一种高机动性宽频大出力激振装置

技术领域

本发明涉及激振装置技术领域，尤其涉及一种高机动性宽频大出力激振装置。

背景技术

随着工程建设的不断发展，不少大型复杂结构需要进行结构动力测试，以获得结构的响应频率、阻尼比、模态质量等动力参数，从而为提升结构建模及设计分析精度、检测结构损伤、进行结构服役性能评估、指导结构延寿加固或运营维护等提供依据。结构动力测试需要利用环境激励或人工激振引起结构的动力响应，由输入和输出通过系统识别、信号处理等技术获得结构参数及响应幅值，其中，环境激励虽然方便，但由于其作用幅值非常低、具有不确定性，使结构动力测试的精度较低，受环境因素干扰明显，甚至会遗漏结构高阶模态信息，导致检测结果的错误。要解决这一问题，需要采用人工激振的方式，利用激振设备对工程结构进行人工激振，因此，激振设备对于大型结构的动力测试具有十分重要的作用。

然而，现行的激振设备很难满足许多大型土木工程的现场检测需求。例如，对于大部分高层建筑或大跨结构、桥梁隧道而言，需要采用大型激振设备进行持续的周期激振，而大型激振设备尺寸大、重量大、配重多，经常无法运输至建筑、隧道内部或特定位置，很难在结构特定位置进行多向、多频率、多激振力幅值的灵活激振作业，工况实施周期非常长，作业成本高昂，并且，激振设备自身重量过大，又改变了主体结构的动力特性，很多还无法持续输出周期激振力，使测量结果在一定程度上失真，而采用轻型的激振器，如电磁激振器等，则激振力非常小，无法提供足够大的激振力，采用旋转式激振器，则很难获得低频激振频率，难以满足工程需求。

综上，现阶段急需研制兼具高机动性、宽频、大出力性能的激振设备，以满足大型结构工程动力检测作业中的人工激振需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种高机动性宽频大出力激振装置，解决了目前的激振设备无法兼具高机动性、宽频、大出力性能的问题。

一种高机动性宽频大出力激振装置，其包括一作动器、一伺服油源、一交互模组、一竖向运动台座、一水平运动台座以及一旋转底座；所述作动器包含一伺服作动筒以及一惯容器，所述伺服作动筒包括一作动筒壳体、一活塞、一电液伺服阀、一活塞杆以及一弹簧组件；所述作动筒壳体设有一作动筒壳体进油口和一作动筒壳体出油口，该作动筒壳体内设置有所述活塞、所述电液伺服阀、所述活塞杆以及所述弹簧组件，所述电液伺服阀设置在所述作动筒壳体进油口一侧，该侧还设置有所述活塞，该活塞与所述活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端贯穿出所述作动筒壳体，所述弹簧组件环绕设置于所述活塞杆外侧，且该弹簧组件的一端与所述活塞固定连接，该弹簧组件的另一端与所述作动筒壳体的远离活塞一侧的内壁固定连接；所述惯容器的一端与所述活塞杆远离所述活塞的一端固定连接，另一端形成一作动头；所述伺服油源通过高压油管与所述伺服作动筒可拆卸的连通，用以为所述作动器提供伺服液压力，带动所述作动器工作；所述交互模组包含一测力传感器、一位移传感器以及一控制器，所述测力传感器设置在所述作动头上，用以采集所述作动头的力数据，所述位移传感器设置在所述活塞杆上，用于采集所述作动头的位移数据，所述控制器与所述电液伺服阀、所述测力传感器以及所述位移传感器连接，用以对所述伺服作动筒进行液压作动控制以及接收所述测力传感器与所述位移传感器采集的数据；所述竖向运动台座、所述水平运动台座以及所述旋转底座选择固定于大型结构的特定位置，所述作动器可选择的安装于所述竖向运动台座、所述水平运动台座以及所述旋转底座上，所述作动器、所述伺服油源、所述交互模组与所述竖向运动台座配合实现对大型结构的竖向激振作业，所述作动器、所述伺服油源、所述交互模组与所述水平运动台座及所述旋转底座配合实现对大型结构的水平激振作业。

