CN114275187B

CN114275187B - 一种振动-静力-激振三综合试验装置

Info

Publication number: CN114275187B
Application number: CN202110450851.6A
Authority: CN
Inventors: 谢学多; 毕京丹; 付玮; 揭小落; 陈津虎; 于书良; 张群; 韩文龙; 逯志国; 侯立新; 刘鸿亮; 刘文立; 王海利
Original assignee: Beijing Institute of Structure and Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Structure and Environment Engineering
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2024-02-13
Anticipated expiration: 2041-04-26
Also published as: CN114275187A

Abstract

一种振动‑静力‑激振三综合试验装置，包括振动试验系统、静力试验系统、激振试验系统、试验件；振动试验系统、激振试验系统分别向试验件施加振动、激振载荷，静力试验系统向试验件施加拉力并进行实时测量；三个系统同时工作且互不干扰，综合评估试验件环境适应性。采用本发明中的方案，三个系统的载荷施加顺序不受限制，可实现试验件不同部位的载荷加载，提高试验可靠性。

Description

一种振动-静力-激振三综合试验装置

技术领域

本发明涉及复合环境试验领域，具体为同时加载振动、静力、激振载荷的三综合试验装置。

背景技术

目前，对于大型飞行器整机及舱段试验件，地面环境试验通常只模拟一种载荷环境，通过多项单一载荷考核试验件的环境适应性。然而，由于飞行器结构复杂，单一载荷试验的方式难以满足其飞行过程中受到的多种环境影响，不能够确保考核的功能完整性。

因此，设计一种能够同时加载振动、静力、激振的地面模拟装置，解决振动环境下无法加载激振载荷、以及由于振动带来的相对位移导致静力载荷不稳定的问题，同时保证静力加载大小、角度可调，进而实现复合环境下飞行器考核的可靠性和准确性。

发明内容

本发明设计一种能够同时加载振动、静力、激振的地面试验模拟装置，实现飞行过程中复杂结构试验件的可靠性考核。

一种振动-静力-激振三综合试验装置，包括振动试验系统、静力试验系统、激振试验系统、试验件、隔振地基，所述振动系统、静力系统固定在所述隔振地基上；

所述振动试验系统，向所述试验件施加振动载荷；

所述静力试验系统，向所述试验件施加拉力，并对拉力量值进行实时测量；

所述激振试验系统，向所述试验件施加激振载荷；

三个系统同时工作且互不干扰，综合评估所述试验件的环境适应性。

优选地，所述振动系统包括：振动台、振动工装、控制仪、功率放大器，所述振动工装固定在所述振动台上；

所述控制仪，输出电信号至所述功率放大器；

所述功率放大器，对电信号进行处理，放大电压后传输至所述振动台；

所述振动台，将电信号转换为机械振动，输出机械应力，带动所述振动工装运动。

优选地，所述静力系统包括：静力工装、弹力绳、测力计、定滑轮机构、连接绳、线轱辘、变速器、电机；

所述电机(2-8)，转换电信号并输出机械力至所述变速器(2-7)；

所述变速器(2-7)，带动所述定滑轮机构(2-4)作机械运动；

所述定滑轮机构(2-4)，拉动所述弹力绳(2-2)发生弹性形变，产生拉力，对所述静力工装(2-1)施加静力载荷；

所述测力计，对所述拉力的量值进行实时测量。

优选地，所述变速器包括：两个尺寸不同的齿轮、连接杆、两个尺寸相同的轴承、基座；

所述大齿轮与所述电机的齿轮齿合，固定在所述连接杆的一端，所述小齿轮与所述线轱辘的齿轮齿合，固定在所述连接杆的另一端，所述连接杆通过所述轴承固定在所述基座上。

优选地，所述定滑轮机构包括：两个尺寸相同的定滑轮、钢框架；

所述定滑轮分别固定在所述钢框架的顶部和中部，中部的定滑轮能够沿径向方向上下移动，顶部的定滑轮能够沿轴向方向左右移动。

优选地，所述定滑轮机构、连接绳、测力计、弹力绳依次安装且在一条直线上。

优选地，所述电机采用双向旋转电机，能够多次启动调整载荷幅值。

优选地，所述静力工装通过夹持或螺接或粘接与所述试验件连接。

优选地，所述激振系统包括：激振器、激振工装，悬吊装置、龙门架、控制仪、功率放大器，所述激振器、所述激振工装通过所述悬吊装置固定在所述龙门架下方，所述龙门架固定在所述隔振地基上；

