【正文】 充滿了一切有害空間，以消除它們對極限真空的影響。選剛的儀器設(shè)備具體是這樣的，加速度信號采用CAYD和LC加速度傳感器進行采集【2】，位移信號采用LVDT傳感器進行采集，應(yīng)變與荷載信號采用NI的SCXI625I，SCXI1520，SCXI1540，SCXIl125和SCXI4472采集板進行采集與調(diào)理。 6個自由度分別為X、Y和Z3個平動自由度和Rx、Ry和Rz3個轉(zhuǎn)動自由度，X和Y向各有2個激振器，Z向有4個激振器。伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖31所示，主要由自由度合成及分解控制器、三狀態(tài)控制器和壓力鎮(zhèn)定控制器3部分組成。單缸速度合成模塊作用是通過對位移反饋信號的微分和加速度反饋信號的積分合成單缸速度信號。X向液壓固有頻率只有45 Hz左右，而且液壓動力機構(gòu)的阻尼比很小，系統(tǒng)穩(wěn)定裕量低。設(shè)三反饋調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)期望的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： （5）一般而言，～?？傻茫? 圖32 三反饋控制系統(tǒng)方框圖 （6）令式（5）等于式（6），可求得三反饋系數(shù)為： （7）三狀態(tài)順饋的作用是在三反饋調(diào)節(jié)完成后的系統(tǒng)中串入，對消閉環(huán)傳遞函數(shù)中距離虛軸較近的極點，達到擴展系統(tǒng)頻寬的目的。濾波器結(jié)構(gòu)如下圖33所示。其他5個自由度三狀態(tài)控制器的設(shè)計方法類同?？刂破鞯脑砣缦聢D34所示[7]：8個激振器的壓差6自由度平均壓差K 圖34 壓力鎮(zhèn)定控制器原理圖 設(shè)某一時刻8個激振器出力為，可得各自由度的平均力為： （12）令表示各激振器內(nèi)力，由各激振器間的幾何關(guān)系可得： （13），X、Y激振器伸長量之比。振動臺X自由度液壓固有頻率約為45Hz，若不采用三狀態(tài)控制器，X自由度的加速度頻寬不到20Hz。但考慮實際液壓系統(tǒng)的伺服閥頻寬、系統(tǒng)的最大輸出功率等因素的限制，系統(tǒng)的頻寬拓展是有限的。表31 工作零位時激振器壓差表激振器初始狀態(tài)壓差（MPa）壓力鎮(zhèn)定調(diào)節(jié)后壓差（MPa）X1X2Y1Y2Z1Z2Z3Z4 本章小結(jié)給出了6自由度液壓振動臺伺服控制原理及實現(xiàn)方式。第四章 液壓系統(tǒng)功能原理設(shè)計 系統(tǒng)性能指標作為本課題的地震體驗系統(tǒng)主要是通過一套激振系統(tǒng)，依靠輸入的各種地震波形和頻率等相關(guān)的地震參數(shù)，在一維方向上把地震效果進行精確模擬，使體驗人員獲得地震發(fā)生時的振動體驗。在波形圖中，每一組的第一個曲線表示振動加速的波形，第二個曲線表示功率譜，第三個曲線為第二個曲線的局部放大圖。所以在設(shè)計液壓系統(tǒng)的時候，首先設(shè)計的是其基本內(nèi)容和步驟如下圖42所示：明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)擬定液壓系統(tǒng)圖液壓元件選擇液壓系統(tǒng)性能驗算完成設(shè)計 圖42 設(shè)計流程圖 明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析為了設(shè)計出工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、性能好、成本低、效率高、維護使用方便的液壓系統(tǒng)，必須進行調(diào)查研究，明確下述幾個方面的問題：(1)全面了解振動臺的結(jié)構(gòu)和總體布局。表41 液壓執(zhí)行元件類型、特點及適用場合對比表名稱特點適用場合雙活塞桿液壓缸雙向?qū)ΨQ雙向工作的往復運動單活塞桿液壓缸有效工作面積大、雙向不對稱往返不對稱的直線運動。的擺動運動小于180176。(2)了解振動臺對性能的要求，通常應(yīng)了解如下幾個方面：A．振動臺對負載特性、運動方式和精度的要求。B．控制方式和自動化程度C．驅(qū)動方式。(3)明確液壓系統(tǒng)的使用條件和環(huán)境情況。在上述工作的基礎(chǔ)上，便可對振動臺進行工況分析以及運動和動力分析，并繪制運動循環(huán)圖，作為設(shè)計液壓系統(tǒng)的基本依據(jù)。：摩擦負載為液壓缸驅(qū)動工作機構(gòu)時所克服的機械摩擦阻力。