优选的，所述惯容器采用滚珠丝杠惯容器。

优选的，所述伺服油源包含一油箱、一电机、一液压泵、一滤油器、一控制阀以及一冷却器；所述油箱用于储存液压油并设有一油箱出油口和一油箱进油口，所述油箱出油口连接所述液压泵，所述液压泵连接有所述电机以及经由所述滤油器、所述控制阀泵连接有所述高压油管，所述伺服作动筒出油口经由所述冷却器连接有所述油箱进油口。

优选的，所述竖向运动台座包括一第一座体、一竖向导向机构以及一竖向运动台面；所述第一座体为钢制箱体结构，该第一座体包含一第一座体顶板，该第一座体顶板的中央位置开设有一通孔，所述竖向导向机构包括四个导向孔和四根导向杆，四个所述导向孔设置于所述第一座体顶板上，并均匀环绕布设于所述通孔周边，任一所述导向孔中设置有一所述导向杆的一端，所述导向杆的另一端与所述竖向运动台面的底部固定连接。

进一步的，竖向激振作业时，所述作动筒壳体靠近所述作动头的一端的端面与所述第一底座顶板底部中央固定，且所述作动头穿过所述通孔并与所述竖向运动台面的底部固定连接，所述竖向运动台面上可拆卸的固定有配重块。

优选的，所述水平运动台座包括一底板、一水平导轨、一水平运动台面以及一挡板，所述底上固定有所述水平导轨，所述水平导轨通过滑块与所述水平运动台面底部固定连接，所述挡板固定于所述底板的一侧，该侧位于所述水平导轨运动方向的一侧。

进一步的，水平激振作业时，所述作动筒壳体远离所述作动头的端面固定于所述挡板上，所述作动头与所述水平运动台面固定连接，所述水平运动台面上可拆卸的固定有配重块。

优选的，所述旋转底座包括一第二座体、一旋转机构、一减速机、一旋转电机；所述第二座体为钢制箱体结构，其顶部开设有一圆形通孔；该第二底座的内腔中固定有所述旋转机构、所述减速机和所述旋转电机，所述旋转机构包含一钢制转盘以及一大齿轮，所述钢制转盘的顶部伸出所述圆形通孔，所述钢制转盘的底部与所述大齿轮连接，所述大齿轮与所述减速机的小齿轮啮合，所述减速机与所述旋转电机连接。

进一步的，水平激振作业时，所述钢制转盘顶部与所述水平运动台座的底部固定连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供一种高机动性宽频大出力激振装置，其包括一作动器、一伺服油源、一交互模组、一竖向运动台座、一水平运动台座以及一旋转底座；所述伺服油源为所述作动器提供伺服液压力；所述交互模组包含的控制器对所述作动器进行液压作动控制，使得作动器进行工作；所述作动器根据激振工况需求，分别固定于所述竖向运动台座、所述水平运动台座或所述旋转底座上，同时通过所述竖向运动台座、所述水平运动台座或所述旋转底座固定于大型结构的特定位置，实现对结构的激振作用。上述各结构均采用可拆卸的设计，方便了分散快速运输至大型结构或隧道内部特定位置，同时在现场快速组装成该高机动性宽频大出力激振装置进行激振作业，大大提高了使用的机动性；

2、本发明提供的高机动性宽频大出力激振装置，其在竖向激振作业时，所述作动器安装于所述竖向运动台座中；在水平激振作业时，所述作动器安装于所述水平运动台座中，同时水平运动台座安装于旋转底座上。具体而言，对于桥梁、隧道、大跨度楼板等竖向振动敏感结构，所述作动器安装于所述竖向运动台座中，并将所述竖向运动台座固定于激振的特定位置，该竖向运动台座上固定有配重块，通过控制器控制所述作动器作动，经作动器包含的所述惯容器带动所述竖向运动台面及配重块做竖向周期运动，所述竖向运动台面及配重块持续产生竖向周期惯性力，反作用于结构上，实现对结构的竖向周期激振作用；对于高层建筑、高耸构筑物等水平振动敏感结构，所述作动器安装于所述水平运动台面中，并将所述水平运动台座固定于所述旋转底座上，该旋转底座固定于激振的特定位置，所述水平运动台座上固定有配重块，通过控制器控制所述作动器作动，经作动器包含的所述惯容器带动所述水平运动台面及配重块做水平周期运动，所述水平向运动台面及配重块持续产生水平向周期惯性力，反作用于结构上，实现对结构的水平向周期激振作用。同时通过所述旋转底座中旋转机构的旋转作动，可在水平面上灵活改变激振作用的方向，因此该高机动性宽频大出力激振装置使得激振作业在不同激振方向的切换非常方便，显著缩短工况作业时间。

