一種聯(lián)合振動試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及振動試驗領(lǐng)域，具體是一種聯(lián)合振動試驗裝置。所述裝置包括液壓油源（1）、伺服閥（2）、液壓作動器（3）、擴(kuò)展臺（4）、平臺傳感器（5）、試件傳感器（8）、連接塊（9）、導(dǎo)桿（10）、高頻激振器（11）、彈性單元（12）、磁流變液阻尼器（13）和功放組（15）；液壓油源（1）、伺服閥（2）、液壓作動器（3）、擴(kuò)展臺（4）和平臺傳感器（5）組成低頻振動系統(tǒng)；連接塊（9）、導(dǎo)桿（10）、高頻激振器（11）、功放組（15）及試件傳感器（8）構(gòu)成高頻振動系統(tǒng)；彈性單元（12）及磁流變液阻尼器（13）設(shè)置于擴(kuò)展臺（4）臺面和高頻激振器（11）之間。本實用新型將低頻、高頻振動設(shè)備有效結(jié)合，遠(yuǎn)優(yōu)于分別進(jìn)行低頻和高頻試驗。
【專利說明】一種聯(lián)合振動試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及振動試驗領(lǐng)域，該裝置將低頻振動設(shè)備與高頻振動設(shè)備有效結(jié)合，用于振動環(huán)境模擬試驗。
【背景技術(shù)】
[0002]振動試驗的目的是在實驗室條件下對產(chǎn)品或設(shè)備在運(yùn)輸、使用等過程中所處的振動環(huán)境進(jìn)行模擬，以檢驗其可靠性、穩(wěn)定性等指標(biāo)。目前振動試驗被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、船舶、核工業(yè)等國防領(lǐng)域以及汽車、建筑等民用工業(yè)部門。振動試驗在國防領(lǐng)域不僅為新型武器系統(tǒng)和裝備提供重要的設(shè)計依據(jù)，而且作為武器裝備的主要測試手段，常用于裝備性能、可靠性、臨戰(zhàn)狀態(tài)的考核與驗收:如判斷各部件及整機(jī)的動力強(qiáng)度，模擬導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星的環(huán)境試驗，測試飛機(jī)飛行的振動特性等。作為現(xiàn)代工程【技術(shù)領(lǐng)域】的一項基本試驗，振動試驗也是工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的重要手段，廣泛應(yīng)用于許多重要的工程領(lǐng)域:如工業(yè)生產(chǎn)中的各種材料、零部件、構(gòu)件乃至整機(jī)或建筑物的力學(xué)性能試驗，工程材料高頻疲勞試驗，汽車、行走機(jī)械的道路模擬試驗，水壩、高層建筑等大型工程的抗震試驗等。通過振動試驗可以使設(shè)計更加合理，使用更加可靠。
[0003]振動臺是一個集激振系統(tǒng)、測試系統(tǒng)和軟件分析系統(tǒng)于一體的完整的現(xiàn)代振動測試系統(tǒng)，是振動環(huán)境模擬的物理基礎(chǔ)和實現(xiàn)載體。按照驅(qū)動方式的不同，可以分為機(jī)械振動臺、電動振動臺、液壓振動臺、電磁式振動臺、壓電式振動臺和磁致伸縮振動臺。相對而言，機(jī)械式振動臺具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低等優(yōu)點，但也存在出力小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可控性差等缺點。電動振動臺由恒定磁場和位于磁場中的通電線圈的相互作用產(chǎn)生電動力來驅(qū)動。