所述控制仪，输出电信号至所述功率放大器；

所述功率放大器，对电信号进行处理，放大电压后传输至所述激振器；

所述激振器，将电信号转换为机械振动，输出机械应力，带动所述激振工装运动。

优选地，所述激振工装通过夹持或螺接或粘接与所述试验件连接。

优选地，振动-静力-激振三综合环境试验装置的工作方法包括以下步骤：

(1)试验准备，所述试验件固定在所述振动工装上，所述振动工装、龙门架、定滑轮机构分别固定在所述隔振地基上；

(2)试验过程中，启动所述振动系统，输出振动载荷；启动所述静力系统，加载静力载荷，达到既定拉力量值后关停；启动所述激振系统，输出激振载荷；

(3)试验结束，关停所述振动系统、静力系统、激振系统，综合评估所述试验件的环境适应性。

本发明公开的振动-静力-激振三综合试验装置，有益效果如下：

(1)三个系统载荷施加顺序不受限制，可满足不同的试验加载顺序要求。

(2)静力试验系统通过调整定滑轮机构的滑轮位置，改变静力载荷加载的角度；同时多次启停双向旋转电机，实现试验过程中静力加载的变幅。

(3)通过设计大小不同、形状各异的激振、静力工装，实现对试验件任意部位的载荷加载。

(4)装置安装简便，试验流程简单，能够在较短时间内具备试验条件。

附图说明

图1是振动-静力-激振三综合试验装置示意图；

图2是三综合试验装置的工作流程图；

图3是振动试验系统示意图；

图4是静力试验系统示意图；

图5是定滑轮机构示意图；

图6是变速器结构示意图；

图7是激振试验系统示意图；

1-振动试验系统；2-静力试验系统；3-激振试验系统；4-试验件；5-隔振地基；1-1振动台；1-2振动工装；1-3振动控制仪；1-4振动台功率放大器；2-1静力工装；2-2弹力绳；2-3测力计；2-4定滑轮机构；2-5连接绳；2-6线轱辘；2-7变速器；2-8电机；2-4-1定滑轮1；2-4-2定滑轮2；2-4-3钢框架；2-7-1大齿轮；2-7-2小齿轮；2-7-3连接杆；2-7-4轴承；2-7-5基座；3-1激振器；3-2激振工装；3-3悬吊装置；3-4龙门架；3-5激振控制仪；3-6激振功率放大器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

通过设计一种振动-静力-激振三综合试验装置，三个系统同时工作且互不干扰，实现试验件不同部位的载荷加载，综合评估试验件的环境适应性，解决单一载荷加载可靠性差的问题，同时保证试验件考核的功能完整性。

三综合试验装置包括：振动试验系统1、静力试验系统2、激振试验系统3、试验件4和隔振地基5；所述振动系统1和静力系统2分别固定在所述隔振地基5上。所述振动试验系统1，向所述试验件4施加振动载荷；所述静力试验系统2，向所述试验件4施加拉力，并对拉力量值进行实时测量；所述激振试验系统3，向所述试验件4施加激振载荷。上述三个系统同时工作且互不干扰，综合评估所述试验件4的环境适应性。安装搭建时，所述静力工装2-1、激振工装3-2通过夹持或螺接或粘接与所述试验件4连接。

所述振动系统1包括：振动台1-1、振动工装1-2、控制仪1-3、功率放大器1-4；所述振动工装1-2固定在所述振动台1-1上；所述控制仪1-3输出电信号至所述功率放大器1-4，所述功率放大器1-4对电信号进行处理，放大电压后传输至所述振动台1-1，所述振动台1-1将电信号转换为机械振动，输出机械应力，带动所述振动工装1-2运动。

所述静力系统2包括：静力工装2-1、弹力绳2-2、测力计2-3、定滑轮机构2-4、连接绳2-5、线轱辘2-6、变速器2-7、电机2-8；电机2-8将电信号转换为机械力，并输出至变速器2-7，变速器2-7输出机械力，通过机械力带动定滑轮机构2-4运动，定滑轮机构2-4拉动弹力绳2-2，使弹力绳2-2发生弹性形变，同时产生拉力，对静力工装2-1施加静力载荷，测力计2-3对所述拉力的量值进行实时测量。

