【文章內(nèi)容簡介】 的動態(tài)測試設(shè)備 的數(shù)據(jù) 。 （ 2） 同濟大學 的 地震模擬振動臺 ，該設(shè)備預(yù)設(shè) 為 X, Y 兩向振動臺， 但是 90 年代進行了多次改造，主要改造內(nèi)容 ： 雙向振動臺升級至三向六自由度 。模型質(zhì)量由 15 噸升級至 25 噸 ?？刂葡到y(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的升級等。 目前，該振動臺的主要技術(shù)參數(shù)如下 : 臺面尺寸 ： 4mX4m。 最大模型質(zhì)量 :25t。 湖北理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 頻率范圍 ： ~50Hz。 最大位移 :X 向 ： ? 100mm, Y 向 ； ? 50mm， Z 向 ： ? 50mm 最大重心高度 :臺面以上 3000mm。 最大速度 :X 向 ： 1000 mm/s。 Y 向和 Z 向 ： 600 mm/s。 最大加速度 :X 向 ： (空載 )/(負載 15t )。 Y 向 ： (空載 )/(負載 15t)。 Z 向 ： (空載 )/(負載 15t): 最大偏心 :距臺面中心 600 mm。 該振動臺實驗室是土木工程防災(zāi)國家重點實驗室的一部分，技術(shù)負責人為 呂西林教授，目前已經(jīng)完成試驗項目數(shù)量近 500 項。據(jù)統(tǒng)計，在世界上已經(jīng)運行 的大型振動臺中，該振動臺的運行效率名列前茅。 國外主要研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 ： 國外 一般都是 電磁振動臺 來進行研究的， 由于電磁 振動 臺功能齊全、性能 相較 穩(wěn)定、使用 比較 方便、場地整潔、安全可靠、失真度 較小 小等優(yōu)點 。使 得國外的電磁振動臺相比國內(nèi)的振動臺來說有較高的振動效率。 國外的振動臺具有 精密型設(shè)計制造、體積小、超靜音工作； 特別是 機臺底座采用優(yōu)質(zhì)材料，安裝方便，運行平穩(wěn)，無需安裝地腳螺絲；控制電路數(shù)字化控制與顯示頻率， PID 調(diào)節(jié)功能，使設(shè)備工作更為穩(wěn)定、可靠；掃頻及定頻操作方式，適應(yīng)不同行業(yè)測試要求；增加抗干攏電路，解決因強電磁場對控制電路干擾；增加工作時間設(shè)定器，使測試產(chǎn)品達到準確測試時間。 在國外 電磁振動臺廣泛適用于國防、航空、航天、通訊、電子、汽車、家電、等行業(yè)。該類型設(shè)備用于發(fā)現(xiàn)早期故障，模擬實際工況考核和結(jié)構(gòu)強 度試驗，產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛、適用面寬、試驗效果顯著、可靠。正弦波、調(diào)頻、掃頻、可程式、倍頻、對數(shù)、最大加速度 ,調(diào)幅 ,時間控制 ,全功能電腦控制 ,簡易定加速度 /定振幅。設(shè)備通過連續(xù)無故障運轉(zhuǎn) 3 個月測試，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠 。 以上分析 能夠分析 ，地震 體驗 模擬振動臺的 幾個 發(fā)展趨勢 :字發(fā)展 。 相對來說 液壓系統(tǒng) 設(shè)計 的發(fā)展有下 面 兩 大 趨勢 : (1)從單個作動器發(fā)展 向 多個作動器 保持 同步作用 的趨勢 。 (2)從單向水平發(fā)展 向 雙向、三向加轉(zhuǎn)動 合 計多個 自由度的運動 的趨勢。 湖北理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 液壓系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 因為在 液壓機 的液壓系統(tǒng)和整機結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng) 相對以前 成熟， 可是 國內(nèi)外液壓機的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng) 這 方面 上 。 