具有頻率范圍寬、系統(tǒng)線性好、容易控制、波形失真小等優(yōu)點，但一般而言電動臺臺面負(fù)載小、位移小、系統(tǒng)龐大及造價較高。液壓振動試驗系統(tǒng)具有功率重量比和力質(zhì)量比大，響應(yīng)快速，剛度大，抗干擾能力強(qiáng)，誤差小，精度高等優(yōu)點。同樣，電液振動系統(tǒng)也存在如下缺點:工作頻率范圍小于電動振動臺，在高頻率范圍內(nèi)工作相對困難，多數(shù)情況下適用于在低頻區(qū)及中頻區(qū)振動試驗。另外由于采用的是液壓系統(tǒng)，受工作環(huán)境、油液溫度、液壓密封件的摩擦的影響較大，容易產(chǎn)生壓力脈動和產(chǎn)生共振等。壓電式振動臺驅(qū)動頻率更高，但激勵較小，適用于小型零件試驗。可見，目前一般根據(jù)試驗條件選擇不同類型的振動臺，可以由單臺及多臺同種類型振動臺組成試驗系統(tǒng)。
[0004]然而，對船舶、航空航天飛行器等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，外形復(fù)雜，內(nèi)部機(jī)械設(shè)備較多，種類各不相同，且往往同時運(yùn)行工作，常導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)實際是多個機(jī)械設(shè)備振源共同作用的結(jié)果。此外，在設(shè)備運(yùn)行階段，還受擾動氣流、附面層脈動氣流產(chǎn)生的啟動噪聲等多種分布振動激勵。
[0005]現(xiàn)有的振動試驗系統(tǒng)因設(shè)備特性的區(qū)別往往只能實現(xiàn)設(shè)備允許的振動量級，如寬頻小振幅，低頻大振幅等，而對于低頻高窄帶加隨機(jī)、寬頻較大量級、非高斯等特殊振動環(huán)境存在局限性。
[0006]目前，對于需要同時進(jìn)行高頻和低頻振動試驗的試件來說，還沒有一種完全適用的振動試驗系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型目的是提供一種聯(lián)合振動試驗裝置，該裝置將低頻振動設(shè)備與高頻振動設(shè)備有效結(jié)合，用于振動環(huán)境模擬試驗。
[0008]本實用新型是如此實現(xiàn)的:
[0009]一種聯(lián)合振動試驗裝置，用于對包含試件低頻段和試件高頻段的試件進(jìn)行振動實驗，對試件低頻段進(jìn)行低頻振動，對于試件高頻段進(jìn)行高頻振動；其中:包括液壓油源、伺服閥、液壓作動器、擴(kuò)展臺、平臺傳感器、試件傳感器、連接塊、導(dǎo)桿、高頻激振器、彈性單元、磁流變液阻尼器和功放組；
[0010]液壓油源、伺服閥、液壓作動器、擴(kuò)展臺和平臺傳感器組成低頻振動系統(tǒng)；液壓油源是動力源，為液壓作動器提供液壓；伺服閥聯(lián)接液壓油源和液壓作動器，將小功率的輸入電信號精確而快速地轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β实囊簤盒盘?，輸出的液壓信號去?qū)動液壓作動器，帶動擴(kuò)展臺運(yùn)動；
[0011]擴(kuò)展臺為平臺結(jié)構(gòu)，試件低頻段直接安裝于擴(kuò)展臺臺面；平臺傳感器固定布置于擴(kuò)展臺臺面；
[0012]連接塊、導(dǎo)桿、高頻激振器、功放組及試件傳感器構(gòu)成高頻振動系統(tǒng)；功放組用于驅(qū)動高頻激振器；高頻激振器一端與彈性單元及磁流變液阻尼器固定連接，一端通過導(dǎo)桿與連接塊固定連接；連接塊連接導(dǎo)桿及試件高頻段；
