专利名称：三轴六自由度气动振动、运输颠簸、倾斜摇摆试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟汽车、舰船、坦克及其它作低频振动、颠簸、倾斜、摇摆运动的环境试验台，这种试验台用于考核评定在上述运动平台上工作设备的环境适应性及其结构、包装耐受此环境的性能及结构强度的耐受性，如GJB150.16-86规定的运输颠簸试验和GJB150.23-91规定的倾斜、摇摆试验。也可以用此方案制造振动筛等运动装置。
背景技术：
三轴六自由度振动试验台是一种模拟汽车、舰船、坦克及其它作低频振动、颠簸、倾斜、摇摆运动的环境试验台，其目的是要模拟这种环境来考核检验在这些场合下使用设备的性能，考核在这种环境下运输的物件及其包装的承受能力。
现有技术中，三轴六自由度振动试验台主要有气锤式、电动式和液压式三种。其中，三轴六自由度气锤式振动台是利用气锤的连续冲击使台面作模态运动而产生振动的。这种试验台振动能量集中在2KHz到4KHz范围，有的上限频率甚至达10KHz，其优点是能量转换效率高，但缺点是频率分量、谱形、波型无法控制，台面不均匀度相差很大。而三轴六自由度电动、液压振动台不仅承载能力强，频率范围宽，而且克服了上述气锤式振动台的缺点，但这类振动台结构很复杂，造价非常昂贵，一般单位无承受能力，不便推广应用。
另一方面，对于某些设备、部件、产品或包装来说，只要求进行低频率下的振动、颠簸、倾斜、摇摆运动的环境试验即可，然而，现有技术中，专门从事低频率下的振动、颠簸、倾斜、摇摆环境试验的简易振动试验台尚未发现。
发明内容
本发明目的是提供一种简易型低频三轴六自由度气动振动、运输颠簸、倾斜摇摆试验台。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种三轴六自由度气动振动、运输颠簸、倾斜摇摆试验台，包括一水平台面，该水平台面由弹簧支撑或悬挂，使其处于可沿空间X、Y、Z三个轴向移动和绕X、Y、Z三个轴向转动的自由状态；在水平台面的底部和旁侧设置至少八个空气弹簧作为激振器，其中，四个空气弹簧以四边形布局形式设在水平台面底部并作用于水平台面的Z轴方向，两个空气弹簧设在水平台面旁侧并作用于水平台面的X轴方向，另外两个空气弹簧设在水平台面旁侧并作用于水平台面的Y轴方向。
上述技术方案中的有关内容解释如下1、上述方案中，所述水平台面可以是圆形或矩形，其由四个弹簧从底部支撑效果较佳。
2、上述方案中，所述底部的四个空气弹簧以四边形布局形式中的矩形布局形式效果最佳。
3、上述方案中，所述X轴方向的两个空气弹簧设在水平台面的同一侧或分别设在水平台面的两侧均可；所述Y轴方向的两个空气弹簧设在水平台面的同一侧或分别设在水平台面的两侧均可。
4、上述方案中，所述每个空气弹簧均由一个充气分配盘和一个放气分配盘形成充气回路和放气回路，充气回路中，气源通过管道经充气分配盘与空气弹簧连接；放气回路中，空气弹簧通过管道经放气分配盘与大气接通。
5、上述方案中，所述每个空气弹簧所对应的充气分配盘和放气分配盘由同一变频电机驱动，充气分配盘与放气分配盘的转角相位相差为180°，变频电机由控制器控制。
6、上述方案中，所述充气回路中，气源与充气分配盘之间的管道中设置伺服阀，充气分配盘与空气弹簧之间的管道中设置电磁阀，所述伺服阀和电磁阀均由控制器控制；所述放气回路中，放气分配盘的出口经消音器与大气接通。
7、上述方案中，所述充气分配盘和放气分配盘均由分配盘、盘匣、转轴、进气口和出气口组成，盘匣为一壳体结构，分配盘为圆盘状并置于该壳体中，分配盘中央固定连接转轴，转轴从盘匣的壳体内经密封结构伸出壳体外，分配盘在盘匣内将内部空间分隔成高压区和充气区，进气口设在高压区对应的盘匣上，出气口设在充气区对应的盘匣上，高压区与充气区通过分配盘盘面上所设的通孔连通。
8、上述方案中，所述空气弹簧为单球或多球串联结构。
本发明原理是首先采用弹簧将水平台面支撑或悬挂成可以在空间进行六自由度运动的自由状态，然后利用至少八个空气弹簧作为激振器从不同方位作用于水平台面，用不同时间分别向安装在X、Y、Z三方向的空气弹簧充、放气实现三轴六自由度运动，从而模拟低频运输颠簸以及倾斜、摇摆运动进行环境试验。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果1、本发明克服了现有气锤式三轴六自由度的振动试验台不能控制谱形，不能进行低周运动，台面均匀度差等缺点。另外，气锤式试验台虽然有三轴六自由度运动，但每个自由度均不能单独控制，六个自由度之间的关系是固定的因此不是真的六自由度。而本发明可以采用不同时间分别向安装在X、Y、Z三方向的各个空气弹簧充、放气实现各种三轴六自由度运动。
2、本发明与电动、液压振动试验台构成的三轴六自由度振动系统相比结构简单，造价大大降低。
