CN105241622B - 一种带静力预载的振动试验系统 - Google Patents
一种带静力预载的振动试验系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及振动试验技术领域，具体涉及一种带静力预载的振动试验系统，目的是解决现有带静力预载的振动试验系统无法实现静载条件，且会增加振动台负担的问题。其特征在于，它包括支撑部件、静力及振动加载部件和静力及振动加载控制系统；静力及振动加载部件位于支撑部件内部，与支撑部件固定连接；静力及振动加载控制系统固定连接在静力及振动加载部件上；支撑部件对试验件起支撑作用，静力及振动加载部件用于对试验件进行静力预载和振动加载，静力及振动加载控制系统用于控制静力及振动加载部件，本发明通过柔性器件的形变实现柔性边界的提供，从而保证此类振动试验的正确性。
Description
技术领域
本发明涉及振动试验技术领域，具体涉及一种带静力预载的振动试验系统。
背景技术
通常为了考核所设计的结构或产品的静强度或动强度，需进行静力试验或振动试验。所有强度考核试验都应尽可能真实复现试验件的工作状态和环境，有相当一部分试验件的正常工作环境或状态是处于静、动载荷的复合环境，许多产品的结构或强度失效都与静力预载与振动的综合作用有关。产品处在一定静载的条件下，材料强度会发生改变，在此种情况下，同时再施加振动载荷，结构便更容易遭到破坏，导致产品失效；因此此类产品必须作带静力预载的振动试验。
目前对于此类带静力预载的振动试验，传统试验方法是应用一组各种角度橡皮绳实现静力预载，并利用橡皮绳的弹性提供振动所必须的柔性边界。这种传统试验方案存在明显的不足：1、试验准备时间较长，橡皮绳的角度和长度完全依赖现场操作人员的经验，各橡皮绳之间存在耦合，实现所要求静载条件非常困难，且精度无法保证；2、振动试验正式开始时，利用橡皮绳的弹性，提供柔性边界，在低频大位移段，会增加振动台的负载；3、长时间试验后，橡皮绳存在蠕变，静载边界条件改变，与试验静载要求偏差较大。
发明内容
本发明的目的是解决现有带静力预载的振动试验系统无法实现静载条件，且会增加振动台负担的问题，提供了一种可以准确持久地提供试验任务书所要求的静载条件，并对振动台的额外负载较小的静力预载的振动试验系统。
本发明是这样实现的：
一种带静力预载的振动试验系统，其特征在于：它包括支撑部件、静力及振动加载部件和静力及振动加载控制系统；静力及振动加载部件位于支撑部件内部，与支撑部件固定连接；静力及振动加载控制系统固定连接在静力及振动加载部件上；支撑部件对试验件起支撑作用，静力及振动加载部件用于对试验件进行静力预载和振动加载，静力及振动加载控制系统用于控制静力及振动加载部件。
如上所述的支撑部件包括龙门架、上安装平台、立柱、下安装平台、转动副和承力底座；龙门架整体为长方体形，其下端面的两端与立柱的上端面固定连接；立柱整体为长方体形，共有两个，其下端面与分别与承力底座的上端面固定连接；承力底座整体为长方体形，共有四个，其中两个承力底座与立柱固定连接，另外两个承力底座位于前两个承力底座的内侧，与静力及振动加载部件连接；上安装平台整体为长方体形，其上端面固定连接在龙门架下端面的中心位置，试验件的上端面固定连接在上安装平台的下端面上；下安装平台整体为长方体形，其上端面中心位置与试验件的下端面固定连接，其下端面的两端对称位置及中心位置分别固定连接转动副；转动副共有三个，其上端面固定连接在下安装平台的下端面上；龙门架、上安装平台、立柱、下安装平台、转动副和承力底座共同用于对试验件起支撑作用，下安装平台和转动副还共同用于传递静力及振动加载部件对试验件加载的静力和振动，承力底座还用于对静力及振动加载部件起支撑作用。
如上所述的龙门架、上安装平台、立柱、下安装平台、转动副和承力底座均采用铸铁材料制成。
如上所述的静力及振动加载部件包括载荷传感器、振动加载工装、液压缸、振动台、直线轴承和柔性器件；载荷传感器共有两个，其上端分别固定连接在沿下安装平台下端面两端对称布置的两个转动副的下端；振动加载工装整体为圆柱体形，其下端面与振动台的上端面同轴固定连接，其上端面与位于下安装平台下端面中心位置的转动副的下端固定连接；液压缸共有两个，其缸杆分别通过载荷传感器与转动副相连接，液压缸的底座处同轴固定连接柔性器件；液压缸和柔性器件套装在直线轴承内部，柔性器件和直线轴承下端面分别与承力底座固定连接；载荷传感器用于测量液压缸加载的静力载荷，振动加载工装用于传递振动台产生的振动，液压缸用于向试验件加载静力，振动台用于向试验件加载振动，直线轴承用于使液压缸保持轴向的自由度，液压缸、直线轴承和柔性器件共同为振动试验提供柔性边界。