由于一些 技術(shù) 行業(yè) 的 快速 發(fā)展，為改進液壓機的性能、加工 的 效率 的提高以及 提高 其 穩(wěn)定性等方面 有了保證 。國內(nèi) 外液壓機系統(tǒng)雖 然 種類 很多 ， 涵蓋很廣， 但技術(shù) 還是比較 低 的 ， 還沒有 技術(shù)高的高檔 液壓機。 由于 國內(nèi)外液壓機 的產(chǎn)品 ， 通過已有的 控制系統(tǒng)， 可以將 液壓機分為三類： 應(yīng)用高級 微處理器的高性能液壓機 控元件的傳統(tǒng)型液壓機。 這三類各有異同 ，應(yīng)用范圍也 不會相同 。但總 體來說是向 高速化、智能化 的方向發(fā)展 。 （ 1）繼電器是一種自動電器 ,它適用于遠距離接通和分斷交、直流小容量控制電路 ,并在電力驅(qū)動系統(tǒng)中供控制、保護及信號轉(zhuǎn)換用?？刂评^電器用途廣泛 ,種類繁多 ,習慣上按其輸入量不同分為如下幾類 ： 4.熱繼電器 。 （ 2） 可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的 計算機 ，硬件結(jié)構(gòu)基本 上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： 5.功能模塊 。 國外廠家如丹麥的 STENHQJ 公司采用了 SIEMENS 的可編程控制器，實現(xiàn)對壓力和位移的控制。 （ 3）工業(yè)控制機控制方式 體現(xiàn) 在計算機控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ) 之 上 ，還 采用一種高技術(shù)含量的控制方式 進行精密控制 。 此 控制方式以工業(yè)控制機或單片 或 單板機作為主控 的 單元，通過外圍接口 部 件（如 D/A， A/D 板等） ，或者 直接應(yīng)用數(shù)字閥 來 實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，同時 采用不同 傳感器組成閉環(huán)回路式的控制 系統(tǒng) 方式 ， 做到 精確的 控制 設(shè)備數(shù)據(jù)的 目的。 現(xiàn)在，國 內(nèi)外很多 液壓機 的生產(chǎn) 廠家生產(chǎn) 各種 高性能的工業(yè)控制機控制方式的液壓機產(chǎn)品，如美國 MULTIPRESS，丹麥 STENHQJ 及加拿大的 BROWN BOGGS 等公司。 由于 采用 了工業(yè)控制機 控制方式，使 制造出的裝置 的控制性能 提高 ，生產(chǎn)效率也有相當大的 提高。 國內(nèi)外的控制機小比較 ，國內(nèi)極少有采用工業(yè)控制機控制方式的產(chǎn)品， 而還是利用繼電器控制和可編程邏輯控制來生產(chǎn)產(chǎn)品，所以國內(nèi)要想走在領(lǐng)域的前沿，必須利用工業(yè)控制機控制方式來進行生產(chǎn)產(chǎn)品。 湖北理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 作為液壓機兩大組成部分的主機 和液壓系統(tǒng)， 隨著液壓機技術(shù)的日臻成熟 ，國內(nèi)外 的液壓機技術(shù)已經(jīng)沒有很大的 差距。 但是微小的差別是在 加工工藝和安裝 技術(shù) 方面。 先進的加工 工藝使 液壓機 在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面 的技術(shù)，有很大的提高，國內(nèi)自己研發(fā)的還是有些不足，希望在這些方面，國內(nèi)有突破 。 通過液壓機系統(tǒng)的性能的提高，和液壓控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在各個不同的機械領(lǐng)域都在發(fā)揮著自己的力量，為建設(shè)祖國的繁榮而努力，現(xiàn)在在液壓伺服系統(tǒng)的研究上，國內(nèi)與國外還有著較大的差距，在自動化的領(lǐng)域上，它能夠具有 大功率、快速、精確反應(yīng)的 優(yōu)勢 ，采用液壓伺服控制 ， 是必要的 。本論文所研究的液壓系統(tǒng)就是采用的液壓伺服控制。 