负载、水冷和优良的抗偏载性能等，克服了传统电动激振台的部分缺点。地基振动台主要有以下功能：
5.1、调频功能：频率范围内任何单一频率可激发在vc-a到vc-c标准之间的振动；
6.2、扫频功能：(上频率/下频率/时间范围)可设定不同振动标准来回扫频；
7.3、全功能电脑控制：电脑有精细控制、储存、记录功能。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种六自由度地基激振台，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种六自由度地基激振台，所述地基激振台包括大理石平台和大理石平台支撑框架；所述大理石平台支撑框架是支撑大理石平台、承受电机反作用力的组件，其上安装有电机和空气弹簧；所述大理石平台支撑框架通过垫板固定安装在混凝土地面上；所述大理石平台是被激励装置，居于支撑框架中间，大理石平台四侧通过连接板与固连在支撑框架上的电机相连。
10.进一步地，所述大理石平台包括垂向电机连接面21，其上有2*4的m20电机安装螺纹孔阵列、空气弹簧支撑面22，对称分布共八个区域、短连接板安装面23，单侧对称分布有2*10的m20安装螺纹孔阵列、减重孔24，尺寸为φ76mm*1200mm，单侧对称分布共14个、吊装孔25，尺寸为φ80mm*150mm，用于翻转和吊装时使用、x\z\y向速度传感器安装孔26，27，29，对称分布和长连接板安装面28，单侧分布有2*16的m20安装螺纹孔阵列；各平面边缘有倒角以减小应力集中、垂直方向上分为三层可以在保证刚度的情况下减少局部质量以提高固有频率、上表面对称均匀分布9*12的m20螺纹孔阵列，用以安装固定被激励装置。
11.进一步地，所述大理石平台由长宽高为4m*3m*0.6m的均匀大理石石料加工而成，材料密度为3g/cm3，质量为16.8t，在弹性约束条件下，第七阶固有频率为159.93hz。
12.进一步地，所述大理石平台支撑框架包括纵梁1，其上各处留有m20的螺纹孔阵列用以与其他组件连接，共两根、水平方向电机靠板2，其侧面和底面有2*2的m20螺纹孔用以
和纵梁1与三联电机连接，共有8件、工字钢支腿3，其底面和顶面均匀对称留有2*4的m20螺纹孔阵列，用于与底面和其它组件连接，共有22件、加固板4，20mm厚的直角型钢板，其上分布有20个m20的螺纹孔，用于加固框架横梁5和纵梁1之间的连接，保证结构稳定性，框架四角共8件、横梁5，其上各处留有m20的螺纹孔阵列用以与其他组件连接，共两根、空气弹簧6，用以承载重量，水平分布共8个、y/z/x方向的三联电机7，13，14，由三个电机出力拼接并联在一起组成，留有m20的安装螺纹孔，并安装有电机出力方向上的调整板，共12组36个电机、电机安装调整板8，9，10，用于调整三联电机其余两个方向的安装姿态、限位装置11，保证大理石平台振动的安全性、空气弹簧支架12，垫高空气弹簧，扩大检修替换的施工空间、短连接板15，其上分别有2*16的m20光孔和2*15的m20螺纹安装孔，用以连接大理石平台和三联电机、两种结构相似的支腿16，18，整体为焊接连接而成，用以安装空气弹簧和垂向电机，共三件、垂向电机靠板17，焊接在支腿18上用于安装z方向的电机13，共4件、以及长连接板19，其上分别有2*16的m20光孔和2*15的m20螺纹安装孔，用以连接大理石平台和三联电机。
13.进一步地，所述大理石平台支撑框架的总体尺寸为7m*5.4m*1.5m，使用400mm*400mm，壁厚20mm的方钢为基础材料加工拼接而成，总质量约为17t，在固定约束下第一阶固有频率为150.45hz，且其组件电机靠板在固定约束下第一阶固有频率达515hz，电机出力最大时mises应力为0.3mpa，能够保证大理石平台振动时支撑框架不会发生共振和塑性变形。
14.本发明的有益效果为：
15.1、六自由度地基激振台的组成部分(大理石平台与大理石平台支撑框架)以及电机靠板的固有频率均高于最大激振频率的1.414倍，根据共振原理可以知道激振过程中各部分都不会受到共振的影响而产生不可控的情况；
16.2、大理石平台在载荷为最大设计载荷(0.286mpa安全系数1.2)时，仿真时其mises应力远远小于其抗压强度(212mpa)，说明大理石平台的使用性能能够得到保证；
17.3、大理石平台支撑框架在设计时充分考虑到其强度和稳定性，配合限位装置能够保证长久使用的安全性，并且预留出可供检修的底部空间，方便检查地基激振台的组件状态并更换维修损坏组件，使得在长期使用中设备的可靠性极大提高；