如上所述的柔性器件采用弹簧或胶垫实现。
如上所述的静力及振动加载控制系统包括伺服阀、位移传感器、位移采集电缆、伺服控制器、桌子、液压缸控制电缆和载荷信号采集电缆；在振动台附近的地面上放置有桌子，在桌子上放置伺服控制器；伺服阀共有两个，分别安装在液压缸的外壁上；位移传感器固定连接在振动台的动圈上；位移传感器通过位移采集电缆与伺服控制器相连，伺服控制器通过液压缸控制电缆分别与两个伺服阀相连，伺服控制器通过载荷信号采集电缆分别与载荷传感器连接；伺服阀用于控制液压缸缸杆的上下运动，位移传感器用于测量振动台加载振动过程中振动部件产生的位移，伺服控制器用于控制伺服阀，位移采集电缆用于将位移传感器采集的位移量传输给伺服控制器，液压缸控制电缆用于将伺服控制器发出的控制信号传输给伺服阀，载荷信号采集电缆用于将载荷传感器测量的载荷信号传输给伺服控制器。
本发明的有益效果是：
本发明包括支撑部件、静力及振动加载部件和静力及振动加载控制系统，与现有的带静力预载的振动试验系统相比，通过合理选择柔性器件的刚度及滤波器的截止频率，可使在振动试验的低频段，通过液压缸的同步随动实现柔性边界的提供，在振动试验的中高频段，液压缸缸杆保持静止，通过柔性器件的形变实现柔性边界的提供，从而保证此类振动试验的正确性。
附图说明
图1是本发明的一种带静力预载的振动试验系统的结构示意图。
图中：1.龙门架，2.上安装平台，3.试验件，4.立柱，5.下安装平台，6.转动副，7.载荷传感器，8.振动加载工装，9.伺服阀，10.液压缸，11.振动台，12.位移传感器，13.直线轴承，14.柔性器件，15.位移采集电缆，16.承力底座，17.伺服控制器，18.桌子，19.液压缸控制电缆，20.载荷信号采集电缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的一种带静力预载的振动试验系统进行详细描述：
一种带静力预载的振动试验系统，包括支撑部件、静力及振动加载部件和静力及振动加载控制系统。静力及振动加载部件位于支撑部件内部，与支撑部件固定连接；静力及振动加载控制系统固定连接在静力及振动加载部件上。支撑部件对试验件3起支撑作用，静力及振动加载部件用于对试验件3进行静力预载和振动加载，静力及振动加载控制系统用于控制静力及振动加载部件。
如图1所示，所述的支撑部件包括龙门架1、上安装平台2、立柱4、下安装平台5、转动副6和承力底座16。龙门架1整体为长方体形，其下端面的两端与立柱4的上端面固定连接。立柱4整体为长方体形，共有两个，其下端面与分别与承力底座16的上端面固定连接。承力底座16整体为长方体形，共有四个，其中两个承力底座16与立柱4固定连接，另外两个承力底座16位于前两个承力底座16的内侧，与静力及振动加载部件连接。上安装平台2整体为长方体形，其上端面固定连接在龙门架1下端面的中心位置，试验件3的上端面固定连接在上安装平台2的下端面上。下安装平台5整体为长方体形，其上端面中心位置与试验件3的下端面固定连接，其下端面的两端对称位置及中心位置分别固定连接转动副6。转动副6共有三个，其上端面固定连接在下安装平台5的下端面上。龙门架1、上安装平台2、立柱4、下安装平台5、转动副6和承力底座16共同用于对试验件3起支撑作用，下安装平台5和转动副6还共同用于传递静力及振动加载部件对试验件3加载的静力和振动，承力底座16还用于对静力及振动加载部件起支撑作用。
在本实施例中，龙门架1、上安装平台2、立柱4、下安装平台5、转动副6和承力底座16均采用铸铁材料制成。