3、本发明提供的高机动性宽频大出力激振装置，其包含的所述惯容器采用滚珠丝杠惯容器，惯容器的作动头周期做动力作用，其滚珠螺母发生快速往复旋转，利用其惯质增效效应，使所述竖向运动台面或所述水平运动台面及配重块在往复振动过程中产生的等效惯性力得到增大，反作用于结构上，使作用于结构上的激振力增大，实现大出力的激振效果。

4、本发明提供的高机动性宽频大出力激振装置，通过控制器实现所述伺服作动筒全频段的作动频率调节，既可进行低频激振也可进行高频激振，同时弥补了电磁式激振器出力不足，以及旋转偏心轮式激振器频率过高的问题，使该高机动性宽频大出力激振装置的激振频率带宽覆盖了绝大部分大型土木工程结构的敏感频段，使得适用面更广。

附图说明

图1为本发明所述的高机动性宽频大出力激振装置水平激振作业时的安装结构示意图；

图2为本发明所述的高机动性宽频大出力激振装置水平激振作业时的俯视安装结构示意图；

图3为本发明所述的高机动性宽频大出力激振装置竖向激振作业时的安装结构示意图；

图4为本发明所述的高机动性宽频大出力激振装置竖向激振作业时的俯视安装结构示意图；

图5为本发明所述的水平运动台座与所述的旋转底座连接安装结构示意图；

图6为本发明所述的竖向运动台座安装作动器的结构示意图；

图7为本发明所述的竖向运动台座的结构示意图；

图8为本发明所述的水平运动台座的结构示意图；

图9为本发明所述的水平运动台座的俯视结构示意图；

图10为本发明所述的旋转底座的结构示意图；

图11为本发明所述的旋转底座的另一张结构示意图；

图12为本发明所述的旋转底座的俯视结构示意图；

图13为本发明所述的伺服油源的结构示意图；

图14为本发明所述的伺服油源的俯视结构示意图；

图15为本发明所述的伺服油源的侧面结构示意图；

图16为本发明所述的伺服作动筒的结构示意图；

图17为本发明所述的惯容器的结构示意图；

其中：

1-作动器，2-伺服油源，3-竖向运动台座，4-水平运动台座，5-旋转底座，11-伺服作动筒，12-惯容器，111-作动筒壳体，112-活塞，113-电液伺服阀，114-活塞杆，115-弹簧组件，21-油箱，22-电机，23-液压泵，24-滤油器，25-控制阀，26-冷却器，31-第一座体，33-竖向运动台面，34-第一座体顶板，35-导向杆，41-底板，42-水平导轨，43-水平运动台面，44-挡板，45-滑块，51-第二座体，52-旋转机构，53-减速机，54-旋转电机，56-圆形通孔。

具体实施方式

下面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作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。

参阅图1～图16，一种高机动性宽频大出力激振装置，其包括一作动器1、一伺服油源2、一交互模组、一竖向运动台座3、一水平运动台座4以及一旋转底座5。

参阅图16以及图17，所述作动器1包含一伺服作动筒11以及一惯容器12，所述伺服作动筒11包括一作动筒壳体111、一活塞112、一电液伺服阀113、一活塞杆114以及一弹簧组件115；所述作动筒壳体111设有一作动筒壳体111进油口和一作动筒壳体111出油口，该作动筒壳体111内设置有所述活塞112、所述电液伺服阀113、所述活塞杆114以及所述弹簧组件115，所述电液伺服阀113设置在所述作动筒壳体111进油口一侧，该侧还设置有所述活塞112，该活塞112与所述活塞杆114的一端连接，所述活塞杆114的另一端贯穿出所述作动筒壳体111，所述弹簧组件115环绕设置于所述活塞杆114外侧，且该弹簧组件115的一端与所述活塞112固定连接，该弹簧组件115的另一端与所述作动筒壳体111的远离活塞112一侧的内壁固定连接；所述惯容器12的一端与所述活塞杆114远离所述活塞112的一端固定连接，另一端形成一作动头。优选的，所述惯容器12采用滚珠丝杠惯容器12。

