權(quán)利要求書(shū)： 1.一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，包括：用于實(shí)現(xiàn)多作動(dòng)器同步伺服控制和三向振動(dòng)波形復(fù)現(xiàn)控制的控制單元(1)；

用于提供激振力和傳導(dǎo)反作用力的作動(dòng)單元(3)；作動(dòng)單元(3)安裝在離心機(jī)的吊籃單元(6)內(nèi)；作動(dòng)單元(3)包括用于提供水平X向激振力的X向作動(dòng)器模塊(31)、水平Y(jié)向激振力的Y向作動(dòng)器模塊(32)、豎直Z向激振力的Z向作動(dòng)器模塊(33)；X向作動(dòng)器模塊(31)、Y向作動(dòng)器模塊(32)、Z向作動(dòng)器模塊(33)的作用端均作用于試驗(yàn)件；控制單元(1)的信號(hào)輸出端分別與X向作動(dòng)器模塊(31)的信號(hào)輸入端、Y向作動(dòng)器模塊(32)的信號(hào)輸入端、Z向作動(dòng)器模塊(33)的信號(hào)輸入端連接；

用于安裝支撐試驗(yàn)件并使其能沿三個(gè)方向解耦運(yùn)動(dòng)的承載單元(2)；承載單元(2)設(shè)置于內(nèi)部箱體(62)內(nèi)；承載單元(2)包括：用于安裝試驗(yàn)件和傳遞水平雙向振動(dòng)載荷的上臺(tái)面(21)；試驗(yàn)件安裝在上臺(tái)面(21)頂部；X向作動(dòng)器模塊(31)、Y向作動(dòng)器模塊(32)的作用端均通過(guò)豎向設(shè)置的橡膠軸承(24)與上臺(tái)面(21)連接；

用于傳遞豎向振動(dòng)載荷的下臺(tái)面(22)；下臺(tái)面(22)安裝在上臺(tái)面(21)的下部，下臺(tái)面(22)的上端通過(guò)平鋪設(shè)置的橡膠軸承(24)與上臺(tái)面(21)的底部連接，Z向作動(dòng)器模塊(33)豎直安裝在內(nèi)部箱體(62)的底部，Z向作動(dòng)器模塊(33)的作用端與下臺(tái)面(22)的底部連接；

內(nèi)部箱體(62)安裝于外部箱體(63)內(nèi)部；X向作動(dòng)器模塊(31)、Y向作動(dòng)器模塊(32)均為兩個(gè)，兩個(gè)X向作動(dòng)器模塊(31)分別置于上臺(tái)面(21)的X向兩端，兩個(gè)Y向作動(dòng)器模塊(31)分別置于上臺(tái)面(21)的Y向兩端；兩個(gè)X向作動(dòng)器模塊(31)采用一推一拉串聯(lián)方式共同實(shí)現(xiàn)X向激振；兩個(gè)Y向作動(dòng)器模塊(32)采用一推一拉串聯(lián)方式共同實(shí)現(xiàn)Y向激振；

控制單元(1)包括用于將常重力場(chǎng)三向振動(dòng)波形處理為超重力場(chǎng)三向加載波形的波形預(yù)處理模塊(11)、用于三向振動(dòng)波形控制的三向波形修正控制模塊(12)、用于實(shí)現(xiàn)作動(dòng)單元同步閉環(huán)控制和三向運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制的多軸伺服控制模塊(13)和用于測(cè)試反饋的傳感模塊(14)；擬開(kāi)展試驗(yàn)的常重力場(chǎng)三向振動(dòng)波形通過(guò)波形預(yù)處理模塊(11)的輸入端輸入，三向波形修正控制模塊(12)的信號(hào)輸入端分別與波形預(yù)處理模塊(11)的信號(hào)輸出端、傳感模塊(14)的信號(hào)輸出端連接，多軸伺服控制模塊(13)的信號(hào)輸入端分別與三向波形修正控制模塊(12)的信號(hào)輸出端、傳感模塊(14)的信號(hào)輸出端連接，多軸伺服控制模塊(13)的信號(hào)輸出端與X向作動(dòng)器模塊(31)的信號(hào)輸入端、Y向作動(dòng)器模塊(32)的信號(hào)輸入端、Z向作動(dòng)器模塊(33)的信號(hào)輸入端連接；

