CN107228747B - 大型振动台抗倾覆力矩检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于超大型振动台调试的多级组装体，大型振动台抗倾覆力矩检测装置。其中包括：5种承力筒组件、5种转接组件、2种扩展配重接口。承力筒组件可单独使用，也可配合转接组件进行多级组装。多级组装体各组件间通过螺栓连接，具备可调节质量、质心、转动惯量的功能，适用于大型、超大型振动台的推力指标及抗倾覆力矩指标的测试及大型试验件试验前的振动台状态调试，具有组装方便，结构简单、可扩展接口多等特点。

Description

大型振动台抗倾覆力矩检测装置

技术领域

本发明属于大型振动试验设备技术领域，具体涉及一种大型振动台抗倾覆力矩检测装置。

背景技术

振动试验作为检验产品可靠性与动强度的一种有效手段，已经广泛应用于航天、航空、车辆等领域的产品性能考核和动强度鉴定中。完成振动试验主要设备是振动台。近年来，为更加系统地考核大型试验件的动态特性，各类大型振动台因运而生，它们具有的共同特点是台面尺寸大，静承载能力大，台体推力大，一般可由多个振动台组成并激系统，以达到振动台的设计性能指标。

振动台提供了产品振动试验的两个方向，即垂直向和水平向。垂直扩展台和水平滑台提供振动台与试验件之间的接口，是振动台系统中不可缺少的一部分。垂直扩展台和水平滑台在设计时需要满足一定的抗倾覆力矩指标，用以承受高质心、大质量的产品在试验过程中产生的水平向倾覆力矩。若抗倾覆力矩指标过低，垂直扩展台面和水平滑台的横向稳定性会明显变差，严重影响试验控制效果。因此，在大型振动台竣工验收时需要对其抗倾覆力矩进行检测。

然而，国内对于大型振动台抗倾覆力矩指标的检测缺少标准和方法。该指标一般均通过运动导向轴承单个的抗倾覆能力进行计算获得，而不是直接进行抗倾覆力矩的测试。原因在于：缺少一种重量与质心可调节的、拆装灵活的、配重扩展接口丰富的、通用性较强的大型检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用大型振动台抗倾覆力矩检测装置，该装置可应用于台面尺寸不小于2.5m×2.5m的振动台推力与抗倾覆力矩的检测。装置总重量可达27吨，质心高度大于5m，一阶弯曲模态频率大于10Hz，可用于大型振动台抗倾覆力矩指标的检测与大质量航天器系统级振动试验前的振动台状态调试。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

大型振动台抗倾覆力矩检测装置，包括五个承力筒组件、五个转接组件和两个扩展配重接口，五个承力筒组件均为圆筒形结构，圆筒两端开放并设有法兰翻边，用于与转接组件连接，五个圆筒形结构的承力筒组件分别标示为C1、C2、C3、C4、C5，5个转接组件代号分别为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5，其中，Z1、Z2和Z4为圆环板结构，圆环板上设有转接孔；Z3为圆形板结构；Z5为锥筒形结构，两端开放并设有法兰翻边，用于与承力筒组件连接，两个扩展配重接口即A扩展配重接口和B扩展配重接口，

其中，用于调节横向质心位置的A扩展配重接口在C3、C4、C5承力筒组件筒壁外侧，接口形式为凸出于承力筒侧壁的平面凸台平面上均布3行4列共12个M20螺纹孔，有效深度为30mm，用于调节装置的横向质心位置，B的扩展配重接口在C4、C5承力筒组件上端翻边法兰内侧，接口处均布排列的64个M16螺纹孔，有效深度为50mm，B扩展配重接口用于调节装置垂直向质心位置，每种承力筒组件都单独用于大型振动台的推力与抗倾覆力矩指标的测试，或与转接组件相配合，组成多级组装体，用于超大型振动台的推力与抗倾覆力矩指标测试。

