带有扩展台面的四台并激垂直振动试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种含扩展台面的四台并激垂直振动试验系统，其包括：4个振动台台体、4个外侧耳轴支座、2个内侧耳轴支座、1个扩展台面、8对Pad轴承、4个外围支座、1个轴承安装框架、4个动框转接头、1个中央空气弹簧支座、4个外围空气弹簧支座、8个空气弹簧和8个支撑块。其中，内侧耳轴支座位于2个外侧耳轴支座的中间，4个振动台台体分别支撑在内外侧耳轴支座之间，4个振动台台体分别通过动框转接头与上方的扩展台面连接，四周对称分布的两层共8对Pad轴承约束扩展台面沿竖直方向运动，Pad轴承通过预加载横向载荷实现系统抗倾覆力矩，扩展台面通过底部中央和四周共5处空气弹簧实现静载支撑。

【技术实现步骤摘要】
带有扩展台面的四台并激垂直振动试验系统
本专利技术属于大型振动试验设备研制
，具体涉及一种用于四台并激垂直振动试验系统的扩展台面。
技术介绍
在航天、航空、车辆等工程领域，产品都是在一定的振动环境中工作，结构共振是其运行过程中发生故障的主要原因之一。振动试验作为检验产品可靠性与动强度的一种有效手段，已经广泛应用于产品性能考核和动强度鉴定中。完成振动试验主要设备是振动台，垂直扩展台面是振动台的重要组成部件。扩展台面用于提供振动台与试件之间的接口。当试件尺寸超过振动台原有接口尺寸时，必须设计扩展台面，以起到扩大接口的作用。常见的小型扩展台面往往仅具有与振动台连接的接口，但是当扩展台面尺寸增大、高度增高、重量增加时，振动台本身的负载能力将无法满足要求，且扩展台面的横向稳定性也会明显变差。本专利技术所论述的扩展台面除具有与振动台之间的连接接口外，还具有与导向系统、支撑系统连接的接口，可以克服常见小型扩展台面上述缺点，但在结构复杂性、设计难度上不可同日而语。扩展台面覆盖四个振动台驱动力输出接口区域范围，可以提供更大的接口使用面积。由于使用四个振动台并联同步激励，可以获得4倍于单个振动台的驱动力，但在扩展台面的设计上，从重量、刚度、传递均匀性上需要综合考量，使其获得最佳的力学性能。另外，抗倾覆力矩指标的满足同样非常重要，该指标主要受轴承选型、布局以及台面高度的影响与制约。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于4×350kN四台并激系统的垂直扩展台面，台面尺寸不小于3.5m×3.5m，重量＜10吨，最大安全抗倾覆力矩>200kN·m，最大静载指标为40吨，支撑系统一阶频率＜2Hz，工作状态一阶摇摆频率>45Hz，可用于大质量航天器系统级及大型产品的振动试验。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：四台并激垂直振动试验系统，其包括：4个振动台台体、4个外侧耳轴支座、2个内侧耳轴支座、1个扩展台面、8对Pad轴承、4个外围支座、1个轴承安装框架、4个动框转接头、1个中央空气弹簧支座、4个外围空气弹簧支座、8个空气弹簧和8个支撑块，其中，内侧耳轴支座位于2个外侧耳轴支座的中间，4个振动台台体分别支撑在内侧耳轴支座和外侧耳轴支座之间，4个振动台台体分别通过动框转接头与上方的扩展台面连接，四周对称分布的两层共8对Pad轴承约束扩展台面沿竖直方向运动，Pad轴承通过预加载横向载荷实现系统抗倾覆力矩，扩展台面通过底部中央和四周共5处空气弹簧实现静载平衡。其中，内侧耳轴支座为两个振动台所公用，耳轴支座采用钢板焊接，空腔中灌注混凝土。其中，采用四周双层对称的方式分布导向轴承，导向轴承采用Pad轴承，通过施加大载荷的预加载力实现高抗倾覆力矩指标。其中，四个振动台呈正方形分布，振动台与扩展台面之间通过转接头方式连接。其中，扩展台面采用镁合金板材焊接结构。其中，用于安装Pad轴承和承载预加载载荷的结构采用钢板焊接框架式构件。其中，Pad轴承安装框架下方的外围支座中通过灌注混凝土提高框架底部承载能力。由于四个振动台的布局决定了扩展台面的尺寸比较大，为了减少扩展台面对振动台推力的负面影响，应使其重量应尽可能轻。镁合金材料相比较便宜的铝合金材料，比重小1/3，并且比刚度、材料阻尼与铝合金相当，是振动试验设备的常用材料，扩展台面的材料首先确定选择镁合金。扩展台面采用多边形构型、网格状结构、板材焊接方式，具备加工可行性，避免了类似尺寸的大型镁合金构件铸造的质量风险和时间成本。为满足扩展台面的抗倾覆力矩指标，周边选用8对TEAM公司生产的Pad轴承、双层布局，其中单侧轴承为预加载式，通过液压加载222kN载荷实现抗倾覆能力的同时，提供导向作用。台面底部采用封闭构型，可以有效提高其固有频率。扩展台面底部采用空气弹簧实现支撑，为了达到40吨静载指标，且满足系统一阶支撑频率小于2Hz，对市场上的现有产品进行指标筛选，采用了8气囊布局方式，4个气囊组合在一起，位于台面底部中央，另4个气囊分散在台面四周。该系统通过一路气源同时供气，保证压力均一、工作同步，且与振动台自身静载相互独立。设计辅助支撑系统，用于安装扩展台面导向用的Pad轴承，同时通过导向系统承担扩展台面的横向载荷。