本課題研究方法 和 內(nèi)容 地震體驗裝置 根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境和功能要求 等內(nèi)容 ，在 直線維像 上，輸入地震波信號， 通 過 液壓 控制 該 系統(tǒng)產(chǎn)生 波的信息 ， 跟振動臺 面 反映出來 的 波信息同時 進入伺服控制器 所 產(chǎn)生控制信號 中 ， 再通過 閥在高壓液流的推動下，推動活塞 桿 運動， 來 帶動振動臺臺面 的模擬地震的 運動，形成 液壓系統(tǒng) 控制，從而實現(xiàn)波形 整體控制 。為 這次 地震體驗裝置設(shè)計一套符合要求的液壓系統(tǒng)。 根據(jù)地震體驗 裝置的 使用環(huán)境和參數(shù)輸入 ，在實現(xiàn) 模擬地震振動 功能 之外 ， 還要求該地震體驗裝 置 液壓系統(tǒng) 的 輕污染、低噪聲 等環(huán)保功能 。 目前，國內(nèi)外對地震模擬振動臺的相關(guān)研究成果很多，它們的液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的核心思想也基本上一致，振動臺主要由臺面及支撐系統(tǒng)、液壓激振系統(tǒng)、液壓油源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四大模塊組成。地震體驗系統(tǒng)的基本構(gòu)成 如圖 。 我的論文 主要是 針 對地震體驗裝置液壓系統(tǒng) 所 進行 的 相關(guān)功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計進行研究。特別是有關(guān) 2D 數(shù)字換向閥在該液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。研究的具體工作概括如下 : 1)對 地震體驗裝置 液壓系統(tǒng)的理論 研究 2)地震體驗裝置 液壓系統(tǒng)的參數(shù) 的選取 控制系統(tǒng) 液壓激振系統(tǒng) 臺面及支撐系統(tǒng) 液壓油源系統(tǒng) 湖北理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 3)液 壓缸 參數(shù)選取和設(shè)計 4) 2D 數(shù)字換向閥 選取和設(shè)計 本章小結(jié) 本章首先介紹了該課題的研究背景與研究意義， 來 說明 這次 課題研究的必要 性 ，然后 介紹了地震模擬振動臺與液壓 機 控制在國內(nèi)外應(yīng)用、發(fā)展及其研究現(xiàn)狀， 并且 指出了我們研究 該課題 的現(xiàn)狀 和缺點 。最后 通過課題要求 ， 大致道出 了 對地震體驗裝置的 研究 形式 與研究內(nèi)容 ，以及具體的研究工作應(yīng)該有哪些。 本章的內(nèi)容大致概括了我在本論文上需要做什么事情，課題為地震體驗裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計。 湖北理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第二章液壓系統(tǒng)功能原理設(shè)計 系統(tǒng) 的 性能指標 的確立 作 為地震體驗系統(tǒng)是通過一套激振系統(tǒng)， 來 輸入 不同 地震 頻率和 波形 等 相關(guān)的地震參數(shù)， 通過這些參數(shù)的輸入，可以 在一維方向上 精確的模擬真實地震發(fā)生時的情形 ，讓體驗的人感受到在 地震發(fā)生 時是怎樣的感覺 。 為了設(shè)置 減震 模擬的相關(guān)體驗。 為 了能夠有以上的功能 ，給出如下要求。 預(yù)設(shè) 地震體驗系統(tǒng)的主要技術(shù)指標如下 : 振動 幅度 最大 值正負 120mm。 最大 運動 速度 。 振動的有效質(zhì)量 :是 7500Kg。 控制方式 是 數(shù)字式電液伺服控制 。 控制測量精度 為 %。 溫度控制 :自動 控制（當溫度達到一定的數(shù)值時便會自動控制溫度并且保持最高溫度，一般設(shè)置為 65 度 ）， 裝置 冷卻方式 為冷水； 規(guī)定 壓力波動 必須 ?? Mpa。 數(shù)據(jù)參數(shù)依靠 大 地震作為參考， 液壓 系統(tǒng)的頻寬 和 加速度 的 數(shù)據(jù)經(jīng)譜特性分析得到的水平 X, Y 方向兩組波形 圖 (這里只展示水平方向的波形 )為參考的 。