振动-加速度试验设备用振动反作用力主动平衡装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动反作用力平衡装置，尤其涉及一种振动-加速度试验设备用振动反作用力主动平衡装置。
【背景技术】
[0002]振动-加速度试验(或者称为“振动-加速度综合环境试验”)方法在高速飞行器可靠性试验以及地震模拟等方面有着广泛的使用需求和应用价值。与传统单独试验的方法相比，使用振动-加速度试验方法可以更为准确地模拟实际工作环境，有利于及早发现产品潜在的故障与风险。
[0003]目前环境试验方法，振动试验与加速度试验往往是分别独立进行的，而对于高速飞行的装置如导弹、航天飞机、宇宙飞船等，在加速飞行状态下，受到加速度与振动等多种环境因素的综合作用。一方面，高加速度使得内部装置和设备承受巨大的惯性力而产生超重现象;另一方面，发动机振动、气动结构响应等引起的振动容易对内部装置和设备造成损坏。单独使用振动试验、加速度试验手段，不能有效地预测综合环境影响下设备的可靠性，因此开展振动-加速度综合环境试验，可以有效地预测在单一环境试验下无法估计的潜在故障，有利于进一步提高高速飞行器设备的使用可靠性。
[0004]地震模拟方面，研究岩土工程抗震问题的基本方法主要包括震灾调查、数值模拟与理论分析和模型试验，其中振动-加速度试验方法是目前模型试验领域最有效的、最先进的方法。通过研究缩尺模型在高g值环境状态下的振动响应，可以研究真实结构在地震载荷作用下的变形与破坏机制，从而有效地对民房建筑、桥涵大坝等结构的抗震性能进行考核，并提供相关试验数据。
[0005]开展振动-加速度试验，需要振动-加速度试验设备，即将振动台安装在离心机转臂上。离心机旋转产生加速度环境，振动台提供正弦振动、随机振动等振动环境。试验过程中，随着振动台的不断振动，振动台的振动反作用力通过离心机转臂传递到离心机主轴上，对离心机主轴造成振动冲击，轻则降低离心机主轴回转精度，重则造成离心机主轴的损坏，降低离心机主轴的使用寿命。因此，振动-加速度试验中，对于振动台振动反作用力控制的好坏，不仅仅影响试验效果的好坏，更会影响试验安全。
[0006]应用于振动-加速度试验的振动反作用力主动平衡装置，应满足以下几个重要性能要求:I)离心机高速运转时，离心机转臂端部受到巨大的离心力，附加的振动反作用力主动平衡装置需能承受巨大的离心力。2)振动反作用力主动平衡装置的频率应能满足2?2000Hz的使用频率范围，主动平衡能力应不小于振动台的最大推力。3)振动反作用力主动平衡装置产生的振动主动平衡力应与振动台产生的振动反作用力在离心机主轴处相互平衡。
[0007]作为航天航空以及地震模拟等相关领域迫切需要的环境试验设备，振动-加速度试验设备的研制成为国内外相关研究的热点，相继开发了多款应用于综合环境试验以及地震模拟的振动-加速度试验设备，安装在离心机上的振动台也具有多样性，包括电液振动台、电动振动台、压电式激振系统以及爆炸式激振系统等。当前应用最广最多的还是附加电液振动台和电动振动台的振动-加速度试验设备。
[0008]振动-加速度试验中，对振动台产生的振动冲击隔振的好坏直接影响到试验效果的好坏以及试验安全，因此隔振技术成为振动-加速度试验设备开发的一个关键技术。
[0009]对于安装电液振动台的振动-加速度试验设备，常见的隔振装置主要有三种，分别为柔性带(或柔性板)隔振、橡胶隔振、空气弹簧支撑隔振。英国剑桥大学的弹簧作动振动台采用的是柔性带(或柔性板)隔振的方法，采用此种方法，主要是将振动台当作独立的系统，并将振动台与离心机用柔性带连接起来，振动台实际为悬吊在离心机上的状态。
