CN111693235A - 一种电磁振动台低频放大装置 - Google Patents

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杨陈
胡晓
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table

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Abstract

本发明涉及一种电磁振动台低频放大装置和方法。该装置能够放大电磁振动台在低频工作时的性能，能够对测试对象施加低频大幅值的正弦激励。本装置包括：滑动导轨、水平滑台、可调弹簧组、可调节阻尼器、弹簧固定基座、弹簧张拉基座。根据试验对象、频率范围、加速度放大倍数，经过公式计算或者预试验迭代，调整该装置的弹簧刚度、阻尼器阻尼系数，从而达到在不同频段放大原电磁振动台的能力。其优点是：放大装置简洁可行，调节性强，适用性广，能够对指定频段实现可控的放大。

Description

一种电磁振动台低频放大装置
技术领域
本发明属于振动台振动考核试验装置领域，涉及一套低频共振放大装置和相应的参数调节方法。
背景技术
在核电阀门、电器设备地震考核试验中，常采用正弦扫描波和正弦拍波对试验件考核。试验一般在电磁振动台上进行，然而电磁振动台的工作原理决定了其在低频部分的性能不足。如某国外的电磁振动台的位移峰峰值为50mm，在2Hz的工作频率下，最大的加速度值为0.4g，远低于试验要求1.13g（抗震鉴定要求输入运动的RIM值）。在现有的条件下，对试验件的考核不够严格，因此需要研制一套能够在低频时弥补电磁振动台性能不足的装置和方法。
发明内容
一套电磁振动台低频共振放大装置和方法。该装置利用了结构在共振时的加速度响应远大于其基底输入的加速度。区别于常规试验中试验件直接固定在电磁振动台的台面上，此装置的台面与被考核试验件固结，形成一体的装置和试验件再通过弹簧阻尼器与原有振动台连接（整个装置通过滑轨与原有振动台面衔接），试验件的重量和弹簧刚度系数、阻尼器系数决定了试验件的加速度放大倍率
本发明的主要原理为：试验件与本装置的滑台组成新的结构，新的结构与原有振动台台面通过弹簧、阻尼器连接，原振动台台面输入正弦波激励时，如果激励频率和新结构的固有频率接近时，会使得新结构发生共振，通过控制新结构的固有频率和阻尼实现指定幅值的放大效应。此装置结构简单易行，调节方便可控，能够一定程度解决电磁振动台低频性能不足的问题
其主要包含以下步骤：
Figure 561808DEST_PATH_IMAGE001
确定需要放大的频率范围和放大倍数；
Figure 249142DEST_PATH_IMAGE002
确定装置的固有频率和频率比范围；
Figure 187142DEST_PATH_IMAGE003
确定整个滑动结构的质量；
Figure 61557DEST_PATH_IMAGE004
确定装置的弹簧刚度系数；
Figure 235049DEST_PATH_IMAGE005
试算装置的阻尼比和阻尼系数；
Figure 511310DEST_PATH_IMAGE006
根据刚度系数和阻尼系数调节实际装置；
Figure 135058DEST_PATH_IMAGE007
校核装置的放大倍数。
附图说明
图1为共振放大系数图；
图2为电磁振动台低频放大装置立体示意图；
图3为电磁振动台低频放大装置俯视图；
具体实施方式
本套装置的结构示意图图如图2，俯视图如图3，典型的共振放大系数如图1所示。本发明包括：原振动台台面1，滑动导轨2，装置台面3，可变弹簧组4，可调阻尼器5，弹簧固定基座6，弹簧张拉基座7，试验件8。试验件8与装置台面3通过螺栓固结；可变弹簧组4、可调阻尼器5的一端固定于装置台面3，另一端固定在弹簧固定基座6上，并通过弹簧张拉基座7实现预张拉。其中，滑动导轨2的方向与原振动台的激振方向一致，弹簧固定基座6、滑动导轨2与原振动台台面1通过螺栓连接
根据不用的试验件对象8和放大频率段、放大系数，需要确定装置的可调弹簧刚度系数和阻尼器的系数，具体有如下步骤：
Figure 496769DEST_PATH_IMAGE008
，确定需要放大的频率范围
Figure 473953DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 11244DEST_PATH_IMAGE010
，加速度放大倍数
Figure 415681DEST_PATH_IMAGE011
，如果频率范围较宽，则需要分段处理
Figure 999109DEST_PATH_IMAGE012
，测定放大装置中水平滑台的质量
Figure 406082DEST_PATH_IMAGE013
，试验对象的质量
Figure 656934DEST_PATH_IMAGE014
，试验对象安装的传感器、固定螺栓的质量
Figure 232272DEST_PATH_IMAGE015
，共计滑动部分的质量为
Figure 302996DEST_PATH_IMAGE016
Figure 497349DEST_PATH_IMAGE017
Figure 868287DEST_PATH_IMAGE018
Figure 614526DEST_PATH_IMAGE019
，计算放大装置的固有频率
Figure 562759DEST_PATH_IMAGE020
和放大频率段的频率比
Figure 419857DEST_PATH_IMAGE021
，其中
Figure 645302DEST_PATH_IMAGE022
为频率范围
Figure 562442DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 483125DEST_PATH_IMAGE010
内的取值，固有频率
Figure 143914DEST_PATH_IMAGE020
可以取频率段的中间值或者靠近中间的值：
Figure 223865DEST_PATH_IMAGE023
Figure 311907DEST_PATH_IMAGE024
Figure 736197DEST_PATH_IMAGE025
Figure 200676DEST_PATH_IMAGE026
Figure 135134DEST_PATH_IMAGE027
，根据结构的总重量
Figure 269444DEST_PATH_IMAGE016
和固有频率
Figure 289352DEST_PATH_IMAGE020
计算出需要的弹簧刚度系数
Figure 557523DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure 346487DEST_PATH_IMAGE029
Figure 166544DEST_PATH_IMAGE030
Figure 673749DEST_PATH_IMAGE031
，根据频率比
Figure 480031DEST_PATH_IMAGE021
和加速度放大倍数
Figure 998868DEST_PATH_IMAGE011
确定阻尼比
Figure 130772DEST_PATH_IMAGE032
和相应的阻尼器的阻尼系数值
Figure 859694DEST_PATH_IMAGE033
，一般
Figure 95765DEST_PATH_IMAGE032
可以试算（一般在0～0.2之间，小阻尼比可以实现较大的放大倍数，同时放大带宽较窄、放大系数波动较大），并检验是否达到了给定的放大倍数
Figure 593743DEST_PATH_IMAGE011
。放大倍数
Figure 630969DEST_PATH_IMAGE011
在频率
Figure 847187DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 870637DEST_PATH_IMAGE010
取最小值，注意在这两个频率点要达到预设的倍数，而频带中间会超过该预设倍数
Figure 754280DEST_PATH_IMAGE034
Figure 962407DEST_PATH_IMAGE035
Figure 790555DEST_PATH_IMAGE036
Figure 742330DEST_PATH_IMAGE037
Figure 214900DEST_PATH_IMAGE038
，根据计算出的弹簧刚度系数
Figure 593929DEST_PATH_IMAGE028
选定实际的弹簧组合（选择接近的弹簧个数、单个弹簧的刚度系数，注意弹簧的弹性行程范围不可过小），根据计算出的阻尼系数
Figure 660105DEST_PATH_IMAGE033
调节阻尼器，并将弹簧和阻尼器安装到滑台上，通过弹簧张拉基座7将弹簧张拉到弹性行程的一半位置
Figure 149992DEST_PATH_IMAGE039
，根据实际选用的弹簧组合和阻尼器，校核放大区段内是否达到了放大倍数以及最大的放大倍数是否过大，如果不满足，需要重新选择阻尼或者重新划分频率范围，并重复上述过程。

