一種可模擬大幅值振動系統的實驗裝置的製作方法

2023-04-29 06:22:36

專利名稱：一種可模擬大幅值振動系統的實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗模擬的裝置，尤其涉及一種可模擬大幅值振動系統的實驗裝置。
背景技術：
大幅值振動系統在海洋工程浮式結構物、航空航天、機械和儀器儀表中的運動部件等工程實際問題中經常遇見。無論是優化現有系統，還是開展創新研究和設計，均需進行實驗模擬。舉例來說，伴隨著海洋開發進程的深入，海洋浮式結構物開始得到更多應用。為確保海洋浮式結構物具有良好的適用性和安全性，一般均對其開展具有較大運動幅值的振動實驗，目前這種實驗模擬通常在海洋工程水池中進行。然而這種實驗水池數量極少，且實·驗和測量費用昂貴，因此常用於工程設計方案已初步確定情況下的驗證性實驗、或少量有較明確理論預測結果的對比性實驗。在其他工程和研究領域中也會出現上述類似情況，這就不便於在探索性研發過程中隨時通過實驗來發現新現象、開展原理性實驗。為此，迫切需要發明一種通用方便、成本低廉，能夠模擬在任意給定外載作用下進行大振幅運動動力系統的實驗裝置。

發明內容
本發明針對目前缺少適用於大幅振動系統且簡便通用的實驗模擬裝置的問題，提出一種可模擬大幅值振動系統的實驗裝置，以實現工程振動系統在外部載荷作用下大振幅運動響應的實驗模擬和測量。為了解決上述問題，本發明提供一種可模擬大幅值振動系統的實驗裝置，包括固定支架主體結構、水平振動試驗臺、彈簧連接裝置、加載系統和測量設備；其中，所述水平振動試驗臺位於所述固定支架主體結構之上的中間位置，包括支撐裝置、水平滑臺和振動臺牛頭，所述支撐裝置位於所述固定支架主體結構之上，所述水平滑臺懸浮於所述支撐裝置之上，所述振動臺牛頭與所述水平滑臺的一端相連，且與所述加載系統相連；所述彈簧連接裝置包括彈簧連接端固定支架、微調螺杆連接夾具、螺杆、彈簧和彈簧連接夾具；所述彈簧連接端固定支架有四個，分別安裝在所述固定支架主體結構的四角，所述彈簧連接端固定支架之上安裝有微調螺杆連接夾具，所述微調螺杆連接夾具上安裝有螺杆，所述彈簧的一端與所述螺杆相連，另一端與所述彈簧連接夾具相連，所述彈簧連接夾具安裝在所述水平滑臺上；所述加載系統包括加載裝置和加載裝置底座，所述加載裝置底座位於所述固定支架主體結構之上，所述加載裝置位於所述加載裝置底座之上，與所述振動臺牛頭相連；所述測量設備與所述水平滑臺相連，用於測量力、加速度、位移等實驗數據。優選地，上述實驗裝置還具有以下特點所述測量設備包括力傳感器以及力傳感器與滑臺牛頭的轉接板，所述力傳感器位於所述振動臺牛頭和加載裝置之間，通過所述轉接板與所述振動臺牛頭相連。優選地，上述實驗裝置還具有以下特點所述測量設備還包括2個加速度傳感器，均位於所述水平滑臺之上。優選地，上述實驗裝置還具有以下特點所述測量設備還包括位移傳感器、位移傳感器定位支架、位移傳感器連接件、位移傳感器適配器和可調式位移傳感器連接夾具，其中，所述位移傳感器定位支架位於所述固定支架主體結構之上，所述位移傳感器的一端通過所述位移傳感器連接件安裝在所述位移傳感器定位支架上，所述位移傳感器的另一端通過所述位移傳感器適配器連接在所述可調式位移傳感器連接夾具上；所述可調式位移傳感器連接夾具安裝在所述彈簧連接夾具 上，在所述彈簧連接夾具上開有長孔，所述可調式位移傳感器連接夾具可在上面滑動，進而實現調平和對中。優選地，上述實驗裝置還具有以下特點固定支架主體結構由兩條縱向槽鋼以及三根橫梁焊接而成，所述三段橫梁中的兩根橫梁用於安裝所述加載裝置底座，另外一根橫梁用於安裝所述位移傳感器定位支架。優選地，上述實驗裝置還具有以下特點所述縱向槽鋼上設置有等間距螺孔，用於安裝所述彈簧連接端固定支架，還便於整個設備的對中和調平。優選地，上述實驗裝置還具有以下特點所述加載裝置底座上設置有多行等距螺孔，以便不同量程的加載裝置使用，同時也適用於不同長度、剛度彈簧的安裝。