CN103471838A - 一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置 - Google Patents

一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，该装置包括主机部分、测控部分和液压部分，其中：主机部分，用于执行和实现对阻尼器静动力性能的测试；测控部分，用于控制主机部分对阻尼器静动力性能进行测试；液压部分，用于为主机部分对阻尼器的静动力性能进行测试提供液压能源。利用本发明可有效提高机械部分自振频率，减少测试装置振动对测试精度影响，满足高频动力测试需求，实现了实际环境条件下对阻尼器静态和动态性能的高精度测试。

Description

一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置
技术领域
本发明涉及阻尼器静动力性能测试技术领域，尤其是一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置。
背景技术
近二十年来，用于桥梁减震的结构保护系统有了很大的发展，在国际上迅速发展并被广泛接受的结构保护系统包括液体粘滞阻尼器、金属摩擦摆和铅芯橡胶支座等。在桥梁上设置液体粘滞阻尼器，衰减大桥纵横两个方向运动已经成为设计工作者的一个重要选择。我国已建或正在建设的大型桥梁，为了达到减少桥梁各种振动的影响，也纷纷采用液体粘滞阻尼器。如：世界首座千米级斜拉桥—苏通长江大桥，首次使用了静力限位动力阻尼功能阻尼器。设计者根据粘滞阻尼器在苏通长江大桥的使用要求和桥位处的场地条件，在中国首次提出了阻尼器系统的使用测试要求，包括出厂检验测试和原型测试两部分。由于国内尚无大型阻尼器动力测试设备，测试均在美国进行。
液体粘滞阻尼器是精密的机加工产品，对材料性能及加工工艺要求都非常高。如何保证液体粘滞阻尼器的产品质量，达到设计要求的性能指标及耐久性，是其能否进行工程应用的前提条件。为了检测与保证阻尼器的技术性能指标和产品的制造质量，必须建造相应的阻尼器试验系统及严格的测试标准，对阻尼器进行性能试验和质量检测。
欧美国家的规范和指南在进行阻尼器测试时，除了进行常规的外观检查、耐压及最大速度等测试外，尚需进行不同温度下动力性能测试，但目前我国阻尼器测试装置尚未设置环境控制功能，无法真实模拟实际工程所处环境条件下的阻尼器性能，难以保证阻尼器工作性能、耐久性及安全性。
对于大吨位快速阻尼器动力测试系统，其加载吨位、加载速度、变形控制等要求均较高，阻尼器试验台需要油量也会大幅增加，对台架刚度、控制系统等都提出更高的要求。试验装置在进行静、动态试验时，随着阻尼器结构试验尺寸的增大，为了确保试验精度和稳定性，应尽量避免或减少在自重、轴向受压或快速冲击作用下阻尼器的挠曲或振动等。同时，测试系统应尽可能模拟阻尼器实际工程环境，以较好反映阻尼器在实际环境中的静动力性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，以实现对阻尼器静态和动态性能的高精度测试。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，该装置包括主机部分、测控部分和液压部分，其中：主机部分，用于执行和实现对阻尼器静动力性能的测试；测控部分，用于控制主机部分对阻尼器静动力性能进行测试；液压部分，用于为主机部分对阻尼器的静动力性能进行测试提供液压能源。
上述方案中，所述主机部分包括框架1、作动器2、待测试的阻尼器3、辅助支撑4、环境箱5、移动横梁6、隔震垫7和混凝土基础8，其中：隔震垫7设置于混凝土基础8之上，框架1设置于隔震垫7之上，作动器2设置于框架1的一端，待测试的阻尼器3的两端通过法兰与作动器2及移动横梁6连接，辅助支撑4设置于待测试的阻尼器3的下方，用以提供竖向支撑，并且待测试的阻尼器3放置于环境箱5内；移动横梁6沿框架1的导向杆水平移动；试验时，待测试的阻尼器3两端分别与作动器2和移动横梁6上的法兰连接，并通过辅助支撑4进行重力补偿。
上述方案中，所述待测试的阻尼器3放置在环境箱5内，以模拟在夏天高温、冬季低温或雨雪环境。
