CN1700126A - 全自动机械振动台控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，其特征是：计算控制单元的输入端与传感单元连接，计算控制单元的输出端与执行单元电连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接构成闭合控制回路；机械振动试验台振动过程包括：保持机械振动试验台位移幅值、加速度不变，使其在设定的频率范围内振动，按线性扫频振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动。这种全自动机械振动台控制系统，它完成振动试验台频率、位移、速度、加速度和失真度等重要参数的可靠测量。
Description
技术领域：本发明涉及一种仿真试验台系统，特别是力学结构抗振性能全自动机械振动台控制系统。
背景技术：产品通过仿真试验进行各种振动模拟测试，以满足产品出厂时的振动试验要求。振动试验是厂家保证产品质量重要的一项工作，一般涉及如下参数测试：振动的频率、振动位移、速度、加速度等。现有的振动试验设备多采用机械设定方式，如在振动仿真试验中，通过机械方式设定为垂直振动或水平振动时，以及当振动参数需要修改时，均需进行重新调整，设定振动频率或振动量。一次试验中这一过程需要多次，不同参数试验都需要调整，因此，一次完整的试验需要花费很长时间。同时现有的振动试验设备线性较差，试验存在较大的失真，影响仿真试验的结果。虽然近些年也有采用电控制方式进行调节的振动试验的设备出现，但其性能、调节的方便性仍无法达到让人满意的效果。
一般来讲，可靠性试验要求应能实现定位移、定加速度试验，并实现随时间的指数扫频，线性扫频，定频振动等试验。但由于机械振动台很难实现高频运行过程中改变偏心块位置，使其使用范围受到很大的限制。
发明内容：本发明的目的是提供一种全自动机械振动台控制系统，完成机械振动试验台频率、位移、加速度和失真度等重要参数的测量，实现恒加速度扫频试验、定位移定加速度多点交越扫频试验、固有频率自动搜索及耐共振试验等。
本发明的目的是这样实现的，全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，其特征是：计算控制单元的输入端与传感单元连接，计算控制单元的输出端与执行单元连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接构成闭合控制回路；依据这样的控制回路，根据振动公式：a＝0.004Af2，计算控制单元控制械振动试验台振动；在上式中，
式中 a-振动加速度(g)
A-位移幅值(mm)
f-振动频率(Hz)
上述的机械振动试验台振动过程包括：
保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围内振动；
保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围内振动；
保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；
保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；
保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；
保持机械振动台加速度不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；
使振动试验台在设定的频率范围内振动，检测幅值变化，并依据幅值变化，检测共振频率。
所述的振动试验台通过组合上述振动，保持加速度、幅值不变，在某一频率振动。
所述的传感单元是由振动加速度传感器和提供频率信息的码盘构成。
所述的机械振动试验台由台面、底座、台面支撑机构、导向机构、激振机构、传动装置、液压控制装置组成，台面与底座之间由台面支撑机构支撑，并由导向机构固定，台面支撑机构由四个空气弹簧支撑机构组成，四个空气弹簧支撑机构分布在台面下面四周；激振机构由四个回转油缸、液控单向阀连接组成，每个回转油缸分别连通一个液控单向阀，液控单向阀另一端与液压控制装置连接，回转油缸的活塞是偏心质量，通过液压控制装置输入的液压油改变偏心块的位移；从而改变振动台面的振动幅值；四个回转油缸通过柔性联轴器与传动装置相连接；由传动装置带动四个回转油缸按设定方向转动，回转油缸偏心块旋转时产生的离心力在振动方向上按设定相位合成，形成以正弦规律变化的激振力，改变活塞的相对位置可以使振动方向在垂直或水平方向转换。