上臺(tái)面(21)的四個(gè)側(cè)面均開(kāi)設(shè)有T型槽(211)，橡膠軸承(24)包括設(shè)置在上臺(tái)面(21)側(cè)壁的第一橡膠軸承和設(shè)置在T型槽(211)內(nèi)的第二橡膠軸承；上臺(tái)面(21)X方向上的T型槽(211)內(nèi)的第二橡膠軸承、以及安裝在上臺(tái)面(21)X方向側(cè)邊上的第一橡膠軸承均沿Y方向布設(shè)；上臺(tái)面(21)Y方向上的T型槽(211)內(nèi)的第二橡膠軸承、以及安裝在上臺(tái)面(21)Y方向側(cè)邊上的第一橡膠軸承均沿X方向布設(shè)；上臺(tái)面(21)的同一側(cè)的第一橡膠軸承和第二橡膠軸承之間相互連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括豎直設(shè)置的導(dǎo)向模塊(23)，下臺(tái)面(22)安裝在導(dǎo)向模塊(23)內(nèi)并沿導(dǎo)向模塊豎直上下動(dòng)作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1?2任一項(xiàng)所述的一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，X向作動(dòng)器模塊(31)、Y向作動(dòng)器模塊(32)均為兩個(gè)，兩個(gè)X向作動(dòng)器模塊(31)分別置于上臺(tái)面(21)的X向兩端，兩個(gè)Y向作動(dòng)器模塊(31)分別置于上臺(tái)面(21)的Y向兩端。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，吊籃單元(6)包括：兩個(gè)吊耳(61)；兩個(gè)吊耳(61)通過(guò)銷軸與離心機(jī)大臂相連；

內(nèi)部箱體(62)；

外部箱體(63)；兩個(gè)吊耳(61)與外部箱體(63)固定連接；內(nèi)部箱體(62)與外部箱體(63)之間設(shè)置有多個(gè)用于減小三向振動(dòng)對(duì)離心機(jī)大臂影響的隔振模塊(64)；X向作動(dòng)器模塊(31)、Y向作動(dòng)器模塊(32)、Z向作動(dòng)器模塊(33)均固定在內(nèi)部箱體(62)上，X向作動(dòng)器模塊(31)、Y向作動(dòng)器模塊(32)的活塞桿穿過(guò)內(nèi)部箱體(62)上的通孔與上臺(tái)面(21)相連；下臺(tái)面(22)安裝在內(nèi)部箱體(62)內(nèi)部，Z向作動(dòng)器模塊(33)的活塞桿穿過(guò)內(nèi)部箱體(62)上的通孔后與下臺(tái)面(22)連接；導(dǎo)向模塊(23)豎直安裝在內(nèi)部箱體(62)的內(nèi)側(cè)壁上，導(dǎo)向模塊(23)與下臺(tái)面(22)配合安裝，并用于下臺(tái)面(22)的豎向滑動(dòng)導(dǎo)向。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括用于平衡豎直Z向超重力效應(yīng)的平衡單元，平衡單元包括用于提供豎直Z向平衡力的平衡用液壓缸(41)、平衡用伺服閥組件(42)、平衡用蓄能器組件(43)；平衡用液壓缸(41)安裝在內(nèi)部箱體(62)底部，平衡用液壓缸(41)的活塞桿與下臺(tái)面(22)連接；平衡用伺服閥組件(42)安裝于平衡用液壓缸(41)上，平衡用蓄能器組件(43)安裝在外部箱體(63)內(nèi)；平衡用液壓缸(41)通過(guò)管路與平衡用蓄能器組件(43)連接，控制單元(1)的信號(hào)輸出端與平衡用伺服閥組件(42)的信號(hào)輸入端連接，平衡用伺服閥組件(42)與平衡用液壓缸(41)和平衡用蓄能器組件(43)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，其特征在于，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括油源單元，油源單元包括：

用于提供高壓液壓油的地面液壓泵站(51)；

用于離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)激振過(guò)程瞬時(shí)大流量補(bǔ)油和多個(gè)作動(dòng)器供油控制的蓄能分配模塊(53)；

用于將高壓液壓油從地面?zhèn)鬏數(shù)诫x心機(jī)大臂上的旋轉(zhuǎn)接頭(52)；地面液壓泵站(51)通過(guò)管道連接旋轉(zhuǎn)接頭(52)，旋轉(zhuǎn)接頭(52)通過(guò)管道與蓄能分配模塊(53)連接；蓄能分配模塊(53)分別與X向作動(dòng)器模塊(31)、Y向作動(dòng)器模塊(32)、Z向作動(dòng)器模塊(33)連接。

