CN114382824A - 一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于综合环境试验领域，提供了一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，所述抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统包括：电动振动台运动部件承载装置，所述电动振动台运动部件承载装置上连接有油缸组件，所述油缸组件一侧连接有蓄能器组；中心零件位伺服控制装置，与所述电动振动台运动部件承载装置相连接。该系统安全、可靠、实用，不仅可用于离心机上的恒定高过载加振动的振动台中，更重要的是可满足高变过载的振动加过载复合环境试验，同时，它还可以用于地面恒定静力加载与振动复合的环境试验，以及地面非恒定静力加载与振动复合的环境试验。可满足各类试件的过载加振动、大静载加振动的综合环境试验要求。

Description

一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统

技术领域

本发明属于综合环境试验领域，尤其涉及一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统。

背景技术

力学环境试验设备主要是用于模拟航天、航空、船舶、汽车、高铁等各类产品的实际使用环境。其中，振动台主要用于模拟各类产品的振动环境，离心机主要用于模拟各类产品的过载环境。对于航空、航天设备，其普遍工作于复合动态环境中。例如火箭、卫星、战斗机等大部分航天设备发射或回收时，工作在振动和高过载同时作用的复合环境下。以往受试验设备的限制，一般将过载和振动两种环境分开考核试件的可靠性，近些年随着科研能力的不断提高，国内外已经研制出过载与振动复合的综合环境试验设备并得到了应用。但所研制的过载振动综合环境试验设备仅能满足离心机稳定在某个转速条件下运行，即在进行振动加过载复合环境试验时，先将离心机运行到指定转速后，振动台运动部件实现零位对中，然后振动台开始振动，振动完成后，离心机逐渐减速停机，完成试验。

目前，随着技术的不断发展，一些军用设备对过载加振动复合试验的要求不断提高，不但要求高过载与振动复合的可靠性试验，且要求在离心机转速快速变化(高变过载)条件下，进行高变过载和振动复合的综合环境试验，以更加真实的模拟各类军用、民用产品所处的振动加变过载复合的实际使用环境。

目前国内外研制成功的电动振动台运动部件零位对中系统均不能满足高过载及快速变载条件，主要原因如下：普通电动振动台对中系统基本采用空气弹簧承载，通过位置识别对比后控制空气弹簧进出气阀的进出气量调整运动部件位置，以实现其零位对中，该结构受气压和台体尺寸限制，承载能力较小，无法实现大过载条件下的运动部件零位对中；而以往研制的安装在离心机上的电动振动台运动部件零位对中系统通过单腔油缸被动的进排油平衡过载力并调整运动部件的位置以实现零位对中，该结构承载能力大，可满足大过载条件，但其使用的普通电磁阀被动控制单腔油缸进排油的这种形式，仅可实现大过载条件的慢速静态对中及发生漏油或离心机转速不稳定时的慢速动态对中，即主要适用于实现恒定过载条件下的过载加振动复合环境试验，无法满足过载快速变化情况下的运动部件快速零位对中。

显然，目前使用的振动台运动部件零位对中系统不能满足过载加振动复合环境试验中高过载及快速变载试验条件的要求，因此，在电动振动台运动部件快速零位对中系统设计中，不但要考虑其运动部件如何在高过载条件下实现大的过载力平衡的同时，保证其具有较小的支撑刚度，使其还能在功率放大器一定的输出条件下发生振动；另外，更重要的是，在大过载力发生快速变化的情况下，运动部件还能实现快速零位对中，以保证其在大过载力发生快速变化时位置保持在允许的偏移范围内，使振动台可以正常运行。

为了满足该使用条件，振动台运动部件零位对中系统需要在现有技术基础上，突破相关难点及关键技术点，比如高过载条件下，振动台运动部件受到离心加速度产生的离心力将发生偏移，此时，需要相反方向施加同样大小的平衡力将其拉到中心位置，且在振动台运动部件处于中心平衡位置时，此时运动部件还必须处于较小刚度支撑条件下，使其能在功率放大器一定输出条件下，实现正弦或随机振动。当支撑刚度过大时，振动台性能受到影响，还可能无法实现振动。而此时，如果离心机转速快速发生变化，必然使振动台运动部件迅速发生偏移，这就要求反向平衡力能适应离心力的变化，以便控制运动部件的偏移，其控制精度应当使振动台运动部件偏移位置在振动台系统允许范围内。

