CN109238615B - 一种平衡离心力的装置、方法及电磁振动台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平衡离心力的装置、方法及电磁振动台，包括气压调节组件和离心力平衡组件；所述离心力平衡组件包括第一缸体和第二缸体，在第一缸体内设置有浮动活塞，而浮动活塞将所述第一缸体分割成气体腔和第一液体腔，在第二缸体内设置有活塞杆，而活塞杆的一端与第二缸体的内壁构成第二液体腔，活塞杆的另一端与运动部件固定连接，活塞杆沿运动部件所受离心力方向设置，第二液体腔与第一液体腔通过第一管道连通设置；气压调节组件用于调节所述气体腔中的气压，并驱动活塞杆平衡运动部件所受的离心力。本发明还公开了一种电磁振动台，该电磁振动台包括一种平衡离心力的装置。其能够平衡离心场中运动部件所受离心力，保证运动部件正常工作。

Description

一种平衡离心力的装置、方法及电磁振动台

技术领域

本发明涉及力学环境试验技术领域，具体涉及一种平衡离心力的装置、方法及电磁振动台。

背景技术

离心振动台设备是一种主要用于航天、航空等部门对的大型产品的整机或零部件的可靠性试验的力学环境试验设备，它也可用作结构动力学的特性研究，以及水利、建筑、地震等部门的特殊用途。离心振动台设备主要由离心机试验系统、振动台试验系统、辅助控制系统等组成。

目前，电磁式振动台由于其使用频率范围宽、波形失真度小已经成为了广泛使用的力学环境试验设备。如果将电磁振动台作为离心振动台设备中振动台系统的组成部分，将会大大提高离心振动台设备的综合技术指标性能。

处于离心场中工作的弹性运动组件，运动部件不可避免的受到离心力的作用，当该弹性运动系统在离心场中沿旋转轴的径向做往复运动时，随着离心场中转动角速度大小的不同，运动部件所受的离心力的大小也不同。由于受到运动部件离心力的作用，弹簧将会被该离心力压缩，直至达到新的平衡点，即弹性恢复力和所受到的离心力平衡。而由于弹簧在新的平衡位置时已被压缩了，故其在离心场中能保证的往复运动的工作位移将受到影响，小于无离心场时的工作位移。如图2所示为无离心场环境下，弹性运动组件的结构示意图，如图3所示为有离心场环境下，处于离心场中弹性运动组件的结构示意图。其中，m为运动部件，k为弹性部件的弹性系数，弹性运动组件包括运动部件和弹性部件。由此可见，处于离心场中工作的弹性运动组件，由于受到其运动部件的离心力的影响，不但改变了运动部件往复运动的中心平衡位置，而且还减小了其正常工作的的往复运动位移。

当运动部件在离心场中做径向的往复运动时，由于受到离心力的作用，运动部件会逐渐偏离中心位置，向与离心力方向一致的方向运动，直至到达新的平衡点，甚至有可能被压死而不再往复运动，这样就严重减小了运动部件的位移幅值，因此，这就极其影响离心振动台的工作性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种平衡离心力的装置、方法及电磁振动台，其能够平衡离心场中运动部件所受离心力，保证运动部件正常工作。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平衡离心力的装置，包括气压调节组件和离心力平衡组件；所述离心力平衡组件包括第一缸体和第二缸体，所述第一缸体内设置有浮动活塞，所述浮动活塞将所述第一缸体分割成气体腔和第一液体腔，所述第二缸体内设置有活塞杆，所述活塞杆的一端与第二缸体的内壁构成第二液体腔，所述活塞杆的另一端与运动部件固定连接，所述活塞杆沿运动部件所受离心力方向设置，所述第二液体腔与第一液体腔通过第一管道连通设置；所述气压调节组件用于调节所述气体腔中的气压，并驱动活塞杆平衡运动部件所受的离心力。

作为优选的，本发明还包括传感器与控制器，所述传感器设置在运动部件一侧并检测获得运动物体的位移信息，所述传感器与控制器连接，所述控制器接收传感器的信号并控制气压调节组件的工作。

作为优选的，所述气压调节组件包括气源和电磁阀，所述气源与气体腔通过第二管道连接，所述第二管道上设置有电磁阀。

作为优选的，本发明还包括储气包，所述储气包与所述气体腔连通设置。

作为优选的，所述储气包上设置有检测气体压力的第一压力表。

作为优选的，所述第一液体腔和第二液体腔之间通过第一管道连接，所述第一管道上设置有检测液体压力的第二压力表。

作为优选的，所述浮动活塞包括第一端部和第二端部，所述第一端部位于第一液体腔一侧，所述第二端部位于气体腔一侧，所述第一端部的横截面小于第二端部的横截面，所述第一端部和第二端部皆与第一缸体的内壁相配合设置。