說(shuō)明書(shū)： 一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于振動(dòng)試驗(yàn)裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)。背景技術(shù)[0002] 美國(guó)1999年花巨資在TreasureIsland現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到地震動(dòng)傳播從104m深基巖到地表過(guò)程中不同深度處的地震加速度時(shí)程曲線，發(fā)現(xiàn)基巖地震動(dòng)具有三向性，向地表傳播的

過(guò)程中發(fā)生了放大效應(yīng)；三個(gè)方向地震波的相位隨時(shí)間和空間發(fā)生變化，不同向地震波之

間的相位差異沿著傳播方向也發(fā)生著變化，具有非一致性。2008年汶川地震德陽(yáng)白馬臺(tái)站

記錄的地面地震波也發(fā)現(xiàn)了顯著的三向性。地震動(dòng)在巖土體中傳播的波動(dòng)效應(yīng)非常復(fù)雜，

如地震動(dòng)放大效應(yīng)、各向地震動(dòng)間相位時(shí)變的空間非一致性、蹦床效應(yīng)。

[0003] 巖土體塑性主應(yīng)變?cè)隽糠较蚺c主應(yīng)力方向不一致的非共軸效應(yīng)對(duì)災(zāi)變有重要影響。三向地震動(dòng)之間相位時(shí)變的非一致性導(dǎo)致土體主應(yīng)力方向不斷變化，從而顯著加劇土

體的非共軸效應(yīng)。初步理論研究顯示單向、雙向和三向地震動(dòng)作用下巖土體的震陷變形災(zāi)

變具有顯著差異。在建構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)中尚未考慮地震動(dòng)三向特征和土體非共軸效應(yīng)的影

響，使得工程的抗震安全性大大降低。

[0004] 國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界普遍認(rèn)為模擬地震動(dòng)的最有效途徑是振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)臺(tái)分為地面振動(dòng)臺(tái)和離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)。離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)臺(tái)安裝在離心機(jī)上，離心機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)的

長(zhǎng)臂產(chǎn)生n倍于重力加速度的離心加速度，在1/n比尺的物理模型上產(chǎn)生與原型等效的重力

場(chǎng)，同時(shí)對(duì)原型時(shí)間也縮短n倍，從而實(shí)現(xiàn)“時(shí)空壓縮”。例如當(dāng)離心機(jī)產(chǎn)生150g的超重力場(chǎng)

時(shí)，0.5m厚的模型土體等效現(xiàn)場(chǎng)75m厚的場(chǎng)地巖土體，歷時(shí)1s的高頻激振復(fù)現(xiàn)150s持時(shí)的實(shí)

際地震。因此，離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)能真實(shí)地模擬地震動(dòng)在大尺度空間內(nèi)的傳遞規(guī)律和巖土體的

災(zāi)變效應(yīng)，是目前唯一能在模型尺度上再現(xiàn)大尺度巖土體地震動(dòng)傳播及災(zāi)變形成和演化的

科研裝置。由于離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，國(guó)外內(nèi)已經(jīng)研制了多臺(tái)離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)，但現(xiàn)有的

離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)多為離心機(jī)單向振動(dòng)臺(tái)，離心機(jī)雙向振動(dòng)臺(tái)只有幾臺(tái)，尚無(wú)離心機(jī)三向振動(dòng)

臺(tái)，無(wú)法開(kāi)展三向地震動(dòng)的研究工作。

[0005] 因此急需研發(fā)出一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)來(lái)解決以上問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容[0006] 為解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)。[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：[0008] 一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，包括：[0009] 用于實(shí)現(xiàn)多作動(dòng)器同步伺服控制和三向振動(dòng)波形復(fù)現(xiàn)控制的控制單元；[0010] 用于提供激振力和傳導(dǎo)反作用力的作動(dòng)單元；作動(dòng)單元安裝在離心機(jī)的吊籃單元內(nèi)；作動(dòng)單元包括用于提供水平X向激振力的X向作動(dòng)器模塊、水平Y(jié)向激振力的Y向作動(dòng)器

模塊、豎直Z向激振力的Z向作動(dòng)器模塊；X向作動(dòng)器模塊、Y向作動(dòng)器模塊、Z向作動(dòng)器模塊的

作用端均作用于試驗(yàn)件；控制單元的信號(hào)輸出端分別與X向作動(dòng)器模塊的信號(hào)輸入端、Y向

作動(dòng)器模塊的信號(hào)輸入端、Z向作動(dòng)器模塊的信號(hào)輸入端連接。

[0011] 具體地，控制單元包括用于將常重力場(chǎng)三向振動(dòng)波形處理為超重力場(chǎng)三向加載波形的波形預(yù)處理模塊、用于三向振動(dòng)波形控制的三向波形修正控制模塊、用于實(shí)現(xiàn)作動(dòng)單