为此，有必要研发一种离心机上安装的电动振动台运动部件快速零位对中系统，其不仅可适应快速静态高过载条件下的过载振动复合试验要求，更重要的是可以满足高速变过载条件下的过载振动复合试验要求，还可应用于大静载情况下的快速变静载加振动的综合环境试验中。

发明内容

本发明涉及一种综合环境试验设备，具体涉及一种适用于过载环境、可安装于离心机上的电动式振动台中的运动部件快速零位对中系统。该运动部件快速零位对中系统可解决电动振动台在大过载环境下，过载条件发生急速变化时振动台运动部件迅速发生偏移无法实现对中，导致设备无法正常工作的难题，实现电动振动台在高变过载条件下运动部件的快速零位对中。

该运动部件位置平衡系统主要用于航天、航空等工作在振动与变过载复合、振动与变静载复合等环境下的产品可靠性试验中，可满足高过载且过载加速度快速变化的综合环境试验条件。同时，还可用于大静载情况下的快速变静载加振动的综合环境试验中使用的电动振动台中。

本发明实施例是这样实现的，一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，所述抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统包括：

电动振动台运动部件承载装置，所述电动振动台运动部件承载装置上连接有油缸组件，所述油缸组件一侧连接有蓄能器组；

其中，所述蓄能器组包括：

杆端蓄能器组，连接在所述油缸组件一侧，所述油缸组件另一侧连接有无杆端蓄能器组；

中心零件位伺服控制装置，与所述电动振动台运动部件承载装置相连接，且与所述电动振动台运动部件承载装置相互配合，用于通过运动部件的偏移位置对油缸组件进行主动控制和参数补偿。

优选地，所述电动振动台运动部件承载装置包括：

振动台运动部件，所述振动台运动部件上连接有动圈导向轴；

对中黑白板，连接在所述振动台运动部件上。

优选地，所述油缸组件包括：

外缸，所述外缸内部设有活塞杆，所述活塞杆与所述动圈导向轴相连接。

优选地，所述杆端蓄能器组包括：

第一油管，所述第一油管与所述油缸组件相连接，所述第一油管一端连接有第一接头；

第一蓄能器，设于所述油缸组件一侧，所述第一接头安装在所述第一蓄能器上。

优选地，所述无杆端蓄能器组包括：

第二油管，所述第二油管与所述油缸组件相连接，所述第二油管一端连接有第二接头；

第二蓄能器，设于所述油缸组件一侧，所述第二接头安装在所述第二蓄能器上。

优选地，所述中心零件位伺服控制装置包括：

伺服阀组，所述伺服阀组一侧连接有液压泵站，所述液压泵站连接有泵站蓄能器，所述泵站蓄能器与伺服阀组相连通；

对中伺服控制器，与所述伺服阀组相连接，所述对中伺服控制器一侧连接有位移检测模块。

优选地，所述伺服阀组包括：

伺服阀，所述伺服阀一侧通过管路接头连接有杆端进排油管、无杆端进排油管、泵站进油管以及泵站回油管。

本发明实施例提供的一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，具有以下有益效果：

该抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统可以应用于高离心加速度环境下的恒定过载和快速变过载条件。该发明采用的油气弹簧平衡离心力，可在大大降低振动台运动部件承载刚度的同时实现高承载，使运动部件的振动特性得到优化；同时，其设计的快速跟踪的中心零位伺服控制装置可在快速变过载条件下实现运动部件的快速零位对中，保持运动部件偏离中心零位状态可控，使振动台可正常工作；

该系统安全、可靠、实用，不仅可用于离心机上的恒定高过载加振动的振动台中，更重要的是可满足高变过载的振动加过载环境的过载和振动复合环境试验，同时，它还可以用于地面恒定静力加载与振动复合的环境试验，以及地面非恒定静力加载与振动复合的环境试验。可满足各类试件的过载加振动、大静载加振动的综合环境试验要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统中电动振动台运动部件承载装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统中中心零位伺服控制装置的结构示意图。

