振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備用振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種振動(dòng)反作用力平衡裝置，尤其涉及一種振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備用振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)-加速度試驗(yàn)(或者稱為“振動(dòng)-加速度綜合環(huán)境試驗(yàn)”)方法在高速飛行器可靠性試驗(yàn)以及地震模擬等方面有著廣泛的使用需求和應(yīng)用價(jià)值。與傳統(tǒng)單獨(dú)試驗(yàn)的方法相比，使用振動(dòng)-加速度試驗(yàn)方法可以更為準(zhǔn)確地模擬實(shí)際工作環(huán)境，有利于及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在的故障與風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]目前環(huán)境試驗(yàn)方法，振動(dòng)試驗(yàn)與加速度試驗(yàn)往往是分別獨(dú)立進(jìn)行的，而對(duì)于高速飛行的裝置如導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、宇宙飛船等，在加速飛行狀態(tài)下，受到加速度與振動(dòng)等多種環(huán)境因素的綜合作用。一方面，高加速度使得內(nèi)部裝置和設(shè)備承受巨大的慣性力而產(chǎn)生超重現(xiàn)象;另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、氣動(dòng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)等引起的振動(dòng)容易對(duì)內(nèi)部裝置和設(shè)備造成損壞。單獨(dú)使用振動(dòng)試驗(yàn)、加速度試驗(yàn)手段，不能有效地預(yù)測綜合環(huán)境影響下設(shè)備的可靠性，因此開展振動(dòng)-加速度綜合環(huán)境試驗(yàn)，可以有效地預(yù)測在單一環(huán)境試驗(yàn)下無法估計(jì)的潛在故障，有利于進(jìn)一步提高高速飛行器設(shè)備的使用可靠性。
[0004]地震模擬方面，研究巖土工程抗震問題的基本方法主要包括震災(zāi)調(diào)查、數(shù)值模擬與理論分析和模型試驗(yàn)，其中振動(dòng)-加速度試驗(yàn)方法是目前模型試驗(yàn)領(lǐng)域最有效的、最先進(jìn)的方法。通過研究縮尺模型在高g值環(huán)境狀態(tài)下的振動(dòng)響應(yīng)，可以研究真實(shí)結(jié)構(gòu)在地震載荷作用下的變形與破壞機(jī)制，從而有效地對(duì)民房建筑、橋涵大壩等結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行考核，并提供相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0005]開展振動(dòng)-加速度試驗(yàn)，需要振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備，即將振動(dòng)臺(tái)安裝在離心機(jī)轉(zhuǎn)臂上。離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生加速度環(huán)境，振動(dòng)臺(tái)提供正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)等振動(dòng)環(huán)境。試驗(yàn)過程中，隨著振動(dòng)臺(tái)的不斷振動(dòng)，振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)反作用力通過離心機(jī)轉(zhuǎn)臂傳遞到離心機(jī)主軸上，對(duì)離心機(jī)主軸造成振動(dòng)沖擊，輕則降低離心機(jī)主軸回轉(zhuǎn)精度，重則造成離心機(jī)主軸的損壞，降低離心機(jī)主軸的使用壽命。因此，振動(dòng)-加速度試驗(yàn)中，對(duì)于振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)反作用力控制的好壞，不僅僅影響試驗(yàn)效果的好壞，更會(huì)影響試驗(yàn)安全。
[0006]應(yīng)用于振動(dòng)-加速度試驗(yàn)的振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置，應(yīng)滿足以下幾個(gè)重要性能要求:I)離心機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心機(jī)轉(zhuǎn)臂端部受到巨大的離心力，附加的振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置需能承受巨大的離心力。2)振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置的頻率應(yīng)能滿足2?2000Hz的使用頻率范圍，主動(dòng)平衡能力應(yīng)不小于振動(dòng)臺(tái)的最大推力。3)振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置產(chǎn)生的振動(dòng)主動(dòng)平衡力應(yīng)與振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)反作用力在離心機(jī)主軸處相互平衡。
[0007]作為航天航空以及地震模擬等相關(guān)領(lǐng)域迫切需要的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備的研制成為國內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn)，相繼開發(fā)了多款應(yīng)用于綜合環(huán)境試驗(yàn)以及地震模擬的振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備，安裝在離心機(jī)上的振動(dòng)臺(tái)也具有多樣性，包括電液振動(dòng)臺(tái)、電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)、壓電式激振系統(tǒng)以及爆炸式激振系統(tǒng)等。當(dāng)前應(yīng)用最廣最多的還是附加電液振動(dòng)臺(tái)和電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備。
[0008]振動(dòng)-加速度試驗(yàn)中，對(duì)振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊隔振的好壞直接影響到試驗(yàn)效果的好壞以及試驗(yàn)安全，因此隔振技術(shù)成為振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