所述的计算控制单元是由计算机和与其I/O口电连接的控制电路组成，控制电路是由两路输入电路、两路输出电路组成，其中第一路输入电路是由电荷放大器、滤波器、可变增益放大器、A/D转换器、采样存贮器组成；第二路是由频率测量电路组成；第一路输入电路的输入端与振动加速度传感器电连接，接收振动加速度传感器的信号，由第一路输入电路处理后，输入到计算机的I/O；第二路输入电路的输入端与一码盘连接，将码盘产生的脉冲电信号处理成振动体的频率信号输入到计算机的I/O；两路输出电路是由两路D/A转换器和执行器、变频器组成，计算机的数据总线及I/O口分别接两路D/A转换器，D/A转换器一路接执行器到机械振动试验台的偏心块调整装置，D/A转换器第二路接变频器到机械振动试验台的电机；完成振动频率控制和振动幅值控制。
本发明的优点是：由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台构成本发明主体，通过计算控制单元的输入端与传感单元电连接，计算控制单元的输出端与执行单元连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接，机械振动台的振动通过加速度传感器测出的加速度值，并经电荷放大器转换成电压量，经过滤波及A/D转换成数字信号后写入计算机，这样的多回路闭环控制系统可实现定位移幅值定频试验、定加速度幅值定频试验、定位移幅值线性扫频试验、定加速度幅值线性扫频试验、定位移幅值指数扫频试验等。
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
附图说明：图1是本发明实施例传动装置结构示意图；
图2是本发明实施例液压控制装置及激振机构结构示意图；
图3是本发明实施例空气弹簧支撑机构结构示意图；
图4是本发明实施例导向机构结构示意图；
图5是本发明的电路原理图。
图中，1、激振机构；2、回转油缸；3、柔性联轴器；4、轴一；5、轴二；6、手轮一；7、手轮二；8、三角带；9、电机；10、变速器；11、轴三；12、手轮三；13、轴四；14、节流阀；15、二位四通阀；16、三位四通电磁阀；17、五联同步缸；18、单向阀；19、液控单向阀；20、台面；21、底座；22、油管；23、柱塞缸；24、橡胶空气弹簧；25、定位活塞；26、空气储气筒；27、小孔节流器；28、气门嘴；29、排气阀；30、凸台；31、气管；32、驱动轴。
具体实施方式：如图5所示，全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，计算控制单元的输入端与传感单元电连接，计算控制单元的输出端与执行单元电连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接构成闭合控制回路；依据这样的控制回路，根据振动原理公式，计算控制单元控制械振动试验台振动，这一振动过程包括：保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围内振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围内振动；保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按线性变化振动；保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性变化振动；保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按指数变化振动；保持机械振动加速度不变，使其在设定的频率范围按指数变化振动；使振动试验台在设定的频率范围内振动，检测幅值变化，并依据幅值变化，检测共振频率。
所述的振动试验台通过组合完成组合式振动，同时还可完成保持加速度、幅值不变，在某一频率振动。
所述的传感单元是由振动加速度传感器和提供频率信息的码盘组成。
计算控制单元是由计算机和与其I/O口连接的控制电路组成，控制电路是由两路输入电路、两路输出电路组成，其中第一路输入电路是由电荷放大器、滤波器、可变增益放大器、A/D转换器、采样存贮器组成；第二路是由频率测量电路组成；第一路输入电路的输入端与振动加速度传感器连接，接收振动加速度传感器的信号，由第一路输入电路处理后，输入到计算机的I/O；第二路输入电路的输入端与一码盘电连接，将码盘产生的脉冲电信号处理成振动体的频率信号输入到计算机的I/O；两路输出电路是由两路D/A转换器和执行器、变频器组成，计算机的数据总线及I/O口分别接两路D/A转换器，D/A转换器一路接执行器到机械振动试验台的偏心块，D/A转换器第二路接变频器到机械振动试验台的电机；完成振动频率控制和振动幅值控制。