本发明还提供了一种平衡离心力的方法，基于上述平衡离心力的装置，包括以下步骤：

在无离心场环境中，所述传感器检测运动部件的初始位置；

在离心场环境中，运动部件发生偏移，所述传感器检测到运动部件的偏移信号；

所述传感器将偏移信号传输至控制器；

所述控制器控制气压调节组件工作，所述气压调节组件改变气体腔中的气压，进而调节活塞杆的位置，所述活塞杆对所述运动部件施加平衡离心力的力，将运动部件调节至初始位置。

本发明提供了一种离心场中的电磁振动台，包括上述的平衡离心力的装置，所述电磁振动台还包括弹性部件，所述弹性部件的一端固定设置，所述运动部件与所述弹性部件的另一端连接且做往复运动。

本发明中一种平衡离心力的装置的有益效果为：

1、本发明中设置有离心力平衡组件，离心力平衡组件一方面可以平衡运动部件所受离心力，排除离心力对运动部件的影响，使得离心场中的运动部件能够正常工作，保证了运动部件具有较为稳定的幅值输出，其简谐运动的平衡点稳定。

2、本发明中离心力平衡组件包括第一缸体，所述第一缸体中设置有气体腔，通过利用气体腔中气体的可压缩性能，保证离心力平衡组件具有一定的弹性，活塞杆能够随运动部件做运动，因此离心力平衡组件能够满足运动部件的位移行程要求。

3、本发明中设置有第二缸体，而第二缸体内具有第二液体腔，通过调节第二液体腔中液压来控制活塞杆的运动，性能稳定。

4、本发明中第二液体腔与第一液体腔通过第一管道连通设置，第一液体腔中的液压可由第一管道传输至第二液体腔，进而调节第二液体腔中的液压，而由于第一管道的长度可根据工作需求设计，且第一管道可弯曲，这使得第二缸体安装更为灵活多变，第二缸体的使用位置不受限，实用方便，适用范围更加广泛。

5、本发明设置有气压调节组件，通过改变气体腔中的气压，可平衡运动部件所受离心力，装置简单，便于操作。

本发明中一种平衡离心力的方法的有益效果为：通过传感器与控制器协同配合，实现自动平衡运动部件的离心力，方法简单，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为背景技术中无离心场环境下，弹性运动组件的运动示意图；

图3为背景技术中有离心场环境下，弹性运动组件的运动示意图。

图中标号说明：10、运动部件、11、弹性部件；12、安装座；13、第一限位件；14、第二限位件；20、第一缸体；21、浮动活塞；211、第一端部；212、第二端部；22、气体腔；23、第一液体腔；30、第二缸体；31、第二液体腔；32、活塞杆；40、气源；41、电磁阀；42、第二管道；43、储气包；44、第一压力表；50、第一管道；51、第二压力表；52、输液管；60、传感器；61、控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种平衡离心力的装置和方法的一实施例，包括气压调节组件和离心力平衡组件。离心力平衡组件包括第一缸体20和第二缸体30，第一缸体20内设置有浮动活塞21，浮动活塞21将第一缸体20分割成气体腔22和第一液体腔23。第二缸体30内设置有活塞杆32，活塞杆32的一端与第二缸体30的内壁构成第二液体腔31，活塞杆32的另一端与运动部件10固定连接，活塞杆32沿运动部件10所受离心力方向设置，第二液体腔31与第一液体腔23通过第一管道50连通。气压调节组件用于调节气体腔22中的气压，并通过活塞杆32平衡运动部件10所受的离心力。当气体腔22中的气压增大，将会导致第二缸体30的内压力变大，活塞杆32带动运动部件10运动。当气体腔22中的气压减小，这将会导致第二缸体30内的压力变小，活塞杆32带动运动部件10运动。通过气压调节组件，调节第一缸体20中的气压，而液体具有不可压缩性，可以刚性的传递所受压力。

如图1所示，运动部件10通过弹性部件11固定在安装座12上，而运动部件10在水平方向做简谐振动，而由于离心场的存在，运动部件10还受到离心力的作用，此时弹性部件发生拉伸或缩短，运动部件10简谐运动的平衡点发生改变，运动部件10发生偏移，且运动部件10的振动幅值也发生变化。当运动部件10发生偏移时，充气组件改变第一气缸内的气压，浮动活塞21运动，那么第一液体腔23和第二液体腔31中的液体发生流动，导致第二缸体30内的活塞杆32发生运动，这样，活塞杆32对运动部件10作用，抵消运动部件10在离心场中所受的离心力。此外，由于气体腔22中的气体可以被一定程度的压缩，在运动部件10做简谐运动时，活塞杆32也随运动部件10运动，而气体腔22中的气体可以被压缩，即气体具有一定的弹性，此时，该离心力平衡组件还能满足运动部件10的位移行程需求，即既能平衡运动部件10所受离心力，又能保证运动部件10继续在离心场中的简谐运动。