元同步閉環(huán)控制和三向運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制的多軸伺服控制模塊和用于測(cè)試反饋的傳感模塊；擬

開(kāi)展試驗(yàn)的常重力場(chǎng)三向振動(dòng)波形通過(guò)波形預(yù)處理模塊的輸入端輸入，三向波形修正控制

模塊的信號(hào)輸入端分別與波形預(yù)處理模塊的信號(hào)輸出端、傳感模塊的信號(hào)輸出端連接，多

軸伺服控制模塊的信號(hào)輸入端分別與三向波形修正控制模塊的信號(hào)輸出端、傳感模塊的信

號(hào)輸出端連接，多軸伺服控制模塊的信號(hào)輸出端與X向作動(dòng)器模塊的信號(hào)輸入端、Y向作動(dòng)

器模塊的信號(hào)輸入端、Z向作動(dòng)器模塊的信號(hào)輸入端連接。

[0012] 具體地，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括用于安裝支撐試驗(yàn)件并使其能沿三個(gè)方向解耦運(yùn)動(dòng)的承載單元，承載單元包括：

[0013] 用于安裝試驗(yàn)件和傳遞水平雙向振動(dòng)載荷的上臺(tái)面；試驗(yàn)件安裝在上臺(tái)面頂部；X向作動(dòng)器模塊、Y向作動(dòng)器模塊的作用端均通過(guò)豎向設(shè)置的橡膠軸承與上臺(tái)面連接；

[0014] 用于傳遞豎向振動(dòng)載荷的下臺(tái)面；下臺(tái)面安裝在上臺(tái)面的下部，下臺(tái)面的上端通過(guò)平鋪設(shè)置的橡膠軸承與上臺(tái)面的底部連接，Z向作動(dòng)器模塊豎直安裝在內(nèi)部箱體的底部，

Z向作動(dòng)器模塊的作用端與下臺(tái)面的底部連接。

[0015] 優(yōu)選地，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括豎直設(shè)置的導(dǎo)向模塊，下臺(tái)面安裝在導(dǎo)向模塊內(nèi)并沿導(dǎo)向模塊豎直上下動(dòng)作。

[0016] 優(yōu)選地，X向作動(dòng)器模塊、Y向作動(dòng)器模塊均為兩個(gè)，兩個(gè)X向作動(dòng)器模塊分別置于上臺(tái)面的X向兩端，兩個(gè)Y向作動(dòng)器模塊分別置于上臺(tái)面的Y向兩端。

[0017] 具體地，吊籃單元包括：[0018] 兩個(gè)吊耳；兩個(gè)吊耳通過(guò)銷軸與離心機(jī)大臂相連；[0019] 內(nèi)部箱體；[0020] 外部箱體；兩個(gè)吊耳與外部箱體固定連接；內(nèi)部箱體安裝于外部箱體內(nèi)部；內(nèi)部箱體與外部箱體之間設(shè)置有多個(gè)用于減小三向振動(dòng)對(duì)離心機(jī)大臂影響的隔振模塊；X向作動(dòng)

器模塊、Y向作動(dòng)器模塊、Z向作動(dòng)器模塊均固定在內(nèi)部箱體上，X向作動(dòng)器模塊、Y向作動(dòng)器

模塊的活塞桿穿過(guò)內(nèi)部箱體上的通孔與上臺(tái)面相連；下臺(tái)面安裝在內(nèi)部箱體內(nèi)部，Z向作動(dòng)

器模塊的活塞桿穿過(guò)內(nèi)部箱體上的通孔后與下臺(tái)面連接；導(dǎo)向模塊豎直安裝在內(nèi)部箱體的

內(nèi)側(cè)壁上，導(dǎo)向模塊與下臺(tái)面配合安裝，并用于下臺(tái)面的豎向滑動(dòng)導(dǎo)向。

[0021] 優(yōu)選地，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括用于平衡豎直Z向超重力效應(yīng)的平衡單元，平衡單元包括用于提供豎直Z向平衡力的平衡用液壓缸、平衡用伺服閥組件、平衡用蓄能器組

件；平衡用液壓缸安裝在內(nèi)部箱體底部，平衡用液壓缸的活塞桿與下臺(tái)面連接；平衡用伺服

閥組件安裝于平衡用液壓缸上，平衡用蓄能器組件安裝在外部箱體內(nèi)；平衡用液壓缸通過(guò)

