CN106768771A - 一种振动试验装置 - Google Patents

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鲁勇
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Abstract

本发明涉及地面振动环境试验技术领域，尤其涉及一种振动试验装置，包括在同一水平面上轴向竖直设置的第一竖直激励组件和第二竖直激励组件，第一竖直激励组件和第二竖直激励组件分别通过第一端头工装和第二端头工装与两个轴向水平设置的水平激励组件连接，第一端头工装与第二端头工装之间形成的安装中心线与试验件的轴线重合，且两个水平激励组件的轴线均与安装中心线垂直；第一竖直激励组件包括第一振动台和双液压球头，双液压球头的一端与第一振动台连接，另一端与第一端头工装连接，第二竖直激励组件包括第二振动台和第一单液压球头，第一单液压球头的一端与第二振动台连接，另一端与第二端头工装连接。

Description

一种振动试验装置
技术领域
本发明涉及地面振动环境试验技术领域，尤其涉及一种振动试验装置。
背景技术
目前某些大型系统级产品如导弹、运载火箭等在运输及使用过程中，会承受较强的振动环境。因此，在研制阶段，为了使产品满足振动环境适应性需求，需要开展地面振动试验。
地面振动试验的最终目的是尽可能逼真地模拟产品预期经历的振动环境。目前，系统级振动试验一般在单轴振动试验系统上进行。而实际上，航空航天等系统级产品在运输和使用过程中所处振动环境都是多轴向且相互耦合的。某些产品特别是对方向敏感的元件如惯组等在单轴振动试验下的响应输出与真实振动环境会有一定差异，单轴振动无法满足模拟真实环境的需求。
多轴多点激励不仅能够满足大型产品振动试验的推力需求，而且可以更加逼真的模拟实际振动环境，提高产品故障激发效率，更有效的暴露产品的潜在缺陷，达到振动环境考核目的。
目前，国内已有多家单位具备开展多轴多点激励振动试验的能力，采用的试验安装方法基本一致，以两轴四点激励振动试验为例，其试验安装系统如下：两个振动台竖直放置，另外两个振动台水平放置，每个振动台均通过转接件连接一个解耦用的液压球头，共4个液压球头；两个试验工装分别连接于试验件的两个激励点(细长体试验件一般为试验件的两端)；4个液压球头分别连接试验工装的响应位置；最后安装悬吊装置。该试验方法能够满足实施两轴四点激励振动试验的基本需要，但其不足之处在于，该安装方式无法限制试验件沿长轴方向(简称轴向)的转动，导致试验件激励点的运动方向偏离振动台激励方向，在增加了多台激励控制难度的同时，降低了控制精度，严重影响试验结果的有效性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的振动试验装置无法限制试验件沿轴向方向的转动，导致试验件激励点的运动方向偏离振动台激励方向，降低了控制精度，严重影响试验结果有效性的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种振动试验装置，包括在同一水平面上轴向竖直设置的第一竖直激励组件和第二竖直激励组件，所述第一竖直激励组件和所述第二竖直激励组件分别通过第一端头工装和第二端头工装与两个轴向水平设置的水平激励组件连接，所述第一端头工装与所述第二端头工装之间形成的安装中心线与试验件的轴线重合，且两个所述水平激励组件的轴线均与所述安装中心线垂直；所述第一竖直激励组件包括第一振动台和双液压球头，所述双液压球头的一端与所述第一振动台连接，另一端与所述第一端头工装连接，所述第二竖直激励组件包括第二振动台和第一单液压球头，所述第一单液压球头的一端与所述第二振动台连接，另一端与所述第二端头工装连接。
其中，两个所述水平激励组件均包括第三振动台和第二单液压球头，两个所述第二单液压球头的一端分别与两个所述第三振动台连接，另一端与分别与所述第一端头工装和所述第二端头工装连接。
其中，还包括悬吊组件，所述悬吊组件包括悬吊梁和两组弹力绳，所述第一竖直激励组件与所述第二竖直激励组件均位于所述悬吊梁的下方，一组所述弹力绳的一端与所述悬吊梁连接，另一端与所述第一端头工装连接，另一组所述弹力绳的一端与所述悬吊梁连接，另一端与所述第二端头工装连接。
其中，所述双液压球头与所述第一振动台通过双球头转接板连接。
其中，所述第一单液压球头与所述第二振动台、所述第二单液压球头与所述第三振动台均通过单球头转接板连接。
其中，所述双液压球头、所述第一单液压球头与所述第二单液压球头均为双面液压球头。
