专利名称：改进的大推力振动台系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种卫星试验用大推力振动台系统，尤其涉及到振动台系 统动力学特性的改进。
背景技术：
大推力振动台系统是我国目前大型力学环境振动试验设备之一，整体引 进，广泛应用于大型卫星和飞行器的力学振动试验中。基于振动环境对卫星结 构及其星上仪器设备的影响，为了确保卫星发射成功并能正常工作，大推力振 动台系统可以在地面上再现卫星在地面运输和发射飞行过程中所经受的振动 环境，以考验卫星及其星上仪器设备经受该环境的能力。在卫星振动试验中， 卫星通过试验夹具与振动台面(水平滑台及扩展台面)连接，振动台面与振动 台体连接，连接均采用螺钉连接方式。
大推力振动台系统中，振动台台体与耳轴基座采用刚性连接，满足整船振
动试验2Hz下限频率要求。但是，耳轴基座固有频率在50 60Hz之间，而此 频率范围也是东三平台卫星结构主模态的频率范围。在"北斗F1"卫星采用 东三平台试验的过程中发现，星体一阶固有频率与振动台耳轴基座一阶固有频 率相近而发生振动耦合，引起拍频振荡(低频串振)，造成卫星天线馈源杆断 裂，并给试验控制带来困难。同时，如果振动台耳轴基座在低频率段内各自出 现共振现象，将直接影响振动台的同步性能及扩展台面的均匀性。
由于振动台组合系统固有频率不能满足卫星正弦扫描试验要求，因此，需 要对振动台系统进行动力学特性的计算及试验分析，对台体进行结构改造，提 高振动台耳轴基座系统的固有频率，避免出现振动台耳轴基座与卫星耦合振 动。
国外只有英国的LDS公司28吨双振动台(LDS984)进行了类似改造，但 设计方案不同，LDS公司对振动台体进行了大的结构改造。但是，大推力振动 台系统结构紧凑体积庞大，可利用的空间十分狭小，振动台连接着水、油、电等大量导线、导管，拆卸振动台进行机械加工几乎不可能，振动台的筒壁为进 口材料，机械加工难度大， 一般的钻头无法打孔。同时整船、整星、星船大部 件的型号试验计划十分饱满，不允许长时间停工改造。
在该设备引进初期，曾进行过改造，将固有频率提高了接近一倍。再进行 第二次改造，可行的设计方案很少，如设计不当将带来负作用，对振动台系统 本身进行机械加工、钻孔、焊接等，会破坏振动台的完整性，而且振动台系统
之间的精密性很高(结构与结构之间的间隙公差要求在O. lram以内)，如果振 动台因加工产生变形，将带来不良的后果。因此确定周全的改造方案十分重要。
发明内容
本实用新型提供了一个不对振动台本身进行任何的加工和拆卸，而采取由 外部添加紧固部件，增加振动台的约束，从而提高振动台系统固有频率的改进 的大推力振动台方案。
本实用新型的可由以下技术方案完成
改进的大推力振动台系统，包括振动台体、分布在台体两侧的两个基座和 两个耳轴、对称分布在振动台体顶部两侧的两个加强筋板、下部支撑机构和顶 部压紧机构，耳轴位于基座上部，且与基座焊接为一体，振动台体固定在台体 两侧的耳轴上，并采用刚性连接，加强筋板呈九十度直角的形状，垂直的直角 边搭接在耳轴上，水平的直角边搭接在振动台体的上盖上，用顶部压紧机构同 振动台体固定。
其中，加强筋板垂直的直角边用四个M20的螺钉均布紧固搭接在耳轴上。 其中，顶部压紧机构用五个M18的螺钉作为顶针将水平的直角边搭接在振
动台体的上盖上，在螺钉底部装有钢质垫片，支撑在振动台体的顶部表面上，
螺钉选用细牙，调节压紧振动台体。 其中，加强筋板的厚度为100mm。
其中，下部支撑机构在振动台体下部的四个对应的支点，采用立式油压千 斤顶支撑，并装有压力表。
本实用新型在设计过程中，对结构设计利用经验公式推导及Nastran有限 元计算分析进行估算，优化设计，主要的计算分析过程如下
1、利用经验公式对加固方案固有频率的估算。把该方案的加固装置简化为三个模型，即台体下千斤顶支撑部分、加强筋 板与台体上盖连接部分及加强筋板与基座连接部分。分别计算出各自的基频， 然后用串联系统的公式估算出整个加强部分的基频。