附图中：1-电动振动台运动部件承载装置；11-振动台运动部件；12-动圈导向轴；13-对中黑白板；2-油缸组件；21-外缸；22-活塞杆；3-杆端蓄能器组；31-第一油管；32-第一接头；33-第一蓄能器；4-无杆端蓄能器组；41-第二油管；41-第二油管；42-第二接头；43-第二蓄能器；5-伺服阀组；51-伺服阀；52-排油管；53-无杆端进排油管；54-泵站进油管；55-泵站回油管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1和图2所示，在本发明实施例中，所述抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统包括：

电动振动台运动部件承载装置1，所述电动振动台运动部件承载装置1上连接有油缸组件2，所述油缸组件2一侧连接有蓄能器组；

其中，所述蓄能器组包括：

杆端蓄能器组3，连接在所述油缸组件2一侧，所述油缸组件2另一侧连接有无杆端蓄能器组4；

中心零件位伺服控制装置，与所述电动振动台运动部件承载装置1相连接，且与所述电动振动台运动部件承载装置1相互配合，用于通过检测运动部件的偏移位置实现对油缸组件2的控制。

如图1和图2所示，所述电动振动台运动部件承载装置1包括：

振动台运动部件11，所述振动台运动部件11上连接有动圈导向轴12；

对中黑白板13，连接在所述振动台运动部件11上。

如图1和图2所示，所述油缸组件2包括：

外缸21，所述外缸21内部设有活塞杆22，所述活塞杆22与所述动圈导向轴12相连接。

如图1和图2所示，所述杆端蓄能器组3包括：

第一油管31，所述第一油管31与所述油缸组件2相连接，所述第一油管31一端连接有第一接头32；

第一蓄能器33，设于所述油缸组件2一侧，所述第一接头32安装在所述第一蓄能器33上。

如图1和图2所示，所述无杆端蓄能器组4包括：

第二油管41，所述第二油管41与所述油缸组件2相连接，所述第二油管41一端连接有第二接头42；

第二蓄能器43，设于所述油缸组件2一侧，所述第二接头42安装在所述第二蓄能器43上。

第一蓄能器33和第二蓄能器43的个数及各个蓄能器的气室预充压力将根据试验参数设计，各个气室压力不同可满足过载条件变化范围大的情况，特殊情况可采用相同压力。

如图1和图2所示，所述中心零件位伺服控制装置包括：

伺服阀组5，所述伺服阀组5一侧连接有液压泵站6，所述液压泵站6连接有泵站蓄能器7，所述泵站蓄能器6与伺服阀组5相连通；

对中伺服控制器8，与所述伺服阀组5相连接，所述对中伺服控制器8一侧连接有位移检测模块9。

如图1和图2所示，所述伺服阀组5包括：

伺服阀51，所述伺服阀51一侧通过管路接头连接有杆端进排油管52、无杆端进排油管53、泵站进油管54以及泵站回油管55。

其中振动台运动部件11上粘接对中黑白板13，在振动台的台体部分安装位移检测模块9，位移检测模块9一般采用光电传感器，也可采用其他位置检测元器件，它必须可以识别出对中黑白板13所处的位置与中心零位的偏移量。位移检测模块9检测到的位移信号可以通过信号线反馈到对中伺服控制器8，对中伺服控制器8通过信号线与位置控制伺服阀组5的伺服阀51连接，伺服阀51可采用三位四通阀或其他类似功能的电磁阀，伺服阀51的A口通过杆端进排油管52与油缸杆端油腔连通，B口通过无杆端进排油管53与油缸杆端油腔连通，P口通过泵站进油管54与液压泵站6的供油口及泵站蓄能器7连通，T口通过泵站回油管55与液压泵站6的回油口连通。

