專利名稱：改進(jìn)的大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種衛(wèi)星試驗(yàn)用大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，尤其涉及到振動(dòng)臺(tái)系 統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)是我國(guó)目前大型力學(xué)環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備之一，整體引 進(jìn)，廣泛應(yīng)用于大型衛(wèi)星和飛行器的力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)中。基于振動(dòng)環(huán)境對(duì)衛(wèi)星結(jié) 構(gòu)及其星上儀器設(shè)備的影響，為了確保衛(wèi)星發(fā)射成功并能正常工作，大推力振 動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)可以在地面上再現(xiàn)衛(wèi)星在地面運(yùn)輸和發(fā)射飛行過(guò)程中所經(jīng)受的振動(dòng) 環(huán)境，以考驗(yàn)衛(wèi)星及其星上儀器設(shè)備經(jīng)受該環(huán)境的能力。在衛(wèi)星振動(dòng)試驗(yàn)中， 衛(wèi)星通過(guò)試驗(yàn)夾具與振動(dòng)臺(tái)面(水平滑臺(tái)及擴(kuò)展臺(tái)面)連接，振動(dòng)臺(tái)面與振動(dòng) 臺(tái)體連接，連接均采用螺釘連接方式。
大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)中，振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體與耳軸基座采用剛性連接，滿足整船振
動(dòng)試驗(yàn)2Hz下限頻率要求。但是，耳軸基座固有頻率在50 60Hz之間，而此 頻率范圍也是東三平臺(tái)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)主模態(tài)的頻率范圍。在"北斗F1"衛(wèi)星采用 東三平臺(tái)試驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，星體一階固有頻率與振動(dòng)臺(tái)耳軸基座一階固有頻 率相近而發(fā)生振動(dòng)耦合，引起拍頻振蕩(低頻串振)，造成衛(wèi)星天線饋源桿斷 裂，并給試驗(yàn)控制帶來(lái)困難。同時(shí)，如果振動(dòng)臺(tái)耳軸基座在低頻率段內(nèi)各自出 現(xiàn)共振現(xiàn)象，將直接影響振動(dòng)臺(tái)的同步性能及擴(kuò)展臺(tái)面的均勻性。
由于振動(dòng)臺(tái)組合系統(tǒng)固有頻率不能滿足衛(wèi)星正弦掃描試驗(yàn)要求，因此，需 要對(duì)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算及試驗(yàn)分析，對(duì)臺(tái)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，提 高振動(dòng)臺(tái)耳軸基座系統(tǒng)的固有頻率，避免出現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)耳軸基座與衛(wèi)星耦合振 動(dòng)。
國(guó)外只有英國(guó)的LDS公司28噸雙振動(dòng)臺(tái)(LDS984)進(jìn)行了類似改造，但 設(shè)計(jì)方案不同，LDS公司對(duì)振動(dòng)臺(tái)體進(jìn)行了大的結(jié)構(gòu)改造。但是，大推力振動(dòng) 臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊體積龐大，可利用的空間十分狹小，振動(dòng)臺(tái)連接著水、油、電等大量導(dǎo)線、導(dǎo)管，拆卸振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行機(jī)械加工幾乎不可能，振動(dòng)臺(tái)的筒壁為進(jìn) 口材料，機(jī)械加工難度大， 一般的鉆頭無(wú)法打孔。同時(shí)整船、整星、星船大部 件的型號(hào)試驗(yàn)計(jì)劃十分飽滿，不允許長(zhǎng)時(shí)間停工改造。
在該設(shè)備引進(jìn)初期，曾進(jìn)行過(guò)改造，將固有頻率提高了接近一倍。再進(jìn)行 第二次改造，可行的設(shè)計(jì)方案很少，如設(shè)計(jì)不當(dāng)將帶來(lái)負(fù)作用，對(duì)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng) 本身進(jìn)行機(jī)械加工、鉆孔、焊接等，會(huì)破壞振動(dòng)臺(tái)的完整性，而且振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)
之間的精密性很高(結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的間隙公差要求在O. lram以內(nèi))，如果振 動(dòng)臺(tái)因加工產(chǎn)生變形，將帶來(lái)不良的后果。因此確定周全的改造方案十分重要。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提供了一個(gè)不對(duì)振動(dòng)臺(tái)本身進(jìn)行任何的加工和拆卸，而采取由 外部添加緊固部件，增加振動(dòng)臺(tái)的約束，從而提高振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)固有頻率的改進(jìn) 的大推力振動(dòng)臺(tái)方案。
