CN110243563A - 三轴向六自由度振动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴向六自由度振动试验装置，其包括MIMO控制器、功放***、振动平台、水气***和液压***；MIMO控制器生成驱动电压信号经功放***后输入振动平台，使振动平台产生振动，同时振动平面上的响应反馈给MIMO控制器，水气***与振动平台相连，液压***与振动平台相连，振动平台包括电动振动台、静压轴承、振动台面、耳轴支架、基座以及球绞过位移保护装置；电动振动台分别通过相应的耳轴支架与基座进行连接；电动振动台通过静压轴承与振动台面连接：电动振动台分别通过静压轴承连接至振动台面下表面以及振动台面的各个侧面；振动台面通过球铰过位移保护装置及辅助支撑装置与基座连接。

Description

三轴向六自由度振动试验装置

技术领域

本发明涉及振动试验技术领域，更为具体地，本发明涉及一种三轴向六自由度振动试验装置。

背景技术

现有技术中高性能武器装备真实经历的是多自由度振动环境。随着武器装备的更新，需求相应的真实模拟振动环境更多元化。为了更真实的模拟高性能武器装备面临的真实振动环境，振动试验的自主研发成为发展的重要趋势。模拟高性能武器装备面临的真实振动环境时，试验过程要求更复杂，技术难度更大，且其控制的要素会更多，因而对试验设备和试验方案的要求更高。

目前国内尚没有更好的此类装置，尤其是推力大，并且工作频率范围宽的试验装置。同时，关于此类振动试验装置的试验方法，目前国内相应标准也仅给出了相关原理，缺少明确的关于多点激励振动试验方法，不能用于指导装备的三轴向六自由度振动试验。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种三轴向六自由度振动试验装置，其为一种多维振动试验装置，用于装备的三轴向六自由度振动、冲击试验。

本发明的技术方案如下：

一种三轴向六自由度振动试验装置，其包括MIMO控制器、功放***、振动平台、水气***和液压***；所述MIMO控制器生成驱动电压信号经所述功放***后输入所述振动平台，使所述振动平台产生振动，同时所述振动平面上的响应反馈给所述MIMO控制器，从而实现振动控制；所述水气***与所述振动平台相连，为其提供冷却水及压缩空气；所述液压***与所述振动平台相连，为其供油；所述振动平台为三轴向六自由度振动平台；所述振动平台包括电动振动台、静压轴承、振动台面、耳轴支架、基座以及球绞过位移保护装置；所述电动振动台分别通过相应的耳轴支架与基座进行连接；电动振动台通过静压轴承与振动台面连接：电动振动台分别通过静压轴承连接至振动台面下表面以及振动台面的各个侧面；所述振动台面通过球铰过位移保护装置及辅助支撑装置与基座连接。

优选地，所述耳轴支架的数量为四套，所述耳轴支架设置在所述基座上，且其设置在所述电动振动台的两侧，所述耳轴支架在所述基座的上表面电动振动台的两侧对称布置。

优选地，所述电动振动台包括振动台台体和冷却***、功放***，冷却***和功放***一体集成，电动振动台的主体部分为圆柱形结构，通过台面上辐射状分布螺纹孔与振动台面连接；其中4套电动振动台与振动台面下表面连接，固定在基座的底部；另外4套电动振动台与振动台面的4个侧面连接；所述圆柱形结构的侧壁上设置有耳轴，以便与耳轴支架的连接孔进行安装，通过耳轴支架固定在基座的上表面，电动振动台可通过耳轴实现旋转，从而实现振动台面三轴六自由度振动。

优选地，所述耳轴支架包括底座、支撑部和电动振动台安装部，所述底座连接至所述基座的上表面，所述底座的两端的宽度大于所述底座的中间的宽度。

优选地，所述底座上设置有紧固件连接孔，所述底座的两端设置有两个紧固件连接孔，所述底座的中间沿其宽度方向上分别设置有一个紧固件连接孔。

优选地，所述支撑部分包括第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部和第二支撑部之间形成空腔，所述底座的中间的沿着其宽度方向上设置的一个紧固件连接孔位于所述空腔内，且靠近各支撑部的内侧。所述支撑部与所述基座一体成型，所述电动振动台安装部位于所述支撑部的上方。

优选地，所述支撑部与所述电动台安装部一体成型，所述电动振动台安装部上设置与所述电动振动台连接的结构，电动振动台安装部设有连接孔，与电动振动台相应的连接孔连接一体成型。

