CN111982443B - 一种可加载位移的水平向振动试验工装 - Google Patents
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Abstract
一种可加载位移的水平向振动试验工装，包括承力框架、独立式滑台、电磁式振动台、介质加注工装、介质加注管接口、介质排液管接口、弹性牵引座、导向销、振动工装、动圈转接工装、空气弹簧组件、弹性绳牵引装置、位移传感器。本试验工装用于水平向振动试验，通过一定的改造也能用于垂向振动试验。除了振动的有效传递，试验工装能将三个方向的位移载荷有效解耦，较好地实现了管路类产品的静力与振动耦合工况，实现精确控制，同时加载通过远程气动控制，加载过程方便快捷，避免安全风险，且该工装兼具一定的通用性，可适应不同的振动量级和位移载荷。通过改变承力框架和振动工装，可以适用于不同尺寸管路的试验需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验工装，尤其涉及一种可加载位移的水平向振动试验工装。
背景技术
对于管路类产品的力学性能考核，除了振动应力，往往由于装配、内压、温度等因素，管路的固定端存在一定的位移载荷(轴向通常为压缩载荷)，使管路存在静态的装配应力。如航天器的燃料/氧化剂输送管路，在模拟实际振动工况时，除了施加振动应力外，还考虑推力位移的加载。因此在开展管路类产品的振动试验时，应通过特定的试验工装，在实现振动激励传递的同时，满足位移载荷的加载要求，确保其力学性能考核到位。
针对上述静力与振动耦合工况的模拟，在施加位移载荷时，目前一般采取弹性绳牵引或丝杆加载，采用弹性绳时，由于实际装配导致的方向偏差，各个方向的弹性绳加载存在耦合，调节较为繁琐；采用丝杆加载时，需要在管路的上部固定端装配时进行人工施加，过程较为复杂，同时当管路较长时，会增加高空作业的风险。因此，需要设计一种可加载位移的水平向振动试验工装来解决上述问题。
发明内容
根据以上技术问题，本发明提供一种可加载位移的水平向振动试验工装，包括承力框架、独立式滑台、电磁式振动台、介质加注工装、介质加注管接口、介质排液管接口、弹性牵引座、导向销、振动工装、动圈转接工装、空气弹簧组件、弹性绳牵引装置、位移传感器，所述承力框架下方前、后位置分别设有独立式滑台、电磁式振动台，所述承力框架、独立式滑台、电磁式振动台的底部分别同构螺栓固定安装在地基上；
所述介质加注工装上、下两侧分别设有上法兰、下法兰，上法兰与被试管路的下端部进行密封连接，下法兰与振动工装连接，所述振动工装的底部通过螺栓固定在独立式滑台上，所述振动工装上设置有腰型孔，所述介质加注工装的侧面设置介质加注管接口和介质排液管接口，分别用于连接介质加注管和排液管，所述介质加注工装的底板四周均布有4个弹性牵引座，所述介质加注工装的底板呈180°设有两个导向销孔，所述导向销孔内分别安装有导向销；
所述空气弹簧组件包括安装座、垂向空气弹簧、水平向空气弹簧，所述垂向空气弹簧和水平向空气弹簧固定在安装座上，所述安装座固定安装在独立式滑台上，所述空气弹簧组件通过气管连接至外部的压力控制设备；
所述电磁式振动台上设有电磁式振动台动圈，所述振动工装一侧通过螺栓固定在动圈转接工装上，所述动圈转接工装通过螺栓安装在电磁式振动台动圈上，所述振动工装的另一侧端部与水平向空气弹簧连接；
所述介质加注工装的底板两侧分别与垂向空气弹簧连接；
所述弹性绳牵引装置包括弹性绳、力传感器、吊葫芦，所述弹性绳的一端通过吊环与介质加注工装上的弹性牵引座相连接，另一端与吊葫芦相连接，所述吊葫芦安装在承力框架上，所述弹性绳上的拉力通过力传感器实现监测；
所述位移传感器固定安装在空气弹簧组件的安装座上。
进一步的，所述承力框架由横梁、斜立柱、立柱组成，所述立柱为两根且左右对称设置，两根立柱的顶部固定连接有横梁，每根立柱的一侧分别设有斜立柱。
进一步的，所述介质加注管接口和介质排液管接口与介质加注管和排液管连接处的管接头采用球面硬密封。