[0013]彈性單元及磁流變液阻尼器設(shè)置于擴(kuò)展臺臺面和高頻激振器之間，彈性單元及磁流變液阻尼器組成的結(jié)構(gòu)傳遞特性與試件低頻段到試件高頻段的傳遞特性相同；
[0014]試件傳感器安裝于試件高頻段。
[0015]如上所述的一種聯(lián)合振動試驗裝置，其中，在所述彈性單元及磁流變液阻尼器與擴(kuò)展臺臺面之間，設(shè)置轉(zhuǎn)接板，轉(zhuǎn)接板包括:柱體、連接螺栓和螺母；柱體下側(cè)與擴(kuò)展臺臺面固定連接，螺母上端與彈性單元及磁流變液阻尼器固定連接；柱體底部外側(cè)為外螺紋結(jié)構(gòu)，與螺母的內(nèi)螺紋配合；連接螺栓固定柱體和螺母。
[0016]本實用新型的優(yōu)點在于:根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，本實用新型將低頻振動設(shè)備與高頻振動設(shè)備有效結(jié)合，綜合設(shè)備的優(yōu)勢，擴(kuò)展振動試驗系統(tǒng)的使用范圍，提高了試驗效率，并且更好地模擬被試對象的使用環(huán)境，得到更可靠的試驗數(shù)據(jù)；由于能夠有針對性地同時提供低頻和高頻振動，獲得最真實的數(shù)據(jù)，所以其試驗效果遠(yuǎn)優(yōu)于分別進(jìn)行低頻和高頻試驗，對被試對象的設(shè)計具有很高的參考性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型一種聯(lián)合振動試驗裝置；
[0018]圖2為磁流變液阻尼器主視圖；
[0019]圖3為轉(zhuǎn)接板主視圖；
[0020]圖4為轉(zhuǎn)接板俯視圖。
[0021]I液壓油源；2伺服閥；3液壓作動器；4擴(kuò)展臺；5平臺傳感器；6試件低頻段；7試件高頻段；8試件傳感器；9連接塊；10導(dǎo)桿；11高頻激振器；12彈性單元；13磁流變液阻尼器；14轉(zhuǎn)接板；15功放組；131線圈；132封閉殼體；133磁流變液；134阻尼器連接板；135阻尼桿；136線圈電極；141柱體；142連接螺栓；143螺母。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0023]如圖1所示，一種聯(lián)合振動試驗裝置，包括液壓油源I ;伺服閥2 ;液壓作動器3 ;擴(kuò)展臺4 ;平臺傳感器5 ;試件傳感器8 ;連接塊9 ;導(dǎo)桿10 ;高頻激振器11 ;彈性單元12 ;磁流變液阻尼器13 ;轉(zhuǎn)接板14 ;功放組15。
[0024]磁流變液阻尼器13包括:線圈131、封閉殼體132、磁流變液133、阻尼器連接板134、阻尼桿135、線圈電極136。轉(zhuǎn)接板14包括:柱體141、連接螺栓142、螺母143。
[0025]所述聯(lián)合振動試驗裝置對于試件進(jìn)行試驗，所述試件包括試件低頻段6和試件高頻段7。
[0026]液壓油源1、伺服閥2、液壓作動器3、擴(kuò)展臺4和平臺傳感器5共同組成低頻振動系統(tǒng)。
[0027]在本申請中，是指一般200Hz以內(nèi)為低頻，200Hz以上為高頻。當(dāng)然，上述數(shù)據(jù)并沒有限定本申請所述實用新型的應(yīng)用范圍。
[0028]其中，液壓油源I是動力源，為液壓作動器3提供具有恒定壓力和流量的液壓油，使液壓作動器3給試件低頻段6及轉(zhuǎn)接板14加載，達(dá)到動態(tài)疲勞試驗的目的。伺服閥2是液壓油源I和液壓作動器3的聯(lián)接橋梁，其功能是將小功率的輸入電信號精確而快速地轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β实囊簤盒盘栞敵觯敵龅囊簤盒盘柸ヲ?qū)動液壓作動器3，而帶動負(fù)載運(yùn)動。液壓作動器3是低頻振動系統(tǒng)主要執(zhí)行元件，一端與伺服閥2連接，接收伺服閥2的控制信號，并在液壓油源I提供的高壓油作用下推動另一端的擴(kuò)展臺4運(yùn)動。擴(kuò)展臺4的作用主要包括:按照試驗要求，可靠地裝夾試件低頻段6及轉(zhuǎn)接板14 ;實現(xiàn)與液壓作動器3的連接；將液壓作動器3的運(yùn)動和能量不失真地傳遞到試件低頻段6上，避免出現(xiàn)共振和隔振現(xiàn)象。
