一種非接觸氣動(dòng)激振裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸氣動(dòng)激振裝置，尤其涉及斜拉橋、懸索橋氣彈模型等柔性結(jié)構(gòu)模態(tài)測(cè)試的新型激振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，許多大跨度懸索橋或斜拉橋進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。風(fēng)洞試驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是測(cè)量斜拉橋或懸索橋氣彈模型的模態(tài)。傳統(tǒng)方法測(cè)試模態(tài)時(shí)需使用力錘或激振器與模型結(jié)構(gòu)相接觸，施加荷載，用自由振動(dòng)或強(qiáng)迫振動(dòng)的方法得到模型的動(dòng)力特性。
[0003]斜拉橋、懸索橋氣彈模型多為柔性結(jié)構(gòu)，剛度較小。用激振器直接作用在模型上測(cè)試得到的結(jié)果精度較低。因?yàn)榱﹀N或激振器作用時(shí)，與模型的接觸帶來較大的附加剛度和附加質(zhì)量，使得結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性發(fā)生改變，造成模態(tài)測(cè)試結(jié)果的誤差，進(jìn)一步影響后續(xù)風(fēng)洞試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。另外傳統(tǒng)激振方法多為單點(diǎn)激勵(lì)，只能激發(fā)出低階模態(tài)，很難激發(fā)出對(duì)橋梁顫振等風(fēng)致振動(dòng)分析重要的高階模態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種非接觸氣動(dòng)激振裝置，消除附加剛度和附加質(zhì)量對(duì)氣彈模型模態(tài)測(cè)試結(jié)果的影響。該裝置能夠?qū)鈴椖Ｐ褪┘佣帱c(diǎn)激勵(lì)，便于測(cè)試高階模態(tài)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種非接觸氣動(dòng)激振裝置，用于對(duì)氣彈模型進(jìn)行氣動(dòng)激振，其特征在于:主要由氣泵、管路、氣體噴口和電磁閥組成；由氣泵供氣的氣缸通過氣路分支器與分支氣路連接；分支氣路的端頭設(shè)置有由電磁閥所控制的氣體噴口 ；所述電磁閥與氣體噴口一體設(shè)置，并被三腳架支撐在氣彈模型下方；電磁閥與控制單元電氣連接。
[0006]所述氣泵為高壓氣泵，使用220V交流電供電，可以產(chǎn)生高壓壓縮空氣并儲(chǔ)存于自帶的氣缸中，輸出壓縮空氣壓力可在一定范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)氣缸內(nèi)的壓縮空氣由于輸出導(dǎo)致壓強(qiáng)下降后，氣泵會(huì)立即響應(yīng)向氣缸中補(bǔ)充壓縮氣體，保持氣缸內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定在一定范圍。氣缸和三通連接處，三通與膠管連接處以及膠管和電磁閥連接處都使用了密封帶進(jìn)行了密封處理。
[0007]所述的電磁閥為高頻電磁閥，動(dòng)作頻率在20Hz以上，接收控制單元發(fā)出的信號(hào)執(zhí)行開啟和閉合動(dòng)作，輸出脈沖氣流。所述的控制單元采用可編程邏輯控制器(PLC)，可輸出高頻脈沖信號(hào)，控制多個(gè)電磁閥按一定時(shí)間順序開啟和閉合。
[0008]所述的連接零件與電磁閥底座連接并安裝在三腳架上，使激振裝置能夠在氣彈模型附近實(shí)施激勵(lì)，氣彈模型受激勵(lì)后的位移響應(yīng)由激光位移計(jì)采集。激光位移計(jì)與數(shù)據(jù)采集及處理裝置相連。
[0009]本發(fā)明的工作過程和工作原理是:工作時(shí)，氣泵提供穩(wěn)定的高壓壓縮空氣，高壓壓縮空氣經(jīng)過三通等分成若干路，膠管將高壓壓縮空氣輸送到電磁閥的進(jìn)氣端。電磁閥接收控制單元發(fā)出的信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁閥的開啟和閉合，將穩(wěn)定的高壓壓縮空氣轉(zhuǎn)換成脈沖氣流，然后對(duì)氣彈模型進(jìn)行激勵(lì)?？刂茊卧梢园l(fā)出信號(hào)使多個(gè)電磁閥對(duì)氣彈模型實(shí)施多點(diǎn)激勵(lì)。氣彈模型受到脈沖氣流激勵(lì)后，用激光位移計(jì)測(cè)量模型各測(cè)點(diǎn)的位移時(shí)程。
[0010]運(yùn)行之前，可調(diào)節(jié)氣泵輸出壓縮空氣的壓強(qiáng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣彈模型不同強(qiáng)度的激勵(lì)。通過改變控制單元輸出脈沖信號(hào)的頻率，可以改變電磁閥開啟和閉合的頻率，以輸出不同頻率的脈沖氣流對(duì)氣彈模型進(jìn)行激勵(lì)。通過改變各個(gè)電磁閥動(dòng)作的時(shí)間差，使得各個(gè)電磁閥輸出的脈沖氣流激勵(lì)相位可調(diào)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0012]由于本發(fā)明對(duì)氣彈模型實(shí)施的脈沖氣流激勵(lì)，氣彈模型位移響應(yīng)的測(cè)量采用激光位移計(jì)，兩者都不與模型接觸，消除了來自于激振裝置和位移測(cè)量裝置附加質(zhì)量和附加剛度的影響。本發(fā)明可以采用多路脈沖氣流對(duì)模型進(jìn)行激勵(lì)，方便的實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)激勵(lì)，容易激發(fā)出高階振型。同時(shí)，通過改變?nèi)_架上電磁閥的安放角度，可以實(shí)現(xiàn)豎向，橫向及縱向多個(gè)方向的激勵(lì)。因此本發(fā)明的氣動(dòng)激振裝置實(shí)用于斜拉橋、懸索橋氣彈模型等多種柔性結(jié)構(gòu)模態(tài)測(cè)試中，其適用范圍廣。