本實(shí)用新型的可由以下技術(shù)方案完成
改進(jìn)的大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，包括振動(dòng)臺(tái)體、分布在臺(tái)體兩側(cè)的兩個(gè)基座和 兩個(gè)耳軸、對(duì)稱分布在振動(dòng)臺(tái)體頂部?jī)蓚?cè)的兩個(gè)加強(qiáng)筋板、下部支撐機(jī)構(gòu)和頂 部壓緊機(jī)構(gòu)，耳軸位于基座上部，且與基座焊接為一體，振動(dòng)臺(tái)體固定在臺(tái)體 兩側(cè)的耳軸上，并采用剛性連接，加強(qiáng)筋板呈九十度直角的形狀，垂直的直角 邊搭接在耳軸上，水平的直角邊搭接在振動(dòng)臺(tái)體的上蓋上，用頂部壓緊機(jī)構(gòu)同 振動(dòng)臺(tái)體固定。
其中，加強(qiáng)筋板垂直的直角邊用四個(gè)M20的螺釘均布緊固搭接在耳軸上。 其中，頂部壓緊機(jī)構(gòu)用五個(gè)M18的螺釘作為頂針將水平的直角邊搭接在振
動(dòng)臺(tái)體的上蓋上，在螺釘?shù)撞垦b有鋼質(zhì)墊片，支撐在振動(dòng)臺(tái)體的頂部表面上，
螺釘選用細(xì)牙，調(diào)節(jié)壓緊振動(dòng)臺(tái)體。 其中，加強(qiáng)筋板的厚度為100mm。
其中，下部支撐機(jī)構(gòu)在振動(dòng)臺(tái)體下部的四個(gè)對(duì)應(yīng)的支點(diǎn)，采用立式油壓千 斤頂支撐，并裝有壓力表。
本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)及Nastran有限 元計(jì)算分析進(jìn)行估算，優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要的計(jì)算分析過(guò)程如下
1、利用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)加固方案固有頻率的估算。把該方案的加固裝置簡(jiǎn)化為三個(gè)模型，即臺(tái)體下千斤頂支撐部分、加強(qiáng)筋 板與臺(tái)體上蓋連接部分及加強(qiáng)筋板與基座連接部分。分別計(jì)算出各自的基頻， 然后用串聯(lián)系統(tǒng)的公式估算出整個(gè)加強(qiáng)部分的基頻。
估算的結(jié)果為77Hz，其與加固后40T雙振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)實(shí)測(cè)值84Hz對(duì)比，說(shuō) 明了估算結(jié)果是相對(duì)可信的。
2、利用有限元對(duì)加固方案固有頻率的估算
利用Nastran有限元分析軟件對(duì)單臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析。未加固狀態(tài)的一 階固有頻率為60. 759Hz (沿水平方向扭轉(zhuǎn))，加固狀態(tài)的一階固有頻率為 89.93Hz。從試驗(yàn)結(jié)果看，有限元分析的數(shù)據(jù)與試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)接近。
本實(shí)用新型其有益效果在于
a. 加固方案不對(duì)振動(dòng)臺(tái)本身進(jìn)行任何的加工和拆卸，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、規(guī)模小， 對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)不要求大規(guī)模改動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)。為國(guó)家節(jié)約了大量的科研經(jīng)費(fèi)， 加固效果優(yōu)于國(guó)際同類項(xiàng)目，為國(guó)內(nèi)外設(shè)備的特性優(yōu)化技術(shù)改造提出了 一條新 思路。
b. 加固振動(dòng)臺(tái)后測(cè)試數(shù)據(jù)表明耳軸基座固有頻率提高10 20Hz，成功地 將振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)一階固有頻率錯(cuò)開(kāi)，避免出現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)與衛(wèi)星的振 動(dòng)耦合，控制曲線均勻性明顯提高，控制效果明顯改善，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的耦合振動(dòng) 響應(yīng)顯著下降。同時(shí)使控制在容差范圍內(nèi)，滿足任務(wù)書的要求，成功解決控制
超差這一大型力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)難題。


圖1為改進(jìn)的大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)示意圖。 圖2為北斗Fl衛(wèi)星力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)控制曲線。 圖3為北斗F3衛(wèi)星力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)控制曲線。