结合图1、图2、图3以及图4，所述伺服油源2通过高压油管与所述伺服作动筒11可拆卸的连通，用以为所述作动器1提供伺服液压力，带动所述作动器1工作。

结合图1、图2、图3以及图4，所述交互模组包含一测力传感器、一位移传感器以及一控制器，所述测力传感器设置在所述作动头上，该所述测力传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，用以采集所述作动头的力数据，所述位移传感器设置在所述活塞杆114上，该位移传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，用于采集所述作动头的位移数据，所述控制器与所述电液伺服阀113、所述测力传感器以及所述位移传感器连接，用以对所述伺服作动筒11进行液压作动控制以及接收所述测力传感器与所述位移传感器采集的数据。通过采集的上述数据为提升结构建模及设计分析精度、检测结构损伤、进行结构服役性能评估、指导结构延寿加固或运营维护等提供了依据。在这里需要说明的是，控制器可以实现所述伺服作动筒11全频段的作动频率调节，既可进行低频激振也可进行高频激振，即秩序控制电液伺服阀113的进液情况即可。

所述竖向运动台座3、所述水平运动台座4以及所述旋转底座5选择固定于大型结构的特定位置，所述作动器1可选择的安装于所述竖向运动台座3、所述水平运动台座4以及所述旋转底座5上，所述作动器1、所述伺服油源2、所述交互模组与所述竖向运动台座3配合实现对大型结构的竖向激振作业，所述作动器1、所述伺服油源2、所述交互模组与所述水平运动台座4及所述旋转底座5配合实现对大型结构的水平激振作业。

结合图13、图14以及图15，优选的，所述伺服油源2包含一油箱21、一电机22、一液压泵23、一滤油器24、一控制阀25以及一冷却器26；所述油箱21用于储存液压油并设有一油箱21出油口和一油箱21进油口，所述油箱21出油口连接所述液压泵23，所述液压泵23连接有所述电机22以及经由所述滤油器24、所述控制阀25泵连接有所述高压油管，所述伺服作动筒11出油口经由所述冷却器26连接有所述油箱21进油口。需要说明的是，通过高压油管与所述伺服作动筒11连通油路，所述电机22带动所述液压泵23工作，将液压油经所述滤油器24、控制阀25泵送入高压油管，接着高压油管输送液压油为所述伺服作动筒11提供作动所需油压；所述冷却器26采用通用的高压油水冷却器26，高温液压油经冷却器26返回油箱21；通过上述油路的连接，形成一个闭环的油路，使得活塞112受到液压油的压力，活塞112带动活塞杆114运动，从而滚珠丝杠惯容器12跟随活塞杆114运动，而弹簧组件115提供相应的行程阻力，使得更好的测量激振作业数据。

结合图6以及图7，优选的，所述竖向运动台座3包括一第一座体31、一竖向导向机构以及一竖向运动台面33；所述第一座体31为钢制箱体结构，该第一座体31包含一第一座体顶板34，该第一座体顶板34的中央位置开设有一通孔，所述竖向导向机构包括四个导向孔和四根导向杆35，四个所述导向孔设置于所述第一座体顶板34上，并均匀环绕布设于所述通孔周边，任一所述导向孔中设置有一所述导向杆35的一端，所述导向杆35的另一端与所述竖向运动台面33的底部固定连接。具体而言，所述第一座体顶板34为方形结构，将方形结构平分为4份形成4个小方形，任一小方形结构的正中央开设有一个所述导向孔。进一步的，竖向激振作业时，所述作动筒壳体111靠近所述作动头的一端的端面与所述第一底座顶板底部中央固定，且所述作动头穿过所述通孔并与所述竖向运动台面33的底部固定连接，所述竖向运动台面33上可拆卸的固定有配重块。需要说明的是，工作时，伺服油源2为作动器1提供作动油压，经作动器1包含的所述惯容器12带动所述竖向运动台面33及配重块做竖向周期运动，所述竖向运动台面33及配重块持续产生竖向周期惯性力，反作用于结构上，实现对结构的竖向周期激振作用。