静力系统2的所述变速器2-7包括：两个尺寸不同的齿轮2-7-1、2-7-2、连接杆2-7-3、两个尺寸相同的轴承2-7-4a、2-7-4b、基座2-7-5；所述大齿轮2-7-1与所述电机2-8的齿轮齿合，固定在所述连接杆2-7-3的一端，所述小齿轮2-7-2与所述线轱辘2-6的齿轮齿合，固定在所述连接杆2-7-3的另一端，所述连接杆2-7-3通过所述轴承2-7-4a、2-7-4b固定在所述基座2-7-5上。

静力系统2的所述定滑轮机构2-4包括：两个尺寸相同的定滑轮2-4-1、2-4-2、钢框架2-4-3；所述定滑轮2-4-1、2-4-2分别固定在所述钢框架2-4-3的顶部和中部，中部的定滑轮2-4-1能够沿径向方向上下移动，顶部的定滑轮2-4-2能够沿轴向方向左右移动。

所述激振系统3包括：激振器3-1、激振工装3-2，悬吊装置3-3、龙门架3-4、控制仪3-5、功率放大器3-6；所述激振器3-1和所述激振工装3-2通过所述悬吊装置3-3分别固定在所述龙门架3-4下方，所述龙门架3-4固定在所述隔振地基5上；所述控制仪3-5输出电信号至所述功率放大器3-6，所述功率放大器3-6对电信号进行处理，放大电压后传输至所述激振器3-1，所述激振器3-1将电信号转换为机械振动，输出机械应力，带动所述激振工装3-2运动。

试验时，静力系统2的所述定滑轮机构2-4、连接绳2-5、测力计2-3、弹力绳2-2依次安装且在一条直线上，所述线轱辘2-6与电机2-8通过变速器2-7形成联动状态，变速器2-7则将电机2-8传递到线轱辘2-6的转速降低，使连接绳2-5收拢或释放速度减慢，达到精准控制静力载荷的目的。同时，所述电机2-8采用双向旋转电机，能够多次启动调整载荷幅值。

振动-静力-激振三综合环境试验装置的工作方法，包括以下步骤：

试验准备阶段，首先，根据试验件接口形式、尺寸，设计加工振动工装1-2、激振工装3-4、静力工装2-4，其次，将试验件4固定在所述振动工装1-2上；然后，根据激振加载位置悬挂激振器3-1于龙门架3-4下方，根据静力加载位置在振动台1-1上固定定滑轮机构2-4，再次，依次安装连接静力工装、弹力绳、测力计以及连接绳；最后，对三个系统进行检查调试。

试验过程中，启动所述振动系统1，输出预定振动载荷；启动所述静力系统2，加载静力载荷，达到既定拉力量值后关停；启动所述激振系统3，输出预定激振载荷。

试验结束，关停三个系统，综合评估所述试验件4的环境适应性。

本发明公开的振动-静力-激振三综合试验装置优点在于：

振动试验系统、激振试验系统和静力试验系统工作时互不影响，载荷施加顺序不受限制，可满足不同的试验加载顺序要求；设计大小不同、形状各异的激振、静力工装，实现对试验件任意部位的载荷加载；将激振器悬吊，使其在振动方向上为自由状态，消除振动台振动对其产生的影响；静力试验系统通过调整定滑轮机构的滑轮位置，改变静力载荷加载的角度；同时多次启停双向旋转电机，实现试验过程中静力加载的变幅；装置安装简便，试验流程简单，能够在较短时间内具备试验条件，进而增强复合环境下试验件载荷加载的稳定性及可靠性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims

1.一种振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，包括振动试验系统(1)、静力试验系统(2)、激振试验系统(3)、试验件(4)、隔振地基(5)，所述振动试验系统(1)、静力试验系统(2)固定在所述隔振地基(5)上；