优选地，所述振动台面为长方体结构，所述长方体结构内设置有空腔，内部填充阻尼材料；长方体侧面均匀分布大小孔，以便减重及填充阻尼材料；所述长方体结构与电动振动台连接。

优选地，所述基座为电动振动台、耳轴支架和球绞过位移保护装置提供支撑；4台电动振动台固定在基座的底部；耳轴支架的支撑部与基座一体成型；球绞过位移保护装置的限位托架与基座一体成型。

优选地，所述球绞过位移保护装置包括限位块和限位托架，所述球绞过位移保护装置通过所述限位托架安装固定在基座上，对静压轴承进行过位移保护。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明能够实现包括三个平动、三个转动的三轴向六自由度振动控制；

2、本发明与其他试验台相比，能提供更大的推力；

3、本发明的***工作频率范围宽，优选地，其频率范围为5～2000Hz，实时操作方便；

4、本发明在国内外技术先进，能够真实模拟装备三轴向六自由度实际使用环境。

附图说明

图1为根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的***示意图；

图2为根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的振动平台的结构示意图；

图3为根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的电动振动台的结构示意图；

图4为根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的振动台面的结构示意图；

图5是根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的耳轴支架的结构示意图；

图6是根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的基座的结构示意图；

图7是根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的球铰过位移保护装置的结构示意图；

图8是根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的功放***工作原理示意图；以及

图9是根据本发明的三轴向六自由度振动试验装置的液压***工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示为根据本发明实施例的三轴向六自由度振动试验装置，其包括MIMO控制器1、功放***2、振动平台3、水气***4和液压***5；

MIMO控制器1生成驱动电压信号经功放***2后输入振动平台3，使振动平台3产生振动，同时振动平面3上的响应反馈给MIMO控制器1，从而实现振动控制；

水气***4与振动平台3相连，为其提供冷却水及压缩空气；

液压***5与振动平台3相连，为其供油。

优选地，如图2所示，振动平台3为三轴向六自由度振动平台。

优选地，振动平台3包括电动振动台6、静压轴承7、振动台面8、耳轴支架9、基座10以及球绞过位移保护装置11。

优选地，电动振动台6的数量为八个。

优选地，静压轴承7的数量为八个。

优选地，耳轴支架9的数量为四套，耳轴支架9设置在基座10上，电动振动台6两侧，优选地，耳轴支架9在基座10的上表面电动振动台6的两侧对称布置。

优选地，电动振动台6分别通过相应的耳轴支架9与基座10进行连接；电动振动台6通过静压轴承7与振动台面8连接：电动振动台6分别通过静压轴承7连接至振动台面8下表面以及振动台面8的各个侧面；振动台面8通过球铰过位移保护装置11及辅助支撑装置与基座10连接。

更为具体地，四个电动振动台6分别通过相应的耳轴支架9与基座10进行连接；电动振动台6通过静压轴承7与振动台面8连接：其中4个电动振动台6通过静压轴承7连接至振动台面8下表面，4个电动振动台6通过静压轴承7分别连接至振动台面8的4个侧面；振动台面8通过球铰过位移保护装置11及辅助支撑装置与基座10连接，如图2所示。

优选地，图3中示出了根据本发明的实施例的三轴向六自由度振动试验装置的电动振动台6的结构示意图。电动振动台6包括振动台台体和冷却、功放***。优选地，冷却***和功放***一体集成，电动振动台的主体部分61为圆柱形结构，通过台面上辐射状分布螺纹孔62与振动台面8连接；其中4套电动振动台6与振动台面8下表面连接，固定在基座10的底部；另外4套电动振动台6与振动台面8的4个侧面连接；圆柱形结构的侧壁上设置有耳轴63，以便与耳轴支架9的连接孔进行安装，通过耳轴支架9固定在基座10的上表面，电动振动台6可通过耳轴实现旋转，从而实现振动台面8三轴六自由度振动。

优选地，电动振动台6通过感应环式振动台改制而成，其取消原有的振动台空气弹簧隔振***，重新设计安装耳轴支架9，耳轴支架9的结构如图5所示，耳轴支架9包括底座、支撑部和电动振动台安装部，底座连接至基座10的上表面，底座的两端的宽度大于底座的中间的宽度；优选地，底座上设置有紧固件连接孔，底座的两端设置有两个紧固件连接孔，底座的中间沿其宽度方向上分别设置有一个紧固件连接孔。优选地，支撑部分包括第一支撑部和第二支撑部，第一支撑部和第二支撑部之间形成空腔，底座的中间的沿着其宽度方向上设置的一个紧固件连接孔位于空腔内，且靠近各支撑部的内侧。支撑部与基座一体成型，电动振动台安装部位于支撑部的上方，优选地，支撑部与电动台安装部一体成型，电动振动台安装部上设置与电动振动台6连接的结构，优选地，电动振动台安装部设有连接孔，与电动振动台6相应的连接孔连接一体成型。