其中，1為振動(dòng)臺(tái)體，2為基座，3為加強(qiáng)筋板，4為下部支撐機(jī)構(gòu)，5為 頂部壓緊機(jī)構(gòu)，6為耳軸。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。
改進(jìn)的人推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，包括振動(dòng)臺(tái)體l、分布在振動(dòng)臺(tái)體l兩側(cè)的兩個(gè)基座2和兩個(gè)耳軸6。耳軸6位于基座2的上部，且與基座2焊接為一體。 振動(dòng)臺(tái)體1是一個(gè)直徑為lllOmm的圓柱形筒，振動(dòng)臺(tái)體1固定在臺(tái)體兩側(cè)的 耳軸上，并采用剛性連接。系統(tǒng)還包括對(duì)稱分布在振動(dòng)臺(tái)體1頂部?jī)蓚?cè)的兩個(gè) 加強(qiáng)筋板3、下部支撐機(jī)構(gòu)4和頂部壓緊機(jī)構(gòu)5。加強(qiáng)筋板3呈九十度直角折 板的形狀，板厚100mm，由45#鋼加工而成，垂直的直角邊搭接在耳軸6上， 用4個(gè)M20的螺釘均布緊固，水平的直角邊搭接在振動(dòng)臺(tái)體1的上蓋，用頂部 壓緊機(jī)構(gòu)5同振動(dòng)臺(tái)體1固定。頂部壓緊機(jī)構(gòu)5用五個(gè)M18的螺釘作為頂針， 螺釘選用細(xì)牙，調(diào)節(jié)壓緊振動(dòng)臺(tái)體，為保護(hù)臺(tái)體，在螺釘?shù)撞垦b有鋼質(zhì)墊片， 支撐在振動(dòng)臺(tái)體1的頂部表面上。為了保證振動(dòng)臺(tái)受力的平衡性，下部支撐機(jī) 構(gòu)4在振動(dòng)臺(tái)體1下部的四個(gè)對(duì)應(yīng)的支點(diǎn)，采用立式油壓千斤頂(10t)支撐， 并裝有壓力表，用以在試驗(yàn)中控制壓力，這樣在不對(duì)振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變動(dòng)的前 提下，而起到增加振動(dòng)臺(tái)約束的作用。
振動(dòng)臺(tái)體的下部沒(méi)有采取加強(qiáng)筋板部件的原因是，臺(tái)體底部的空間太小， 其傳動(dòng)箱、閥門、管路等在臺(tái)體底部布滿，同時(shí)，即使有一定的空間，加強(qiáng)筋 板部件在振動(dòng)臺(tái)體水平轉(zhuǎn)垂直、垂直轉(zhuǎn)水平時(shí)需要拆卸，考慮到加強(qiáng)筋板部件 的重量及安裝空間，拆卸過(guò)程難度偏大，故在底部采用油壓千斤頂?shù)闹畏绞健?br> 振動(dòng)臺(tái)兩側(cè)的基座為國(guó)內(nèi)加工，材質(zhì)為A3鋼，加工難度不大，可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
東三平臺(tái)的兩個(gè)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)(北側(cè)和南側(cè)各一個(gè))都可按照上述方案進(jìn)行 改進(jìn)。
振動(dòng)臺(tái)加固前的耳軸基座固有頻率在50 60Hz之間，北側(cè)振動(dòng)臺(tái)耳軸基 座的實(shí)測(cè)一階固有頻率為60Hz;加固后一階固有頻率為84Hz，提高了24Hz。 從圖2和圖3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，"北斗F1"試驗(yàn)時(shí)，由于振動(dòng)臺(tái)未加固， 衛(wèi)星與振動(dòng)臺(tái)共振頻率耦合大，產(chǎn)生拍頻振蕩。振動(dòng)臺(tái)加固后，兩個(gè)系統(tǒng)共振 頻率錯(cuò)開(kāi)，耦合變小，控制效果明顯好轉(zhuǎn)。再對(duì)比衛(wèi)星承力筒上儲(chǔ)箱法蘭+Z 位置測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)變化。由于加固后，控制效果明顯提高，同時(shí)控制的好壞直接 影響衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的響應(yīng)；從頻率40 60Hz范圍內(nèi)可以看出"北斗F3"的測(cè)點(diǎn)響 應(yīng)也得到改善。
在"北斗F3"的試驗(yàn)中，從振動(dòng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀察和試驗(yàn)后數(shù)據(jù)分析都表明， 結(jié)構(gòu)響應(yīng)量級(jí)比"北斗F1"和"北斗F2"低，分析認(rèn)為，與臺(tái)體加固有關(guān)。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的響應(yīng)大小主要看諧振區(qū)，諧振區(qū)位于下凹區(qū)內(nèi)，對(duì)衛(wèi)星的輸入振級(jí)