[0029]液壓油源I與伺服閥2通過液壓管路連接；伺服閥2與液壓作動器3固定連接并保證密封性；液壓作動器3與擴(kuò)展臺4螺紋固定連接保證不失真?zhèn)鬟f并易于拆卸；擴(kuò)展臺4與試件低頻段6及轉(zhuǎn)接板14固定連接。
[0030]平臺傳感器5固定布置于擴(kuò)展臺4臺面，連接方式可以為螺紋連接、粘結(jié)等。平臺傳感器5采集平臺表面的加速度、速度、位移等信號并傳輸至計算機(jī)，伺服閥2的指令信號同樣發(fā)送至計算機(jī)，將二者進(jìn)行時域或頻域分析，即可得到伺服閥2至擴(kuò)展臺4的傳遞特性。
[0031]試件由試件低頻段6及試件高頻段7共同組成，實現(xiàn)聯(lián)合振動的主要任務(wù)之一即要計算試件低頻段6至試件高頻段7的連接特性，并據(jù)此選擇彈性單元12及磁流變液阻尼器13的量級。從而使用彈性單元12及磁流變液阻尼器13來模擬試件低頻段6至試件高頻段7的結(jié)構(gòu)，保證從試件自身傳遞的信號和從彈性單元12及磁流變液阻尼器13傳遞的信號一致，從而保證試件高頻部分7的安全性和實驗可靠性。
[0032]計算連接特性時，對平臺傳感器5及試件傳感器8共同采集信號并輸入至計算機(jī)。平臺傳感器5與擴(kuò)展臺4及試件傳感器8與試件高頻段7之間固定連接，為了不破壞試件及臺面表面，一般使用膠劑粘結(jié)。[0033]試件傳感器8、連接塊9、導(dǎo)桿10、高頻激振器11及功放組15構(gòu)成高頻振動系統(tǒng)，功放組15用于放大計算機(jī)信號并驅(qū)動高頻激振器11運(yùn)動。采集試件傳感器8數(shù)據(jù)并與高頻激振器11的驅(qū)動信號對比，即可得到高頻激振器11至試件高頻段7的傳遞特性，并參考試驗條件，調(diào)整高頻激振器11的驅(qū)動信號至功放組15從而實現(xiàn)預(yù)設(shè)試驗條件。
[0034]高頻激振器11可實現(xiàn)高頻信號的輸出，可以為電動激振器、電磁激振器、壓電激振器等。高頻激振器11 一端與彈性單元12及磁流變液阻尼器13固定連接，一端通過導(dǎo)桿10與連接塊9固定連接，該固定方式可以為螺紋連接、焊接、膠劑粘結(jié)等。彈性單元12及磁流變液阻尼器13固定連接于轉(zhuǎn)接板14上端。
[0035]導(dǎo)桿10的作用是將高頻激振器11的輸出傳遞至試件高頻段7，然而試件高頻段7與試件低頻段6之間進(jìn)行不同頻度的振動實驗、產(chǎn)生不同振動模式，兩部分之間強(qiáng)度較低，因此試件高頻段7振動過程中同時存在橫向的運(yùn)動。兩部分之間強(qiáng)度較低也正是在實際使用過程中會產(chǎn)生不同頻度振動的原因。為消除導(dǎo)桿10對試件高頻段7橫向運(yùn)動的影響，導(dǎo)桿10可以為細(xì)長桿或薄壁梁。連接塊9連接導(dǎo)桿10及試件高頻段7，連接塊9與導(dǎo)桿10固定連接的形式可以為螺紋連接、焊接、粘結(jié)等，連接塊9與試件高頻段7之間使用膠劑粘結(jié)。
[0036]彈性單元12及磁流變液阻尼器13的作用是模擬試件低頻段6至試件高頻段7的傳遞特性，彈性單元12可以為油氣彈簧、圓柱螺旋彈簧、板簧、碟簧等，其剛度根據(jù)低頻段6至試件高頻段7的傳遞特性選取。