本發明具有如下優點(I)該實驗裝置通過專門設計的可調式承力和固定構架、多種夾具、專用連接件等部件，並通過彈簧與水平滑臺相連，使得原本僅僅是作為給受試對象提供振動環境的水平滑臺變為被試驗的對象之一，從而可以模擬任意給定外部載荷作用下，以不同頻率、不同振幅進行大幅值運動系統的動力響應。(2)該實驗裝置克服了水平振動試驗臺缺少自身剛度的不足。利用與水平滑臺連接的四根拉伸彈簧為水平振動試驗臺增加了自身剛度；四根彈簧通過螺杆與支架相連，彈簧懸掛點隨時可調，以保證各彈簧拉力大小相等。在各彈簧都保持拉伸狀態下，水平滑臺可以做較大振幅的往復運動。本實驗裝置在調節剛度上容易、簡便，只需通過更換不同剛度的彈簧，即可達到改變剛度的目的。(3)使用該實驗裝置後，水平振動試驗可以在原模型與實驗模型嚴格滿足相似原理下進行實驗。除了(2)中所述的平臺剛度調節方式，水平滑臺重量可以通過增加質量塊隨時調節。平臺結構阻尼可以通過調節四根彈簧水平以及垂向位置和預伸長量進行大幅調節，然後再利用水平滑臺兩側的四個墊塊進行微調。(4)加載裝置可以根據實驗需要進行更換，實驗裝置可以模擬在任意給定外部載荷作用下，以不同頻率、不同振幅做大幅度運動的工程振動系統。對於不同加載裝置的高度以及寬度上的差異，我們可以利用底座和支架上各種滑槽與螺杆將加載裝置、水平彈簧以及振動試驗臺三者對中並調節到水平。(5)該實驗裝置體型小、易於拆裝、便於根據不同研究需要靈活改裝。裝置上帶有位移傳感器、力傳感器以及加速度傳感器，對於大振幅運動動力系統中某些性能進行優化、評估時，本套裝置相比於傳統模擬裝置更易於操作。(6)實驗裝置主要是以標準槽鋼和厚鋼板為原料。在實驗裝置造價上，本實驗裝置是遠遠低於傳統大振幅運動模擬系統(如海洋工程水池)的，實驗的運行成本與其相比也相當低廉。


圖I是本發明實施例的可模擬大幅值振動系統的實驗裝置的側視圖；圖2是本發明實施例的可模擬大幅值振動系統的實驗裝置的俯視圖；其中I一微調螺杆連接夾具,2一固定支架主體結構，3—加載裝置底座，4一振動臺牛 頭，5—滑臺定位壓塊，6—彈簧連接夾具，7—支撐裝置，8—彈簧連接端固定支架，9一螺杆，10—位移傳感器，11 一加速度傳感器，12—位移傳感器定位支架，13—力傳感器，14 一加載裝置，15—水平滑臺，16—彈簧，17—縱向槽鋼，18—橫梁，19—縱向槽鋼上的螺孔，20—力傳感器與滑臺牛頭的轉接板，21—位移傳感器連接件，22—位移傳感器適配器，23—可調式位移傳感器連接夾具。
具體實施例方式下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。本發明的實驗裝置包括專門設計的可調式承力和固定構架、多種夾具、專用連接件等部件，並通過彈簧與水平滑臺相連。將上述各種組件與水平滑臺進行靈活組合，就形成一種可模擬大幅值運動動力系統的通用實驗裝置。實驗裝置若要實現大振幅運動動力系統的模擬需要滿足以下五點一、水平滑臺在承受任意給定外載作用下可以進行較大振幅的往復運動；二、為水平滑臺增加水平剛度且剛度大小可以調節；三、滑臺的阻尼可以在較大範圍內調節；四、水平滑臺的質量可變；五、該裝置可以測量力、加速度、位移等關鍵力學參量。以上這幾點均可通過此實驗裝置完成。如圖I所示，本發明的實驗裝置包括固定支架主體結構2、水平振動試驗臺、彈簧連接裝置、加載系統和測量設備；其中所述水平振動試驗臺位於所述固定支架主體結構2之上的中間位置，包括滑臺定位壓塊5、支撐裝置7、水平滑臺15和振動臺牛頭4，所述支撐裝置7位於所述固定支架主體結構2之上，所述滑臺定位壓塊5用於壓住支撐裝置的四個腿，所述水平滑臺15懸浮於所述支撐裝置7之上，所述振動臺牛頭4與所述水平滑臺15的一端相連，且與所述加載系統相連。水平振動試驗臺通常用於發現早期故障，模擬電工、電子、汽車零部件以及其它涉及到運輸的產品和貨物在運輸過程中的環境，檢測其產品的耐振性能或者考核實際工況下結構的強度和疲勞度，而且試驗結果較準確，可信度高。