参阅图8以及图9，优选的，所述水平运动台座4包括一底板41、一水平导轨42、一水平运动台面43以及一挡板44，所述底上固定有所述水平导轨42，所述水平导轨42通过滑块45与所述水平运动台面43底部固定连接，所述挡板44固定于所述底板41的一侧，该侧位于所述水平导轨42运动方向的一侧。具体的，底板41采用钢板制成。进一步的，水平激振作业时，所述作动筒壳体111远离所述作动头的端面固定于所述挡板44上，所述作动头与所述水平运动台面43固定连接，所述水平运动台面43上可拆卸的固定有配重块。需要说明的是，工作时，通过控制器控制所述作动器1作动，经作动器1包含的所述惯容器12带动所述水平运动台面43及配重块做水平周期运动，所述水平向运动台面及配重块持续产生水平向周期惯性力，反作用于结构上，实现对结构的水平向周期激振作用。

结合图10、图11以及图12，优选的，所述旋转底座5包括一第二座体51、一旋转机构52、一减速机53、一旋转电机54；所述第二座体51为钢制箱体结构，其顶部开设有一圆形通孔56；该第二底座的内腔中固定有所述旋转机构52、所述减速机53和所述旋转电机54，所述旋转机构52包含一钢制转盘以及一大齿轮，所述钢制转盘的顶部伸出所述圆形通孔56，所述钢制转盘的底部与所述大齿轮连接，所述大齿轮与所述减速机53的小齿轮啮合，所述减速机53与所述旋转电机54连接。结合图5，水平激振作业时，所述钢制转盘顶部与所述水平运动台座4的底部固定连接。通过该旋转底座5中旋转机构52的旋转作动，可在水平面上灵活改变激振作用的方向。

本发明提供的高机动性宽频大出力激振装置，其包含的所述伺服油源2为所述作动器1提供伺服液压力；所述交互模组包含的控制器对所述作动器1进行液压作动控制，使得作动器1进行工作；所述作动器1根据激振工况需求，分别固定于所述竖向运动台座3、所述水平运动台座4或所述旋转底座5上，同时通过所述竖向运动台座3、所述水平运动台座4或所述旋转底座5固定于大型结构的特定位置，实现对结构的激振作用。上述各结构均采用可拆卸的设计，方便了分散快速运输至大型结构或隧道内部特定位置，同时在现场快速组装成该高机动性宽频大出力激振装置进行激振作业，大大提高了使用的机动性；

需要说明的是，高机动性宽频大出力激振装置在竖向激振作业时，所述作动器1安装于所述竖向运动台座3中；在水平激振作业时，所述作动器1安装于所述水平运动台座4中，同时水平运动台座4安装于旋转底座5上。具体而言，对于桥梁、隧道、大跨度楼板等竖向振动敏感结构，所述作动器1安装于所述竖向运动台座3中，并将所述竖向运动台座3固定于激振的特定位置，该竖向运动台座3上固定有配重块，通过控制器控制所述作动器1作动，经作动器1包含的所述惯容器12带动所述竖向运动台面33及配重块做竖向周期运动，所述竖向运动台面33及配重块持续产生竖向周期惯性力，反作用于结构上，实现对结构的竖向周期激振作用；对于高层建筑、高耸构筑物等水平振动敏感结构，所述作动器1安装于所述水平运动台面43中，并将所述水平运动台座4固定于所述旋转底座5上，该旋转底座5固定于激振的特定位置，所述水平运动台座4上固定有配重块，通过控制器控制所述作动器1作动，经作动器1包含的所述惯容器12带动所述水平运动台面43及配重块做水平周期运动，所述水平向运动台面及配重块持续产生水平向周期惯性力，反作用于结构上，实现对结构的水平向周期激振作用。同时通过所述旋转底座5中旋转机构52的旋转作动，可在水平面上灵活改变激振作用的方向，因此该高机动性宽频大出力激振装置使得激振作业在不同激振方向的切换非常方便，显著缩短工况作业时间。

在此强调，其包含的所述惯容器12采用滚珠丝杠惯容器12，惯容器12的作动头周期做动力作用，其滚珠螺母发生快速往复旋转，利用其惯质增效效应，使所述竖向运动台面33或所述水平运动台面43及配重块在往复振动过程中产生的等效惯性力得到增大，反作用于结构上，使作用于结构上的激振力增大，实现大出力的激振效果。

还需要说明的是，其通过控制器实现所述伺服作动筒11全频段的作动频率调节，既可进行低频激振也可进行高频激振，同时弥补了电磁式激振器出力不足，以及旋转偏心轮式激振器频率过高的问题，使该高机动性宽频大出力激振装置的激振频率带宽覆盖了绝大部分大型土木工程结构的敏感频段，使得适用面更广。

以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。