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的安裝圖；
[0015]氣泵I ;氣缸2 ;三通3 ;電磁閥所控制的氣體噴口 4 ;三腳架5 ;激光位移計(jì)6 ;氣彈模型7 ;控制單元8 ;直流電源9 ;數(shù)據(jù)采集及處理裝置10。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例
[0017]圖1示出，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】是，一種非接觸氣動(dòng)激振裝置，其組成是:由氣泵、電磁閥、控制單元、直流電源、三通、膠管、三腳架及連接零件組成。
[0018]所述氣泵I向由電磁閥所控制的氣體噴口 4輸入壓縮空氣，由電磁閥所控制的氣體噴口 4接收控制單元8發(fā)出的脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)周期性的開啟和閉合，輸出脈沖氣流對(duì)氣彈模型7進(jìn)行激勵(lì)。氣泵I通過三通3將壓縮空氣等分成多路，通過氣路支路與由電磁閥所控制的氣體噴口 4連接。由電磁閥所控制的氣體噴口 4通過連接零件6安裝在三腳架5上。控制單元8和由電磁閥所控制的氣體噴口 4都由直流電源9供電。當(dāng)氣彈模型7受到激勵(lì)后，其位移響應(yīng)通過激光位移計(jì)6進(jìn)行測(cè)量。激光位移計(jì)6與數(shù)據(jù)采集及處理裝置相連。
[0019]所述由電磁閥所控制的氣體噴口 4通過連接零件6安裝在三腳架5上，三腳架5高度和方向可調(diào)。由電磁閥所控制的氣體噴口 4被三腳架5托起后，與氣彈模型7保持一定距離，距離不小于模型受激勵(lì)后的最大振幅。
[0020]所述激光位移計(jì)6由支架支起，安放位置與氣彈模型7保持一定距離，距離不小于氣彈模型7受激勵(lì)后的最大振幅，且不超出激光位移計(jì)6的量程。激光位移計(jì)6測(cè)量到氣彈模型7各測(cè)點(diǎn)的位移，通過數(shù)據(jù)采集與處理裝置得到氣彈模型7的位移響應(yīng)時(shí)程。
[0021]本例氣泵I為高壓氣泵，使用220V交流電供電，可以產(chǎn)生高壓壓縮空氣并儲(chǔ)存于自帶的氣缸2中，輸出壓縮空氣壓力可在一定范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)氣缸2內(nèi)的壓縮空氣由于輸出導(dǎo)致壓強(qiáng)下降后，氣泵I會(huì)立即響應(yīng)向氣缸2中補(bǔ)充壓縮氣體，保持氣缸2內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定在一定范圍。氣缸2和三通3連接處，三通3與氣路支路連接處以及氣路支路和由電磁閥所控制的氣體噴口 4連接處都使用了密封帶進(jìn)行了密封處理。
[0022]本例的由電磁閥所控制的氣體噴口 4的電磁閥采用高頻電磁閥，動(dòng)作頻率能達(dá)到20Hz以上。本例的控制單元8采用可編程邏輯控制器(PLC)，可以輸出高頻脈沖信號(hào)，可編程邏輯控制器由直流電源供電。
[0023]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非接觸氣動(dòng)激振裝置，用于對(duì)氣彈模型等柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行氣動(dòng)激振，其特征在于:主要由氣泵、管路、氣體噴口和電磁閥組成；由氣泵供氣的氣缸通過氣路分支器與分支氣路連接；分支氣路的端頭設(shè)置有由電磁閥所控制的氣體噴口 ；所述電磁閥與氣體噴口一體設(shè)置，并被三腳架支撐在氣彈模型下方；電磁閥與控制單元電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸氣動(dòng)激振裝置，其特征在于:所述氣路分支器至少為三通分支器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸氣動(dòng)激振裝置，其特征在于:采用的控制氣體噴口的電磁閥為高頻電磁閥，頻率20Hz以上；控制單元采用可編程邏輯控制器PLC控制并可以輸出高頻脈沖信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸氣動(dòng)激振裝置，其特征在于:所述三腳架高度和方向可調(diào)；電磁閥被三腳架托起后，與氣彈模型保持一定距離，距離不小于模型受激勵(lì)后的最大振幅。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非接觸氣動(dòng)激振裝置，用于對(duì)氣彈模型等柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行氣動(dòng)激振，主要由氣泵、管路、氣體噴口和電磁閥組成；由氣泵供氣的氣缸通過氣路分支器與分支氣路連接；分支氣路的端頭設(shè)置有由電磁閥所控制的氣體噴口；所述電磁閥與氣體噴口一體設(shè)置，并被三腳架支撐在氣彈模型下方；電磁閥與控制單元電氣連接。氣泵通過分支氣路向電磁閥進(jìn)氣端輸入壓縮空氣，電磁閥接收控制單元發(fā)出的脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)周期性的開啟和閉合，輸出脈沖氣流對(duì)氣彈模型進(jìn)行激勵(lì)。本發(fā)明不與模型接觸，消除了激振裝置和位移測(cè)量裝置的附加剛度和附加質(zhì)量對(duì)氣彈模型動(dòng)力特性的影響，簡(jiǎn)易方便、成本低；可用于斜拉橋、懸索橋等多種柔性氣彈模型的模態(tài)測(cè)試。
【IPC分類】G01M9-08, G01M9-04, G01M9-06
【公開號(hào)】CN104776974
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510158489
【發(fā)明人】廖海黎, 林思源, 韓兆令, 馬存明
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日