本发明还设置有第一限位件13和第二限位件14，第一限位件13和第二限位件14可以对运动部件10的运动进行保护。防止运动部件10在离心场中受离心力过大，引起弹性部件11过度变形。同样的，第一限位件和第二限位件可对运动部件进行保护，运动部件上的物件不易损坏。第一限位件和第二限位件可以为挡板。

本发明还包括传感器60与控制器61，传感器60设置在运动部件10一侧并检测获得运动物体的位移信息，传感器60与控制器61连接，控制器61接收传感器60的信号并控制气压调节组件的工作。

气压调节组件包括气源40和电磁阀41，气源40与气体腔22通过第二管道42连接，第二管道42上设置有电磁阀41。气源40可以为气体发生器，也可直接外接压缩气体罐。当需要对第一缸体20的气体腔22进行卸压时，可打开电磁阀41，将气体腔22中的部分气体放排出。而需要对气体腔22进行增压时，只需打开气源40，往气体腔22中充气，从而调节气体腔22中的压力。

作为优选的，本发明还包括储气包43，储气包43与气体腔22连通设置。由于运动部件10本身做简谐运动，而简谐运动具有一定的行程要求，即平衡力调节组件本身需要有一定的“弹性”来配合运动部件10的运动。通过在第一气缸内外接储气包43，储气包43可以储存更多的气体，使得气体的容积更大，从而使得平衡力调节组件具有更大的弹性系数。在浮动活塞移动时，引起气体的容积的变化较小，稳定性更好。

在储气包43上设置有检测气体压力的第一压力表44。第一压力表44可用于检测储气包43内的气体压力，方便观测。

在第一液体腔23和第二液体腔31之间通过第一管道50连接，第一管道50上设置有检测液体压力的第二压力表51。第二压力表51可以检测第二缸体30内液体的液压。在第一管道50上还连接有输液管，输液管用于向第一管道50内加入液体，且输液管上还设置有阀门。而第一管道50的作用在于，第一液体腔中的液压可由第一管道50传输至第二液体腔，进而调节第二液体腔中的液压；此外，由于第一管道的长度可根据工作需求设计，且第一管道可弯曲，这使得第二缸体安装更为灵活多变，第二缸体的使用位置不受限，实用方便，适用范围更加广泛。因此，第二缸体自身体积可设计的比较小，而由于第一管道的存在，第二缸体的位置可根据人的需求放置，只需在第一缸体和第二缸体间连接柔性的第一管道即可。

浮动活塞21包括第一端部211和第二端部212，第一端部211位于第一液体腔23一侧，第二端部212位于气体腔22一侧，第一端部211的横截面小于第二端部212的横截面，第一端部211和第二端部212皆与第一缸体20的内壁相配合设置。通过设置这种横截面不同的端部，可增大第一缸体20的工作效率，即气体腔22中较小气压的改变，可使得第一液体腔23中液体压力较大改变。

本发明中一种平衡离心力装置的使用如下：首先，通过输液管52向第一缸体20和第二缸体30中注入液体，关闭阀门。之后，若在离心场的环境下，该离心场中角速度为，当运动部件10受离心力的作用向右运动，直至碰到第一限位件13，此时传感器60检测到一个正的偏离信号，并将该信号反馈给控制器61，控制器61经过逻辑计算，发出控制信号给电磁阀41，通过电磁阀41的动作，气源40向第一缸体20的气体腔22充气。由液体具有不可压缩性，可以刚性的传递所受压力，并且液体内部压力随着外加载荷而变化。故这时，由于第一缸体20气体压力的升高，将会导致第二缸体30液体的压力也会大幅上升，直至带动运动部件10开始向背离离心力并向左的方向运动，直至到达中心位置。此时，传感器60不再能检测到反馈信号。这时，第二缸体30的液体压力不仅平衡掉了运动部件10所受到的离心力，并且，使得整个运动部件10重新处于设计中心位置。此时，运动部件10在交变激振力Fsinwt的作用下，就可在离心场环境做正常的往复运动了。

当离心场中转速ω1下降到转速ω2时，离心力小于液体产生的压力，这时，过剩的液体压力将会推动运动部件10向左运动，这时将会向左偏离中心位置，传感器60将检测到一个负的偏离信号，该信号反馈给控制器61经过逻辑计算，将发出一个反向控制信号给电磁阀41，将会通过电磁阀41的动作放气，降低第一缸体20的气体气压，从而降低第二缸体30的液体压力。直至传感器60不再能检测到负的位置偏离信号，第二缸体30的液体压力恰好平衡掉了运动部件10所受到的离心力。这样，整个运动部件10又重新处于设计中心位置。此时，运动部件10在交变激振力Fsinwt的作用下，就可在离心场环境做正常的往复运动了