其中，C1径向外包络尺寸为Φ4140，高度为1215mm，筒体壁厚为20mm。上法兰翻边内径为Φ4002，外径为Φ4140，厚度为30mm；下法兰翻边内径为Φ3010，外径为Φ4140，厚度为35mm；C2径向外包络尺寸为Φ3150，高度为1180mm，筒体壁厚为15mm。上下法兰翻边内径均为Φ3010，外径均为Φ3150，厚度均为30mm；C3径向外包络尺寸为Φ2480，高度为3000mm，筒体壁厚为20mm。上下法兰翻边内径均为Φ2290，外径均为Φ2480，厚度均为30mm；C4径向外包络尺寸为Φ2480，高度为3000mm，筒体壁厚为20mm。上法兰翻边内径为Φ1900，外径为Φ2480，筒体内侧法兰翻边部分的厚度为70mm，筒体外侧法兰翻边部分的厚度为30mm；下法兰翻边内径为Φ2290，外径为Φ2480，厚度为30mm；C5的筒体壁厚为15mm，其余外形尺寸与C4相同。

其中，Z1外径为Φ4140，内径为Φ3010，整板厚度为35mm；Z2外径为Φ2700，内径为Φ1960，整板厚度为35mm；Z3外径为Φ2480，Φ1880范围以外的厚度为25mm，Φ1880范围以内的厚度为70mm；Z4外径为Φ2480，内径为Φ1900，Φ2315范围以外的厚度为30mm，Φ2315范围以内的厚度为65mm；Z5径向外包络尺寸为Φ3960，高度为848mm，锥段壁厚为25mm，锥筒上法兰内径为Φ2460，上法兰外径为Φ2700，厚度为25mm；锥筒下法兰内径为Φ3830，下法兰外径为Φ3960，厚度为25mm。

其中，该套装置组合使用时的组装顺序为：将C2套至C1内部，C2底部与C1下法兰Φ3060位置的64个连接孔连接紧固；Z1通过Φ4100处144个连接孔和Φ3060处的64个连接孔与C1和C2连接紧固；Z5下法兰与Z1上Φ3880处的48个连接孔连接紧固；Z2通过Φ2600处48个连接孔与Z5的上法兰连接紧固，C3下法兰通过Φ2400的64个连接孔与Z2上表面连接紧固，C4下法兰通过Φ2400的64个连接孔与C3上法兰连接紧固，C5下法兰通过Φ2400的64个连接孔与C4上法兰连接紧固，将Z3和Z4通过Φ2000的32个连接孔连接紧固，将Z3与Z4的组合体与C5的上法兰通过Φ2400的64个连接孔连接紧固，最终使C1、C2、C3、C4、C5和Z1、Z2、Z3、Z4、Z5装配成一个组合体。

其中，装置的各组件之间连接均通过螺栓连接，各组件均采用Q345B钢材料加工而成。

该装置中，每种承力筒组件都可单独用于大型振动台的推力与抗倾覆力矩指标的测试。同时，也可与转接组件相配合，组成多级组装体，用于超大型振动台的推力与抗倾覆力矩指标测试。装置的各组件之间连接均通过螺栓连接，各组件均采用Q345B钢材料加工而成。

本发明的多级组装体各组件间通过螺栓连接，具备可调节质量、质心、转动惯量的功能，适用于大型、超大型振动台的推力指标及抗倾覆力矩指标的测试及大型试验件试验前的振动台状态调试，具有组装方便，结构简单、可扩展接口多等特点。