机械振动试验台由台面、底座、台面支撑机构、导向机构、激振机构、传动装置、液压控制装置组成，台面与底座之间由台面支撑机构支撑，并由导向机构固定，台面支撑机构由四个空气弹簧支撑机构组成，四个空气弹簧支撑机构分布在台面下面四周；激振机构由四个回转油缸、液控单向阀连接组成，每个回转油缸分别连通一个液控单向阀，液控单向阀另一端与液压控制装置连接，回转油缸的活塞是偏心质量，通过液压控制装置输入的液压油改变偏心块的位移；从而改变振动台面的振动幅值；四个回转油缸通过柔性联轴器与传动装置相连接；由传动装置带动四个回转油缸按设定方向转动，回转油缸偏心块旋转时产生的离心力在振动方向上按设定相位合成，形成以正弦规律变化的激振力，改变活塞的相对位置可以使振动方向在垂直或水平方向转换。
图1是实施例传动装置结构示意图；如图1所示，激振机构1的四个回转油缸2通过四个柔性联轴器3与传动装置相连接；连接在柔性联轴器3上的轴一4与手轮一6、轴二5与手轮二7、轴四13与手轮三12、轴四11与驱动轴32通过变速箱10连接；调节手轮一、手轮二、手轮三可以设定四个回转油缸2的初始位相，当电机9通过三角带8带动驱动轴32时，回转油缸2的偏心质量旋转产生离心力，这时在振动方向上按设定相位合成形成按正弦规律变化的激振力，使台面20以及安装在台面20上的试验品按确定的方向产生振动。设定相位可以使台面20的振动方向以垂直、或水平方向振动。
如图2所示，回转油缸2分别通过液控单向阀19和单向阀18与五个柱塞缸23组成的五联同步缸17油路连接，单向阀18保证四个柱塞缸23压力在较小范围内波动，其中五联同步缸17的四个柱塞缸23与液控单向阀19连接形成四个闭路，一个柱塞缸23连接三位四通电磁阀16。液控单向阀19为回转油缸2的进出油的控制阀。二位四通阀15是电磁换向阀；它同时也连接到四个柱塞缸23前端的液控单向阀19，二位四通阀15动作，油管22进入压力油，将液控单向阀19打开。延迟三秒后，三位四通电磁阀16动作。五联同步缸17中间的活塞向上运动，回转油缸2通过油管22分别放出等体积液压油。偏心活塞同步，向背离旋转中心方向运动，不平衡力矩增大，位移幅值也随之增大。当达到所需要的位移幅值时。三位四通电磁阀16的回油路上接有节流阀14，调整节流阀14的开口大小，可以调整五联同步缸17的运动速度。二位四通阀15和三位四通电磁阀16复零位。液压单向阀19关闭，五联同步缸17停止运动。活塞固定在所需位置不动，则位移稳定不变。单向阀
如图3所示，台面支撑机构由四个空气弹簧组成，四个空气弹簧分布在台面20四周，每个空气弹簧由橡胶空气弹簧24、空气储气筒26、小孔节流器27、气管31、排气阀29组成，空气储气筒26固定在底座21上，空气储气筒26呈“工字”形状，空气储气筒26的上筒固定的空气弹簧支承台面的定位活塞25，空气储气筒26中部有小孔节流器27，空气储气筒26底部筒壁有气管31，四个空气储气筒26用气管31相互连通，其中一个空气储气筒上装有气门嘴28，空气储气筒26上通过普通气管或小型空气泵将空气打入空气储气筒26内，使橡胶空气簧24内压力升高，可通过调节空所储气筒26内的进气量，使振动台面20保持在规定高度上。
如图4所示，导向机构包括振动台面20下部四个定位活塞25安放在空气弹簧24上。空气弹簧24呈环形，包围着振动台面20的四个定位活塞25，空气弹簧24的中心有一凸台30，凸台30与定位活塞25的中心孔配合，空气弹簧24隔振性能良好，振动台面20被振动时，不会对周围产生影响。
本发明通过固定在台面上的加速度传感器和通过计算机控制两路D/A转换器完成对激振机构中的偏心块，传动装置中的调频电机实现对振动台频率、位移、速度、加速度和失真度等重要参数的测量。通过上述说明，不难了解到，解决运行中动态调节偏心块位置是一个非常重要的技术特点，偏心块在转动中受到几百公斤的离心力，要在旋转过程中用油压控制偏心块，解决不漏油的问题。而从控制技术上，要解决这个系统中变参数(被控对象增益振动频率的平方及重块偏心距变化)，非线性(增减幅调节时增益有几倍的差异，且差异与振级有关)，多变量紧耦合(例如控制加速度时，加速度不仅与重块的偏心距有关，更与频率的平方有关)；从振动测量来说，振动台一般采用压电式加速度传感器，为此后续需要采用高输入阻抗的电荷放大器，这是一种阻抗高达100MΩ的输入电路，而为了控制振动台频率，需采用变频器，然而它所产生的辐射干扰和传输干扰将严重影响测量结果。最后从计算机控制技术，要实现从振动测量到控制，从定频振动到扫频振动，从定位移到定加速度控制并实现无扰切换，平滑交越，并实现准确的失真度分析，频谱分析，自动搜索试品的固有频率并实现自动跟踪，必须开发专用的测控软件及管理软件。