水平振動試驗臺中的水平滑臺15一般為密度小、質量輕的鋁鎂合金材料。通過電磁效應或油壓可使水平滑臺15懸浮於支撐裝置7之上，在本實施例中，該支撐裝置7為振動臺油箱。所述彈簧連接裝置包括彈簧連接端固定支架8、微調螺杆連接夾具I、螺杆9、彈簧16和彈簧連接夾具6 ;所述彈簧連接端固定支架8有四個，分別安裝在所述固定支架主體結構2的四角，所述彈簧連接端固定支架8之上安裝有微調螺杆連接夾具1，所述微調螺杆連接夾具I上安裝有螺杆9，所述彈簧16的一端與所述螺杆9相連，另一端與所述彈簧連接夾具6相連，所述彈簧連接夾具6安裝在所述水平滑臺15上；彈簧連接端固定支架8上開有垂向孔槽，這樣就可以通過對微調螺杆連接夾具I的垂向微調以保證彈簧16的水平；在水平方向安裝的螺杆9，利用對其長度的調節以控制彈簧掛點的間距。所述加載系統包括加載裝置14和加載裝置底座3，所述加載裝置底座3位於所述固定支架主體結構2之上，所述加載裝置14位於所述加載裝置底座3之上，與所述振動臺 牛頭4相連；所述加載裝置底座3上設置有多行等距螺孔(圖中未示出)，以便不同量程的加載裝置14使用。所述測量設備與所述水平滑臺相連，用於測量力、加速度、位移等實驗數據，包括力傳感器13、力傳感器與滑臺牛頭的轉接板20、加速度傳感器11、位移傳感器10、位移傳感器定位支架12、位移傳感器連接件21、位移傳感器適配器22和可調式位移傳感器連接夾具23，其中，所述力傳感器13位於所述振動臺牛頭4和加載裝置14之間，通過所述轉接板20與所述振動臺牛頭4相連；所述加速度傳感器11有兩個，均位於所述水平滑臺15之上。所述位移傳感器定位支架12位於所述固定支架主體結構2之上，所述位移傳感器10的一端通過所述位移傳感器連接件21安裝在所述位移傳感器定位支架12上，所述位移傳感器10的另一端通過所述位移傳感器適配器22連接在所述可調式位移傳感器連接夾具23上；所述可調式位移傳感器連接夾具23安裝在所述彈簧連接夾具6上，在所述彈簧連接夾具6上開有長孔，所述可調式位移傳感器連接夾具23可在上面滑動，進而實現調平和對中。固定支架主體結構2由兩條縱向槽鋼17以及三根橫梁18焊接而成，材料可採用標準槽鋼(12. 6)。兩條縱向槽鋼正中安放水平振動試驗臺，在縱向槽鋼17上設置有等間距螺孔19，用於安裝所述彈簧連接端固定支架8。這些螺孔可用於調節四個彈簧連接端固定支架8的位置，使彈簧16與螺杆9懸掛點之間的間距滿足指定伸長量，以滿足滑臺振動幅值範圍要求。縱向槽鋼17間焊有三根橫梁18，三根橫梁18中的兩根橫梁用於安裝所述加載裝置底座3，另外一根橫梁用於安裝所述位移傳感器定位支架12。對該實驗裝置進行生產時，首選強度較高的槽鋼與鋼板並保證焊接後各面平整度較高，整套實驗裝置所有配件的加工精度都要達到O. 5mm以上，裝置上所打螺孔位置要保證O. Imm的高精度。安裝實驗裝置之前將水平振動試驗臺架在固定支架主體結構2的兩根承力縱向槽鋼17的中央。首先，根據彈簧16剛度所對應的掛點間距安裝四個彈簧連接端固定支架8和微調螺杆連接夾具I ;然後，將螺杆9固定在微調螺杆連接夾具I上，水平滑臺15上的彈簧連接夾具6與水平滑臺15用螺絲緊住；最後，四根彈簧16掛上水平滑臺15，通過對長孔槽中螺絲以及微調螺杆連接夾具I上螺杆9的微調，使水平滑臺15上四個掛點和彈簧連接端固定支架8上四個掛點分別達到水平，彈簧連接端固定支架8掛點所在平面必須不能低於水平滑臺15掛點所在平面。平臺調平後再將加載裝置14固定在加載裝置底座3之上，並調整加載裝置底座3高度使加載裝置14與振動臺牛頭4對中，保證力加載信號連續、穩定。實驗裝置工作時最好將四個傳感器都與信號接收器相連，通過對力信號、位移信號以及加速度信號的綜合分析可得到較理想的實驗結果。平臺結構阻尼不符合要求時，對水平滑臺15上掛點和彈簧連接端固定支架8上掛點水平面高度差的調節可以達到較大幅度改變結構阻尼的效果，也可以通過微調螺杆改變四根彈簧的預伸長量，達到較大幅值改變結構阻尼的效果。