附图说明

图1为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C1组件示意图；

图2为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C2组件示意图；

图3为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C3组件示意图，含A扩展配重接口；

图4为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C4组件示意图，含A和B扩展配重接口；

图5为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C5组件示意图，含A和B扩展配重接口；

图6为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置Z1组件示意图；

图7为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置Z2组件示意图；

图8为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置Z3组件示意图；

图9为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置Z4组件示意图；

图10为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置Z5组件示意图；

图11为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置组合体正视图；

图12为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置组合体剖面图；

图13为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C1-C2接口示意图；

图14为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C1-C2-Z1-Z5接口示意图；

图15为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C3-Z2-Z5接口示意图；

图16为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C3-C4接口示意图；

图17为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C4-C5接口示意图；

图18为本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置C5-Z3-Z4接口示意图；

具体实施方式

下面结合上节中所附的图对本发明涉及的技术细节进行展开说明。

参见图1，C1承力筒组件为圆筒形结构，高度为1215mm，筒体壁厚为20mm。上法兰翻边内径为Φ4002，外径为Φ4140，厚度为30mm；下法兰翻边内径为Φ3010，外径为Φ4140，厚度为35mm。上下端面接口分别为144个Φ12通孔，孔中心分布直径为Φ4100，上下法兰连接孔位对应。筒体与下法兰间内侧焊有24个均布的直角三角形加强筋，垂边长度为300mm，横边长度为200mm，加强筋厚度20mm。

参见图2，C2承力筒组件为圆筒形结构，高度为1180mm，筒体壁厚为15mm。上法兰设有64个M16螺纹孔，下法兰设有64个Φ18通孔，上下连接孔中心分布直径均为Φ3060，上下法兰连接孔位对应。筒体与上下法兰间均布有32个直角三角形加强筋，垂边长度为70mm，横边长度为55mm，加强筋厚度15mm，上下法兰加强筋位置对应。

参见图3，C3承力筒组件为圆筒形结构，高度为3000mm，筒体壁厚为20mm，筒体外径为Φ2332。上下法兰翻边内径均为Φ2290，外径均为Φ2480，厚度均为30mm。上下端面接口均为64个Φ18通孔，通孔中心的分布直径为Φ2400，上下法兰连接孔位对应。筒体与上下法兰间均布有32个直角三角形加强筋，垂边长度为100mm，横边长度为74mm，加强筋厚度20mm，上下法兰加强筋位置对应。筒壁外侧均布设有4处A扩展配重接口，接口形式为凸出于承力筒侧壁的平面凸台，平面长为400mm，宽度为200mm，接口平面凸台上边缘距上端面330mm，平面上均布3行4列共12个M20螺纹孔，行距75mm，列距100mm，有效深度为30mm。

参见图4，C4承力筒组件为圆筒形结构，高度为3000mm，筒体壁厚为20mm，筒体外径为Φ2332。上下法兰翻边内径均为Φ1900，外径均为Φ2480，厚度均为30mm。上下端面接口均为64个Φ18通孔，通孔中心的分布直径为Φ2400，上下法兰连接孔位对应。筒体与上下法兰间均布有32个直角三角形加强筋，垂边长度为100mm，横边长度为74mm，加强筋厚度20mm，上下法兰加强筋位置对应。筒壁外侧均布设有4处A扩展配重接口，接口形式为凸出于承力筒侧壁的平面凸台，平面长为400mm，宽度为200mm，接口平面凸台上边缘距上端面330mm，平面上均布3行4列共12个M20螺纹孔，行距75mm，列距100mm，有效深度为30mm。上法兰设有B扩展配重接口，形式为64个M16螺纹孔，孔中心分布直径为Φ2000，与上法兰连接孔径向对应。

参见图5，C5的筒体壁厚为15mm，其余外形尺寸与C4相同。

参见图6，Z1转接组件为圆环板结构，板厚度为35mm。内外径分别为Φ3010和Φ4140，设有144个Φ12通孔，孔中心分布直径为Φ4100，从正象限起始；64个Φ18通孔，孔中心分布直径为Φ3060，从正象限起始；48个M16螺纹孔，孔中心分布直径为Φ3880，从正象限偏7.5°起始。

参见图7，Z2转接组件为圆环板结构，板厚度为35mm。内外径分别为Φ1960和Φ2700，设有120个Φ12通孔，孔中心分布直径为Φ2660，从正象限偏3°起始；48个Φ20通孔，孔中心分布直径为Φ2600，从正象限偏7.5°起始；64个M16螺纹孔，孔中心分布直径为Φ2400，从正象限起始。

