[發明專利]振動?加速度試驗設備用振動反作用力主動平衡裝置

有效

• 申請號: 201610071447.7
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105547628B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 王仁超;周桐;胡勇;王玨;田光明;牛寶良;李曉琳;王宇飛;蔣寧
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 楊春

技術領域

本發明涉及一種振動反作用力平衡裝置，尤其涉及一種振動-加速度試驗設備用振動反作用力主動平衡裝置。

背景技術

振動-加速度試驗(或者稱為“振動-加速度綜合環境試驗”)方法在高速飛行器可靠性試驗以及地震模擬等方面有著廣泛的使用需求和應用價值。與傳統單獨試驗的方法相比，使用振動-加速度試驗方法可以更為準確地模擬實際工作環境，有利于及早發現產品潛在的故障與風險。

目前環境試驗方法，振動試驗與加速度試驗往往是分別獨立進行的，而對于高速飛行的裝置如導彈、航天飛機、宇宙飛船等，在加速飛行狀態下，受到加速度與振動等多種環境因素的綜合作用。一方面，高加速度使得內部裝置和設備承受巨大的慣性力而產生超重現象；另一方面，發動機振動、氣動結構響應等引起的振動容易對內部裝置和設備造成損壞。單獨使用振動試驗、加速度試驗手段，不能有效地預測綜合環境影響下設備的可靠性，因此開展振動-加速度綜合環境試驗，可以有效地預測在單一環境試驗下無法估計的潛在故障，有利于進一步提高高速飛行器設備的使用可靠性。

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調查、數值模擬與理論分析和模型試驗，其中振動-加速度試驗方法是目前模型試驗領域最有效的、最先進的方法。通過研究縮尺模型在高g值環境狀態下的振動響應，可以研究真實結構在地震載荷作用下的變形與破壞機制，從而有效地對民房建筑、橋涵大壩等結構的抗震性能進行考核，并提供相關試驗數據。

開展振動-加速度試驗，需要振動-加速度試驗設備，即將振動臺安裝在離心機轉臂上。離心機旋轉產生加速度環境，振動臺提供正弦振動、隨機振動等振動環境。試驗過程中，隨著振動臺的不斷振動，振動臺的振動反作用力通過離心機轉臂傳遞到離心機主軸上，對離心機主軸造成振動沖擊，輕則降低離心機主軸回轉精度，重則造成離心機主軸的損壞，降低離心機主軸的使用壽命。因此，振動-加速度試驗中，對于振動臺振動反作用力控制的好壞，不僅僅影響試驗效果的好壞，更會影響試驗安全。

應用于振動-加速度試驗的振動反作用力主動平衡裝置，應滿足以下幾個重要性能要求：1)離心機高速運轉時，離心機轉臂端部受到巨大的離心力，附加的振動反作用力主動平衡裝置需能承受巨大的離心力。2)振動反作用力主動平衡裝置的頻率應能滿足2～2000Hz的使用頻率范圍，主動平衡能力應不小于振動臺的最大推力。3)振動反作用力主動平衡裝置產生的振動主動平衡力應與振動臺產生的振動反作用力在離心機主軸處相互平衡。

作為航天航空以及地震模擬等相關領域迫切需要的環境試驗設備，振動-加速度試驗設備的研制成為國內外相關研究的熱點，相繼開發了多款應用于綜合環境試驗以及地震模擬的振動-加速度試驗設備，安裝在離心機上的振動臺也具有多樣性，包括電液振動臺、電動振動臺、壓電式激振系統以及爆炸式激振系統等。當前應用最廣最多的還是附加電液振動臺和電動振動臺的振動-加速度試驗設備。

振動-加速度試驗中，對振動臺產生的振動沖擊隔振的好壞直接影響到試驗效果的好壞以及試驗安全，因此隔振技術成為振動-加速度試驗設備開發的一個關鍵技術。

對于安裝電液振動臺的振動-加速度試驗設備，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。英國劍橋大學的彈簧作動振動臺采用的是柔性帶(或柔性板)隔振的方法，采用此種方法，主要是將振動臺當作獨立的系統，并將振動臺與離心機用柔性帶連接起來，振動臺實際為懸吊在離心機上的狀態。

2002年，西安交通大學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分別與振動臺和離心機轉臂用螺栓連接，上圈31與下圈33可用A3或45號鋼制成，起到連接振動臺與離心機轉臂以及支撐振動臺的作用，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，達到三向減振的效果，性能測試表明該隔振裝置接近數值分析的理想連接剛度和阻尼，可以達到較好的隔振效果。當前國內外設計生產制造的電動振動臺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)，在進行低頻振動(振動頻率小于5Hz)時，容易引起共振，反而加劇振動沖擊。