18.4、六自由度地基激振台可以激发六自由度振动(使用时一般仅使用三个平动自由度的振动功能)，并实现了解耦控制，依靠反馈控制可保证大理石平台振动标准在vc-a至vc-c之间可选择，可以实现单频、扫频及混频的微振动激振功能。
附图说明
19.图1为六自由度地基激振台示意图。
20.图2为大理石平台示意图(底面朝上)。
21.图3为大理石平台支撑框架示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.参阅图1-图3，本发明提出一种六自由度地基激振台，所述地基激振台包括大理石平台和大理石平台支撑框架；所述大理石平台支撑框架是支撑大理石平台、承受电机反作用力的组件，其上安装有电机和空气弹簧；所述大理石平台支撑框架通过垫板固定安装在混凝土地面上；所述大理石平台是被激励装置，居于支撑框架中间，大理石平台四侧通过连接板与固连在支撑框架上的电机相连。如附图1所示为地基激振台示意图。
24.大理石平台是被激振元件，其特点是刚度高、抗压能力强、硬度大、特性均匀，设计时使其固有频率高于激振范围最高值的1.414倍，能够保证激振时频率和幅值可控、不受共振影响；大理石平台支撑框架是支撑大理石平台、承受作动器反作用力的组件，其上安装有电机(作动器)和空气弹簧，设计时主要考虑了其各部分的刚度、各部分之间连接的稳定性和第一阶固有频率，保证了支撑结构在地基激振台正常工作时，不会受到过大应力而引起塑性变形或因为与激振频率发生共振而解体。
25.所述大理石平台由长宽高为4m*3m*0.6m的均匀大理石石料加工而成，材料密度为3g/cm3，质量为16.8t，在弹性约束条件(空气弹簧等效)下，第七阶固有频率为159.93hz。
26.所述大理石平台包括垂向电机连接面21，其上有2*4的m20电机安装螺纹孔阵列、空气弹簧支撑面22，对称分布共八个区域、短连接板安装面23，单侧对称分布有2*10的m20安装螺纹孔阵列、减重孔24，尺寸为φ76mm*1200mm，单侧对称分布共14个、吊装孔25，尺寸为φ80mm*150mm，用于翻转和吊装时使用、x\z\y向速度传感器安装孔26，27，29，对称分布和长连接板安装面28，单侧分布有2*16的m20安装螺纹孔阵列；各平面边缘有倒角以减小应力集中、垂直方向上分为三层可以在保证刚度的情况下减少局部质量以提高固有频率、上表面对称均匀分布9*12的m20螺纹孔阵列，用以安装固定被激励装置。如附图2所示为大理石平台示意图(底面朝上)。
27.所述大理石平台支撑框架的总体尺寸为7m*5.4m*1.5m，使用400mm*400mm，壁厚20mm的方钢为基础材料加工拼接而成，总质量约为17t，在固定约束下(与地面连接处)第一阶固有频率为150.45hz，且其组件电机靠板在固定约束下第一阶固有频率达515hz，电机出力最大时mises应力为0.3mpa，能够保证大理石平台振动时支撑框架不会发生共振和塑性变形。
28.所述大理石平台支撑框架包括纵梁1，其上各处留有m20的螺纹孔阵列用以与其他组件连接，共两根、水平方向电机靠板2，其侧面和底面有2*2的m20螺纹孔用以和纵梁1与三联电机连接，共有8件、工字钢支腿3，其底面和顶面均匀对称留有2*4的m20螺纹孔阵列，用于与底面和其它组件连接，共有22件、加固板4，20mm厚的直角型钢板，其上分布有20个m20的螺纹孔，用于加固框架横梁5和纵梁1之间的连接，保证结构稳定性，框架四角共8件、横梁5，其上各处留有m20的螺纹孔阵列用以与其他组件连接，共两根、空气弹簧6，用以承载重量，水平分布共8个、y/z/x方向的三联电机7，13，14，由三个电机出力拼接并联在一起组成，留有m20的安装螺纹孔，并安装有电机出力方向上的调整板，共12组36个电机、电机安装调整板8，9，10，用于调整三联电机其余两个方向的安装姿态、限位装置11，保证大理石平台振动的安全性、空气弹簧支架12，垫高空气弹簧，扩大检修替换的施工空间、短连接板15，其上分别有2*16的m20光孔和2*15的m20螺纹安装孔，用以连接大理石平台和三联电机、两种结构相似的支腿16，18，整体为焊接连接而成，用以安装空气弹簧和垂向电机，共三件、垂向电机靠板17，焊接在支腿18上用于安装z方向的电机13，共4件、以及长连接板19，其上分别有