估算的结果为77Hz，其与加固后40T双振动台系统实测值84Hz对比，说 明了估算结果是相对可信的。
2、利用有限元对加固方案固有频率的估算
利用Nastran有限元分析软件对单台系统进行模态分析。未加固状态的一 阶固有频率为60. 759Hz (沿水平方向扭转)，加固状态的一阶固有频率为 89.93Hz。从试验结果看，有限元分析的数据与试验测试数据接近。
本实用新型其有益效果在于
a. 加固方案不对振动台本身进行任何的加工和拆卸，系统简单、规模小， 对现有的系统不要求大规模改动，易于实现。为国家节约了大量的科研经费， 加固效果优于国际同类项目，为国内外设备的特性优化技术改造提出了 一条新 思路。
b. 加固振动台后测试数据表明耳轴基座固有频率提高10 20Hz，成功地 将振动台系统和卫星结构一阶固有频率错开，避免出现振动台系统与卫星的振 动耦合，控制曲线均匀性明显提高，控制效果明显改善，卫星结构的耦合振动 响应显著下降。同时使控制在容差范围内，满足任务书的要求，成功解决控制
超差这一大型力学振动试验的关键技术难题。
图1为改进的大推力振动台系统示意图。 图2为北斗Fl卫星力学振动试验控制曲线。 图3为北斗F3卫星力学振动试验控制曲线。
其中，1为振动台体，2为基座，3为加强筋板，4为下部支撑机构，5为 顶部压紧机构，6为耳轴。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细说明。
改进的人推力振动台系统，包括振动台体l、分布在振动台体l两侧的两个基座2和两个耳轴6。耳轴6位于基座2的上部，且与基座2焊接为一体。 振动台体1是一个直径为lllOmm的圆柱形筒，振动台体1固定在台体两侧的 耳轴上，并采用刚性连接。系统还包括对称分布在振动台体1顶部两侧的两个 加强筋板3、下部支撑机构4和顶部压紧机构5。加强筋板3呈九十度直角折 板的形状，板厚100mm，由45#钢加工而成，垂直的直角边搭接在耳轴6上， 用4个M20的螺钉均布紧固，水平的直角边搭接在振动台体1的上盖，用顶部 压紧机构5同振动台体1固定。顶部压紧机构5用五个M18的螺钉作为顶针， 螺钉选用细牙，调节压紧振动台体，为保护台体，在螺钉底部装有钢质垫片， 支撑在振动台体1的顶部表面上。为了保证振动台受力的平衡性，下部支撑机 构4在振动台体1下部的四个对应的支点，采用立式油压千斤顶(10t)支撑， 并装有压力表，用以在试验中控制压力，这样在不对振动台结构产生变动的前 提下，而起到增加振动台约束的作用。
振动台体的下部没有采取加强筋板部件的原因是，台体底部的空间太小， 其传动箱、阀门、管路等在台体底部布满，同时，即使有一定的空间，加强筋 板部件在振动台体水平转垂直、垂直转水平时需要拆卸，考虑到加强筋板部件 的重量及安装空间，拆卸过程难度偏大，故在底部采用油压千斤顶的支撑方式。
振动台两侧的基座为国内加工，材质为A3钢，加工难度不大，可现场进行。
东三平台的两个振动台系统(北侧和南侧各一个)都可按照上述方案进行 改进。
振动台加固前的耳轴基座固有频率在50 60Hz之间，北侧振动台耳轴基 座的实测一阶固有频率为60Hz;加固后一阶固有频率为84Hz，提高了24Hz。 从图2和图3的试验数据可看出，"北斗F1"试验时，由于振动台未加固， 卫星与振动台共振频率耦合大，产生拍频振荡。振动台加固后，两个系统共振 频率错开，耦合变小，控制效果明显好转。再对比卫星承力筒上储箱法兰+Z 位置测点的响应变化。由于加固后，控制效果明显提高，同时控制的好坏直接 影响卫星结构的响应；从频率40 60Hz范围内可以看出"北斗F3"的测点响 应也得到改善。
在"北斗F3"的试验中，从振动试验现场观察和试验后数据分析都表明， 结构响应量级比"北斗F1"和"北斗F2"低，分析认为，与台体加固有关。卫星结构的响应大小主要看谐振区，谐振区位于下凹区内，对卫星的输入振级
