CN106679920B - 一种随机振动式试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随机振动式试验台。振动平台通过弹簧支撑在支架上；在振动平台的X方向、Y方向、Z方向上分别设有激振装置。激振装置的壳体为空腔结构，并在一侧敞口，在壳体内设有扇叶，扇叶由电动机驱动；并在壳体内具有球形滚子。X方向、Y方向上的激振装置分别通过X方向、Y方向上的传力导杆作用于振动平台，Z方向上的激振装置直立设在振动平台的下方，直接作用于振动平台。振动平台由X方向、Y方向、Z方向上的弹簧提供回复力。通过旋转扇叶撞击球形滚子，使球形滚子在激振装置内随机不规则地撞击，产生随机不平衡惯性力，作用于振动平台，使振动平台产生各维度方向上的随机振动。

Description

一种随机振动式试验台

技术领域

本发明属于振动试验台技术领域，特别涉及一种随机振动式试验台。

背景技术

机械化精量播种作为今年来播种机具的主要发展方向之一，具有节约良种、省去人工间苗、增加作物产量、实现增产增收等优势，而性能稳定可靠的排种器是实现机械化精量播种的关键。机具在田间作业过程中，由于地表状况复杂多变，引起机具在作业过程中产生无规律随机振动，影响排种器作业性能。

在排种器研究过程中多采用室内排种器性能试验台对其排种性能进行测试。目前已有的排种器振动试验台，如专利CN104041230中公开了一种精量免耕播种机振动式排种试验台，利用激振器实现不同免耕地表振幅的排种试验。然而现有振动试验台的振幅和振动频率均不是随机振动，未能充分模拟田间作业条件。

因此，研制一种既能适用于不同精量排种器，又能充分模拟田间随机振动条件的振动试验台具有重要意义。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种随机振动式试验台。

一种随机振动式试验台，其包括，

支架，作为各部件的承载装置；

振动平台，通过弹簧支撑在支架上；

激振装置，其具有壳体，所述壳体为空腔结构，并在一侧敞口，在壳体内设有扇叶，扇叶通过动力轴与壳体外的电动机对应连接；且在壳体内具有球形滚子；在振动平台的X方向、Y方向、Z方向上分别设有激振装置；

X方向、Y方向上的传力导杆的一端分别连接在振动平台的相应侧边上，另一端为横杆，所述横杆嵌入对应方向的激振装置的壳体的敞口内，并与壳体的顶板和底板之间存在一定间隙；在振动平台上，与各传力导杆相对的侧边上连接有弹簧，弹簧的另一端连接在挡板上；

在振动平台的下方直立设有Z方向上的激振装置，该激振装置为壳体的敞口侧朝上，且该激振装置与振动平台之间存在一定间隙。

优选地，X方向、Y方向上的激振装置分别倾斜一定角度，其内部的球形滚子所受重力在水平方向存在分力，避免球形滚子静止在扇叶回转半径以外的区域。

优选地，Z方向上的激振装置，其扇叶中相邻的叶片之间设有挡片。

优选地，所述电动机分别为调速电动机，并与对应的变频器连接。

激振装置内球形滚子的材质、外径、密度、质量、数量等参数可以根据实际需求进行选择。一定数量范围内，激振装置内的球形滚子数量越多，球形滚子与球形滚子之间、球形滚子与壳体之间、球形滚子与传力导杆之间(Z方向为球形滚子与振动平台之间)的无规则碰撞次数越多，球形滚子的运动随机性越大，撞击传力导杆(Z方向为撞击振动平台)次数越多，振动平台的振动频率及振幅越大。球形滚子可采用不同密度的材料，改变球形滚子质量可改变随机不平衡惯性力的变化范围，进而可以改变振动平台的随机振动振幅及频率范围。

本发明的有益效果为：

本发明通过旋转扇叶撞击球形滚子，使球形滚子在激振装置内随机不规则地撞击传力导杆(Z方向为直接撞击振动平台)，产生随机不平衡惯性力，各维度方向的随机不平衡惯性力作用于振动平台，振动平台产生各维度方向上的随机振动，可充分模拟如排种器的田间作业实际情况。

振动平台通过变频器调整调速电机转速，改变不平衡力的大小和频率，实现振动频率和振幅的无级调节。还可以通过对球形滚子数量、质量等改变随机不平衡惯性力的变化范围，进而可以改变振动平台的随机振动振幅及频率范围。本发明试验台可以根据实验需求进行灵活调整，调节更加精细。