液壓缸在一個工作循環(huán)中，一般情況要經(jīng)歷以下四種負載工況：啟動階段：加速階段：恒速階段：制動階段：運動分析就是研究一部機器按工藝要求，以怎么樣的運動規(guī)律完成一個工作循環(huán)，并繪制位移循環(huán)圖（Lt圖）和速度循環(huán)圖（vt圖）。 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)壓力和流量是液壓系統(tǒng)最主要的兩個參量。在液壓系統(tǒng)功率一定情況下，若系統(tǒng)壓力選得過低，則液壓元件、輔件的尺寸和重量就會增加，系統(tǒng)造價也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選得較高，則液壓設(shè)備的重量、尺寸和造價會相應(yīng)降低。下表42是目前我國幾種機器常用的系統(tǒng)工作液壓，它反映了這些系統(tǒng)的特點和經(jīng)驗，可參考選用。液壓機。磨床組合機床龍門刨床拉床系統(tǒng)液壓（MPa）～23～52～88～1010～1620～32初步選定液壓缸的工作壓力P1=4Mpa。同時假定。2)提高系統(tǒng)的工作效率，防止系統(tǒng)過熱。4)系統(tǒng)在滿足工作循環(huán)和生產(chǎn)率要求的前提下，應(yīng)該力求簡單化，系統(tǒng)越是復雜，其產(chǎn)生故障的機會就越多。這樣不但便于選擇，也便于維護。 液壓元件、輔件的選擇在選擇液壓泵時，從液壓系統(tǒng)的流量和壓力出發(fā)，綜合考慮液壓系統(tǒng)的使用要求和成本需要，可選擇BOSCH—REXROTH公司生產(chǎn)的A10VSO型軸向柱塞泵，規(guī)格為140，為了便于以后進行相應(yīng)的升級和測試，可以選用DFR(壓力/流量控制)型。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和液壓泵的最大排量，查產(chǎn)品樣本，可知該型號液壓泵的額定功率為98KW。而另一桿的端部裝有位移傳感器，能實時測量激振缸活塞桿的位移，即振動臺面的位移。由實際情況，活塞桿的直徑無需驗算其強度和抗彎性能，缸筒壁厚的驗算由四方面組成，額定工作壓力=10MPa。缸筒選用45鋼，底部厚度為平面，其厚度由公式確定： （55）式中，為缸底材料許用應(yīng)力（MPa），由==120MPa。從而帶動振動臺臺面運動，形成閉環(huán)控制，以實現(xiàn)波形再現(xiàn)控制。 （a） （b） （c） 圖412 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理圖當沒有信號輸給電液閥的動圈時，動圈和滑閥都處于平衡位置，如上圖412(a)所示，滑閥正好關(guān)閉了控制閥的出入油孔，來自油泵的高壓油不能經(jīng)過控制閥進入油缸，于是活塞和臺面也都處于靜止平衡位置。這樣控制閥使活塞完全跟蹤著動圈上下運動的規(guī)律而運動。其速度負載特性較好，主要表現(xiàn)在速度隨負載變化較小，剛性較好。電液伺服閥用于產(chǎn)生實時變化的流量，該流量用于驅(qū)動伺服油缸的活塞及其通過驅(qū)動連接機構(gòu)剛性連接的臺架按照地震的振動波形作往復運動，仿波形通過位移傳感器檢量與實際的地震波形相比較，經(jīng)電液伺服閥修正輸出流量以保證活塞及臺架的運動波形與地震波形一致。 圖414 蓄能器、輔件的選擇 （1）根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各元件、輔件的實際流量，所選擇的元、輔件的規(guī)格如下表44所列。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定為d=18mm，進、回油管長度都定為L=2m；油液的運動粘度取，油液的密度取。（2）計算壓力損失由于層流流動狀態(tài)的沿程阻力為：和油液在管道內(nèi)的流速： 沿程壓力損失為： 管道的局部損失為： ： ： 本章小結(jié)本章首先提出了擬設(shè)計制造的地震體驗系統(tǒng)的振動位移最大幅值、最大速度、振動的有效質(zhì)量、控制方式、控制測量精度、溫度控制、冷卻方式、壓力波動等主要技術(shù)指標，以日本阪神地震為參考，提出了設(shè)計中該液壓系統(tǒng)所采用的頻寬和加速度。振動臺包含的振動有X、Y、Z的直線運動，和Rx、Ry、Rz的轉(zhuǎn)動。如下圖5553所示是上臺和下臺面的連接配合。振動臺的X、Y方向上的平動就是上下臺之間的偏移。其他液壓缸都沒有工作。其在水平X向運動的時候，受到液壓缸的推力F1和拉力F2。使他們的速度、加速度、位移相等。其克服臺面的物體的重力運動。與機械驅(qū)動振動臺相比，電磁振動臺的突出優(yōu)點是可以進行隨意控制，波形失真小，可達到最高頻率有3000Hz之高，但是要進行大位移試驗難度較大，最大位移只能是177。