其中，所述悬吊梁为“#”字型龙门架。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明涉及大型导弹等细长体结构产品地面振动试验所需的新型试验装置，用于实施大型细长体结构产品两轴四点激励振动试验。两个水平设置的竖直激励组件与两个竖直设置的水平激励组件分别通过第一端头工装和第二端头工装与试验件的两端连接，试验件水平放置，轴线保持与地面平行，本发明改进现有两轴四点激励试验安装系统中每个振动台使用一个单液压球头安装方式，将2个并排安装的单液压球头组成双液压球头与水平面上设置的在竖直振动方向的一个振动台连接，另一个在竖直振动方向的振动台连接单液压球头，共同组成“三点支撑”形式，试验件质心在振动过程中始终处于双液压球头与第一单液压球头这三个液压球头所围成的三角形区域内，增加了试验件的运动稳定性，进而降低振动试验控制难度。当试验件质量越大、振动试验量级越高时优势越明显。充分利用液压球头轴向位移约束的特点，双液压球头限制了细长体试验件在运动过程中产生的轴向转动，提升了试验产品在振动过程中的稳定性，进而降低试验控制难度，避免了试验件激励点的响应方向偏离振动台激励方向带来的反馈信号“失真”，提高振动控制精度。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例振动试验装置的结构示意图。
图中：1：第一竖直激励组件；2：第二竖直激励组件；3：水平激励组件；4：第一端头工装；5：第二端头工装；6：试验件；7：悬吊组件；8：双球头转接板；9：单球头转接板；11：第一振动台；12：双液压球头；21：第二振动台；22：第一单液压球头；31：第三振动台；32：第二单液压球头；71：悬吊梁；72：弹力绳。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1所示，本发明实施例提供的振动试验装置，包括在同一水平面上轴向竖直设置的第一竖直激励组件1和第二竖直激励组件2，第一竖直激励组件1和第二竖直激励组件2分别通过第一端头工装4和第二端头工装5与两个轴向水平设置的水平激励组件3连接，第一端头工装4与第二端头工装5之间形成的安装中心线与试验件6的轴线重合，且两个水平激励组件3的轴线均与安装中心线垂直；第一竖直激励组件1包括第一振动台11和双液压球头12，双液压球头12的一端与第一振动台11连接，双液压球头12的另一端与第一端头工装4连接，第二竖直激励组件2包括第二振动台21和第一单液压球头22，第一单液压球头22的一端与第二振动台21连接，第一单液压球头22的另一端第二端头工装5连接。
本发明涉及大型导弹等细长体结构产品地面振动试验所需的新型试验装置，用于实施大型细长体结构产品两轴四点激励振动试验。两个水平设置的竖直激励组件与两个竖直设置的水平激励组件分别通过第一端头工装和第二端头工装与试验件的两端连接，试验件水平放置，轴线保持与地面平行，本发明改进现有两轴四点激励试验安装系统中每个振动台使用一个单液压球头安装方式，将2个并排安装的单液压球头组成双液压球头与水平面上设置的在竖直振动方向的一个振动台连接，另一个在竖直振动方向的振动台连接单液压球头，共同组成“三点支撑”形式，试验件质心在振动过程中始终处于双液压球头与第一单液压球头这三个液压球头所围成的三角形区域内，增加了试验件的运动稳定性，进而降低振动试验控制难度。当试验件质量越大、振动试验量级越高时优势越明显。充分利用液压球头轴向位移约束的特点，双液压球头限制了细长体试验件在运动过程中产生的轴向转动，提升了试验产品在振动过程中的稳定性，进而降低试验控制难度，避免了试验件激励点的响应方向偏离振动台激励方向带来的反馈信号“失真”，提高振动控制精度。
具体的，两个水平激励组件3均包括第三振动台31和第二单液压球头32，两个第二单液压球头32的一端分别与两个第三振动台31连接，两个第二单液压球头32的另一端与分别与第一端头工装4和第二端头工装5连接。第一振动台和第二振动台竖直放置提供竖直方向的激励，第三振动台和第四振动台水平放置提供水平方向的激励，依据试验件尺寸调整四个振动台至相应位置，试验件分别通过第一端头工装与第二端头工装连接在双液压球头和各单液压球头上，即本发明总共包括四个振动台和五个液压球头。
进一步的，本发明振动试验装置还包括悬吊组件7，悬吊组件7包括悬吊梁71和两组弹力绳72，第一竖直激励组件1与第二竖直激励组件2均位于悬吊梁71的下方，一组弹力绳72的一端与悬吊梁71连接，这组弹力绳72的另一端与第一端头工装4连接，另一组弹力绳72的一端与悬吊梁71连接，这组弹力绳72的另一端与第二端头工装5连接。本实施例中悬吊用的弹力绳有两组，每组有两根弹力绳，每根弹力绳一端固定于悬挂梁上，另一端连接第一端头工装或第二端头工装。试验件与端头工装通过弹力绳悬吊于悬吊梁上，振动试验开始前，调整弹力绳长度至试验件处于平衡位置，同时还可以通过调节弹力绳较少液压球头所受的压力，在振动试验停止时，悬吊组件可使试验件回复至原有的平衡位置。