进一步的，所述独立式滑台由滑台及导向系统、滑台安装座构成，所述滑台安装在滑台安装座上，所述导向系统用于滑台的导向，所述滑台安装座底部设有用于高度和水平度调节的螺栓。
进一步的，所述动圈转接工装上设有腰型孔，其上的腰型孔与振动工装上的腰型孔方向垂直。
进一步的，所述弹性绳牵引装置设置方向相反的2组。
进一步的，所述位移传感器数量为3个。
进一步的，所述位移传感器选用LVDT位移传感器。
进一步的，还包括位移调整板，所述位移调整板为分体式圆形法兰结构，其设置在介质加注工装的下法兰与振动工装之间。
进一步的，所述动圈转接工装采用铝合金材质加工为一体式结构。
本发明的有益效果为：
1)、本发明结构合理，振动传递可靠，抗倾覆力矩高，实现了管路类产品的水平向振动与位移载荷的耦合工况；
2)、通过本发明的位移加载方式，各方向加载的耦合度较小，实现了位移的精确加载，操作方便；
3)、同时采用远程气动控制位移，加载过程方便快捷，避免安全风险；
4)、该工装兼具一定的通用性，可适应不同的振动量级和位移载荷。通过改变承力框架和振动工装，可以适用于不同尺寸管路的试验需求。
附图说明
图1为本发明一典型实施例总体结构示意图；
图2为本发明一典型实施例局部结构示意图；
图3为本发明一典型实施例弹性绳牵引装置的结构示意图。
如图，1为承力框架、101为横梁、102为斜立柱、103为立柱，2为独立式滑台、3为电磁式振动台、301为电磁式振动台动圈，4为介质加注工装、401为介质加注管接口、402为介质排液管接口、403为弹性牵引座、404为导向销、5为振动工装、6为位移调整板、7为动圈转接工装、8为空气弹簧组件、801为安装座、802为垂向空气弹簧、803为水平向空气弹簧、9为弹性绳牵引装置、901为弹性绳、902为力传感器、903为吊葫芦。
具体实施方式
下面结合附图所示，对本发明进行进一步说明：本发明为一种可加载位移的水平向振动试验工装，包括承力框架1、独立式滑台2、电磁式振动台3、介质加注工装4、介质加注管接口401、介质排液管接口402、弹性牵引座403、导向销404、振动工装5、动圈转接工装7、空气弹簧组件8、弹性绳牵引装置9、位移传感器，所述承力框架1用于固定被试管路的上端部，所述承力框架1下方前、后位置分别设有独立式滑台2、电磁式振动台3，所述承力框架1、独立式滑台2、电磁式振动台3的底部分别同构螺栓固定安装在地基上；
所述介质加注工装4上、下两侧分别设有上法兰、下法兰，上法兰与被试管路的下端部进行密封连接，下法兰与振动工装5连接，所述振动工装5的底部通过螺栓固定在独立式滑台2上，用以提高振动系统的抗倾覆力矩，所述振动工装5上设置有腰型孔，所述介质加注工装4的侧面设置介质加注管接口401和介质排液管接口402，分别用于连接介质加注管和排液管，所述介质加注工装4的底板四周均布有4个弹性牵引座403，所述介质加注工装4的底板呈180°设有两个导向销孔，所述导向销孔内分别安装有导向销404，提供被试管路的下端部在加注介质或加压时水平位置的机械限位；
所述空气弹簧组件8包括安装座801、垂向空气弹簧802、水平向空气弹簧803，所述垂向空气弹簧802和水平向空气弹簧803固定在安装座801上，所述安装座801固定安装在独立式滑台2上，所述空气弹簧组件8通过气管连接至外部的压力控制设备，可实现空气弹簧的远程变形量控制；
所述电磁式振动台3上设有电磁式振动台动圈301，所述振动工装5一侧通过螺栓固定在动圈转接工装7上，所述动圈转接工装7通过螺栓安装在电磁式振动台3动圈上，所述振动工装5的另一侧端部与水平向空气弹簧803连接，用于水平向的位移加载；
所述介质加注工装4的底板两侧分别与垂向空气弹簧802连接，用于垂向的位移加载；
所述弹性绳牵引装置9包括弹性绳901、力传感器902、吊葫芦903，所述弹性绳901的一端通过吊环与介质加注工装4上的弹性牵引座403相连接，用以保证被试管路下端部的水平位置保持不变，另一端与吊葫芦903相连接，所述吊葫芦903安装在承力框架1上，所述弹性绳901上的拉力通过力传感器902实现监测；