上述方案中，所述辅助支撑4包括底盘401、升降系统402、夹板403、拉压系统404及垫圈405，其中：底盘401置于混凝土基础8的轨道上，并通过螺栓固定；升降系统402置于底盘401上；垫圈405贴于夹板403上，并置于升降系统402上；夹板403包括上夹板和下夹板，用以夹住待测试的阻尼器3，并通过拉压系统404进行固定，以支撑待测试的阻尼器3。在对阻尼器的静动力性能进行测试时，先根据待测试的阻尼器3尺寸调整下夹板高度，并在安装待测试的阻尼器3后盖上夹板；通过拉压系统404在上夹板、下夹板两侧同时施加拉力，以固定待测试的阻尼器3，并通过调试升降系统402，对待测试的阻尼器3进行重力补偿，当支撑力达到待测试的阻尼器3中间部位的垂向力即可。
上述方案中，所述移动横梁6包括反力支撑601、导杆孔602、液压夹紧装置603、铰接头604和橡胶垫圈605，其中：液压夹紧装置603和铰接头604分别设于反力支撑601两侧及中部，橡胶垫圈605套于导杆孔602上，并由液压夹紧装置603对橡胶垫圈605进行压紧。所述移动横梁6能够沿导向杆无摩擦滑动，基于待测试的阻尼器3尺寸调节好位置后，通过液压夹紧装置603进行固定，并通过法兰与待测试的阻尼器3连接。
上述方案中，所述环境箱5由门型罩501和侧板502组成，并锚固于地基上，其中：门型罩501纵向长度可根据需要由多个不同系列门型罩通过法兰串联组成；侧板502根据阻尼器直径尺寸，选择对应直径孔类型侧板，并在孔的周边设计具有保温性能的橡胶垫503，以保证较小的摩擦力。所述环境箱5通过设置的加热器、制冷器、喷雾器、喷水器等，模拟夏天高温、冬季低温或雨雪环境，并在环境箱内设置温度传感器、湿度传感器、雨雪传感器，通过计算机控制系统对环境箱内的温度、湿度及雨雪量进行控制和记录。
上述方案中，所述隔震垫7设置于框架1与混凝土基础8之间用于实现减振。所述混凝土基础8的周围进一步设置隔振沟，用以减少装置振动对相邻结构的影响。
上述方案中，所述测控部分包括上机位软件模块、伺服控制器、电液伺服阀和测量仪器，其中上机位软件模块进行加载模式、静态参数和动态参数的设定，并将相关指令传递至伺服控制器，伺服控制器接收并对测量仪器反馈信号与输入信号的误差进行反馈控制运算后，将指令转化为相应电流信号施加到电液伺服阀上，由电液伺服阀输出与电流信号成比例的流量压力驱动作动器，从而产生与指令信号相同的位移或力输出。
上述方案中，所述测控部分基于流量比例控制法，经内部反馈控制运算后将指令转化为相应电流信号施加到电液伺服阀上，通过并联不同流量的电液伺服阀进行流量的分配；电液伺服阀用于实现流量控制，根据流量需求将主阀流量设定，并通过调节可变阀的权重系数较好控制整个并联系统流量。
上述方案中，所述液压部分包括伺服油源、油源分油器、管路和电控柜，其中伺服油源用于提供液压能源，该液压能源包括流量与压力，伺服油源的控制由电控柜完成，电控柜对泵组状态、油温、液位及油液堵塞进行监控与安全保护，液压油经由油源分油器和管路分配到各个作动器，油源分油器能够减少管路中的压力波动与冲击、监测压力及控制供油状态。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，不仅方便安装测试构件，而且可有效提高机械部分自振频率，减少测试装置振动对测试精度影响，满足高频动力测试需求，实现了对阻尼器静态和动态的高精度测试。
2、本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，采用流量比例控制法，通过并联多个不同流量伺服阀进行流量分配。可变流量阀根据子系统检测装置和传感器反馈信号，实时连续地调节伺服阀的开口，从而实现动态试验中作动器精确快速响应，可提高伺服阀的使用效率和测试精度，实现高精度静动力测试。
3、本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，环境箱可以模拟阻尼器实际工作温度、湿度、雨雪等复杂环境，可开展实际环境条件下阻尼器动力性能及疲劳性能试验，并获得与工程环境条件匹配的阻尼器力学性能综合指标，有利于建立基于全寿命的阻尼器性能评价体系，较好模拟实际工作环境。
4、本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，通过软、硬管合理布置和管夹中减震材料的使用，可减弱油液的冲击振动；在框架与混凝土整体基础之间设置隔震垫可实现进一步减振，并通过螺栓固定框架，进一步增加机械部分刚度；在测试装置周围设置隔振沟，防止框架振动传递至厂房墙壁，减少对周围环境的影响，减震控制技术效果显著。
附图说明
图1为本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置的结构示意图。