优选地，振动台面8，如图4所示，其为长方体结构，长方体结构内设置有空腔，内部填充阻尼材料；长方体侧面均匀分布大孔以及小孔81，以便减重及填充阻尼材料；优选地，大孔所在的行和小孔所在的行间隔布置。在长方体结构的各个侧面还设置有连接孔82，以便与电动振动台6连接。具体地，振动台面8其通过镁合金整体铸造而成，并在其内填充阻尼材料。

优选地，如图5所示，耳轴支架9由钢板焊接而成，以保证其具有足够的刚度和强度，承受振动台产生的最大反力，保持感应环式振动台原有性能。

优选地，如图6所示，基座10为电动振动台6、耳轴支架9和球绞过位移保护装置11提供支撑；4台电动振动台6固定在基座10的底部；耳轴支架9的支撑部与基座10一体成型；球绞过位移保护装置11的限位托架与基座10一体成型。所述基座10具有均匀分布的支撑隔板，所述基座的侧面设置有方形开口。

优选地，基座10其采用钢结构焊接而成，底部安装整体隔振***。

优选地，球绞过位移保护装置11包括限位块101和限位托架，限位块和限位托架均采用金属结构，球绞过位移保护装置11通过限位托架安装固定在基座10上，对静压轴承7进行过位移保护。优选地，所述球铰过位移保护装置11为倒L型结构，在拐角处设置有圆角。所述限位块101设置在球铰过位移保护装置11的第一端，所述限位块固定在所述限位托架上，即固定在限位托架102的第一端，所述限位托架102的第二端设置连接片103，连接片上设置有均匀布置的固定孔104，如图7所示。优选地，所述限位托架为框架结构。

更为具体地，三轴向六自由度振动试验装置包括1套MIMO控制器、1套功放***、1个三轴向六自由度振动平台、1套水气***和1套液压***；三轴向六自由度振动平台包括8个电动振动台、8个静压轴承、8套耳轴支架、1个振动台面、1个基座以及1套球绞过位移保护装置；MIMO控制器生成8路驱动电压信号，经8个振动台功率放大器放大后输入8个电动振动台；8个电动振动台通过8个静压轴承使振动台面产生振动，基座、球绞保护装置和其他辅助装置给振动台和振动台面进行空间定位，实现振动台面自动对中；振动台面的控制点上的加速度响应，经坐标变换后形成六自由度振动响应，反馈给MIMO控制器；MIMO控制器对六自由度响应的参数，例如，幅值，进行比较和修正，使MIMO控制器的驱动信号在振动台面上产生的加速度响应符合试验条件的要求。

如图1至图7所示：三轴向六自由度振动平台3包括8个电动振动台6，8个静压轴承7，1个振动台面8，8套耳轴支架9，1个基座10，1套球绞过位移保护装置11；

电动振动台6由感应环式振动台改制而成，由振动台体、冷却风机、高效功率放大器及接口电缆集成。根据需求，取消原有的振动台空气弹簧隔振***，重新设计安装耳轴支架9；

静压轴承7选用双球面静压球绞；

振动台面8由镁合金整体铸造而成，并在其内填充阻尼材料；

耳轴支架9由钢板焊接而成具有足够的刚度和强度，承受振动台产生的最大反力，保持感应环式振动台原有性能；基座10采用钢结构焊接而成，并在其内部空腔灌封专用材料，底部安装整体隔振***；球绞过位移保护装置11为金属结构，安装固定在基座10上，用于静压轴承7的保护；电动振动台6通过耳轴支架9与基座10进行连接，从而实现电动振动台6的旋转；电动振动台8通过静压轴承7与振动台面8连接，为振动台面8提供所需的振动条件；其中4个电动振动台6通过静压轴承7连接至振动台面8下表面，4个电动振动台6通过静压轴承7分别连接至振动台面8的4个侧面；振动台面8通过静压轴承7将其与电动振动台6连接，并通过球铰过位移保护装置11及辅助支撑装置与基座10连接；如图1所示：三轴向六自由度振动试验***包括MIMO控制器1、功放***2、三轴向六自由度振动平台3、水气***4和液压***5；水气***4为三轴向六自由度振动平台3供水供气；液压***5为静压轴承7供油；MIMO控制器1生成驱动电压信号经功放***2后输入电动振动台6产生振动，振动台面8上的加速度响应反馈给MIMO控制器，实现振动控制。