[0037]磁流變液阻尼器13包括:線圈131、封閉殼體132、磁流變液133、阻尼器連接板134、阻尼桿135、線圈電極136。磁流變液阻尼器13的目的是為了提供與上述傳遞特性一致的阻尼。磁流變液133是當(dāng)前智能材料研究領(lǐng)域中的一個重要分支，在無外磁場作用下，具有良好的流動性；而在磁場作用下，可在毫秒級時間內(nèi)從牛頓流體變?yōu)榧羟星?yīng)力較高的粘塑性體，其表觀粘度可增大兩個數(shù)量級以上，呈現(xiàn)類似固體的力學(xué)性質(zhì)，且這種轉(zhuǎn)變是可控、連續(xù)和可逆。封閉殼體132填充磁流變液133，阻尼桿135在磁流變液133內(nèi)運(yùn)動，封閉殼體132外部繞線圈131，線圈的首尾端為線圈電極136，線圈電極136與功放組15連接。當(dāng)線圈131內(nèi)供電時，形成磁場，改變磁流變液133的特性，從而改變阻尼。阻尼器連接板134與高頻激振器11固定連接。
[0038]轉(zhuǎn)接板14包括:柱體141、連接螺栓142、螺母143。螺母143與擴(kuò)展臺4固定連接，可以為焊接，螺紋連接，粘結(jié)等。柱體141為外螺紋結(jié)構(gòu)，以便與螺母143連接。當(dāng)旋進(jìn)距離調(diào)整時，可以調(diào)整螺母143頂面的高度。當(dāng)高度調(diào)整至要求高度時，將連接螺栓142與柱體141連接以防止螺母143轉(zhuǎn)動，提高傳遞特性。因為柱體141上設(shè)置的螺紋孔數(shù)目有限，故螺母143上設(shè)置長圓弧形孔，方便連接螺栓142在螺母143任意位置進(jìn)行連接。
[0039]該聯(lián)合振動試驗裝置的試驗方法如下:
[0040]I)連接液壓油源1、伺服閥2、液壓作動器3、擴(kuò)展臺4、平臺傳感器5、試件低頻段
6、試件高頻段7及試件傳感器8 ；
[0041]2)在未連接試件高頻段7與連接塊9的情況下，由計算機(jī)發(fā)送白噪聲信號或根據(jù)試驗譜型要求計算的低平量級信號至伺服閥2，伺服閥2接收指令，并驅(qū)動閥芯運(yùn)動以控制液壓作動器3及擴(kuò)展臺4運(yùn)動，同時擴(kuò)展臺4上的平臺傳感器5及試件傳感器8采集響應(yīng)信號并輸送至計算機(jī)。[0042]3)計算機(jī)內(nèi)，通過數(shù)據(jù)分析，根據(jù)計算機(jī)發(fā)送的信號及平臺傳感器5的采集信號可以獲得伺服閥2至擴(kuò)展臺4的傳遞特性，根據(jù)平臺傳感器5及試件傳感器8的采集信號可以獲得擴(kuò)展臺4與試件低頻段6的連接界面至試件高頻段7的傳遞特性。
[0043]4)根據(jù)伺服閥2至擴(kuò)展臺4的傳遞特性，并結(jié)合試驗條件可以計算輸入數(shù)據(jù)，以在擴(kuò)展臺4表面生成滿足試驗要求的信號；根據(jù)擴(kuò)展臺4與試件低頻段6的連接界面至試件高頻段7的傳遞特性可以計算剛度和阻尼，并依據(jù)此計算結(jié)果選擇彈性單元12及磁流變液阻尼器13。
[0044]5)因為不同彈簧及阻尼參數(shù)可能導(dǎo)致高度彈性單元12及磁流變液阻尼器13的高度變化，所以需要通過轉(zhuǎn)接板14調(diào)整高度。固定連接柱體141及擴(kuò)展臺4，旋進(jìn)螺母143以調(diào)整螺母143頂面至擴(kuò)展臺4的距離，滿足要求后，將連接螺栓142與柱體141固定連接。
[0045]6)根據(jù)高頻激振器11的輸入信號及試件傳感器8的采集信號，在計算機(jī)內(nèi)可以計算高頻激振器11至試件高頻段7的傳遞特性。