2*16的m20光孔和2*15的m20螺纹安装孔，用以连接大理石平台和三联电机。如附图3所示为大理石平台支撑框架示意图。
29.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种六自由度地基激振台，其特征在于，所述地基激振台包括大理石平台和大理石平台支撑框架；所述大理石平台支撑框架是支撑大理石平台、承受电机反作用力的组件，其上安装有电机和空气弹簧；所述大理石平台支撑框架通过垫板固定安装在混凝土地面上；所述大理石平台是被激励装置，居于支撑框架中间，大理石平台四侧通过连接板与固连在支撑框架上的电机相连。2.根据权利要求1所述的地基激振台，其特征在于：所述大理石平台包括垂向电机连接面(21)，其上有2*4的m20电机安装螺纹孔阵列、空气弹簧支撑面(22)，对称分布共八个区域、短连接板安装面(23)，单侧对称分布有2*10的m20安装螺纹孔阵列、减重孔(24)，尺寸为φ76mm*1200mm，单侧对称分布共14个、吊装孔(25)，尺寸为φ80mm*150mm，用于翻转和吊装时使用、x\z\y向速度传感器安装孔(26，27，29)，对称分布和长连接板安装面(28)，单侧分布有2*16的m20安装螺纹孔阵列；各平面边缘有倒角以减小应力集中、垂直方向上分为三层可以在保证刚度的情况下减少局部质量以提高固有频率、上表面对称均匀分布9*12的m20螺纹孔阵列，用以安装固定被激励装置。3.根据权利要求2所述的地基激振台，其特征在于：所述大理石平台由长宽高为4m*3m*0.6m的均匀大理石石料加工而成，材料密度为3g/cm3，质量为16.8t，在弹性约束条件下，第七阶固有频率为159.93hz。4.根据权利要求3所述的地基激振台，其特征在于：所述大理石平台支撑框架包括纵梁(1)，其上各处留有m20的螺纹孔阵列用以与其他组件连接，共两根、水平方向电机靠板(2)，其侧面和底面有2*2的m20螺纹孔用以和纵梁(1)与三联电机连接，共有8件、工字钢支腿(3)，其底面和顶面均匀对称留有2*4的m20螺纹孔阵列，用于与底面和其它组件连接，共有22件、加固板(4)，20mm厚的直角型钢板，其上分布有20个m20的螺纹孔，用于加固框架横梁(5)和纵梁(1)之间的连接，保证结构稳定性，框架四角共8件、横梁(5)，其上各处留有m20的螺纹孔阵列用以与其他组件连接，共两根、空气弹簧(6)，用以承载重量，水平分布共8个、y/z/x方向的三联电机(7，13，14)，由三个电机出力拼接并联在一起组成，留有m20的安装螺纹孔，并安装有电机出力方向上的调整板，共12组36个电机、电机安装调整板(8，9，10)，用于调整三联电机其余两个方向的安装姿态、限位装置(11)，保证大理石平台振动的安全性、空气弹簧支架(12)，垫高空气弹簧，扩大检修替换的施工空间、短连接板(15)，其上分别有2*16的m20光孔和2*15的m20螺纹安装孔，用以连接大理石平台和三联电机、两种结构相似的支腿(16，18)，整体为焊接连接而成，用以安装空气弹簧和垂向电机，共三件、垂向电机靠板(17)，焊接在支腿(18)上用于安装z方向的电机(13)，共4件、以及长连接板(19)，其上分别有2*16的m20光孔和2*15的m20螺纹安装孔，用以连接大理石平台和三联电机。5.根据权利要求4所述的地基激振台，其特征在于：所述大理石平台支撑框架的总体尺寸为7m*5.4m*1.5m，使用400mm*400mm，壁厚20mm的方钢为基础材料加工拼接而成，总质量约为17t，在固定约束下第一阶固有频率为150.45hz，且其组件电机靠板在固定约束下第一阶固有频率达515hz，电机出力最大时mises应力为0.3mpa，能够保证大理石平台振动时支撑框架不会发生共振和塑性变形。

技术总结
本发明提出一种六自由度地基激振台，属于振动试验机技术领域。优化了现有地基激振设备因为平台固有频率低导致激振频带较窄的问题。一种六自由度地基激振台包括大理石平台支撑框架，通过垫板固定安装在混凝土地面上；大理石平台，是被激励装置，居于支撑框架中间，平台四侧通过连接板与固连在支撑结构上的电机相连。通过电机出力并联解决了激励不足的情况、优化大理石平台及支撑框架的结构提高了各部分的固有频率，保证了激振频带内可控。保证了激振频带内可控。保证了激振频带内可控。


技术研发人员：于程隆 李斌 李天一 于旭阳 赵勃
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/10/8