從70年代初，電液伺服控制技術(shù)便開始在地震模擬振動臺中運用，這對地震模擬振動臺的發(fā)展有很大的推動作用。地震模擬振動臺的基本原理及主要組成將試驗對象放在一個足夠剛性的臺面上，通過動力加載設(shè)備使臺面再現(xiàn)各種類型地震波，并使試驗對象隨之產(chǎn)生類似地震作用下的振動，這就是地震模擬振動臺試驗的基本原理。另外為了保證油液的溫度系統(tǒng)設(shè)有冷卻器。參考文獻[1] (第2版)[M].北京：清華大學出版社，2004.[2] 宋文緒，(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2009.[3] [M].成都：西南交通大學出版社，2000.[4] 鄒慧君，張春林，(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2006.[5] 王進野，[M].天津：天津大學出版社，2008.[6] (第3版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，[7] (第五版)[M].北京：科學出版社，2007.[8] (第二版)[M].武漢：華中科技大學出版社，[9] [M].北京：清華大學出版社，2006.[10] 周松鶴，(教程篇)[M].北京：機械工業(yè)出版社，[11] 梁德本，[Z].北京：高等教育出版社，2007.[12] 邵立新，夏素民，[M].北京：清華大學出版社，[13] 崔曉利，楊海若，(2008版)[M].北京：清華大學出版社，[14] 申榮華，[M].北京：北京大學出版社，2008.[15] U． Seminar on Learning Control and Intelligent Control[J]，Philosophical Tra。目前地震模擬振動臺的臺面采用的材質(zhì)可分為三大類，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)臺面、鋼焊結(jié)構(gòu)臺面、鋁合金或鎂鋁合金鑄造結(jié)構(gòu)臺面。其中伺服模擬控制器是以電液伺服閥為核心的模擬控制器，其性能的好壞對整個系統(tǒng)起著決定性作用，是整個控制系統(tǒng)的核心部分。另外運用電液伺服控制后的振動臺不僅可以模擬正弦波，也可以模擬其他規(guī)則波和地震波，可稱作是真正意義上的地震模擬振動臺。200kN，因而只能用作小型地震模擬振動臺。圖59 裝配后的振動臺示意圖第六章 總結(jié)振動臺其實有很多種驅(qū)動方式，70年代開始出現(xiàn)電磁驅(qū)動方式的振動臺,由振動臺臺面、電磁線圈、功率放大器、電控系統(tǒng)組成。臺面激振器 圖58 激振器Z與臺面的連接圖 活塞桿與臺面的連接也是球面連接。其水平運動的時候，主要受到推力和拉力的作用。球面轉(zhuǎn)動連接接三角導軌連接臺面活塞液壓缸活塞桿 （a）俯視圖三角導軌臺面 （b）水平視圖 圖57 水平X方向臺面液壓缸連接Y方向的鏈接部分和X方向的鏈接一樣。上下共4個相同材料同截面的導軌。 圖51 上臺架圖 圖52 滾珠與上臺架的配合圖 圖53 上下臺的連接 圖54 上下臺配合后的組圖。 臺面設(shè)計臺面用的材料是鋼焊接機構(gòu)，由于其使用比較普遍，剛性好。最后進行了液壓系統(tǒng)原理設(shè)計。在管路中所通過的流量以快退時回油量q=69L/min為最大，由此可知，此時的也為最大。表44 其他元、輔件參數(shù)對比表序號元件名稱通過閥的最大流量q()規(guī)格型號額定流量()額定壓力（MPa）1行程閥6222C100BH1002調(diào)速閥1Q6B63單向閥69I100B1004單向閥I63B635背壓閥1B10B106順序閥30XY63B637溢流閥Y10B108濾油器XU50200509壓力表開關(guān)—K6B（2）管道尺寸：管道尺寸由選定的標準元件連接口尺寸確定。并且鑒于液壓缸執(zhí)行高頻往復運動必然產(chǎn)生較大的液壓沖擊和壓力脈動，蓄能器還能起到緩和沖擊和降低脈動的效果，因此在這里設(shè)置一個蓄能器是完全必要的。綜合比較決定采用開式容積調(diào)速回路。由于該地震體驗系統(tǒng)設(shè)置在室內(nèi)，且有較大空間足夠安置油箱，所以采用開式回路。當另一瞬間動圈和滑閥在信號控制下向下移動時，情況與此相仿，如上圖412(c)，高壓油改變流向進入油缸上方，使活塞帶著臺面向下移動，活塞下方的低壓油流回油箱。其工作原理如下圖412所示。地震模擬振動臺的工作原理方框圖如下圖411所示。此外，缸筒徑向變形滿足： （53） （54）式中：—缸筒耐壓實驗壓力（MPa）； E—缸筒材料彈性模量（MPa）； —； —缸筒的爆裂壓力。