本发明为研究振动对排种器性能的影响提供了基础，本发明还可以应用于其他随机振动应用中，适用性广，且本发明试验台结构简单，成本低。

附图说明

图1为一种随机振动式试验台的主视图。

图2为一种随机振动式试验台的三维图。

图3为振动台的三维图。

图4为X(Y)方向激振装置俯视图(去上壳体)。

图5为X(Y)方向激振装置剖视图。

图6为Z方向激振装置的a纵向剖视图和b横向剖视图。

标号说明：1—支架，2—X方向电动机，3—激振装置固定架，4—X方向激振装置，5—振动平台，501—传力导杆，6—Z方向激振装置，7—Z方向电动机，8—Y方向激振装置，9—Y方向电动机，10—弹簧，11—挡板，12—动力轴，13—扇叶，14—球形滚子，15—壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1-图2所示提供了一种随机振动式试验台，以其作为模拟研究振动对排种器性能影响的试验装置为例进行说明，但并不限于此应用。

支架1是由四根腿支撑一平板构成，作为各部件的承载装置。

振动平台5为方形平板，在其四角下方设有弹簧10，并通过该四个弹簧10支撑在支架1的平板上，用于承载振动及固定排种器。在振动台体5表面不同位置设置不同直径的螺栓孔，用于固定不同类型不同尺寸的排种器。

在振动平台5的X方向、Y方向、Z方向三个维度方向分别设有X方向激振单元、Y方向激振单元、Z方向激振单元。X方向激振单元、Y方向激振单元、Z方向激振单元分别包含有激振装置和弹簧10。

X方向激振单元：激振装置固定架3固定在支架1的平板上，X方向激振装置4和X方向电动机2固定在激振装置固定架3上。X方向激振装置4，其壳体15是由顶板和底板连接组成，内部为中空腔体，壳体15的前侧为直型，且前侧敞口，壳体15的后侧为半圆弧状。扇叶13通过轴承固定在壳体15的内部后侧，沿扇叶13的中心轴的圆周均匀分布有5个叶片。扇叶13与X方向电动机2的动力轴12连接。壳体15内具有球形滚子14，数量为n≥1。在振动平台5上，垂直于X方向的一侧边的中部连接有X方向上的传力导杆501。传力导杆501为T型结构，如图3所示，其纵杆连接在振动平台5上；如图4所示，其横杆嵌入X方向激振装置4的壳体15的敞口内。如图5所示，横杆与壳体15的顶板和底板之间存在一定间隙，保证振动平台5可以在一定振幅范围内振动；且X方向激振装置4与水平面之间存在夹角α，使X方向激振装置4倾斜一定角度。在振动平台5上，垂直于X方向的另一侧边的中部连接有弹簧10，弹簧10的另一端连接在挡板11上，挡板11固定在支架1的平板上。

Y方向激振单元与X方向激振单元相同：激振装置固定架3固定在支架1的平板上，Y方向激振装置8和Y方向电动机9固定在激振装置固定架3上。Y方向激振装置8与X方向激振装置4相同。Y方向激振装置8内的扇叶13与Y方向电动机9的动力轴12连接。在振动平台5上，垂直于Y方向的一侧边的中部连接有Y方向上的传力导杆501。传力导杆501为T型结构，如图3所示，其纵杆连接在振动平台5上；如图4所示，其横杆嵌入Y方向激振装置8的壳体15的敞口内。如图5所示，横杆与壳体15的顶板和底板之间存在一定间隙，保证振动平台5可以在一定振幅范围内振动；且Y方向激振装置8与水平面之间存在夹角α，使Y方向激振装置8倾斜一定角度。在振动平台5上，垂直于Y方向的另一侧边的中部连接有弹簧10，弹簧10的另一端连接在挡板11上，挡板11固定在支架1的平板上。