高低決定了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的響應(yīng)高低。"北斗Fl"和"北斗F2"存在衛(wèi)星縱向基 頻與臺(tái)體耳軸基座一階頻率耦合問(wèn)題，下凹區(qū)內(nèi)有嚴(yán)重震蕩現(xiàn)象，平均輸入振 級(jí)較高。"北斗F3"試驗(yàn)前對(duì)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行了加固，試驗(yàn)中避開(kāi)了衛(wèi)星縱向基 頻50Hz，震蕩現(xiàn)象明顯改善。對(duì)比圖2、圖3中"北斗Fl"與"北斗F3"力 學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)控制曲線，從圖2中可看出，"北斗F1"試驗(yàn)時(shí)，由于40t振動(dòng) 臺(tái)未加固，衛(wèi)星與振動(dòng)臺(tái)兩共振頻率耦合大，產(chǎn)生拍頻振蕩。從圖3中可看出， 40t振動(dòng)臺(tái)加周后，兩共振頻率錯(cuò)開(kāi)，耦合變小，控制效果明顯好轉(zhuǎn)。
目前，振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于東三平臺(tái)系列衛(wèi) 星的動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)當(dāng)中，為型號(hào)的成功發(fā)射作出了貢獻(xiàn)。大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng) 經(jīng)過(guò)加固改造，2002年12月及2003年l月進(jìn)行兩次振動(dòng)試驗(yàn)調(diào)試，其后圓
滿完成"北斗"、"神通"、"烽火"、"二代導(dǎo)航"等東三平臺(tái)整星的振動(dòng) 試驗(yàn)。
盡管上文對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該 指明的是，我們可以依據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變 和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說(shuō)明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在 本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、改進(jìn)的大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，包括振動(dòng)臺(tái)體(1)、分布在振動(dòng)臺(tái)體(1)兩側(cè)的兩個(gè)基座(2)和兩個(gè)耳軸(6)、對(duì)稱分布在振動(dòng)臺(tái)體(1)頂部?jī)蓚?cè)的兩個(gè)加強(qiáng)筋板(3)、下部支撐機(jī)構(gòu)(4)和頂部壓緊機(jī)構(gòu)(5)，耳軸(6)位于基座(2)上部，且與基座(2)焊接為一體，振動(dòng)臺(tái)體(1)固定在兩側(cè)的耳軸(6)上，并采用剛性連接，其特征在于，加強(qiáng)筋板(3)呈九十度直角的形狀，垂直的直角邊搭接在耳軸(6)上，水平的直角邊搭接在振動(dòng)臺(tái)體(1)的上蓋上，用頂部壓緊機(jī)構(gòu)(5)同振動(dòng)臺(tái)體(1)固定。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，加強(qiáng)筋板(3)垂直的直角邊 用四個(gè)M20的螺釘均布緊固搭接在耳軸(6)上。
3、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，頂部壓緊機(jī)構(gòu)(5)用五個(gè) M18的螺釘作為頂針將水平的直角邊搭接在振動(dòng)臺(tái)體(1)的上蓋上，在螺釘 底部裝有鋼質(zhì)墊片，支撐在振動(dòng)臺(tái)體(1)的頂部表面上，螺釘選用細(xì)牙，調(diào) 節(jié)壓緊振動(dòng)臺(tái)體(1)。
4、 如權(quán)利要求卜3中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，加強(qiáng)筋板(3) 的厚度為100mm。
5、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，下部支撐機(jī)構(gòu)(4)在振動(dòng)臺(tái) 體(1)下部的四個(gè)對(duì)應(yīng)的支點(diǎn)，采用立式油壓千斤頂支撐，并裝有壓力表。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)的大推力振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括振動(dòng)臺(tái)體、基座、耳軸、對(duì)稱分布在振動(dòng)臺(tái)體頂部?jī)蓚?cè)的兩個(gè)加強(qiáng)筋板、下部支撐機(jī)構(gòu)和頂部壓緊機(jī)構(gòu)，振動(dòng)臺(tái)體固定在臺(tái)體兩側(cè)的耳軸上，并采用剛性連接，加強(qiáng)筋板呈九十度直角的形狀，垂直的直角邊搭接在耳軸上，水平的直角邊搭接在振動(dòng)臺(tái)體的上蓋，用頂部壓緊機(jī)構(gòu)同振動(dòng)臺(tái)體固定。本實(shí)用新型提供了一個(gè)不對(duì)振動(dòng)臺(tái)本身進(jìn)行任何的加工和拆卸，而采取由外部添加緊固部件，增加振動(dòng)臺(tái)的約束，從而提高振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)固有頻率的方案。
文檔編號(hào)G01M7/00GK201352170SQ20082017801
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者余小明, 松 楊, 克 羅, 峰 高, 非 高, 魏仁海 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所