Claims (2)

1.一种电磁振动台低频放大装置，该装置包括：滑动导轨、水平滑台、可变弹簧组、可调节阻尼器、弹簧固定基座、弹簧张拉基座。
2.根据权利要求1所述的装置，其弹簧组、阻尼器是可调的，弹簧组的刚度系数、阻尼器的阻尼系数等参数按照如下步骤调节：
Figure 978029DEST_PATH_IMAGE001
，确定需要放大的频率范围
Figure 262380DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 206065DEST_PATH_IMAGE003
、加速度放大倍数
Figure 375010DEST_PATH_IMAGE004
，如果频率范围较宽，则需要分段处理
Figure 822172DEST_PATH_IMAGE005
，测定放大装置中水平滑台的质量
Figure 543003DEST_PATH_IMAGE006
，试验对象的质量
Figure 442826DEST_PATH_IMAGE007
，试验对象安装的传感器、固定螺栓的质量
Figure 399149DEST_PATH_IMAGE008
Figure 231976DEST_PATH_IMAGE009
Figure 123709DEST_PATH_IMAGE010
Figure 386194DEST_PATH_IMAGE011
，计算出放大装置的固有频率
Figure 21575DEST_PATH_IMAGE012
和放大频率段的频率比
Figure 443329DEST_PATH_IMAGE013
，其中
Figure 505963DEST_PATH_IMAGE014
为频率范围
Figure 272056DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 445548DEST_PATH_IMAGE003
内的取值：
Figure 721809DEST_PATH_IMAGE015
Figure 830710DEST_PATH_IMAGE016
Figure 192421DEST_PATH_IMAGE017
Figure 169605DEST_PATH_IMAGE018
Figure 300372DEST_PATH_IMAGE019
，根据结构的总重量
Figure 95021DEST_PATH_IMAGE020
和固有频率
Figure 944028DEST_PATH_IMAGE012
计算出需要的弹簧刚度系数
Figure 724903DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 585542DEST_PATH_IMAGE022
Figure 160880DEST_PATH_IMAGE023
Figure 497184DEST_PATH_IMAGE024
，根据频率比
Figure 816170DEST_PATH_IMAGE013
和加速度放大倍数
Figure 559346DEST_PATH_IMAGE004
确定阻尼比
Figure 571164DEST_PATH_IMAGE025
和相应的阻尼器的阻尼系数值
Figure 394764DEST_PATH_IMAGE026
，一般
Figure 127228DEST_PATH_IMAGE025
可以试算，并通过如下公式验算是否达到了给定的放大倍数
Figure 87094DEST_PATH_IMAGE004
Figure 269813DEST_PATH_IMAGE027
Figure 315130DEST_PATH_IMAGE028
Figure 100552DEST_PATH_IMAGE029
Figure 180503DEST_PATH_IMAGE030
Figure 268545DEST_PATH_IMAGE031
，根据计算出的弹簧刚度系数
Figure 942103DEST_PATH_IMAGE021
选定实际的弹簧组合（注意弹簧的弹性行程范围不可过小），根据计算出的阻尼系数
Figure 406582DEST_PATH_IMAGE026
调节阻尼器，并将弹簧和阻尼器安装到滑台上，弹簧张拉到弹性行程的一半位置
Figure 341040DEST_PATH_IMAGE032
，根据实际选用的弹簧组合和阻尼器，校核放大区段内是否达到了放大倍数以及最大的放大倍数是否过大，否者需要重新划分频率范围和阻尼比。
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