所述位移传感器固定安装在空气弹簧组件8的安装座801上。
进一步的，所述承力框架1由横梁101、斜立柱102、立柱103组成，所述立柱103为两根且左右对称设置，两根立柱103的顶部固定连接有横梁101，每根立柱103的一侧分别设有斜立柱102。
进一步的，所述介质加注管接口和介质排液管接口402与介质加注管和排液管连接处的管接头采用球面硬密封。
进一步的，所述独立式滑台2由滑台及导向系统、滑台安装座构成，所述滑台安装在滑台安装座上，所述导向系统用于滑台的导向，所述滑台安装座底部设有用于高度和水平度调节的螺栓。
进一步的，所述动圈转接工装7上设有腰型孔，其上的腰型孔与振动工装5上的腰型孔方向垂直，用于补偿装配时的定位偏差。
进一步的，所述弹性绳牵引装置9设置方向相反的2组，弹性绳901的方向与振动方向垂直。
进一步的，所述位移传感器数量为3个，固定在空气弹簧组件8的安装座801上，测量点位于介质加注工装4的合适位置，用于实时监测被试管路下端部在三个方向下的位移载荷。
进一步的，所述位移传感器选用LVDT位移传感器。
进一步的，还包括位移调整板6，所述位移调整板6选用刚性较好的轻质材料整体加工成型，其为分体式圆形法兰结构，其设置在介质加注工装4的下法兰与振动工装5之间，所述位移调整板6的厚度为垂向的加载位移值，确保垂向位移的精确控制。
进一步的，所述动圈转接工装采用铝合金材质加工为一体式结构。
工作原理：
1)将电磁式振动台3调整至水平方向后，把独立式滑台2按照设计位置安装到电磁式振动台动圈301的前方，保证两者的定位偏差在5mm以内；
2)将振动工装5安装到独立式滑台2上，将动圈转接工装7安装到电磁式振动台动圈301上，最后通过调整电磁式振动台3的台体气囊，对接振动工装5和动圈转接工装7；
3)承力框架1通过横梁101，斜立柱102和立柱103组装，且底部通过螺栓和压条固定在电磁式振动台3周围的地基上；
4)将安装座801固定到独立式滑台2上，并安装垂向空气弹簧802的刚性替代件到安装座801上，将水平向空气弹簧803安装到振动工装5和安装座801之间；
5)将被试管路的下端部与介质加注工装4连接，整体起吊后，通过相应的工装将被试管路的上端部安装到横梁101上，调整装配位置后，将介质加注工装4通过螺栓固定到振动工装5上；
6)在介质加注工装4的介质加注管接口401和介质排液管接口402上连接相应的管路至介质源和废液收集容器；
7)通过加压装置对被试管路进行气密性检查，气密性检查按照逐级加载的方式，保持规定的时间，观察压力是否存在压降，当气密性检查发现压降情况时，应进行泄漏点排查；
8)安装垂向空气弹簧802，替换其刚性替代件；
9)安装LVDT位移传感器，并确认信号采集系统正常；
10)安装弹性绳牵引装置9；
11)拆除介质加注工装4与振动工装5的连接螺栓；
12)对管路进行介质加注，加注完成后，通过垂向空气弹簧802按照逐级加载的方式进行位移加载，直至加载位移达到试验的要求；
13)通过加压装置按照逐级加载的方式对被试管路进行加压，直至压力加载至要求的压力值，当介质加注工装4在水平方向发生较大偏移(大于1mm)时，通过水平向空气弹簧803和弹性绳牵引装置9进行调节，使介质加注工装4回复到原位置；
14)将位移调整板6安装到介质加注工装4和振动工装5之间，调整垂向空气弹簧802的压力，使安装面贴合，紧固位移调整板6、介质加注工装4和振动工装5；
15)启动振动试验系统，按照设定的振动试验剖面，开始振动试验；
16)试验结束时，通过加压装置进行泄压，同时卸载垂向空气弹簧802的压力，将废液通过介质加注工装4的排液管接口排出，拆除介质加注工装4与振动工装5的连接螺栓后，调节垂向空气弹簧802的压力，使介质加注工装4与振动工装5拆卸分离，取出位移调整板6。