管路與平衡用蓄能器組件連接，控制單元的信號(hào)輸出端與平衡用伺服閥組件的信號(hào)輸入端

連接，平衡用伺服閥組件與平衡用液壓缸和平衡用蓄能器組件連接。

[0022] 具體地，油源單元包括：[0023] 用于提供高壓液壓油的地面液壓泵站；[0024] 用于離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)激振過(guò)程瞬時(shí)大流量補(bǔ)油和多個(gè)作動(dòng)器供油控制的蓄能分配模塊；

[0025] 用于將高壓液壓油從地面?zhèn)鬏數(shù)诫x心機(jī)大臂上的旋轉(zhuǎn)接頭；地面液壓泵站通過(guò)管道連接旋轉(zhuǎn)接頭，旋轉(zhuǎn)接頭通過(guò)管道與蓄能分配模塊連接；蓄能分配模塊分別與X向作動(dòng)器

模塊、Y向作動(dòng)器模塊、Z向作動(dòng)器模塊連接。

[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：[0027] 本申請(qǐng)通過(guò)三向振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超重力場(chǎng)中三向地震動(dòng)的加載與控制，滿足了三向地震動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的需要，具有三向載荷組合可調(diào)、時(shí)序可調(diào)、模擬精度高和易于

維護(hù)等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明[0028] 圖1為本申請(qǐng)中吊籃單元安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖；[0029] 圖2為本申請(qǐng)中吊籃單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；[0030] 圖3為本申請(qǐng)中吊籃單元的剖視圖；[0031] 圖4為本申請(qǐng)中X向作動(dòng)器模塊、Y向作動(dòng)器模塊的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；[0032] 圖5為本申請(qǐng)中控制單元、作動(dòng)單元的連接示意圖；[0033] 圖6為本申請(qǐng)中的高速閉環(huán)控制方框圖；[0034] 圖7為本申請(qǐng)中的低速閉環(huán)控制方框圖；[0035] 圖8為本申請(qǐng)中橡膠軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。[0036] 圖中：1.控制單元，11.波形預(yù)處理模塊，12.三向波形修正控制模塊，13.多軸伺服控制模塊，14.傳感模塊，2.承載單元，21.上臺(tái)面，211.T型槽，22.下臺(tái)面，23.導(dǎo)向模塊，

24.橡膠軸承，241.安裝底板，242.阻尼橡膠層，243.合金板層，3.作動(dòng)單元，31.X向作動(dòng)器

模塊，32.Y向作動(dòng)器模塊，33.Z向作動(dòng)器模塊，41.平衡用液壓缸，42.平衡用伺服閥組件，

43.平衡用蓄能器組件，51.地面液壓泵站，52.旋轉(zhuǎn)接頭，53.蓄能分配模塊，6.吊籃單元，

61.吊耳，62.內(nèi)部箱體，63.外部箱體，631.吊籃底板，632.底板銷軸，64.隔振模塊。

具體實(shí)施方式[0037] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于

本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他

實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

[0038] 本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：[0039] 如圖2?5所示，一種離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)，包括：[0040] 用于實(shí)現(xiàn)多作動(dòng)器同步伺服控制和三向振動(dòng)波形復(fù)現(xiàn)控制的控制單元1；[0041] 用于提供激振力和傳導(dǎo)反作用力的作動(dòng)單元3；作動(dòng)單元3安裝在離心機(jī)的吊籃單元6內(nèi)；作動(dòng)單元3包括用于提供水平X向激振力的X向作動(dòng)器模塊31、水平Y(jié)向激振力的Y向

作動(dòng)器模塊32、豎直Z向激振力的Z向作動(dòng)器模塊33；X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32、Z

向作動(dòng)器模塊33的作用端均作用于試驗(yàn)件；控制單元1的信號(hào)輸出端分別與X向作動(dòng)器模塊

31的信號(hào)輸入端、Y向作動(dòng)器模塊32的信號(hào)輸入端、Z向作動(dòng)器模塊33的信號(hào)輸入端連接。

[0042] 如圖5所示，控制單元1包括用于將常重力場(chǎng)三向振動(dòng)波形處理為超重力場(chǎng)三向加載波形的波形預(yù)處理模塊11、用于三向振動(dòng)波形控制的三向波形修正控制模塊12、用于實(shí)

現(xiàn)作動(dòng)單元同步閉環(huán)控制和三向運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制的多軸伺服控制模塊13和用于測(cè)試反饋的