如图8所示，示出了根据本发明的功放***的工作原理示意图。

其中，功放***2包括PLC201、故障采集模块202、逻辑故障采集模块203、HMI204,以及电气控制205。

优选地，PLC201通过处理故障采集模块202和逻辑故障采集模块203采集数据，通过电气控制205控制电动振动台6的参数，例如振幅，并且通过人机界面HMI204进行显示反馈，对数据进行实时监控。

图9中示出了根据本发明的液压***的工作原理示意图。

其中，液压***5包括油箱501，主泵***502，循环冷却过滤***503，油箱检测***504，蓄能器505和高压过滤***506。

优选地，油箱501为液压***储油，主泵***502从油箱501中取油，经高压过滤***506给振动平台3供油。

优选地，回油经循环冷却过滤***503冷却过滤后，回到油箱501。

优选地，油箱检测504实时监测油箱501中的液位及油温，保证***的正常工作。

优选地，蓄能器505调节管路压力波动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，其包括MIMO控制器、功放***、振动平台、水气***和液压***；所述MIMO控制器生成驱动电压信号经所述功放***后输入所述振动平台，使所述振动平台产生振动，同时所述振动平面上的响应反馈给所述MIMO控制器，从而实现振动控制；所述水气***与所述振动平台相连，为其提供冷却水及压缩空气；所述液压***与所述振动平台相连，为其供油；所述振动平台为三轴向六自由度振动平台；所述振动平台包括电动振动台、静压轴承、振动台面、耳轴支架、基座以及球绞过位移保护装置；所述电动振动台分别通过相应的耳轴支架与基座进行连接；电动振动台通过静压轴承与振动台面连接：电动振动台分别通过静压轴承连接至振动台面下表面以及振动台面的各个侧面；所述振动台面通过球铰过位移保护装置及辅助支撑装置与基座连接。

2.如权利要求1所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述耳轴支架的数量为四套，所述耳轴支架设置在所述基座上，且其设置在所述电动振动台的两侧，所述耳轴支架在所述基座的上表面电动振动台的两侧对称布置。

3.如权利要求1所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述电动振动台包括振动台台体、冷却***和功放***，冷却***和功放***一体集成，电动振动台的主体部分为圆柱形结构，通过台面上辐射状分布螺纹孔与振动台面连接；其中4套电动振动台与振动台面下表面连接，固定在基座的底部；另外4套电动振动台与振动台面的4个侧面连接；所述圆柱形结构的侧壁上设置有耳轴，以便与耳轴支架的连接孔进行安装，通过耳轴支架固定在基座的上表面，电动振动台可通过耳轴实现旋转，从而实现振动台面三轴六自由度振动。

4.如权利要求1所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述耳轴支架包括底座、支撑部和电动振动台安装部，所述底座连接至所述基座的上表面，所述底座的两端的宽度大于所述底座的中间的宽度。

5.如权利要求4所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述底座上设置有紧固件连接孔，所述底座的两端设置有两个紧固件连接孔，所述底座的中间沿其宽度方向上分别设置有一个紧固件连接孔。

6.如权利要求5所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述支撑部分包括第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部和第二支撑部之间形成空腔，所述底座的中间的沿着其宽度方向上设置的一个紧固件连接孔位于所述空腔内，且靠近各支撑部的内侧，所述支撑部与所述基座一体成型，所述电动振动台安装部位于所述支撑部的上方。

7.如权利要求6所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述支撑部与所述电动台安装部一体成型，所述电动振动台安装部上设置与所述电动振动台连接的结构，电动振动台安装部设有连接孔，与电动振动台相应的连接孔连接一体成型。

8.如权利要求7所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述振动台面为长方体结构，所述长方体结构内设置有空腔，内部填充阻尼材料；长方体侧面均匀分布大小孔，以便减重及填充阻尼材料；所述长方体结构与电动振动台连接。

9.如权利要求8所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述基座为电动振动台、耳轴支架和球绞过位移保护装置提供支撑；4台电动振动台固定在基座的底部；耳轴支架的支撑部与基座一体成型；球绞过位移保护装置的限位托架与基座一体成型。

10.如权利要求9所述的三轴向六自由度振动试验装置，其特征在于，所述球绞过位移保护装置包括限位块和限位托架，所述球绞过位移保护装置通过所述限位托架安装固定在基座上，对静压轴承进行过位移保护。