参见图8，Z3转接组件为圆盘结构，外径为Φ2480，Φ1880范围以外的厚度为25mm，Φ1880范围以内的厚度为70mm。上设有32个M16螺纹孔，孔中心分布直径为Φ2000，从正象限起始；64个Φ18通孔，孔中心分布直径为Φ2400，从正象限起始。

参见图9，Z4转接组件为圆环板结构，外径为Φ2480，内径为Φ1900，Φ2315范围以外的厚度为30mm，Φ2315范围以内的厚度为65mm。上设有32个Φ18通孔，孔中心分布直径为Φ2000，从正象限起始；64个Φ18通孔，孔中心分布直径为Φ2400，从正象限起始。

参见图10，Z5转接组件为锥筒形结构，高度为848mm，锥段壁厚为25mm，两端开放并设有法兰翻边，上法兰内径为Φ2460，上法兰外径为Φ2700，厚度为25mm。上端面设有48个M18螺纹孔，孔中心分布直径为Φ2600，从正象限偏7.5°起始。锥筒锥筒下法兰内径为Φ3830，下法兰外径为Φ3960，厚度为25mm。下端面设有48个Φ20通孔，孔中心分布直径为Φ3880，从正象限偏7.5°起始。锥壳体上下法兰间焊有满筋，筋厚度20mm，从正象限起始。

参见图11和图12，分别显示了本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置各组件组合体的正视图和剖面图。组装顺序由下至上依次为：将C2下端面与C1下法兰上表面连接，将Z1下端面与C1和C2连接，将Z5下端面与Z1上端面连接，将Z2下端面与Z5上端面连接，再依次安装C3、C4、C5，最后将Z3和Z4置于C5上端面进行连接。装置组装后，总高度为11.22m，总重量为27吨，质心高度为6m。

图3、图4及图5中的编号A位置为配重的安装接口，用于调节水平向质心；图4及图5中的编号B位置为配重安装接口，用于调节垂直向质心。

参见图13，显示了C1与C2组件的组合连接剖面图，C2安装在C1内，C2下端面与C1下法兰的上表面连接。

参见图14，显示了C1、C2、Z1及Z5组件的组合连接剖面图，C2和C1的上端面与Z1下端面连接，Z1上端面与Z5下端面连接。

参见图15，显示了Z5、Z2及C3组件的组合连接剖面图，Z5上端面与Z2下端面连接，Z2上端面与C3下端面连接。

参见图16，显示了C3和C4组件的组合连接剖面图，C3上端面与C4下端面连接。

参见图17，显示了C4和C5组件的组合连接剖面图，C4上端面与C5下端面连接。

参见图18，显示了C5、Z3及Z4组件的组合连接剖面图，C5上端面与Z3下端面连接，Z3上端面与Z4下端面连接。

本发明大型振动台抗倾覆力矩检测装置中的C3、C4、C5承力筒组件可单独使用，也可通过转接组件进行拼接，实现质心和重量的可调功能。大型振动台抗倾覆力矩检测装置在使用时可与振动台或与振动工装直接连接，根据振动台定频正弦试验量级与抗倾覆力矩检测装置质心位置的乘积得出振动台的倾覆力矩。

综上所述，大型振动台抗倾覆力矩检测装置结构简单，适用性强，组装灵活。同时，该装置具有强度高，可扩展结构丰富等特点。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.大型振动台抗倾覆力矩检测装置，包括五个承力筒组件、五个转接组件和两个扩展配重接口，五个承力筒组件均为圆筒形结构，圆筒两端开放并设有法兰翻边，用于与转接组件连接，五个圆筒形结构的承力筒组件分别标示为C1、C2、C3、C4、C5，5个转接组件代号分别为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5，其中，Z1、Z2和Z4为圆环板结构，圆环板上设有转接孔；Z3为圆形板结构；Z5为锥筒形结构，两端开放并设有法兰翻边，用于与承力筒组件连接，两个扩展配重接口即A扩展配重接口和B扩展配重接口，