傳感模塊14；擬開(kāi)展試驗(yàn)的常重力場(chǎng)三向振動(dòng)波形通過(guò)波形預(yù)處理模塊11的輸入端輸入，

三向波形修正控制模塊12的信號(hào)輸入端分別與波形預(yù)處理模塊11的信號(hào)輸出端、傳感模塊

14的信號(hào)輸出端連接，多軸伺服控制模塊13的信號(hào)輸入端分別與三向波形修正控制模塊12

的信號(hào)輸出端、傳感模塊14的信號(hào)輸出端連接，多軸伺服控制模塊13的信號(hào)輸出端與X向

作動(dòng)器模塊31的信號(hào)輸入端、Y向作動(dòng)器模塊32的信號(hào)輸入端、Z向作動(dòng)器模塊33的信號(hào)輸

入端連接。

[0043] 在本實(shí)施例中，所有的X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32、Z向作動(dòng)器模塊33均由液壓缸及對(duì)應(yīng)的伺服閥組成。

[0044] 如圖3所示，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括用于安裝支撐試驗(yàn)件并使其能沿三個(gè)方向解耦運(yùn)動(dòng)的承載單元2，承載單元2包括：

[0045] 用于安裝試驗(yàn)件和傳遞水平雙向振動(dòng)載荷的上臺(tái)面21；試驗(yàn)件安裝在上臺(tái)面21頂部；X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32的作用端均通過(guò)豎向設(shè)置的橡膠軸承24與上臺(tái)面

21連接；

[0046] 用于傳遞豎向振動(dòng)載荷的下臺(tái)面22；下臺(tái)面22安裝在上臺(tái)面21的下部，下臺(tái)面22的上端通過(guò)平鋪設(shè)置的橡膠軸承24與上臺(tái)面21的底部連接，Z向作動(dòng)器模塊33豎直安裝在

內(nèi)部箱體62的底部，Z向作動(dòng)器模塊33的作用端與下臺(tái)面22的底部連接。

[0047] 在一些實(shí)施例中下臺(tái)面22形成為下端設(shè)置開(kāi)口的箱型結(jié)構(gòu)。[0048] 如圖3所示，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括豎直設(shè)置的導(dǎo)向模塊23，下臺(tái)面22安裝在導(dǎo)向模塊23內(nèi)并沿導(dǎo)向模塊豎直上下動(dòng)作。

[0049] 如圖4所示，X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32均為兩個(gè)，兩個(gè)X向作動(dòng)器模塊31分別置于上臺(tái)面21的X向兩端，兩個(gè)Y向作動(dòng)器模塊31分別置于上臺(tái)面21的Y向兩端。

[0050] 在本實(shí)施例中，兩個(gè)X向作動(dòng)器模塊31在同一水平面內(nèi)沿直線分別安裝于上臺(tái)面X方向兩側(cè)，兩個(gè)Y向作動(dòng)器模塊32在同一水平面內(nèi)沿直線分別安裝于上臺(tái)面Y方向兩側(cè)，兩

個(gè)X向作動(dòng)器模塊31采用一推一拉串聯(lián)方式共同實(shí)現(xiàn)X向激振；兩個(gè)Y向作動(dòng)器模塊32采用

一推一拉串聯(lián)方式共同實(shí)現(xiàn)Y向激振；Y向作動(dòng)器模塊32由兩套液壓缸及對(duì)應(yīng)伺服閥組成。

[0051] 如圖4所示，在本實(shí)施例中，上臺(tái)面21的四個(gè)側(cè)面均開(kāi)設(shè)有T型槽211，橡膠軸承24布設(shè)T型槽211內(nèi)；在其中上臺(tái)面21的X方向上的T型槽211內(nèi)橡膠軸承24為沿Y方向布設(shè)，使

得Y向作動(dòng)器模塊32工作時(shí)候，上臺(tái)面21產(chǎn)生沿Y方向的振動(dòng)；其中上臺(tái)面21的Y方向上的T

型槽211內(nèi)橡膠軸承24為沿X方向布設(shè)，使得X向作動(dòng)器模塊32工作時(shí)候，上臺(tái)面21產(chǎn)生沿X

方向的振動(dòng)；且在本實(shí)施例中優(yōu)選在上臺(tái)面21的每側(cè)均開(kāi)設(shè)有兩個(gè)T型槽211。

[0052] 如圖2、3所示，吊籃單元6包括：[0053] 兩個(gè)吊耳61；兩個(gè)吊耳61通過(guò)銷軸與離心機(jī)大臂相連；[0054] 內(nèi)部箱體62；[0055] 外部箱體63；兩個(gè)吊耳61與外部箱體63固定連接；內(nèi)部箱體62安裝于外部箱體63內(nèi)部；內(nèi)部箱體62與外部箱體63之間設(shè)置有多個(gè)用于減小三向振動(dòng)對(duì)離心機(jī)大臂影響的隔