图2为本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置中主机部分的三维结构示意图。
图3为本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置中主机部分的主视图。
图4为本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置中主机部分的俯视图。
图5为图2至图4中辅助支撑的主视图。
图6为图2至图4中移动横梁的主视图。
图7为图2至图4中环境箱的示意图。
图中：1-框架；2-作动器；3-阻尼器；4-辅助支撑；401-底盘；402-升降系统；403-夹板；404-拉压系统；405-垫圈；5-环境箱；501-门型罩；502-侧板；503-橡胶垫；6-移动横梁；601-反力支撑；602-导杆孔；603-液压夹紧装置；604-铰接头；605-橡胶垫圈；7-隔震垫；8-混凝土基础。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，包括主机部分、测控部分和液压部分，其中：主机部分，用于执行和实现对阻尼器静动力性能的测试；测控部分，用于控制主机部分对阻尼器静动力性能进行测试；液压部分，用于为主机部分对阻尼器的静动力性能进行测试提供液压能源。
在图2至图4中，主机部分包括框架1、作动器2、待测试的阻尼器3、辅助支撑4、环境箱5、移动横梁6、隔震垫7和混凝土基础8，其中隔震垫7设置于混凝土基础8之上，框架1设置于隔震垫7之上，作动器2设置于框架1的一端，待测试的阻尼器3的两端通过法兰与作动器2及移动横梁6连接，辅助支撑4设置于待测试的阻尼器3的下方，用以提供竖向支撑，并且待测试的阻尼器3置于环境箱5内；移动横梁6沿框架1的导向杆水平移动，并可根据试验需要移动到合适位置后通过液压夹紧装置进行夹紧固定。试验时，待测试的阻尼器3两端分别与作动器2和移动横梁6上的法兰连接，并通过辅助支撑4进行重力补偿。待测试的阻尼器3放置在环境箱5内，以模拟在夏天高温、冬季低温、雨雪等实际环境。
在图1中，测控部分包括上机位软件、伺服控制器、伺服阀和测量仪器，其中上机位软件进行加载模式、静态参数和动态参数等设定，并将相关指令传递至伺服控制器，伺服控制器接收并对测量仪器反馈信号与输入信号的误差进行反馈控制运算后将指令转化为相应电流信号施加到伺服阀上，由伺服阀输出与电流信号成比例的流量压力驱动作动器，从而产生与指令信号相同的位移或力输出；
在图1中，液压部分包括伺服油源、油源分油器、管路和电控柜，其中伺服油源为本发明装置提供液压能源：即流量与压力，伺服油源的控制由电控柜完成，电控柜可对泵组状态、油温、液位、油液堵塞等进行监控与安全保护，液压油经由油源分油器和管路分配到各个作动器，油源分油器可减少管路中的压力波动与冲击、监测压力、控制供油状态等；
如图5所示，图5为图2至图4中辅助支撑的主视图，该辅助支撑4包括底盘401、升降系统402、夹板403、拉压系统404及垫圈405。底盘401置于混凝土基础8的轨道上，并通过螺栓固定。升降系统402置于底盘401上。垫圈405贴于夹板403上，并置于升降系统402上。夹板403夹住待测试的阻尼器3，并通过拉压系统404进行固定，以支撑待测试的阻尼器3。试验时，先根据待测试的阻尼器3尺寸调整下夹板高度，并在安装待测试的阻尼器3后盖上夹板。通过拉压系统404在上、下夹板两侧同时施加拉力，以固定待测试的阻尼器3，并通过调试升降系统402，对待测试的阻尼器3进行重力补偿，当支撑力达到待测试的阻尼器3中间部位的垂向力即可，可有效降低测试系统振动，提高测试精度。
如图6所示，图6为图2至图4中移动横梁的主视图，该移动横梁6包括反力支撑601、导杆孔602、液压夹紧装置603、铰接头604和橡胶垫圈605。其中液压夹紧装置603和铰接头604分别设于反力支撑601两侧及中部，橡胶垫圈605套于导杆孔602上，并由液压夹紧装置603对橡胶垫圈605进行压紧。移动横梁6可沿导向杆无摩擦滑动，基于待测试的阻尼器3尺寸调节好位置后，通过液压夹紧装置603进行固定，并通过法兰与待测试的阻尼器3连接。
如图7所示，图7为图2至图4中环境箱的示意图，环境箱5内放置阻尼器3，以模拟试件实际工程环境。该环境箱5主要由门型罩501和侧板502组成，并锚固于地基上。门型罩501纵向长度可根据需要由多个不同系列门型罩通过法兰串联组成。侧板502根据阻尼器直径尺寸，选择对应直径孔类型侧板，并在孔的周边设计具有保温性能的橡胶垫503，且保证较小的摩擦力。环境箱5通过设置的加热器、制冷器、喷雾器、喷水器等，模拟夏天高温、冬季低温、雨雪等实际环境，并在环境箱内设置温度传感器、湿度传感器、雨雪传感器，通过计算机控制系统对环境箱内的温度、湿度及雨雪量进行控制和记录。
本发明提供的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置是在高频率、大载荷工况下工作，框架1的剧烈振动不仅降低传感器采集信号的准确性，严重影响装置的工作性能和使用寿命，并且会产生破坏建筑物的动载荷和影响工作环境的噪声。因此，整个装置优化了软、硬管布置，并合理使用管夹减震材料，进一步减弱了液压部分油液的冲击振动，并通过在框架1与混凝土基础8之间设置隔震垫7来实现进一步减振。采用混凝土基础8，并在周围设置隔振沟，减少装置振动对相邻结构的影响。
流量控制是电液伺服阀的主要功能，也是伺服阀选用的依据。测控部分基于流量比例控制法，经内部反馈控制运算后将指令转化为相应电流信号施加到伺服阀上，通过并联不同流量伺服阀进行流量的分配。根据流量需求将主阀流量设定，并通过调节可变阀的权重系数较好控制整个并联系统流量。
将大、中、小多个流量伺服阀并联，采用流量比例控制法，通过作动器上的检测装置和传感器向伺服控制器反馈信号，调节各级伺服阀的流量。以三个流量伺服阀并联为例说明，其中大阀流量记为kd，权重系数为α；中阀流量记为kz，权重系数为β；小阀的流量记为kx，权重系数为γ。则并联系统的流量为：K=αkd+βkz+γkx，其中kd/kz≥5，kz/kx≥5。可将大流量的阀作为主阀，另外两个阀作为可变阀。根据不同流量需求先将主阀流量设定，通过调节两个可变阀的权重系数可较好控制整个并联系统的流量。
通过以上方式安装待测试的阻尼器3后，进行温度及雨雪量调试并加载即可模拟阻尼器实际环境下的工作性能。
再参照图1，根据被测阻尼器测试要求制定试验方案后，上位机软件将位移加载指令Si或者力加载指令Fi发送至伺服控制器，伺服控制器接收并进行内部反馈控制运算后输出驱动伺服阀工作的电流信号i，伺服阀将电信号转换为阀芯的位移信号，控制流经伺服阀的液压油流量q，从而实现作动器的伸缩，得到位移信号S0和力信号F0。同时通过数据采集系统采集位移信号US和力信号UF，对数据进行分析和处理，反馈给伺服控制器，以对伺服阀进行调整，以保证加载和数据采集控制精度。然后以波形曲线的形式显示，并根据需要生成或合成曲线，最后输出阻尼器检测报告，完成阻尼器性能试验。
伺服控制器接收并对测量仪器反馈信号与输入信号的误差进行反馈控制运算后将指令转化为相应电流信号施加到伺服阀上，由伺服阀输出与电流信号成比例的流量压力驱动作动器，从而产生与指令信号相同的位移或力输出。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，该装置包括主机部分、测控部分和液压部分，其中：
主机部分，用于执行和实现对阻尼器静动力性能的测试；
测控部分，用于控制主机部分对阻尼器静动力性能进行测试；
液压部分，用于为主机部分对阻尼器的静动力性能进行测试提供液压能源。
2.根据权利要求1所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述主机部分包括框架(1)、作动器(2)、待测试的阻尼器(3)、辅助支撑(4)、环境箱(5)、移动横梁(6)、隔震垫(7)和混凝土基础(8)，其中：隔震垫(7)设置于混凝土基础(8)之上，框架(1)设置于隔震垫(7)之上，作动器(2)设置于框架(1)的一端，待测试的阻尼器(3)的两端通过法兰与作动器(2)及移动横梁(6)连接，辅助支撑(4)设置于待测试的阻尼器(3)的下方，用以提供竖向支撑，并且待测试的阻尼器(3)放置于环境箱(5)内；移动横梁(6)沿框架(1)的导向杆水平移动；试验时，待测试的阻尼器(3)两端分别与作动器(2)和移动横梁(6)上的法兰连接，并通过辅助支撑(4)进行重力补偿。
3.根据权利要求2所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述待测试的阻尼器(3)放置在环境箱(5)内，以模拟夏天高温、冬季低温或雨雪环境。
4.根据权利要求2所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述辅助支撑(4)包括底盘(401)、升降系统(402)、夹板(403)、拉压系统(404)及垫圈(405)，其中：底盘(401)置于混凝土基础(8)的轨道上，并通过螺栓固定；升降系统(402)置于底盘(401)上；垫圈(405)贴于夹板(403)上，并置于升降系统(402)上；夹板(403)包括上夹板和下夹板，用以夹住待测试的阻尼器(3)，并通过拉压系统(404)进行固定，以支撑待测试的阻尼器(3)。
5.根据权利要求4所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，在对阻尼器的静动力性能进行测试时，先根据待测试的阻尼器(3)尺寸调整下夹板高度，并在安装待测试的阻尼器(3)后盖上夹板；通过拉压系统(404)在上夹板、下夹板两侧同时施加拉力，以固定待测试的阻尼器(3)，并通过调试升降系统(402)，对待测试的阻尼器(3)进行重力补偿，当支撑力达到待测试的阻尼器(3)中间部位的垂向力即可。
6.根据权利要求2所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述移动横梁(6)包括反力支撑(601)、导杆孔(602)、液压夹紧装置(603)、铰接头(604)和橡胶垫圈(605)，其中：液压夹紧装置(603)和铰接头(604)分别设于反力支撑(601)两侧及中部，橡胶垫圈(605)套于导杆孔(602)上，并由液压夹紧装置(603)对橡胶垫圈(605)进行压紧。
7.根据权利要求6所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述移动横梁(6)能够沿导向杆无摩擦滑动，基于待测试的阻尼器(3)尺寸调节好位置后，通过液压夹紧装置(603)进行固定，并通过法兰与待测试的阻尼器(3)连接。
8.根据权利要求2所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述环境箱(5)由门型罩(501)和侧板(502)组成，并锚固于地基上，其中：门型罩(501)纵向长度可根据需要由多个不同系列门型罩通过法兰串联组成；侧板(502)根据阻尼器直径尺寸，选择对应直径孔类型侧板，并在孔的周边设计具有保温性能的橡胶垫(503)，且保证较小的摩擦力。
9.根据权利要求8所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述环境箱(5)通过设置的加热器、制冷器、喷雾器、喷水器等，模拟夏天高温、冬季低温或雨雪环境，并在环境箱内设置温度传感器、湿度传感器、雨雪传感器，通过计算机控制系统对环境箱内的温度、湿度及雨雪量进行控制和记录。
10.根据权利要求2所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述隔震垫(7)设置于框架(1)与混凝土基础(8)之间用于实现减振。
11.根据权利要求2所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述混凝土基础(8)的周围进一步设置隔振沟，用以减少装置振动对相邻结构的影响。
12.根据权利要求1所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述测控部分包括上机位软件模块、伺服控制器、电液伺服阀和测量仪器，其中上机位软件模块进行加载模式、静态参数和动态参数的设定，并将相关指令传递至伺服控制器，伺服控制器接收并对测量仪器反馈信号与输入信号的误差进行反馈控制运算后，将指令转化为相应电流信号施加到电液伺服阀上，由电液伺服阀输出与电流信号成比例的流量压力驱动作动器，从而产生与指令信号相同的位移或力输出。
13.根据权利要求12所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述测控部分基于流量比例控制法，经内部反馈控制运算后将指令转化为相应电流信号施加到电液伺服阀上，通过并联不同流量的电液伺服阀进行流量的分配；电液伺服阀用于实现流量控制，根据流量需求将主阀流量设定，并通过调节可变阀的权重系数较好控制整个并联系统流量。
14.根据权利要求1所述的对阻尼器的静动力性能进行测试的装置，其特征在于，所述液压部分包括伺服油源、油源分油器、管路和电控柜，其中伺服油源用于提供液压能源，该液压能源包括流量与压力，伺服油源的控制由电控柜完成，电控柜对泵组状态、油温、液位及油液堵塞进行监控与安全保护，液压油经由油源分油器和管路分配到各个作动器，油源分油器能够减少管路中的压力波动与冲击、监测压力及控制供油状态。
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