Z方向激振单元：如图6所示，在振动平台5的下方，直立设有Z方向激振装置6。Z方向激振装置6与X方向激振装置4大体相同，主要由壳体15、扇叶13、球形滚子14组成。不同的是，由于Z方向激振装置6无需与传力导杆501连接，其壳体15前侧无需预留传力导杆501的嵌入空间，因此，其壳体15的前侧长度减小；Z方向激振装置6内的扇叶13，其上相邻的叶片之间分别设有1/5圆弧的挡片，各挡片形成圆形，圆心在扇叶13的中心，Z方向激振装置6内的球形滚子14则位于挡片外侧。Z方向激振装置6为壳体15的敞口侧朝上，Z方向激振装置6的设计便于其内的球形滚子14作用于振动平台5的底部；且Z方向激振装置6与振动平台5之间存在一定间隙，为振动平台5在Z方向的振动提供空间。Z方向激振装置6内的扇叶13与Z方向电动机7的动力轴12连接，Z方向激振装置6和Z方向电动机7由激振装置固定架3支撑固定。

各电动机均采用调速电机，并与变频器连接。

作业过程中，各激振装置内的扇叶13由电动机通过动力轴12提供动力，绕回转轴做圆周运动。

X方向激振单元：X方向激振装置4内的球形滚子14位于扇叶13、壳体15及传力导杆501围成的空间内，在扇叶13的作用下做随机无序运动，不规则撞击传力导杆501产生X方向随机不平衡惯性力F，传力导杆501承受来自X方向激振装置4的随机不平衡惯性力F并将其作用于振动平台5，对振动平台5产生X方向的激振力。一定数量范围内，X方向激振装置4内的球形滚子14数量越多，球形滚子14与球形滚子14之间、球形滚子14与壳体15、传力导杆501之间的无规则碰撞次数越多，球形滚子14的运动随机性越大，撞击传力导杆501次数越多，振动平台5的振动频率及振幅越大。X方向激振装置4与水平面之间存在夹角α，其内部的球形滚子14所受重力在水平方向存在分力，避免球形滚子14停留在扇叶13回转半径以外的区域。

Y方向激振单元的工作原理同X方向激振单元。

Z方向激振单元：Z方向激振装置6内的球形滚子14位于扇叶13与壳体15围成的空间内，在扇叶13的作用下做随机无序运动，不规则撞击振动平台5的底面产生Z方向随机不平衡惯性力F，作用于振动平台5，作为对振动平台5的Z方向的激振力。一定数量范围内，Z方向激振装置6内的球形滚子14数量越多，球形滚子14与球形滚子14之间、球形滚子14与壳体15、振动平台5之间的无规则碰撞次数越多，球形滚子14的运动随机性越大，撞击振动平台5次数越多，振动平台5的振动频率及振幅越大。

通过变频器调节电动机的转速，改变扇叶13的旋转速度，从而调节球形滚子14的随机撞击程度，进而改变振动平台5的随机振动振幅及频率范围。

球形滚子14可采用不同密度的材料，改变球形滚子14质量可改变随机不平衡惯性力F的变化范围，进而可以改变振动平台5的随机振动振幅及频率范围。

在X方向激振装置4、Y方向激振装置8、Z方向激振装置6产生的随机不平衡惯性力F作为激振力的作用下，振动平台5产生X、Y、Z三个方向上的三维随机振动。该随机振动试验台用于精量播种机，承载排种器模拟作业，能够充分模拟播种机田间作业环境，试验结果更加可靠。

Claims (4)

1.一种随机振动式试验台，其特征在于，包括，

支架，作为各部件的承载装置；

振动平台，通过弹簧支撑在支架上；

激振装置，其具有壳体，所述壳体为空腔结构，并在一侧敞口，在壳体内设有扇叶，扇叶通过动力轴与壳体外的电动机对应连接；且在壳体内具有球形滚子；在振动平台的X方向、Y方向、Z方向上分别设有激振装置；

X方向、Y方向上的传力导杆的一端分别连接在振动平台的相应侧边上，另一端为横杆，所述横杆嵌入对应方向的激振装置的壳体的敞口内，并与壳体的顶板和底板之间存在一定间隙；在振动平台上，与各传力导杆相对的侧边上连接有弹簧，弹簧的另一端连接在挡板上；

在振动平台的下方直立设有Z方向上的激振装置，该激振装置为壳体的敞口侧朝上，且该激振装置与振动平台之间存在一定间隙。

2.根据权利要求1所述一种随机振动式试验台，其特征在于，X方向、Y方向上的激振装置分别倾斜一定角度。

3.根据权利要求1所述一种随机振动式试验台，其特征在于，Z方向上的激振装置，其扇叶中相邻的叶片之间设有挡片。

4.根据权利要求1所述一种随机振动式试验台，其特征在于，所述电动机分别为调速电动机，并与对应的变频器连接。