工作前，根据试验条件设定好各个蓄能器的预充气压值，并将过载加速度变化曲线输入到控制程序中，离心机启动过程中，振动台处于非工作状态，随着离心机转速的变化，离心加速度越来越大，这时振动台运动部件11将在离心力作用下发生位置偏移，振动台运动部件快速零位对中系统开始工作，中心零位控制系统中的位移检测模块检测到振动台运动部件11上安装的对中黑白板13的位置并反馈到伺服控制器，根据控制器内部的PID控制算法计算出反馈到进排油伺服阀组的电流信号，控制油缸两端的上、下两组油气弹簧的进油或排油，上面一组油气弹簧和下面一组油气弹簧的进排油过程相反，以确保位置调整的快速性。当油缸压力和油量达到某特定值时，实现油缸拉力与离心力的平衡，并将运动部件迅速拉回中心位置。此时，实现了振动台运动部件11快速静态对中；

静态对中完成后，在离心机转动状态下，振动台开始振动，在振动台振动过程中，根据试验条件中离心加速度变化曲线，离心机将加速或减速运行，离心加速度突然增大或减小时，由于离心力发生变化，打破系统的力平衡状态，运动部件迅速偏离中心零位，此时伺服控制器不仅根据位置检测模块检测到振动台运动部件11的偏移量来控制伺服阀组5的进油和排油，通过控制进排油伺服阀组的开度来调整两个油缸的进油或排油速度，还将根据试验条件中过载加速度变化曲线，设定延时补偿，使其更加及时、快速、精准的调整振动台运动部件到所设定的零位。

该发明所设计的振动台运动部件快速零位对中系统利用承载油缸的两个油腔与配套蓄能器，组成两套油气弹簧，并结合试验要求及系统特点设计蓄能器的组合结构，采用伺服控制器及伺服阀实现主动控制和延时补偿，不仅可实现大过载条件下振动台运动部件的快速静态对中，在过载快速变化的情况下，也可实现运动部件位置的迅速零位对中，保证其在过载条件急速变化条件下的正常工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，其特征在于，所述抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统包括：

电动振动台运动部件承载装置，所述电动振动台运动部件承载装置上连接有油缸组件，所述油缸组件一侧连接有蓄能器组；

其中，所述蓄能器组包括：

杆端蓄能器组，连接在所述油缸组件一侧，所述油缸组件另一侧连接有无杆端蓄能器组；

中心零件位伺服控制装置，与所述电动振动台运动部件承载装置相连接，且与所述电动振动台运动部件承载装置相互配合，用于通过运动部件的偏移位置对油缸组件进行控制。

2.根据权利要求1所述的抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，其特征在于，所述电动振动台运动部件承载装置包括：

振动台运动部件，所述振动台运动部件上连接有动圈导向轴；

对中黑白板，连接在所述振动台运动部件上。

3.根据权利要求2所述的抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，其特征在于，所述油缸组件包括：

外缸，所述外缸内部设有活塞杆，所述活塞杆与所述动圈导向轴相连接。

4.根据权利要求1所述的抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，其特征在于，所述杆端蓄能器组包括：

第一油管，所述第一油管与所述油缸组件相连接，所述第一油管一端连接有第一接头；

第一蓄能器，设于所述油缸组件一侧，所述第一接头安装在所述第一蓄能器上。

5.根据权利要求1所述的抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，其特征在于，所述无杆端蓄能器组包括：

第二油管，所述第二油管与所述油缸组件相连接，所述第二油管一端连接有第二接头；

第二蓄能器，设于所述油缸组件一侧，所述第二接头安装在所述第二蓄能器上。

6.根据权利要求1所述的抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，其特征在于，所述中心零件位伺服控制装置包括：

伺服阀组，所述伺服阀组一侧连接有液压泵站，所述液压泵站连接有泵站蓄能器，所述泵站蓄能器与伺服阀组相连通；

对中伺服控制器，与所述伺服阀组相连接，所述对中伺服控制器一侧连接有位移检测模块。

7.根据权利要求6所述的抗高变过载的振动台运动部件位置平衡系统，其特征在于，所述伺服阀组包括：

伺服阀，所述伺服阀一侧通过管路接头连接有杆端进排油管、无杆端进排油管、泵站进油管以及泵站回油管。

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