高低决定了卫星结构的响应高低。"北斗Fl"和"北斗F2"存在卫星纵向基 频与台体耳轴基座一阶频率耦合问题，下凹区内有严重震荡现象，平均输入振 级较高。"北斗F3"试验前对振动台进行了加固，试验中避开了卫星纵向基 频50Hz，震荡现象明显改善。对比图2、图3中"北斗Fl"与"北斗F3"力 学振动试验控制曲线，从图2中可看出，"北斗F1"试验时，由于40t振动 台未加固，卫星与振动台两共振频率耦合大，产生拍频振荡。从图3中可看出， 40t振动台加周后，两共振频率错开，耦合变小，控制效果明显好转。
目前，振动台系统的动力学特性优化技术已经成功应用于东三平台系列卫 星的动力学环境试验当中，为型号的成功发射作出了贡献。大推力振动台系统 经过加固改造，2002年12月及2003年l月进行两次振动试验调试，其后圆
满完成"北斗"、"神通"、"烽火"、"二代导航"等东三平台整星的振动 试验。
尽管上文对本实用新型的具体实施方式
给予了详细描述和说明，但是应该 指明的是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变 和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在 本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、改进的大推力振动台系统，包括振动台体(1)、分布在振动台体(1)两侧的两个基座(2)和两个耳轴(6)、对称分布在振动台体(1)顶部两侧的两个加强筋板(3)、下部支撑机构(4)和顶部压紧机构(5)，耳轴(6)位于基座(2)上部，且与基座(2)焊接为一体，振动台体(1)固定在两侧的耳轴(6)上，并采用刚性连接，其特征在于，加强筋板(3)呈九十度直角的形状，垂直的直角边搭接在耳轴(6)上，水平的直角边搭接在振动台体(1)的上盖上，用顶部压紧机构(5)同振动台体(1)固定。
2、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，加强筋板(3)垂直的直角边 用四个M20的螺钉均布紧固搭接在耳轴(6)上。
3、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，顶部压紧机构(5)用五个 M18的螺钉作为顶针将水平的直角边搭接在振动台体(1)的上盖上，在螺钉 底部装有钢质垫片，支撑在振动台体(1)的顶部表面上，螺钉选用细牙，调 节压紧振动台体(1)。
4、 如权利要求卜3中任意一项所述的系统，其特征在于，加强筋板(3) 的厚度为100mm。
5、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，下部支撑机构(4)在振动台 体(1)下部的四个对应的支点，采用立式油压千斤顶支撑，并装有压力表。
专利摘要本实用新型涉及一种改进的大推力振动台系统，系统包括振动台体、基座、耳轴、对称分布在振动台体顶部两侧的两个加强筋板、下部支撑机构和顶部压紧机构，振动台体固定在台体两侧的耳轴上，并采用刚性连接，加强筋板呈九十度直角的形状，垂直的直角边搭接在耳轴上，水平的直角边搭接在振动台体的上盖，用顶部压紧机构同振动台体固定。本实用新型提供了一个不对振动台本身进行任何的加工和拆卸，而采取由外部添加紧固部件，增加振动台的约束，从而提高振动台系统固有频率的方案。
文档编号G01M7/00GK201352170SQ20082017801
公开日2009年11月25日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者余小明, 松 杨, 克 罗, 峰 高, 非 高, 魏仁海 申请人:北京卫星环境工程研究所