Claims (5)
1、全自动机械振动台控制系统，它由计算控制单元、传感单元、执行单元和机械振动试验台组成，其特征是：计算控制单元的输入端与传感单元连接，计算控制单元的输出端与执行单元连接，传感单元与执行单元与机械振动试验台连接构成闭合控制回路；依据这样的控制回路，根据振动公式：a＝0.004Af2，计算控制单元控制械振动试验台振动；在上式中，
式中 a-振动加速度(g)
A-位移幅值(mm)
f-振动频率(Hz)
上述的机械振动试验台振动试验过程包括：
保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围内振动；
保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围内振动；
保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；
保持机械振动试验台振动加速度不变，使其在设定的频率范围按线性扫频振动；
保持机械振动试验台位移幅值不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；
保持机械振动加速度不变，使其在设定的频率范围按指数扫频振动；
使振动试验台在设定的频率范围内振动，检测幅值变化，并依据幅值变化，检测共振频率。
2、根据权利要求1所述的全自动机械振动台控制系统，其特征是：所述的振动试验台通过组合上述振动，保持加速度或幅值不变，在某一频率振动。
3、根据权利要求1所述的全自动机械振动台控制系统，其特征是：所述的传感单元是由振动加速度传感器和提供频率信息的码盘构成。
4、根据权利要求1所述的全自动机械振动台控制系统，其特征是：所述的机械振动试验台由台面、底座、台面支撑机构、导向机构、激振机构、传动装置、液压控制装置组成，台面与底座之间由台面支撑机构支撑，并由导向机构固定，台面支撑机构由四个空气弹簧支撑机构组成，四个空气弹簧支撑机构分布在台面下面四周；激振机构由四个回转油缸、液控单向阀连接组成，每个回转油缸分别连通一个液控单向阀，液控单向阀另一端与液压控制装置连接，回转油缸的活塞是偏心质量块，通过液压控制装置输入的液压油改变偏心质量块的位移；从而改变振动台面的振动幅值；四个回转油缸通过柔性联轴器与传动装置相连接；由传动装置带动四个回转油缸按设定方向转动，回转油缸偏心块旋转时产生的离心力在振动方向上按设定相位合成，形成以正弦频率变化的激振力，改变活塞的相对位置可以使振动方向在垂直或水平方向转换。
5、根据权利要求1所述的全自动机械振动台控制系统，其特征是：所述的计算控制单元是由计算机和与其I/O口电连接的控制电路组成，控制电路是由两路输入电路、两路输出电路组成，其中第一路输入电路是由电荷放大器、滤波器、可变增益放大器、A/D转换器、采样存贮器组成；第二路是由频率测量电路组成；第一路输入电路的输入端与振动加速度传感器连接，接收振动加速度传感器信号，由第一路输入电路处理后，输入到计算机的I/O；第二路输入电路的输入端与一码盘电连接，将码盘产生的脉冲电信号处理成振动体的频率信号输入到计算机的I/O；两路输出电路是由两路D/A转换器和执行器、变频器组成，计算机的数据总线及I/O口分别接两路D/A转换器，D/A转换器一路接执行器到机械振动试验台的偏心块，D/A转换器第二路接变频器到机械振动试验台的电机；完成振动频率控制和振动幅值控制。
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Addressee: Xi'an Guangqi Technologies Co., Ltd. Document name: Notification of Termination of Patent Right |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20090708 Termination date: 20180521 |