其中，双液压球头12与第一振动台11通过双球头转接板8连接。其中，第一单液压球头22与第二振动台21、第二单液压球头32与第三振动台31均通过单球头转接板9连接。第一振动台通过双球头转接板连接双液压球头，第二振动台通过单球头接板连接固定第一单液压球头，第三振动台通过单液压球头转接板固定第二单液压球头。
其中，第一端头工装4连接的试验件6端部比第二端头工装5连接的试验件6端部的质量大。优选的，第一端头工装作为大端工装，第二端头工装作为小端工装，双液压球头与大端工装连接，支撑试验件质量较大的一端，在有利于传递振动的同时，保证试验件的位置稳定，更好的避免试验件轴向旋转。第一端头工装与第二端头工装均采用铸铝材料制造，以保证工装刚度以及振动传递特性。
其中，双液压球头12、第一单液压球头22与第二单液压球头32均为双面液压球头。
其中，悬吊梁71为“#”字型龙门架。悬吊梁还可采用“#”字形龙门架，弹力绳采用高强度橡皮绳，橡皮绳固有频率不超过5Hz。
使用时，在试验件上安装传感器，通过传感器测量线与控制系统和测量系统相连。利用本发明进行两轴四点激励振动试验的步骤如下：
S1：安装试验件；
S2：在试验件上安装传感器，并与控制系统和测量系统连通；
S3：开启振动台、振动台功放、控制仪以及数据采集设备；
S4：控制仪分别输出激励信号给4个振动台功放，功放驱动振动台产生按照预设振动谱型的往复运动；
S5：实时采集振动响应信号，并反馈给控制系统；
S6：依据反馈信号，实时修正控制信号，直至达到振动控制精度要求；
S7：振动试验达到预定时间，振动试验结束。
综上所述，本发明涉及大型导弹等细长体结构产品地面振动试验所需的新型试验装置，用于实施大型细长体结构产品两轴四点激励振动试验。两个水平设置的竖直激励组件与两个竖直设置的水平激励组件分别通过第一端头工装和第二端头工装与试验件的两端连接，试验件水平放置，轴线保持与地面平行，本发明改进现有两轴四点激励试验安装系统中每个振动台使用一个单液压球头安装方式，将2个并排安装的单液压球头组成双液压球头与水平面上设置的在竖直振动方向的一个振动台连接，另一个在竖直振动方向的振动台连接单液压球头，共同组成“三点支撑”形式，试验件质心在振动过程中始终处于双液压球头与第一单液压球头这三个液压球头所围成的三角形区域内，增加了试验件的运动稳定性，进而降低振动试验控制难度。当试验件质量越大、振动试验量级越高时优势越明显。充分利用液压球头轴向位移约束的特点，双液压球头限制了细长体试验件在运动过程中产生的轴向转动，提升了试验产品在振动过程中的稳定性，进而降低试验控制难度，避免了试验件激励点的响应方向偏离振动台激励方向带来的反馈信号“失真”，提高振动控制精度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种振动试验装置，其特征在于：包括在同一水平面上轴向竖直设置的第一竖直激励组件和第二竖直激励组件，所述第一竖直激励组件和所述第二竖直激励组件分别通过第一端头工装和第二端头工装与两个轴向水平设置的水平激励组件连接，所述第一端头工装与所述第二端头工装之间形成的安装中心线与试验件的轴线重合，且两个所述水平激励组件的轴线均与所述安装中心线垂直；所述第一竖直激励组件包括第一振动台和双液压球头，所述双液压球头的一端与所述第一振动台连接，另一端与所述第一端头工装连接，所述第二竖直激励组件包括第二振动台和第一单液压球头，所述第一单液压球头的一端与所述第二振动台连接，另一端与所述第二端头工装连接。
2.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于：两个所述水平激励组件均包括第三振动台和第二单液压球头，两个所述第二单液压球头的一端分别与两个所述第三振动台连接，另一端分别与所述第一端头工装和所述第二端头工装连接。
3.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于：还包括悬吊组件，所述悬吊组件包括悬吊梁和两组弹力绳，所述第一竖直激励组件与所述第二竖直激励组件均位于所述悬吊梁的下方，一组所述弹力绳的一端与所述悬吊梁连接，另一端与所述第一端头工装连接，另一组所述弹力绳的一端与所述悬吊梁连接，另一端与所述第二端头工装连接。
4.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于：所述双液压球头与所述第一振动台通过双球头转接板连接。
5.根据权利要求2所述的振动试验装置，其特征在于：所述第一单液压球头与所述第二振动台、所述第二单液压球头与所述第三振动台均通过单球头转接板连接。
6.根据权利要求5所述的振动试验装置，其特征在于：所述双液压球头、所述第一单液压球头与所述第二单液压球头均为双面液压球头。
7.根据权利要求3所述的振动试验装置，其特征在于：所述悬吊梁为“#”字型龙门架。
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