3、本发明可满足国军标GJB150.23-91倾斜和摇摆试验要求，GJB150.16-86散装运输颠簸试验要求，可以用于地震、汽车、坦克、舰船等运动平台的环境模拟，也可作为振动筛等专用设备，是一种简易型低频三轴六自由度气动振动、运输颠簸、倾斜摇摆试验台。
4、本发明采用空气弹簧作为激振器，并且利用空气弹簧侧向刚度较小，具有可变位的特性，与现有技术中的三轴六自由度试验台相比，不仅节省了昂贵的万向节，而且大大简化了结构。
附图1为本发明三轴六自由度试验台以及整个系统原理框图；附图2为本发明三轴六自由度试验台实施例结构示意图；附图3为本发明每个空气弹簧的充、放气装置原理图；附图4为本发明充气分配盘结构示意图；附图5为图4中的分配盘示意图。
以上附图中，1、水平台面；2、机架；3、弹簧；4、第一空气弹簧；5、第二空气弹簧；6、第三空气弹簧；7、第四空气弹簧；8、第五空气弹簧；9、第六空气弹簧；10、第七空气弹簧；11、第八空气弹簧；12、分配盘；13、盘匣；14、转轴；15、进气口；16、出气口；17、“O”形密封圈；18、高压区；19、充气区；20、通孔；21、齿轮；22、充放气接口。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例参见图1所示，一种三轴六自由度气动振动、运输颠簸、倾斜摇摆试验台系统，由气动试验台、充放气系统、控制系统和高压气源组成。
1、气动试验台参见图2所示，气动试验台由一水平台面1、机架2、四个弹簧3和八个空气弹簧(第一空气弹簧4～第八空气弹簧11)组成。机架2为一支架体，支架体顶部向下设有一四方形凹槽，水平台面1为四方形台体并位于该凹槽中，其底部由四个弹簧3支撑，使水平台面1处于可沿空间X、Y、Z三个轴向移动和绕X、Y、Z三个轴向转动的自由状态。四个支撑弹簧3在水平台面1底部呈四方形布局。
在水平台面1的底部和旁侧设置八个空气弹簧(第一空气弹簧4～第八空气弹簧)作为激振器，其中，四个空气弹簧(第五空气弹簧8～第八空气弹簧11)以矩形布局形式设在水平台面1底部并作用于水平台面1的Z轴方向。两个空气弹簧(第一空气弹簧4和第三空气弹簧6)分别设在水平台面1两侧并作用于水平台面1的X轴方向，见图2所示位置，第一空气弹簧4与第三空气弹簧6位于同一轴线。另外两个空气弹簧(第二空气弹簧5和第四空气弹簧7)分别设在水平台面1另两侧并作用于水平台面1的Y轴方向，见图2所示位置，第二空气弹簧5与第四空气弹簧7错位布置。由此可见，第一空气弹簧4～第四空气弹簧7与水平台面1在一个水平面激振，而第五空气弹簧8～第八空气弹簧11安装在水平台面1底部作垂直激振。
所述空气弹簧可以是单球或多球串联结构，这种结构可以由橡胶、橡胶加金属或全金属制成。空气弹簧一头固定在机架2上，另一头固定在水平台面1上，高压气体通过充放气接口22与空气弹簧连通(见图2)，当以不同的相位分别给空气弹簧充、放高压气体时，则水平台面1就可能实现球振动、椭球振动、倾斜运动、摇摆运动和颠簸运动。
2、充放气系统充放气系统由八路相同的充放气装置组成，每一路充放气装置对应一个空气弹簧，图3所示为一路充放气装置原理图。每个空气弹簧均由一个充气回路和一个放气回路，充气回路由气源通过管道经伺服阀、充气分配盘与空气弹簧连接形成。放气回路由空气弹簧通过管道经放气分配盘、消音器与大气接通。
参见图4所示，充气分配盘由分配盘12、盘匣13、转轴14、进气口15和出气口16组成，盘匣13为一壳体结构，分配盘12为圆盘状并置于该壳体中，分配盘12中央固定连接转轴14，转轴14从盘匣13的壳体内经“O”形密封圈17伸出壳体外，分配盘12在盘匣13内将内部空间分隔成高压区18和充气区19，进气口15设在高压区18对应的盘匣13上，出气口16设在充气区19对应的盘匣13上，高压区18与充气区19通过分配盘12盘面上所设的通孔20连通，见图5。在变频电机通过齿轮21带动转轴14转动的过程中，当通孔20与出气口16相通时，从进气口15流入的高压气体经通孔20流向出气口16，以此实现充气，充气区19由分配盘12通孔20决定充气时间，由分配盘12的转速决定充气频率。
放气分配盘的结构和原理与充气分配盘相同，只是在实际使用中，放气分配盘的进气口接空气弹簧，出气口接消音器。每个空气弹簧使用的一个充气分配盘和放气分配盘成一一对应关系，并且由同一变频电机驱动，放气分配盘的开通比充气分配盘的转角相位晚180°。
3、控制系统控制系统由控制器以及频率、角度、位移传感器组成。控制器是系统的控制中心，其作用是(1)、控制器根据输入功能要求，开关相应的电磁阀，开启或关闭相应的空气弹簧的充气管路。
(2)、控制器设置运动频率后，经过运算输出信号控制变频率电源，变频电源控制变频电机进行工作，变频电机通过齿轮带动充、放气分配盘给空气弹簧充、放气。