综上所述，本发明结构合理，振动传递可靠，抗倾覆力矩高，实现了管路类产品的水平向振动与位移载荷的耦合工况。通过特殊的位移加载方式，各方向加载的耦合度较小，实现了位移的精确加载。同时采用远程气动控制位移，加载过程方便快捷，避免安全风险。该工装兼具一定的通用性，可适应不同的振动量级和位移载荷。通过改变承力框架和振动工装，可以适用于不同尺寸管路的试验需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，包括承力框架、独立式滑台、电磁式振动台、介质加注工装、介质加注管接口、介质排液管接口、弹性牵引座、导向销、振动工装、动圈转接工装、空气弹簧组件、弹性绳牵引装置、位移传感器，所述承力框架下方前、后位置分别设有独立式滑台、电磁式振动台，所述承力框架、独立式滑台、电磁式振动台的底部分别同构螺栓固定安装在地基上；
所述介质加注工装上、下两侧分别设有上法兰、下法兰，上法兰与被试管路的下端部进行密封连接，下法兰与振动工装连接，所述振动工装的底部通过螺栓固定在独立式滑台上，所述振动工装上设置有腰型孔，所述介质加注工装的侧面设置介质加注管接口和介质排液管接口，分别用于连接介质加注管和排液管，所述介质加注工装的底板四周均布有4个弹性牵引座，所述介质加注工装的底板呈180°设有两个导向销孔，所述导向销孔内分别安装有导向销；
所述空气弹簧组件包括安装座、垂向空气弹簧、水平向空气弹簧，所述垂向空气弹簧和水平向空气弹簧固定在安装座上，所述安装座固定安装在独立式滑台上，所述空气弹簧组件通过气管连接至外部的压力控制设备；
所述电磁式振动台上设有电磁式振动台动圈，所述振动工装一侧通过螺栓固定在动圈转接工装上，所述动圈转接工装通过螺栓安装在电磁式振动台动圈上，所述振动工装的另一侧端部与水平向空气弹簧连接；
所述介质加注工装的底板两侧分别与垂向空气弹簧连接；
所述弹性绳牵引装置包括弹性绳、力传感器、吊葫芦，所述弹性绳的一端通过吊环与介质加注工装上的弹性牵引座相连接，另一端与吊葫芦相连接，所述吊葫芦安装在承力框架上，所述弹性绳上的拉力通过力传感器实现监测；
所述位移传感器固定安装在空气弹簧组件的安装座上；
所述独立式滑台由滑台及导向系统、滑台安装座构成，所述滑台安装在滑台安装座上，所述导向系统用于滑台的导向，所述滑台安装座底部设有用于高度和水平度调节的螺栓；
所述承力框架由横梁、斜立柱、立柱组成，所述立柱为两根且左右对称设置，两根立柱的顶部固定连接有横梁，每根立柱的一侧分别设有斜立柱。
2.按照权利要求1所述的一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，所述介质加注管接口和介质排液管接口与介质加注管和排液管连接处的管接头采用球面硬密封。
3.按照权利要求1所述的一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，所述动圈转接工装上设有腰型孔，其上的腰型孔与振动工装上的腰型孔方向垂直。
4.按照权利要求1所述的一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，所述弹性绳牵引装置设置方向相反的2组。
5.按照权利要求1所述的一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，所述位移传感器数量为3个。
6.按照权利要求5所述的一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，所述位移传感器选用LVDT位移传感器。
7.按照权利要求1所述的一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，还包括位移调整板，所述位移调整板为分体式圆形法兰结构，其设置在介质加注工装的下法兰与振动工装之间。
8.按照权利要求1所述的一种可加载位移的水平向振动试验工装，其特征在于，所述动圈转接工装采用铝合金材质加工为一体式结构。
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