振模塊64；X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32、Z向作動(dòng)器模塊33均固定在內(nèi)部箱體62

上，X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32的活塞桿穿過(guò)內(nèi)部箱體62上的通孔與上臺(tái)面21相

連；下臺(tái)面22安裝在內(nèi)部箱體62內(nèi)部，Z向作動(dòng)器模塊33的活塞桿穿過(guò)內(nèi)部箱體62上的通孔

后與下臺(tái)面22連接；導(dǎo)向模塊23豎直安裝在內(nèi)部箱體62的內(nèi)側(cè)壁上，導(dǎo)向模塊23與下臺(tái)面

22配合安裝，并用于下臺(tái)面22的豎向滑動(dòng)導(dǎo)向。

[0056] 在一些實(shí)施例中，如圖2所示，示出了外部箱體63包括吊籃底板631和底板銷軸632，吊籃底板631置于外部箱體63的底部，底板銷軸632用于吊籃底板631與外部箱體63主

體的連接。

[0057] 在一些實(shí)施例中，隔振模塊64采用聚氨酯緩沖塊，隔振模塊64為多個(gè)，一部分置于內(nèi)部箱體62外側(cè)壁和外部箱體63內(nèi)側(cè)壁之間，另一部分置于內(nèi)部箱體62底部與外部箱體63

內(nèi)側(cè)底部之間。

[0058] 如圖3所示，離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)還包括用于平衡豎直Z向超重力效應(yīng)的平衡單元，平衡單元包括用于提供豎直Z向平衡力的平衡用液壓缸41、平衡用伺服閥組件42、平衡用蓄

能器組件43；平衡用液壓缸41安裝在內(nèi)部箱體62底部，平衡用液壓缸41的活塞桿與下臺(tái)面

22連接；平衡用伺服閥組件42安裝于平衡用液壓缸41上，平衡用蓄能器組件43安裝在外部

箱體63內(nèi)；平衡用液壓缸41通過(guò)管路與平衡用蓄能器組件43連接，控制單元1的信號(hào)輸出

端與平衡用伺服閥組件42的信號(hào)輸入端連接，平衡用伺服閥組件42與平衡用液壓缸41和平

衡用蓄能器組件43連接。

[0059] 本實(shí)施例工作時(shí)候，試驗(yàn)時(shí)，離心機(jī)運(yùn)行到設(shè)定加速度值時(shí)，控制單元1將輸出控制信號(hào)給平衡用伺服閥組件42，平衡用伺服閥組件42控制平衡用液壓缸41使其達(dá)到中間位

置工作零位，同時(shí)繼續(xù)通過(guò)平衡用蓄能器組件43向平衡用液壓缸41供油，直到平衡用液壓

缸41的壓力達(dá)到設(shè)定的壓力值后關(guān)閉，開(kāi)始激振，激振過(guò)程中控制平衡用液壓缸41中的液

壓油總量保持不變。

[0060] 如圖1、3所示，油源單元包括：[0061] 用于提供高壓液壓油的地面液壓泵站51；[0062] 用于離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)激振過(guò)程瞬時(shí)大流量補(bǔ)油和多個(gè)作動(dòng)器供油控制的蓄能分配模塊53；

[0063] 用于將高壓液壓油從地面?zhèn)鬏數(shù)诫x心機(jī)大臂上的旋轉(zhuǎn)接頭52；地面液壓泵站51通過(guò)管道連接旋轉(zhuǎn)接頭52，旋轉(zhuǎn)接頭52通過(guò)管道與蓄能分配模塊53連接；蓄能分配模塊53分

別與X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32、Z向作動(dòng)器模塊33連接。

[0064] 如圖8所示，示出了橡膠軸承24的具體結(jié)構(gòu)，橡膠軸承24包括安裝底板241、阻尼橡膠層242、合金板層243，多層阻尼橡膠層242、多層合金板層243間隔分布，兩層安裝底板