辅助支撑系统也包括支撑气囊下方的支座，用于承载扩展台面的自重。国内扩展台面构型一般采用铸造构型，造成台面重量偏大，对振动台的推力损耗较大，影响整个系统的性能指标。采用镁合金板材焊接方式加工，避免了镁合金大型铸件熔铸难度大、风险高的问题，是现有技术条件下该尺寸大型镁合金振动扩展台面唯一可行的加工方式。国内大型扩展台面构型，由于采用整体铸造方式，底部一般为非封闭构型。本专利技术采用底部封闭方式，增重很小，但却可以大幅提高台面的固有频率，从而提高了振动系统的试验可靠性。经过计算选型选择了需进行预加载的PAD轴承，8对轴承双层布局。该种形式的静压轴承，相对常用的710型轴承而言，承载能力具有明显的优势，并且可以将整个系统的调试难度大大降低。空气弹簧承载共有5处，即中央1处，四周4处均布。载荷分布均匀，且独立承载，与振动台自身静载系统不发生干涉。在空间布局上，保证了人员操作的空间。辅助支撑系统可承担扩展台面的横向载荷，其刚性可满足振动系统一阶摇摆频率的设计要求，且可实现台面联调后的状态固化和整体吊装，可实现系统的快速组装和状态恢复。附图说明图1为本专利技术四台并激垂直振动试验系统的俯视图；图2为本专利技术四台并激垂直振动试验系统的正视图；图3为本专利技术四台并激垂直振动试验系统的侧视图；图4为本专利技术四台并激垂直振动试验系统中振动台布局的俯视图；图5为本专利技术四台并激垂直振动试验系统的下方支座示意图；其中，1.扩展台面2.振动台3.Pad轴承4.被动式Pad轴承5.轴承安装框架6.外围支座7.外围空气弹簧支座A8.中央空气弹簧支座9.外围空气弹簧支座B10.扩展台面限位支撑块11.外侧耳轴支座12.内侧耳轴支座13.动框转接头14.中央空气弹簧组件15.外围空气弹簧组件16.预加载Pad轴承安装板17.被动式Pad轴承安装调节组件18.Pad轴承滑动板19.扩展台面箱体结构20.扩展台面动框转接头接口21.扩展台面底板22.底板动框转接头连接缺口。图6为四台并激垂直振动试验系统中的内侧耳轴支座示意图；图7为四台并激垂直振动试验系统中的外侧耳轴支座示意图；图8为四台并激垂直振动试验系统中的轴承安装框架示意图；图9为四台并激垂直振动试验系统中的外围支座示意图；图10为四台并激垂直振动试验系统中的中央空气弹簧支座示意图；图11为四台并激垂直振动试验系统中的外围空气弹簧支座A示意图；图12为四台并激垂直振动试验系统中的外围空气弹簧支座B示意图；图13为四台并激垂直振动试验系统中的扩展台面限位支撑块示意图；图14为四台并激垂直振动试验系统中的空气弹簧组件示意图；图15为四台并激垂直振动试验系统中的中央空气弹簧组件安装就位示意图；图16为四台并激垂直振动试验系统中的动框转接头示意图；图17为四台并激垂直振动试验系统中的扩展台面组件仰视图；图18为四台并激垂直振动试验系统中的扩展台面组件主视图；图19为四台并激垂直振动试验系统中的扩展台面仰视图；图20为四台并激垂直振动试验系统中的扩展台面底板俯视图；具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
四台并激垂直振动试验系统，其包括：4个振动台台体、4个外侧耳轴支座、2个内侧耳轴支座、1个扩展台面、8对Pad轴承、4个外围支座、1个轴承安装框架、4个动框转接头、1个中央空气弹簧支座、4个外围空气弹簧支座、8个空气弹簧和8个支撑块，其中，内侧耳轴支座位于2个外侧耳轴支座的中间，4个振动台台体分别支撑在内外侧耳轴支座之间，4个振动台台体分别通过动框转接头与上方的扩展台面连接，四周对称分布的两层共8对Pad轴承约束扩展台面沿竖直方向运动，Pad轴承通过预加载横向载荷实现系统抗倾覆力矩，扩展台面通过底部中央和四周共5处空气弹簧实现静载平衡。

【技术特征摘要】
1.四台并激垂直振动试验系统，其包括：4个振动台台体、4个外侧耳轴支座、2个内侧耳轴支座、1个扩展台面、8对Pad轴承、4个外围支座、1个轴承安装框架、4个动框转接头、1个中央空气弹簧支座、4个外围空气弹簧支座、8个空气弹簧和8个支撑块，所述空气弹簧支座共有5处，即中央1处，四周4处均布，中央空气弹簧组件采用4个空气弹簧并联分布，通过一块整板与扩展台面连接，所述4个空气弹簧的下端面同样用一块整板连接，安装在中央空气弹簧支座上，另外4个空气弹簧独立构成外围空气弹簧组件，位于外围空气弹簧支座中，其中，一个内侧耳轴支座位于2个外侧耳轴支座的中间，内侧耳轴支座拥有两块耳板，用于同时承载两个振动台台体的单侧耳轴，外侧耳轴支座仅拥有一块耳板，用于承载一个振动台台体的单侧耳轴；4个振动台台体分别支撑在内侧耳轴支座和外侧耳轴支座之间，4个振动台台体分别通过动框转接头与上方的扩展台面连接，四周对称分布的两层共8对Pad轴承约束扩展台面沿竖直方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑，朱子宏，岳志勇，刘明辉，沈志强，张俊刚，方贵前，孙通，王潇锋，郎冠卿，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11