本发明还公开了一种平衡离心力的方法，基于上述的平衡离心力的装置，在运动部件不做简谐运动的情况下，运动部件处于离心场环境中，通过平衡运动部件在离心场中离心力，将运动部件调节至无离心场状态下的最初位置，具体包括以下步骤：

步骤一、在无离心场环境中，所述传感器60检测运动部件10的初始位置；

步骤二、在离心场环境中，运动部件10发生偏移，所述传感器60检测到运动部件的偏移信号；

步骤三、所述传感器60将偏移信号传输至控制器61；

步骤四、所述控制器控制气压调节组件工作，所述气压调节组件改变气体腔22中的气压，进而调节活塞杆32的位置，所述活塞杆32对所述运动部件施加平衡离心力的力，将运动部件调节至初始位置。

步骤一、传感器60检测运动部件10的位置，当运动部件10发生偏移时，传感器60检测到运动部件10的偏移信号；

步骤二、传感器60将偏移信号传输至控制器61；

步骤三、控制器61控制气压调节组件工作，气压调节组件改变气体腔22中的气压，进而调节活塞杆32的位置，活塞杆32对运动部件施加平衡离心力的力，使得运动部件回归初始运动状态。

本发明中，当运动部件做简谐运动时，平衡力调节组件不工作。在离心场中，根据离心场的大小，平衡力调节组件平衡运动部件的离心力，使得运动部件回归至无离心场时的状态，调节完成之后，运动部件再做简谐运动。

在另一实施例中，本发明公开一种离心场中的电磁振动台，包括上述的平衡离心力的装置。电磁振动台还包括弹性部件，所述弹性部件的一端固定设置，所述运动部件与所述弹性部件的另一端连接且做往复运动。在离心场中，电磁振动台中的运动部件10受到离心力的作用，而离心力平衡组件可平衡运动部件10所受平衡力，从而保证离心场中的电磁振动台具有较好的工作性能。这样，处于离心场中的电磁振动台即具有较为稳定的幅值输出。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种平衡离心力的装置，其特征在于，包括气压调节组件和离心力平衡组件；所述离心力平衡组件包括第一缸体和第二缸体，所述第一缸体内设置有浮动活塞，所述浮动活塞将所述第一缸体分割成气体腔和第一液体腔，所述第二缸体内设置有活塞杆，所述活塞杆的一端与第二缸体的内壁构成第二液体腔，所述活塞杆的另一端与运动部件固定连接，所述活塞杆沿运动部件所受离心力方向设置，所述第二液体腔与第一液体腔通过第一管道连通设置；所述气压调节组件用于调节所述气体腔中的气压，并驱动活塞杆平衡运动部件所受的离心力。

2.如权利要求1所述的平衡离心力的装置，其特征在于，还包括传感器与控制器，所述传感器设置在运动部件一侧并检测获得运动物体的位移信息，所述传感器与控制器连接，所述控制器接收传感器的信号并控制气压调节组件的工作。

3.如权利要求2所述的平衡离心力的装置，其特征在于，所述气压调节组件包括气源和电磁阀，所述气源与气体腔通过第二管道连接，所述第二管道上设置有电磁阀。

4.如权利要求2所述的平衡离心力的装置，其特征在于，还包括储气包，所述储气包与所述气体腔连通设置。

5.如权利要求4所述的平衡离心力的装置，其特征在于，所述储气包上设置有检测气体压力的第一压力表。

6.如权利要求2所述的平衡离心力的装置，其特征在于，所述第一液体腔和第二液体腔之间通过第一管道连接，所述第一管道上设置有检测液体压力的第二压力表。

7.如权利要求2所述的平衡离心力的装置，其特征在于，所述浮动活塞包括第一端部和第二端部，所述第一端部位于第一液体腔一侧，所述第二端部位于气体腔一侧，所述第一端部的横截面小于第二端部的横截面，所述第一端部和第二端部皆与第一缸体的内壁相配合设置。

8.一种平衡离心力的方法，其特征在于，基于权利要求2-7中任一项平衡离心力的装置，包括以下步骤：

S1、在无离心场环境中，所述传感器检测运动部件的初始位置；

S2、在离心场环境中，运动部件发生偏移，所述传感器检测到运动部件的偏移信号；

S3、所述传感器将偏移信号传输至控制器；

S4、所述控制器控制气压调节组件工作，所述气压调节组件改变气体腔中的气压，进而调节活塞杆的位置，所述活塞杆对所述运动部件施加平衡离心力的力，将运动部件调节至初始位置。

9.一种离心场中的电磁振动台，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的平衡离心力的装置,所述电磁振动台还包括弹性部件，所述弹性部件的一端固定设置，所述运动部件与所述弹性部件的另一端连接且做往复运动。

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