所述振动试验系统(1)，向所述试验件(4)施加振动载荷；

所述静力试验系统(2)，向所述试验件(4)施加拉力，并对拉力量值进行实时测量；

所述激振试验系统(3)，向所述试验件(4)施加激振载荷；

三个系统同时工作且互不干扰，综合评估所述试验件(4)的环境适应性；

所述静力试验系统(2)包括：静力工装(2-1)、弹力绳(2-2)、测力计(2-3)、定滑轮机构(2-4)、连接绳(2-5)、线轱辘(2-6)、变速器(2-7)、电机(2-8)；

所述电机(2-8)，转换电信号并输出机械力至所述变速器(2-7)；

所述变速器(2-7)，带动所述定滑轮机构(2-4)作机械运动；

所述测力计(2-3)，对所述拉力的量值进行实时测量；

所述激振试验系统(3)包括：激振器(3-1)、激振工装(3-2)、悬吊装置(3-3)、龙门架(3-4)、控制仪(3-5)、功率放大器(3-6)，所述激振器(3-1)、所述激振工装(3-2)通过所述悬吊装置(3-3)固定在所述龙门架(3-4)下方，所述龙门架(3-4)固定在所述隔振地基(5)上；

所述控制仪(3-5)，输出电信号至所述功率放大器(3-6)；

所述功率放大器(3-6)，对电信号进行处理，放大电压后传输至所述激振器(3-1)；

所述激振器(3-1)，将电信号转换为机械振动，输出机械应力，带动所述激振工装(3-2)运动。

2.根据权利要求1所述的振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，所述振动试验系统(1)包括：振动台(1-1)、振动工装(1-2)、控制仪(1-3)、功率放大器(1-4)，所述振动工装(1-2)固定在所述振动台(1-1)上；

所述振动试验系统的控制仪(1-3)，输出电信号至所述振动试验系统的功率放大器(1-4)；

所述振动试验系统的功率放大器(1-4)，对电信号进行处理，放大电压后传输至所述振动台(1-1)；

所述振动台(1-1)，将电信号转换为机械振动，输出机械应力，带动所述振动工装(1-2)运动。

3.根据权利要求2所述的振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，所述变速器(2-7)包括：两个尺寸不同的齿轮(2-7-1、2-7-2)、连接杆(2-7-3)、两个尺寸相同的轴承(2-7-4a、2-7-4b)、基座(2-7-5)；

所述大齿轮(2-7-1)与所述电机(2-8)的齿轮齿合，固定在所述连接杆(2-7-3)的一端，所述小齿轮(2-7-2)与所述线轱辘(2-6)的齿轮齿合，固定在所述连接杆(2-7-3)的另一端，所述连接杆(2-7-3)通过所述轴承(2-7-4a、2-7-4b)固定在所述基座(2-7-5)上。

4.根据权利要求2所述的振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，所述定滑轮机构(2-4)包括：两个尺寸相同的定滑轮(2-4-1、2-4-2)、钢框架(2-4-3)；

所述定滑轮(2-4-1、2-4-2)分别固定在所述钢框架(2-4-3)的顶部和中部，所述中部的定滑轮(2-4-1)能够沿径向方向上下移动，所述顶部的定滑轮(2-4-2)能够沿轴向方向左右移动。

5.根据权利要求4所述的振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，所述定滑轮机构(2-4)、连接绳(2-5)、测力计(2-3)、弹力绳(2-2)依次安装且在一条直线上。

6.根据权利要求5所述的振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，所述电机(2-8)采用双向旋转电机，能够多次启动调整载荷幅值。

7.根据权利要求6所述的振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，所述静力工装(2-1)通过夹持或螺接或粘接与所述试验件(4)连接。

8.根据权利要求1所述的振动-静力-激振三综合试验装置，其特征在于，所述激振工装(3-2)通过夹持或螺接或粘接与所述试验件(4)连接。

9.根据权利要求1-8任一所述的振动-静力-激振三综合环境试验装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)试验准备，所述试验件(4)固定在所述振动工装(1-2)上，所述振动工装(1-2)、龙门架(3-4)、定滑轮机构(2-4)分别固定在所述隔振地基(5)上；

(2)试验过程中，启动所述振动试验系统(1)，输出振动载荷；启动所述静力试验系统(2)，加载静力载荷，达到既定拉力量值后关停；启动所述激振试验系统(3)，输出激振载荷；

(3)试验结束，关停所述振动试验系统(1)、静力试验系统(2)、激振试验系统(3)，综合评估所述试验件(4)的环境适应性。