[0009]對(duì)于安裝電液振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備，常見的隔振裝置主要有三種，分別為柔性帶(或柔性板)隔振、橡膠隔振、空氣彈簧支撐隔振。英國劍橋大學(xué)的彈簧作動(dòng)振動(dòng)臺(tái)采用的是柔性帶(或柔性板)隔振的方法，采用此種方法，主要是將振動(dòng)臺(tái)當(dāng)作獨(dú)立的系統(tǒng)，并將振動(dòng)臺(tái)與離心機(jī)用柔性帶連接起來，振動(dòng)臺(tái)實(shí)際為懸吊在離心機(jī)上的狀態(tài)。
[0010]2002年，西安交通大學(xué)與總體所共同研制了一款橡膠隔振裝置，如圖1所示，其中，上圈31與下圈33分別與振動(dòng)臺(tái)和離心機(jī)轉(zhuǎn)臂用螺栓連接，上圈31與下圈33可用A3或45號(hào)鋼制成，起到連接振動(dòng)臺(tái)與離心機(jī)轉(zhuǎn)臂以及支撐振動(dòng)臺(tái)的作用，阻尼部分采用軟橡膠32作為阻尼材料，把軟橡膠32填充在上圈31與下圈33之間，達(dá)到三向減振的效果，性能測試表明該隔振裝置接近數(shù)值分析的理想連接剛度和阻尼，可以達(dá)到較好的隔振效果。當(dāng)前國內(nèi)外設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)多采取的是空氣彈簧支撐的隔振方式，效果較明顯，但是由于空氣彈簧支撐隔振裝置的固有頻率較低(小于5Hz)，在進(jìn)行低頻振動(dòng)(振動(dòng)頻率小于5Hz)時(shí)，容易引起共振，反而加劇振動(dòng)沖擊。
[0011]對(duì)于安裝電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備，由于多采用的是小推力電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)與離心機(jī)固定連接的方式，似乎沒有采取明顯的隔振措施，這可能是由于振動(dòng)臺(tái)的推力不大，離心機(jī)轉(zhuǎn)臂起到了很大的緩沖質(zhì)量作用，離心機(jī)主軸與轉(zhuǎn)臂的連接部位通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其能夠承受轉(zhuǎn)臂傳遞過來的振動(dòng)力。隨著振動(dòng)-加速度試驗(yàn)對(duì)象由部件級(jí)向整體級(jí)不斷發(fā)展，合適的隔振裝置設(shè)計(jì)也成為安裝有電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0012]綜上，傳統(tǒng)的振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備，采用的振動(dòng)反作用力平衡裝置基本為被動(dòng)式，即緩沖隔振裝置。常見的隔振裝置主要有三種:I)柔性帶(或柔性板)隔振，一般結(jié)構(gòu)是將振動(dòng)臺(tái)使用柔性帶與離心機(jī)連接在一起，振動(dòng)臺(tái)懸吊在離心機(jī)上。2)橡膠隔振，就是在振動(dòng)臺(tái)與離心機(jī)轉(zhuǎn)臂之間放置一層厚厚的橡膠，試驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠隔振可以吸收大于2/3的振動(dòng)。3)空氣彈簧支撐隔振，效果較明顯。
[0013]上述振動(dòng)反作用力平衡裝置和方法均為被動(dòng)式的振動(dòng)控制方法，從一定程度上降低傳遞到離心機(jī)主軸處的振動(dòng)反作用力，進(jìn)而降低振動(dòng)反作用力對(duì)離心機(jī)主軸的影響。被動(dòng)式的隔振方法，存在著一定的缺點(diǎn):I)雖然可以通過隔振裝置降低傳遞到離心機(jī)主軸處的振動(dòng)大小，但是仍有剩余振動(dòng)沖擊載荷，尚心機(jī)主軸依然承受振動(dòng)沖擊載荷的作用。2)隨著振動(dòng)-加速度試驗(yàn)要求以及所需振動(dòng)臺(tái)推力的不斷提高，經(jīng)過被動(dòng)式隔振裝置隔振后，傳遞到離心機(jī)主軸處的剩余振動(dòng)沖擊載荷相應(yīng)提高，使得離心機(jī)主軸的工作環(huán)境更加惡化。3)采用空氣彈簧支撐隔振方法，雖然效果較明顯，但是由于空氣彈簧支撐隔振裝置的固有頻率較低(低于5Hz)，當(dāng)進(jìn)行振動(dòng)頻率低于5Hz的振動(dòng)時(shí)，空氣彈簧支撐隔振裝置會(huì)產(chǎn)生共振，不但不會(huì)對(duì)振動(dòng)反作用力產(chǎn)生隔振效果，反而會(huì)增大傳遞到離心機(jī)主軸處的振動(dòng)，加劇對(duì)離心機(jī)主軸的沖擊，因此當(dāng)采用空氣彈簧支撐隔振時(shí)，試驗(yàn)頻率往往要高于5Hz，當(dāng)需要進(jìn)行更低頻率的振動(dòng)時(shí)，需要將空氣彈簧支撐隔振裝置屏蔽掉。
[0014]存在上述缺點(diǎn)的根本原因就在于，傳統(tǒng)隔振技術(shù)采用的是被動(dòng)式的隔振方法，只能在一定程度上削弱傳遞到離心機(jī)主軸處的振動(dòng)反作用力的大小，但離心機(jī)主軸卻始終承受振動(dòng)沖擊載荷，而不能從根本上平衡此振動(dòng)沖擊載荷對(duì)離心機(jī)主軸造成的彎曲變形與傾覆作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種對(duì)振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)反作用力進(jìn)行主動(dòng)平衡的振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備用振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置。
[0016]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0017]—種振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備用振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置，所述振動(dòng)-加速度試驗(yàn)設(shè)備包括離心機(jī)、振動(dòng)臺(tái)和配重塊，所述振動(dòng)臺(tái)和所述配重塊分別安裝于所述離心機(jī)的轉(zhuǎn)臂的兩端且位于所述離心機(jī)的主軸的兩側(cè)，所述振動(dòng)反作用力主動(dòng)平衡裝置包括勵(lì)磁電磁鐵、控制電磁鐵、第一力傳感器、第二力傳感器、信號(hào)調(diào)理器、檢測控制器、第一功率放大器和第二功率放大器，所述勵(lì)磁電磁鐵固定安裝于所述離心機(jī)的轉(zhuǎn)臂的一端且位于所述配重塊的外側(cè)，多個(gè)所述控制