另外，在優選的實施例中，水平滑臺兩側的下方安裝有四個墊塊，通過微調墊塊與水平滑臺的緊密程度，進而調整墊塊與支撐裝置7的摩擦強度的大小，以達到增減阻尼的目的。綜上所述，本實驗裝置可以模擬在任意給定外部載荷作用下，以不同頻率、不同振幅做大幅度運動的工程振動系統。本實驗裝置易於拆裝、便於根據不同研究需要靈活調節。配合上常用傳感器，本裝置可實現工程振動系統在任意外部載荷作用下大振幅運動響應的實驗模擬和測量，適用於航空、航天、海洋、通訊、電子、汽車等行業。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.ー種可模擬大幅值振動系統的實驗裝置，其特徵在於，包括固定支架主體結構、水平振動試驗臺、彈簧連接裝置、加載系統和測量設備；其中， 所述水平振動試驗臺位於所述固定支架主體結構之上的中間位置，包括支撐裝置、水平滑臺和振動臺牛頭，所述支撐裝置位於所述固定支架主體結構之上，所述水平滑臺懸浮於所述支撐裝置之上，所述振動臺牛頭與所述水平滑臺的一端相連，且與所述加載系統相連； 所述彈簧連接裝置包括彈簧連接端固定支架、微調螺杆連接夾具、螺杆、彈簧和彈簧連接夾具；所述彈簧連接端固定支架有四個，分別安裝在所述固定支架主體結構的四角，所述彈簧連接端固定支架之上安裝有微調螺杆連接夾具，所述微調螺杆連接夾具上安裝有螺杆，所述彈簧的一端與所述螺杆相連，另一端與所述彈簧連接夾具相連，所述彈簧連接夾具安裝在所述水平滑臺上； 所述加載系統包括加載裝置和加載裝置底座，所述加載裝置底座位於所述固定支架主 體結構之上，所述加載裝置位於所述加載裝置底座之上，與所述振動臺牛頭相連； 所述測量設備與所述水平滑臺相連，用於測量力、加速度、位移等實驗數據。
2.如權利要求I所述的實驗裝置，其特徵在幹， 所述測量設備包括力傳感器以及カ傳感器與滑臺牛頭的轉接板，所述カ傳感器位於所述振動臺牛頭和加載裝置之間，通過所述轉接板與所述振動臺牛頭相連。
3.如權利要求2所述的實驗裝置，其特徵在幹， 所述測量設備還包括2個加速度傳感器，均位於所述水平滑臺之上。
4.如權利要求3所述的實驗裝置，其特徵在幹， 所述測量設備還包括位移傳感器、位移傳感器定位支架、位移傳感器連接件、位移傳感器適配器和可調式位移傳感器連接夾具，其中，所述位移傳感器定位支架位於所述固定支架主體結構之上，所述位移傳感器的一端通過所述位移傳感器連接件安裝在所述位移傳感器定位支架上，所述位移傳感器的另一端通過所述位移傳感器適配器連接在所述可調式位移傳感器連接夾具上；所述可調式位移傳感器連接夾具安裝在所述彈簧連接夾具上，在所述彈簧連接夾具上開有長孔，所述可調式位移傳感器連接夾具可在上面滑動，進而實現調平和對中。
5.如權利要求I所述的實驗裝置，其特徵在幹， 固定支架主體結構由兩條縱向槽鋼以及三根橫梁焊接而成，所述三段橫梁中的兩根橫梁用於安裝所述加載裝置底座，另外一根橫梁用於安裝所述位移傳感器定位支架。
6.如權利要求5所述的實驗裝置，其特徵在幹， 所述縱向槽鋼上設置有等間距螺孔，用於安裝所述彈簧連接端固定支架，還便於整個設備的對中和調平。
7.如權利要求I所述的實驗裝置，其特徵在幹， 所述加載裝置底座上設置有多行等距螺孔，以便不同量程的加載裝置使用，同時也適用於不同長度、剛度彈簧的安裝。
全文摘要
本發明公開一種可模擬大幅值振動系統的實驗裝置，包括固定支架主體結構、水平振動試驗臺、彈簧連接裝置、加載系統和測量設備。本發明的實驗裝置體型小、操作簡單；使用、安裝和拆卸都非常方便，而且造價和使用費用也很低廉。適用於航空、航天、海洋、通訊、電子、汽車等行業。
文檔編號G01M7/02GK102853981SQ20121036691
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者曾曉輝, 餘楊, 張良, 申仲翰 申請人:中國科學院力學研究所