(3)、控制器根据运动振动量值的要求控制装在高压气源到充气分配盘之间的伺服阀，从而控制进入充气分配盘的气体流量。
4、工作原理参见图1，当充放气装置同时向Y轴向的两个空气弹簧(第二空气弹簧5和第四空气弹簧7)充、放气时，水平台面1绕Z轴旋转运动。若将第二空气弹簧5和第四空气弹簧7的充、放气角度设置为相差180°时，则该两个空气弹簧工作在推挽状态，此时水平台面1沿Y轴作直线运动。若在上述沿Y轴作直线运动的基础上，再让Z轴方向的空气弹簧作直线运动，则合成为圆周运动，这就实现了颠簸的圆周运动。由此可见，八个空气弹簧排列组合就可以实现三轴六自由度空间的各种运动。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种三轴六自由度气动振动、运输颠簸、倾斜摇摆试验台，包括一水平台面，其特征在于该水平台面由弹簧支撑或悬挂，使其处于可沿空间X、Y、Z三个轴向移动和绕X、Y、Z三个轴向转动的自由状态；在水平台面的底部和旁侧设置至少八个空气弹簧作为激振器，其中，四个空气弹簧以四边形布局形式设在水平台面底部并作用于水平台面的Z轴方向，两个空气弹簧设在水平台面旁侧并作用于水平台面的X轴方向，另外两个空气弹簧设在水平台面旁侧并作用于水平台面的Y轴方向。
2.根据权利要求1所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述水平台面由四个弹簧从底部支撑。
3.根据权利要求1所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述四边形布局形式为矩形布局形式。
4.根据权利要求1所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述X轴方向的两个空气弹簧设在水平台面的同一侧或分别设在水平台面的两侧；所述Y轴方向的两个空气弹簧设在水平台面的同一侧或分别设在水平台面的两侧。
5.根据权利要求1所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述每个空气弹簧均由一个充气分配盘和一个放气分配盘形成充气回路和放气回路，充气回路中，气源通过管道经充气分配盘与空气弹簧连接；放气回路中，空气弹簧通过管道经放气分配盘与大气接通。
6.根据权利要求5所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述每个空气弹簧所对应的充气分配盘和放气分配盘由同一变频电机驱动，充气分配盘与放气分配盘的转角相位相差为180°，变频电机由控制器控制。
7.根据权利要求5所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述充气回路中，气源与充气分配盘之间的管道中设置伺服阀，充气分配盘与空气弹簧之间的管道中设置电磁阀，所述伺服阀和电磁阀均由控制器控制；所述放气回路中，放气分配盘的出口经消音器与大气接通。
8.根据权利要求5所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述充气分配盘和放气分配盘均由分配盘、盘匣、转轴、进气口和出气口组成，盘匣为一壳体结构，分配盘为圆盘状并置于该壳体中，分配盘中央固定连接转轴，转轴从盘匣的壳体内经密封结构伸出壳体外，分配盘在盘匣内将内部空间分隔成高压区和充气区，进气口设在高压区对应的盘匣上，出气口设在充气区对应的盘匣上，高压区与充气区通过分配盘盘面上所设的通孔连通。
9.根据权利要求1所述的三轴六自由度试验台，其特征在于所述空气弹簧为单球或多球串联结构。
全文摘要
一种三轴六自由度气动振动、运输颠簸、倾斜摇摆试验台，包括一水平台面，其特征在于该水平台面由弹簧支撑或悬挂，使其处于可沿空间X、Y、Z三个轴向移动和绕X、Y、Z三个轴向转动的自由状态；在水平台面的底部和旁侧设置至少八个空气弹簧作为激振器，其中，四个空气弹簧以四边形布局形式设在水平台面底部并作用于水平台面的Z轴方向，两个空气弹簧设在水平台面旁侧并作用于水平台面的X轴方向，另外两个空气弹簧设在水平台面旁侧并作用于水平台面的Y轴方向。本发明提供了一种简易型低频三轴六自由度振动试验台，其特点是1.采用空气弹簧作为激振器；2.结构简单，造价低，经济实用；3.可满足GJB150.23－91倾斜和摇摆试验要求，GJB150.16－86散装运输颠簸试验要求。
文档编号G01M7/00GK1696631SQ20051004027
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月23日 优先权日2005年5月23日
发明者王德言, 张建国 申请人:苏州试验仪器总厂