其中，用于调节横向质心位置的A扩展配重接口在C3、C4、C5承力筒组件筒壁外侧，接口形式为凸出于承力筒侧壁的平面凸台平面上均布3行4列共12个M20螺纹孔，有效深度为30mm，用于调节所述检测装置的横向质心位置，B扩展配重接口在C4、C5承力筒组件上端法兰翻边内侧，接口处均布排列的64个M16螺纹孔，有效深度为50mm，B扩展配重接口用于调节所述检测装置垂直向质心位置，每种承力筒组件都单独用于大型振动台的推力与抗倾覆力矩指标的测试，或与转接组件相配合，组成多级组装体，用于超大型振动台的推力与抗倾覆力矩指标测试。

2.如权利要求1所述的大型振动台抗倾覆力矩检测装置，其中，C1径向外包络尺寸为Φ4140，高度为1215mm，筒体壁厚为20mm；上法兰翻边内径为Φ4002，外径为Φ4140，厚度为30mm，下法兰翻边内径为Φ3010，外径为Φ4140，厚度为35mm；C2径向外包络尺寸为Φ3150，高度为1180mm，筒体壁厚为15mm；上下法兰翻边内径均为Φ3010，外径均为Φ3150，厚度均为30mm，C3径向外包络尺寸为Φ2480，高度为3000mm，筒体壁厚为20mm；上下法兰翻边内径均为Φ2290，外径均为Φ2480，厚度均为30mm，C4径向外包络尺寸为Φ2480，高度为3000mm，筒体壁厚为20mm；上法兰翻边内径为Φ1900，外径为Φ2480，筒体内侧法兰翻边部分的厚度为70mm，筒体外侧法兰翻边部分的厚度为30mm，下法兰翻边内径为Φ2290，外径为Φ2480，厚度为30mm；C5的筒体壁厚为15mm，其余外形尺寸与C4相同。

3.如权利要求1所述的大型振动台抗倾覆力矩检测装置，其中，Z1外径为Φ4140，内径为Φ3010，整板厚度为35mm；Z2外径为Φ2700，内径为Φ1960，整板厚度为35mm；Z3外径为Φ2480，Φ1880范围以外的厚度为25mm，Φ1880范围以内的厚度为70mm；Z4外径为Φ2480，内径为Φ1900，Φ2315范围以外的厚度为30mm，Φ2315范围以内的厚度为65mm；Z5径向外包络尺寸为Φ3960，高度为848mm，锥段壁厚为25mm，锥筒上法兰内径为Φ2460，上法兰外径为Φ2700，厚度为25mm；锥筒下法兰内径为Φ3830，下法兰外径为Φ3960，厚度为25mm。

4.如权利要求1所述的大型振动台抗倾覆力矩检测装置，其中，该装置组合使用时的组装顺序为：将C2套至C1内部，C2底部与C1下法兰Φ3060位置的64个连接孔连接紧固；Z1通过Φ4100处144个连接孔和Φ3060处的64个连接孔与C1和C2连接紧固；Z5下法兰与Z1上Φ3880处的48个连接孔连接紧固；Z2通过Φ2600处48个连接孔与Z5的上法兰连接紧固，C3下法兰通过Φ2400的64个连接孔与Z2上表面连接紧固，C4下法兰通过Φ2400的64个连接孔与C3上法兰连接紧固，C5下法兰通过Φ2400的64个连接孔与C4上法兰连接紧固，将Z3和Z4通过Φ2000的32个连接孔连接紧固，将Z3与Z4的组合体与C5的上法兰通过Φ2400的64个连接孔连接紧固，最终使C1、C2、C3、C4、C5和Z1、Z2、Z3、Z4、Z5装配成一个组合体。

5.如权利要求1-4任一项所述的大型振动台抗倾覆力矩检测装置，其中，所述检测装置的各组件之间连接均通过螺栓连接，各组件均采用Q345B钢材料加工而成。