所述的静力及振动加载部件包括载荷传感器7、振动加载工装8、液压缸10、振动台11、直线轴承13和柔性器件14。载荷传感器7共有两个，其上端分别固定连接在沿下安装平台5下端面两端对称布置的两个转动副6的下部。振动加载工装8整体为圆柱体形，其下端面与振动台11的上端面同轴固定连接，其上端面与位于下安装平台5下端面中心位置的转动副6的下端固定连接。液压缸10共有两个，其缸杆分别通过载荷传感器7与转动副6相连接，液压缸10的底座处同轴固定连接柔性器件14。液压缸10和柔性器件14安装在直线轴承13内部，柔性器件14和直线轴承13下端面分别与承力底座16固定连接。载荷传感器7用于测量液压缸10加载的静力载荷，并向并向伺服控制器17输出载荷信号振动加载工装8用于传递振动台11产生的振动，液压缸10用于向试验件3加载静力，振动台11用于向试验件3加载振动，直线轴承13用于使液压缸10保持轴向的自由度，液压缸10、直线轴承13和柔性器件14共同为振动试验提供柔性边界。
在本实施例中，载荷传感器7、振动台11采用现有元件实现，可从市场上购得；柔性器件14采用弹簧或胶垫实现。
所述的静力及振动加载控制系统包括伺服阀9、位移传感器12、位移采集电缆15、伺服控制器17、桌子18、液压缸控制电缆19和载荷信号采集电缆20。在振动台11附近的地面上放置有桌子18，在桌子上放置伺服控制器17。伺服阀9共有两个，分别安装在液压缸10的外壁上。位移传感器12固定连接在振动台11的动圈上。位移传感器12通过位移采集电缆15与伺服控制器17相连，伺服控制器17通过液压缸控制电缆19分别与两个伺服阀9相连，伺服控制器17还通过载荷信号采集电缆20分别与两个载荷传感器7连接。伺服阀9用于控制液压缸10缸杆的上下运动，位移传感器12用于测量振动台11加载振动过程中振动部件产生的位移，伺服控制器17用于控制伺服阀9的动作，位移采集电缆15用于将位移传感器12采集的位移量传输给伺服控制器17，液压缸控制电缆19用于将伺服控制器17发出的控制信号传输给伺服阀9，载荷信号采集电缆20用于将载荷传感器7测量的载荷信号传输给伺服控制器17。
在本实施例中，伺服阀9、位移传感器12和伺服控制器17采用通用元件实现，可从市场上购得；位移采集电缆15、液压缸控制电缆19和载荷信号采集电缆20采用通用电缆实现。
试验开始后，第一步对试验件3进行静力预载。首先将伺服控制器17设置为位控模式，伺服控制器17将需要加载的角度值通过控制信号发送给伺服阀9，伺服阀9根据伺服控制器17发送的角度控制信号调整左右两个液压缸10缸杆的伸出量，从而实现对试验件3的角度预载。随后将伺服控制器17设置为载荷控制模式，伺服控制器17将需要加载的载荷值通过控制信号发送给伺服阀9，伺服阀9根据接收伺服控制器17发送的载荷控制信号，使得左右两个液压缸10缸杆向上运动，根据两个载荷传感器7的反馈，从而实现对试验件3的轴向静力加载。保持液压缸10缸杆的位置，将伺服控制器17切换至外部指令位置控制模式。
第二步进行振动加载。首先使振动加载工装8通过转动副6顶紧下安装平台5，保证振动的充分传递。随后将振动台11动圈处于中位。振动试验开始，振动台11按照加载谱要求开始加载振动，伺服控制器17实时从位移传感器12获取振动台11动圈的位移数据，在伺服控制器17内部经过低通滤波并解耦运算后，向伺服阀9输出两个液压缸10的位移控制信号，伺服阀9接收液压缸10的位移控制信号，根据该位移控制信号控制液压缸10缸杆进行相应运动，液压缸10、直线轴承13和柔性器件14共同为振动试验提供柔性边界，保证振动台11的正常工作，直至振动试验结束。
本发明包括支撑部件、静力及振动加载部件和静力及振动加载控制系统，与现有的带静力预载的振动试验系统相比，通过合理选择柔性器件的刚度及滤波器的截止频率，可使在振动试验的低频段，通过液压缸10的同步随动实现柔性边界的提供，在振动试验的中高频段，液压缸10缸杆保持静止，通过柔性器件的形变实现柔性边界的提供，从而保证此类振动试验的正确性。具体表现为以下三个方面：
(1)将振动台的工作频带分频处理，低频采取液压缸缸杆随动，中高频利用柔性器件所产生的微小弹性形变，从而在全频带实现振动所需的柔性边界；
(2)根据不同的试验需求，方便各种静载提供，可加载位移、角度、力、力矩预载；
(3)根据不同的试验需求，通过合理的布置这一组液压缸，可以很方便提供最多六个自由度的预载。
Claims (3)
1.一种带静力预载的振动试验系统，其特征在于：它包括支撑部件、静力及振动加载部件和静力及振动加载控制系统；静力及振动加载部件位于支撑部件内部，与支撑部件固定连接；静力及振动加载控制系统固定连接在静力及振动加载部件上；支撑部件对试验件(3)起支撑作用，静力及振动加载部件用于对试验件(3)进行静力预载和振动加载，静力及振动加载控制系统用于控制静力及振动加载部件；