241置于阻尼橡膠層242和合金板層243的組合兩側(cè)；橡膠軸承24為現(xiàn)有技術(shù)，在此不做過(guò)多

敷述。

[0065] 在本申請(qǐng)中，優(yōu)選地，X向作動(dòng)器模塊31、Y向作動(dòng)器模塊32、Z向作動(dòng)器模塊33、平衡用液壓缸41、平衡用蓄能組件43、蓄能分配模塊53和吊籃單元6的總質(zhì)量應(yīng)大于上臺(tái)面

21、下臺(tái)面22、X向作動(dòng)器模塊31的液壓缸活塞桿、Y向作動(dòng)器模塊32的液壓缸活塞桿、Z向作

動(dòng)器模塊33的液壓缸活塞桿和最大試驗(yàn)件總質(zhì)量的5倍以上；

[0066] 在本實(shí)施例中，三向波形修正控制模塊12用于完成高頻地震壓縮波的快速修正，通過(guò)1～3次修正后，能夠達(dá)到較高的控制精度。多軸伺服控制模塊13用于完成三軸向的多

作動(dòng)器之間的同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)臺(tái)面克服離心力的支撐平衡控制，以保證在離

心場(chǎng)環(huán)境下三向振動(dòng)臺(tái)的穩(wěn)定寬頻激振。傳感模塊14用于監(jiān)測(cè)位移、加速度、壓差及壓力信

號(hào)，作為控制信號(hào)反饋量，提供給三向波形修正控制模塊12、多軸伺服控制模塊13進(jìn)行閉環(huán)

控制。

[0067] 本實(shí)施例中還涉及到三軸向多作動(dòng)器同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法，為高低速閉環(huán)下的雙環(huán)路控制方法，可有效解決運(yùn)動(dòng)自由度解耦、作動(dòng)器寬頻激振控制和克服離心力支撐平

衡控制等問(wèn)題。其一，高速閉環(huán)控制方法是通過(guò)引入自由度解耦、作動(dòng)器動(dòng)態(tài)壓差與位移混

合控制以及自由度反饋控制法，可實(shí)現(xiàn)離心機(jī)三向振動(dòng)臺(tái)的三軸向?qū)掝l激振，并有效削弱

各個(gè)自由度之間的串?dāng)_；其二，低速閉環(huán)控制方法是，沿離心機(jī)順臂方向的平衡用液壓缸

41，須引入平衡用液壓缸41的壓力信號(hào)，進(jìn)行力反饋閉環(huán)控制，同時(shí)根據(jù)作動(dòng)器位移均值補(bǔ)

償方法，實(shí)現(xiàn)克服離心力的支撐平衡控制，并有效保證在動(dòng)態(tài)激振過(guò)程中平衡用液壓缸41

的振動(dòng)位移均值都在工作零位。

[0068] 高低速閉環(huán)下的雙環(huán)路閉環(huán)控制：[0069] 針對(duì)離心場(chǎng)下的三向振動(dòng)臺(tái)，為了實(shí)現(xiàn)離心力方向的作動(dòng)器寬頻激振，必須采用有效的控制方式，使得電液作動(dòng)器一方面必須能夠克服離心力，一方面可以穩(wěn)定寬頻激振。

這里提出了一種高低速閉環(huán)下的雙環(huán)路閉環(huán)控制方法，有效解決自由度解耦控制、作動(dòng)器

寬頻控制和克服離心力支撐控制問(wèn)題。

[0070] 如圖6所示，高速閉環(huán)控制方法為，引入自由度解耦、壓差與位移混合控制和自由度反饋控制法，取系統(tǒng)控制閉環(huán)周期為0.2ms以內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)三向振動(dòng)臺(tái)的三軸向?qū)掝l激

振，并削弱各個(gè)自由度之間的串?dāng)_。

[0071] 如圖7所示，低速閉環(huán)控制方法為，同時(shí)采用伺服閥的位移均值控制和支撐閥的壓力控制，取系統(tǒng)控制閉環(huán)周期為0.5。

[0072] 這里，引入平衡用液壓缸41的壓力信號(hào)，進(jìn)行平衡用伺服閥組件42的壓力控制，經(jīng)過(guò)控制的平衡用液壓缸41提供靜平衡力與離心力抵消，壓力信號(hào)計(jì)算如下：

[0073][0074] 這里， 為平衡用液壓缸(41)的支撐壓強(qiáng)，F(xiàn)i(i＝1,2,3,4)為平衡用液壓缸41的支撐壓力。

[0075] 這里采用伺服閥的位移均值控制和支撐閥的壓力控制，取系統(tǒng)控制閉環(huán)周期為1ms。由此，作動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)低頻克服離心力控制和高頻激振控制。

[0076] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換

和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。