[0010]2002年，西安交通大学与总体所共同研制了一款橡胶隔振装置，如图1所示，其中，上圈31与下圈33分别与振动台和离心机转臂用螺栓连接，上圈31与下圈33可用A3或45号钢制成，起到连接振动台与离心机转臂以及支撑振动台的作用，阻尼部分采用软橡胶32作为阻尼材料，把软橡胶32填充在上圈31与下圈33之间，达到三向减振的效果，性能测试表明该隔振装置接近数值分析的理想连接刚度和阻尼，可以达到较好的隔振效果。当前国内外设计生产制造的电动振动台多采取的是空气弹簧支撑的隔振方式，效果较明显，但是由于空气弹簧支撑隔振装置的固有频率较低(小于5Hz)，在进行低频振动(振动频率小于5Hz)时，容易引起共振，反而加剧振动冲击。
[0011]对于安装电动振动台的振动-加速度试验设备，由于多采用的是小推力电动振动台与离心机固定连接的方式，似乎没有采取明显的隔振措施，这可能是由于振动台的推力不大，离心机转臂起到了很大的缓冲质量作用，离心机主轴与转臂的连接部位通过优化设计，使其能够承受转臂传递过来的振动力。随着振动-加速度试验对象由部件级向整体级不断发展，合适的隔振装置设计也成为安装有电动振动台的振动-加速度试验设备开发的关键技术。
[0012]综上，传统的振动-加速度试验设备，采用的振动反作用力平衡装置基本为被动式，即缓冲隔振装置。常见的隔振装置主要有三种:I)柔性带(或柔性板)隔振，一般结构是将振动台使用柔性带与离心机连接在一起，振动台悬吊在离心机上。2)橡胶隔振，就是在振动台与离心机转臂之间放置一层厚厚的橡胶，试验结果表明，橡胶隔振可以吸收大于2/3的振动。3)空气弹簧支撑隔振，效果较明显。
[0013]上述振动反作用力平衡装置和方法均为被动式的振动控制方法，从一定程度上降低传递到离心机主轴处的振动反作用力，进而降低振动反作用力对离心机主轴的影响。被动式的隔振方法，存在着一定的缺点:I)虽然可以通过隔振装置降低传递到离心机主轴处的振动大小，但是仍有剩余振动冲击载荷，尚心机主轴依然承受振动冲击载荷的作用。2)随着振动-加速度试验要求以及所需振动台推力的不断提高，经过被动式隔振装置隔振后，传递到离心机主轴处的剩余振动冲击载荷相应提高，使得离心机主轴的工作环境更加恶化。3)采用空气弹簧支撑隔振方法，虽然效果较明显，但是由于空气弹簧支撑隔振装置的固有频率较低(低于5Hz)，当进行振动频率低于5Hz的振动时，空气弹簧支撑隔振装置会产生共振，不但不会对振动反作用力产生隔振效果，反而会增大传递到离心机主轴处的振动，加剧对离心机主轴的冲击，因此当采用空气弹簧支撑隔振时，试验频率往往要高于5Hz，当需要进行更低频率的振动时，需要将空气弹簧支撑隔振装置屏蔽掉。
[0014]存在上述缺点的根本原因就在于，传统隔振技术采用的是被动式的隔振方法，只能在一定程度上削弱传递到离心机主轴处的振动反作用力的大小，但离心机主轴却始终承受振动冲击载荷，而不能从根本上平衡此振动冲击载荷对离心机主轴造成的弯曲变形与倾覆作用。
【发明内容】
[0015]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种对振动台产生的振动反作用力进行主动平衡的振动-加速度试验设备用振动反作用力主动平衡装置。
[0016]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0017]—种振动-加速度试验设备用振动反作用力主动平衡装置，所述振动-加速度试验设备包括离心机、振动台和配重块，所述振动台和所述配重块分别安装于所述离心机的转臂的两端且位于所述离心机的主轴的两侧，所述振动反作用力主动平衡装置包括励磁电磁铁、控制电磁铁、第一力传感器、第二力传感器、信号调理器、检测控制器、第一功率放大器和第二功率放大器，所述励磁电磁铁固定安装于所述离心机的转臂的一端且位于所述配重块的外侧，多个所述控制