所述的支撑部件包括龙门架(1)、上安装平台(2)、立柱(4)、下安装平台(5)、转动副(6)和承力底座(16)；龙门架(1)整体为长方体形，其下端面的两端与立柱(4)的上端面固定连接；立柱(4)整体为长方体形，共有两个，其下端面与分别与承力底座(16)的上端面固定连接；承力底座(16)整体为长方体形，共有四个，其中两个承力底座(16)与立柱(4)固定连接，另外两个承力底座(16)位于前两个承力底座(16)的内侧，与静力及振动加载部件连接；上安装平台(2)整体为长方体形，上安装平台(2)上端面固定连接在龙门架(1)下端面的中心位置，试验件(3)的上端面固定连接在上安装平台(2)的下端面上；下安装平台(5)整体为长方体形，下安装平台(5)上端面中心位置与试验件(3)的下端面固定连接，下安装平台(5)下端面的两端对称位置及中心位置分别固定连接转动副(6)；转动副(6)共有三个，转动副(6)上端面固定连接在下安装平台(5)的下端面上；龙门架(1)、上安装平台(2)、立柱(4)、下安装平台(5)、转动副(6)和承力底座(16)共同用于对试验件(3)起支撑作用，下安装平台(5)和转动副(6)还共同用于传递静力及振动加载部件对试验件(3)加载的静力和振动，承力底座(16)还用于对静力及振动加载部件起支撑作用；
所述的龙门架(1)、上安装平台(2)、立柱(4)、下安装平台(5)、转动副(6)和承力底座(16)均采用铸铁材料制成；
所述的静力及振动加载部件包括载荷传感器(7)、振动加载工装(8)、液压缸(10)、振动台(11)、直线轴承(13)和柔性器件(14)；载荷传感器(7)共有两个，其上端分别固定连接在沿下安装平台(5)下端面两端对称布置的两个转动副(6)的下部；振动加载工装(8)整体为圆柱体形，其下端面与振动台(11)的上端面同轴固定连接，其上端面与位于下安装平台(5)下端面中心位置的转动副(6)的下端固定连接；液压缸(10)共有两个，其缸杆分别通过载荷传感器(7)与转动副(6)相连接，液压缸(10)的底座处同轴固定连接柔性器件(14)；液压缸(10)和柔性器件(14)安装在直线轴承(13)内部，柔性器件(14)和直线轴承(13)下端面分别与承力底座(16)固定连接；载荷传感器(7)用于测量液压缸(10)加载的静力载荷，并向伺服控制器(17)输出载荷信号，振动加载工装(8)用于传递振动台(11)产生的振动，液压缸(10)用于向试验件(3)加载静力，振动台(11)用于向试验件(3)加载振动，直线轴承(13)用于使液压缸(10)保持轴向的自由度，液压缸(10)、直线轴承(13)和柔性器件(14)共同为振动试验提供柔性边界。
2.根据权利要求1所述的一种带静力预载的振动试验系统，其特征在于：所述的柔性器件(14)采用弹簧或胶垫实现。
3.根据权利要求1所述的一种带静力预载的振动试验系统，其特征在于：所述的静力及振动加载控制系统包括伺服阀(9)、位移传感器(12)、位移采集电缆(15)、伺服控制器(17)、桌子(18)、液压缸控制电缆(19)和载荷信号采集电缆(20)；在振动台(11)附近的地面上放置有桌子(18)，在桌子上放置伺服控制器(17)；伺服阀(9)共有两个，分别安装在液压缸(10)的外壁上；位移传感器(12)固定连接在振动台(11)的动圈上；位移传感器(12)通过位移采集电缆(15)与伺服控制器(17)相连，伺服控制器(17)通过液压缸控制电缆(19)分别与两个伺服阀(9)相连，伺服控制器(17)还通过载荷信号采集电缆(20)分别与两个载荷传感器(7)连接；伺服阀(9)用于控制液压缸(10)缸杆的上下运动，位移传感器(12)用于测量振动台(11)加载振动过程中振动部件产生的位移，伺服控制器(17)用于控制伺服阀(9)的动作，位移采集电缆(15)用于将位移传感器(12)采集的位移量传输给伺服控制器(17)，液压缸控制电缆(19)用于将伺服控制器(17)发出的控制信号传输给伺服阀(9)，载荷信号采集电缆(20)用于将载荷传感器(7)测量的载荷信号传输给伺服控制器(17)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |