CN112525459B - 一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台 - Google Patents

一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，该试验台包括摇摆平台、振动平台和垂荡支撑机构；摇摆平台包括外环摇摆框架和内环摇摆工作台，外环摇摆框架与内环摇摆工作台转动连接；外环摇摆框架与垂荡支撑机构的上端转动连接，垂荡支撑机构的下端与基础固定；振动平台固定连接在内环摇摆工作台的上表面，振动平台通过三个振动液压缸实现对振动平台空间三向的振动；内环摇摆工作台实现相对外环摇摆框架的转动，外环摇摆框架实现绕与垂荡支撑机构连接点连线的转动，垂荡支撑机构实现外环摇摆框架沿竖直方向的运动。本发明使受试对象能在振动、摇摆复合载荷下进行可靠性试验，使试验环境更贴近受试对象实际工作环境。

Description

一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台
技术领域
本发明涉及一种应用于设备可靠性试验的垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，属于模拟试验台技术领域。
背景技术
在目前的可靠性试验中，存在某些船载机电装备在陆上台架试验时功能、性能稳定，但在装船实际使用不久便故障频发的情况。这主要由于在台架试验时只考虑环境因素，或者只考虑振动、摇摆(包括垂荡)单一载荷，而很少考虑振动、摇摆(包括垂荡)综合载荷的影响。装备在船舶航行实际工况下不仅受到船舶内部动力装置如发动机等运转所产生的振动载荷，还受到船体因风浪等外部作用产生并作用到内部装备上的摇摆载荷(包括垂荡载荷，下文叙述中将垂荡载荷归入摇摆载荷中)。
目前已有的技术已具备单独施加振动载荷和单独施加摇摆载荷的能力，其中振动载荷、摇摆载荷根据实际工况下的振动、摇摆载荷进行单独施加，可以分别模拟振动工况和摇摆工况。但是在现有的振动、摇摆可靠性试验技术中，由于无法施加复合载荷，往往通过独立施加载荷的形式，先进行振动载荷下的可靠性试验，再进行摇摆载荷下的可靠性试验。按照现有技术进行可靠性试验，一来无法模拟船舶实际航行中的真实工况，二来以多个单独载荷下的可靠性试验结果来代替复合载荷下的可靠性试验结果，不符合可靠性试验的原理。
就现有技术，想要进行船载机电设备在各种综合因素下的可靠性测试，最好的办法是将设备实装在船舶上，在船舶正常航行状态下进行实船测试。但这种方法试验周期长，完成一次测试需要耗费大量人力、物力、财力。因此需要设计一台能同时施加振动、摇摆载荷的试验台，对船载装备的工作环境进行复现，在此基础上进行船载设备的可靠性试验。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，解决了现有的模拟试验台只能施加单一振动、单一摇摆载荷，而不能同时施加振动、摇摆载荷的模拟实验技术的不足，试验台通过将振动试验台和摇摆试验台耦合，最终能将振动、摇摆复合载荷在同一个模拟试验台架上按照需求进行复现。
一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，该试验台包括摇摆平台、振动平台和垂荡支撑机构；
所述摇摆平台包括矩形的外环摇摆框架和内环摇摆工作台，外环摇摆框架的四条边均上一个连接点，两对对边上连接点的连线互相垂直；外环摇摆框架通过一对对边上的两个连接点与内环摇摆工作台转动连接；所述外环摇摆框架另外一对对边上的两个连接点分别与垂荡支撑机构的上端转动连接，垂荡支撑机构的下端与基础固定；所述振动平台固定连接在内环摇摆工作台的上表面，振动平台通过三个振动液压缸实现对振动平台空间三向的振动；所述内环摇摆工作台通过驱动电机实现绕外环摇摆框架连接点连线且相对外环摇摆框架的转动，所述外环摇摆框架通过驱动电机实现绕与垂荡支撑机构连接点连线的转动，所述垂荡支撑机构实现外环摇摆框架沿竖直方向的运动。
进一步地，所述外环摇摆框架和内环摇摆工作台之间通过轴承、轴承座和连接杆进行连接，外环摇摆框架和内环摇摆工作台对应的连接点位置上分别固定连接一个轴承座，转动轴的两端分别通过轴承安装在轴承座内。
进一步地，所述外环摇摆框架和垂荡支撑机构之间通过轴承、轴承座和连接杆进行连接，外环摇摆框架和垂荡支撑机构对应的连接点位置上分别固定连接一个轴承座，转动轴的两端分别通过轴承安装在轴承座内。
进一步地，所述振动平台包括振动工作台面、导轨滑块模块和三个振动液压缸；所述振动工作台面包括振动工作上台面和振动工作下台面，所述导轨滑块模块位于振动工作上台面和振动工作下台面之间，所述导轨滑块模块为振动工作上台面相对振动工作下台面的运动提供导向和限位；所述导轨滑块模块的运动方向包括外环摇摆框架和内环摇摆工作台的转动轴线方向以及垂直于内环摇摆工作台的平面方向，三个振动液压缸分别安装在振动工作上台面的侧方及内环摇摆工作台的下表面，对振动平台施加导轨滑块模块三个运动反向的振动载荷。
进一步地，所述内环摇摆工作台台面上开有通孔，对垂直于内环摇摆工作台的平面方向施加振动载荷的振动液压缸通过该通孔后与振动工作下台面固定连接。
进一步地，驱动外环摇摆框架和内环摇摆工作台转动的驱动电机均通过连接在电机上的减速机进行减速，驱动外环摇摆框架转动的电机固定垂荡支撑液压缸上端，电机输出轴通过轴承-轴承座-联轴器的形式与外环摇摆框架连接，驱动内环摇摆工作台转动的驱动电机固定在内环摇摆工作台上，电机输出轴同样通过轴承-轴承座-联轴器的形式连接内环摇摆工作台。
有益效果：
本发明将振动试验台、摇摆试验台、垂荡支撑机构通过机械方式耦合，对各个运动方向上的动力装置进行独立控制，以达到试验台在各个方向互不干涉的运动，在为受试对象施加振动载荷的同时，对其施加摇摆载荷(包括垂荡载荷)，使受试对象能在振动、摇摆复合载荷下进行可靠性试验，使试验环境更贴近受试对象实际工作环境。
附图说明
图1和2为本发明的整体结构示意图(初始状态)；
图3为本发明的整体结构示意图(振动状态)。
其中，1.1为第一电机、1.2为第二电机，2.1为第一减速机、2.2为第二减速机，3为Y方向振动液压缸，4为Y方向短导轨滑块模块，5为Y向振动液压缸固定支撑，6为内环摇摆工作台，7为Y方向激振板，8为Z方向底部滑轨模块，9为X方向振动液压缸，10为摇摆台固定支撑，11为外环摇摆框架，12为X向振动液压缸固定支撑，13为X方向短导轨滑块模块，14为振动工作台面，15为垂荡支撑液压缸，16为Z方向振动液压缸，17为受试对象装配支撑固件，18为X方向激振板。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1和2所示，本发明提供了一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，包括摇摆平台、振动平台和垂荡支撑机构。
其中，摇摆平台包括外环摇摆框架11、内环摇摆工作台6、第一电机1.1、第二电机1.2、第一减速机2.1和第二减速机2.2；平板结构的内环摇摆工作台6套在外环摇摆框架11内，第一电机1.1、第二电机1.2配合第一减速机2.1，第二减速机2.2，用于给摇摆平台提供扭矩力。第一减速机2.1与第一电机1.1连接，第二减速机2.2与第二电机1.2连接。其中第一减速机2.1、第二减速机2.2的输出轴都平行于水平面，且轴向相互垂直。第一减速机2.1，第二减速机2.2的输出轴分别通过轴承-轴承座-联轴器与外环摇摆框架11、内环摇摆工作台6连接。
振动平台包括振动工作台面14、受试对象装配支撑固件17、Y方向振动液压缸固定支撑5、Y方向激振板7、X方向振动液压缸固定支撑12、X方向激振板18、振动液压缸和导轨滑块模块。其中振动工作台面14包括振动工作上台面和振动工作下台面，下台面固定在内环摇摆工作台6上，上台面上方固定有受试对象装配支撑固件17。导轨滑块模块位于振动工作上台面和振动工作下台面之间，导轨滑块模块包括Y方向导轨滑块模块4、Z方向导轨滑块模块8、X方向导轨滑块模块13，X、Y、Z三个方向分别对应内环摇摆工作台6的转动轴线、外环摇摆框架11的转动轴线以及垂直于内环摇摆工作台平面的方向。振动液压缸包括Y方向振动液压缸3、X方向振动液压缸9和Z方向振动液压缸16，Z方向振动液压缸16的活塞杆的上端与振动工作下台面连接；Y方向振动液压缸3、X方向振动液压缸9悬挂安装在振动平台两侧，两者轴的方向垂直。
外环摇摆框架11两条对边上对称安装有轴承座，内环摇摆工作台6的两侧边缘对称安装摇摆台固定支撑10，轴承座与摇摆台固定支撑通过轴承和连接杆连接。外环摇摆框架11通过轴承-轴承座-联轴器与第一减速机2.1的输出轴连接；内环摇摆工作台6通过轴承-轴承座-联轴器与第二减速机2.2的输出轴连接。内环摇摆工作台6台面上开有通孔，使Z方向振动液压缸16通过，并悬挂在内环摇摆工作台6下方。
垂荡支撑机构包括竖直布置的垂荡支撑液压缸17以及连接件。其中连接件包括轴承座、轴承及连接杆。轴承座与垂荡支撑机构活塞顶端通过螺栓连接，垂荡支撑机构通过轴承、连接杆与外环摇摆框架11连接。
振动平台底座直接固定在内环摇摆工作台6的台面上，振动工作台面14的下台面和内环摇摆工作台6台面通过螺栓连接；垂荡支撑机构对称布置在外环摇摆框架11两侧，垂荡支撑机构顶部通过螺栓安装有轴承座，并通过连接杆和轴承与外环摇摆框架11上的轴承座连接。本复合试验平台就是通过此种机械结构复合的形式将振动、摇摆、垂荡载荷复合施加。
试验开始时，将试验对象安装于振动工作台面14上，通过螺栓将受试机体和振动工作台面上的支撑固件17相连接，安装方式如图3所示。在该实施例中，受试对象为某型号的海水泵，出入口通过管路连接形成内部闭环，试验中需要使海水泵处于工作状态，其内部预先填充水，工作时水在海水泵内部循环。垂荡支撑液压缸15、外环摇摆框架11、内环摇摆工作台6以及三向振动平台的运动由各个动力系统独立控制，利用第一电机1.1、第二电机1.2分别配合第一减速机2.1、第二减速机2.2，分别驱动外环摇摆框架11和内环摇摆工作台6旋转，如附图3所示，以此模拟船舶横摇和纵摇。利用垂荡支撑液压缸15的往复运动来模拟船舶垂荡，从而导致三向振动平台整体产生大幅度摇摆和垂荡。与此同时，三向振动平台的Y方向振动液压缸3、X方向振动液压缸9、Z方向振动液压缸16带动振动工作台面14沿三个方向往复运动产生振动。三者的叠加产生摇摆、垂荡、振动的复合运动，模拟船舶设备在海上的真实工作情形。
该试验台的运动用于模拟船舶在航行时其内部机电装备受到的振动、摇摆载荷，其中振动载荷被认为是由船载动力装置如发动机等正常工作时产生的，摇摆载荷则是由风浪等外部作用使船体摇摆而产生的。该试验台通过模拟振动、摇摆复合载荷，来复现船舶航行时船载机电装备受到的综合载荷，用于考察在综合载荷下机电装备的可靠性
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，其特征在于，该试验平 台包括摇摆平台、振动平台和垂荡支撑机构；
所述摇摆平台包括矩形的外环摇摆框架和内环摇摆工作台，外环摇摆框架的四条边均设 一个连接点，两对对边上连接点的连线互相垂直；外环摇摆框架通过一对对边上的两个连接点与内环摇摆工作台转动连接；所述外环摇摆框架另外一对对边上的两个连接点分别与垂荡支撑机构的上端转动连接，垂荡支撑机构的下端与基础固定；所述振动平台固定连接在内环摇摆工作台的上表面，振动平台通过三个振动液压缸实现对振动平台空间三向的振动；所述内环摇摆工作台通过驱动电机实现绕外环摇摆框架连接点连线且相对外环摇摆框架的转动，所述外环摇摆框架通过驱动电机实现绕与垂荡支撑机构连接点连线的转动，所述垂荡支撑机构实现外环摇摆框架沿竖直方向的运动；所述振动平台包括振动工作台面、导轨滑块模块和三个振动液压缸；所述振动工作台面包括振动工作上台面和振动工作下台面，所述导轨滑块模块位于振动工作上台面和振动工作下台面之间，所述导轨滑块模块为振动工作上台面相对振动工作下台面的运动提供导向和限位；所述导轨滑块模块的运动方向包括外环摇摆框架和内环摇摆工作台的转动轴线方向以及垂直于内环摇摆工作台的平面方向，三个振动液压缸分别安装在振动工作上台面的侧方及内环摇摆工作台的下表面，对振动平台施加导轨滑块模块三个运动方 向的振动载荷。
2.如权利要求1所述的垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，其特征在于，所述外环摇摆框架和内环摇摆工作台之间通过轴承、轴承座和连接杆进行连接，外环摇摆框架和内环摇摆工作台对应的连接点位置上分别固定连接一个轴承座，转动轴的两端分别通过轴承安装在轴承座内。
3.如权利要求1或2所述的垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，其特征在于，所述外环摇摆框架和垂荡支撑机构之间通过轴承、轴承座和连接杆进行连接，外环摇摆框架和垂荡支撑机构对应的连接点位置上分别固定连接一个轴承座，转动轴的两端分别通过轴承安装在轴承座内。
4.如权利要求3所述的垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，其特征在于，所述内环摇摆工作台台面上开有通孔，对垂直于内环摇摆工作台的平面方向施加振动载荷的振动液压缸通过该通孔后与振动工作下台面固定连接。
5.如权利要求3所述的垂荡摇摆与三向振动复合试验平台，其特征在于，驱动外环摇摆框架和内环摇摆工作台转动的驱动电机均通过连接在电机上的减速机进行减速，驱动外环摇摆框架转动的电机固定垂荡支撑液压缸上端，电机输出轴通过轴承-轴承座-联轴器的形式与外环摇摆框架连接，驱动内环摇摆工作台转动的驱动电机固定在内环摇摆工作台上，电机输出轴同样通过轴承-轴承座-联轴器的形式连接内环摇摆工作台。
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