我們從水平振動波形的分析可以看出， 大 地震過程 當 中，其振動的能量主要 在 0~5Hz的頻率區(qū)間，加速度最大值為 個重力加速度。 因此 ，該 過程中可以確定地震模擬振動臺的液壓系統(tǒng)頻寬和加速度如下 : 地震體驗裝置設(shè)計 系統(tǒng)頻 率 :10Hz 設(shè)置 加速度 為 上面 所確 立 的 地震體驗裝置 系統(tǒng)頻 率 和 設(shè)置 加速度 的 對照 地震 參考 資料，該地震體驗系統(tǒng)可模擬地震 震級最大為 10 級地震的 震感。 湖北理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 大地震部分參數(shù) 系統(tǒng)功能設(shè)計 地震 體驗裝置液壓 系統(tǒng)主要由臺面及支撐架系統(tǒng)、激振器系統(tǒng)、控制 機 系統(tǒng)、液壓源系統(tǒng) 組成 。 其 組成與功能介紹如下 : 臺面及支撐架系統(tǒng)包括剛性振動臺面， 規(guī)定 自由度數(shù)的 運動 裝置。臺架包括上臺架 和 下臺架，下臺架 依靠 滾輪組與地面軌道 相連 ，上臺架 的 下端 從 滾輪組 和 固定于下臺架上的軌道相 連 ， 臺面 設(shè) 計了 體驗 倉的 地腳螺栓 結(jié)構(gòu) ，用于固定體驗 倉 。 液壓源系統(tǒng) 由增壓泵、充 油 泵 、微調(diào)閥、回檢閥、控制系統(tǒng)等組成。臺式結(jié)構(gòu)，使用操作簡單，適合于 實驗室 及有市電的現(xiàn)場高壓 壓力表 檢定使用。 給 向激振器提供液壓動力。液壓動力源采用恒壓變量泵，對 該 系統(tǒng)提供 大量的 動力。 激振器系統(tǒng)由激振器主體、電液伺服閥和位移傳感器三部分組成。 激振器是附加在某 些機械和設(shè)備上用以產(chǎn)生激勵力的裝置，是利用機械振動的重要部件。激振器能使被激物件獲得一定形式和大小的振動量，從而對物體進行振動和強度試驗，或?qū)φ駝訙y試儀器和傳感器進行校準。激振器還可作為激勵部件組成振動機械，用以實現(xiàn)物料或物件的輸送、篩分、密實、成型和土壤砂石的搗固等工作。按激勵型式的不同，激振器分為慣性式電動式、電磁式、電液式、氣動式和液壓式等型式。激振器可產(chǎn)生單向的或多向的，簡諧的或非簡諧的激勵力。 控制系統(tǒng) 是指由控制主體、控制客體和控制媒體組成的具有自身目標和功能的管理系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有幾種分類方法 ： 開閉環(huán)控制系統(tǒng)，恒值 和隨動控制系統(tǒng)。 該地震體驗 裝置的工作原理是 :工控機內(nèi) 輸入 真實地震數(shù)據(jù)， 再經(jīng)過 電液伺服控制器的控制算法轉(zhuǎn)化為 2D 電液數(shù)字伺服閥實時改變閥口流量和方向， 2D電液數(shù)字伺服閥的閥口開度， 從而使得油缸內(nèi)部的瞬間變化容易發(fā)生，在 模擬地震振動 時要注意到 :湖北理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 體驗倉的位移在傳感器的測量下數(shù)據(jù) 的位移，并 及時 反饋給電液伺服控制器 系統(tǒng) ， 通過一系列的控制最后得到體驗倉位移準確的結(jié)果。 在設(shè)計結(jié)構(gòu)下可以表示 ，地震體驗系統(tǒng)整套裝置是閉環(huán)控制的電液伺服系統(tǒng)?？刂?部分 接受 外部 輸入的信號 ，可以 為 地震 參數(shù) 信號，也 能 是正弦 和其他不規(guī)則的信號 ?？刂?部分 流程結(jié)構(gòu)圖 如下： 液壓系統(tǒng)的重要參數(shù) 由 以前的數(shù)據(jù) 可以 設(shè)置 油源 的 壓力 PS=15MPa， 不妨令 工作 的 壓力 PL=10MPa。 在地震 體驗裝置 系統(tǒng)中 的 位移傳感器， 利用傳感器測出實驗位移，來 選 取 液壓缸的類型可以 采用活塞桿液壓缸。 背壓在此特殊情況下可以不予考慮。 液壓缸 的 有效工作面積 為 SPMPFA 23? 算得 A= 。 對活塞桿外徑 d 和液壓缸內(nèi)徑 D 近似處理， 可以得到 Dd ? ， 由 ? ?224 dDA ?? ? 計算得 D = ， 又由 GB /T 2348 94 在 圓整 之 后的 D =100m