[0046]7)依據(jù)試驗條件，經(jīng)過數(shù)據(jù)計算即可得到滿足試驗要求的伺服閥2和高頻激振器11的輸入信號。試驗進(jìn)行時，低頻振動系統(tǒng)及高頻振動系統(tǒng)產(chǎn)生的低頻信號及高頻信號在試件上疊加，根據(jù)疊加原理，試件低頻段6實現(xiàn)滿足試驗要求的低頻信號，而試驗高頻段7產(chǎn)生試驗要求的高低頻合成信號。
[0047]上面對本實用新型的實施例作了詳細(xì)說明，上述實施方式僅為本實用新型的最優(yōu)實施例，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種聯(lián)合振動試驗裝置，用于對包含試件低頻段(6)和試件高頻段(7)的試件進(jìn)行振動實驗，對試件低頻段(6)進(jìn)行低頻振動，對于試件高頻段(7)進(jìn)行高頻振動；其特征在于:包括液壓油源(I)、伺服閥(2)、液壓作動器(3)、擴(kuò)展臺(4)、平臺傳感器(5)、試件傳感器(8)、連接塊(9)、導(dǎo)桿(10)、高頻激振器(11)、彈性單元(12)、磁流變液阻尼器(13)和功放組(15)； 液壓油源(I)、伺服閥(2)、液壓作動器(3)、擴(kuò)展臺(4)和平臺傳感器(5)組成低頻振動系統(tǒng)；液壓油源(I)是動力源，為液壓作動器(3)提供液壓；伺服閥(2)聯(lián)接液壓油源(I)和液壓作動器(3)，將小功率的輸入電信號精確而快速地轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β实囊簤盒盘?，輸出的液壓信號去?qū)動液壓作動器(3)，帶動擴(kuò)展臺(4)運(yùn)動； 擴(kuò)展臺(4)為平臺結(jié)構(gòu)，試件低頻段(6)直接安裝于擴(kuò)展臺(4)臺面；平臺傳感器(5)固定布置于擴(kuò)展臺(4)臺面； 連接塊(9 )、導(dǎo)桿(10 )、高頻激振器(11)、功放組(15 )及試件傳感器(8 )構(gòu)成高頻振動系統(tǒng)；功放組(15)用于驅(qū)動高頻激振器(11);高頻激振器(11) 一端與彈性單元(12)及磁流變液阻尼器(13)固定連接，一端通過導(dǎo)桿(10)與連接塊(9)固定連接；連接塊(9)連接導(dǎo)桿(10)及試件高頻段(7); 彈性單元(12)及磁流變液阻尼器(13)設(shè)置于擴(kuò)展臺(4)臺面和高頻激振器(11)之間，彈性單元(12)及磁流變液阻尼器(13)組成的結(jié)構(gòu)傳遞特性與試件低頻段(6)到試件高頻段(7)的傳遞特性相同； 試件傳感器(8)安裝于試件高頻段(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種聯(lián)合振動試驗裝置，其特征在于，在所述彈性單元(12)及磁流變液阻尼器(13)與擴(kuò)展臺(4)臺面之間，設(shè)置轉(zhuǎn)接板(14)，轉(zhuǎn)接板(14)包括:柱體(141)、連接螺栓(142)和螺母(143);柱體(141)下側(cè)與擴(kuò)展臺(4)臺面固定連接，螺母(143)上端與彈性單元(12)及磁流變液阻尼器(13)固定連接；柱體(141)底部外側(cè)為外螺紋結(jié)構(gòu)，與螺母(143)的內(nèi)螺紋配合；連接螺栓(142)固定柱體(141)和螺母(143)。
【文檔編號】G01M7/02GK203657998SQ201420010100
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】嚴(yán)魯濤, 楊志鵬, 劉玥 申請人:天津航天瑞萊科技有限公司, 北京強(qiáng)度環(huán)境研究所, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院