專利名稱：改進的大推力振動臺系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種衛(wèi)星試驗用大推力振動臺系統(tǒng)，尤其涉及到振動臺系 統(tǒng)動力學特性的改進。
背景技術：
大推力振動臺系統(tǒng)是我國目前大型力學環(huán)境振動試驗設備之一，整體引 進，廣泛應用于大型衛(wèi)星和飛行器的力學振動試驗中。基于振動環(huán)境對衛(wèi)星結 構及其星上儀器設備的影響，為了確保衛(wèi)星發(fā)射成功并能正常工作，大推力振 動臺系統(tǒng)可以在地面上再現(xiàn)衛(wèi)星在地面運輸和發(fā)射飛行過程中所經(jīng)受的振動 環(huán)境，以考驗衛(wèi)星及其星上儀器設備經(jīng)受該環(huán)境的能力。在衛(wèi)星振動試驗中， 衛(wèi)星通過試驗夾具與振動臺面(水平滑臺及擴展臺面)連接，振動臺面與振動 臺體連接，連接均采用螺釘連接方式。
大推力振動臺系統(tǒng)中，振動臺臺體與耳軸基座采用剛性連接，滿足整船振
動試驗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衛(wèi)星結構主模態(tài)的頻率范圍。在"北斗F1"衛(wèi)星采用 東三平臺試驗的過程中發(fā)現(xiàn)，星體一階固有頻率與振動臺耳軸基座一階固有頻 率相近而發(fā)生振動耦合，引起拍頻振蕩(低頻串振)，造成衛(wèi)星天線饋源桿斷 裂，并給試驗控制帶來困難。同時，如果振動臺耳軸基座在低頻率段內各自出 現(xiàn)共振現(xiàn)象，將直接影響振動臺的同步性能及擴展臺面的均勻性。
由于振動臺組合系統(tǒng)固有頻率不能滿足衛(wèi)星正弦掃描試驗要求，因此，需 要對振動臺系統(tǒng)進行動力學特性的計算及試驗分析，對臺體進行結構改造，提 高振動臺耳軸基座系統(tǒng)的固有頻率，避免出現(xiàn)振動臺耳軸基座與衛(wèi)星耦合振 動。
國外只有英國的LDS公司28噸雙振動臺(LDS984)進行了類似改造，但 設計方案不同，LDS公司對振動臺體進行了大的結構改造。但是，大推力振動 臺系統(tǒng)結構緊湊體積龐大，可利用的空間十分狹小，振動臺連接著水、油、電等大量導線、導管，拆卸振動臺進行機械加工幾乎不可能，振動臺的筒壁為進 口材料，機械加工難度大， 一般的鉆頭無法打孔。同時整船、整星、星船大部 件的型號試驗計劃十分飽滿，不允許長時間停工改造。
在該設備引進初期，曾進行過改造，將固有頻率提高了接近一倍。再進行 第二次改造，可行的設計方案很少，如設計不當將帶來負作用，對振動臺系統(tǒng) 本身進行機械加工、鉆孔、焊接等，會破壞振動臺的完整性，而且振動臺系統(tǒng)
之間的精密性很高(結構與結構之間的間隙公差要求在O. lram以內)，如果振 動臺因加工產(chǎn)生變形，將帶來不良的后果。因此確定周全的改造方案十分重要。
發(fā)明內容
本實用新型提供了一個不對振動臺本身進行任何的加工和拆卸，而采取由 外部添加緊固部件，增加振動臺的約束，從而提高振動臺系統(tǒng)固有頻率的改進 的大推力振動臺方案。
本實用新型的可由以下技術方案完成
改進的大推力振動臺系統(tǒng)，包括振動臺體、分布在臺體兩側的兩個基座和 兩個耳軸、對稱分布在振動臺體頂部兩側的兩個加強筋板、下部支撐機構和頂 部壓緊機構，耳軸位于基座上部，且與基座焊接為一體，振動臺體固定在臺體 兩側的耳軸上，并采用剛性連接，加強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臺體的上蓋上，用頂部壓緊機構同 振動臺體固定。
其中，加強筋板垂直的直角邊用四個M20的螺釘均布緊固搭接在耳軸上。 其中，頂部壓緊機構用五個M18的螺釘作為頂針將水平的直角邊搭接在振
動臺體的上蓋上，在螺釘?shù)撞垦b有鋼質墊片，支撐在振動臺體的頂部表面上，
螺釘選用細牙，調節(jié)壓緊振動臺體。 其中，加強筋板的厚度為100mm。
其中，下部支撐機構在振動臺體下部的四個對應的支點，采用立式油壓千 斤頂支撐，并裝有壓力表。
本實用新型在設計過程中，對結構設計利用經(jīng)驗公式推導及Nastran有限 元計算分析進行估算，優(yōu)化設計，主要的計算分析過程如下
1、利用經(jīng)驗公式對加固方案固有頻率的估算。把該方案的加固裝置簡化為三個模型，即臺體下千斤頂支撐部分、加強筋 板與臺體上蓋連接部分及加強筋板與基座連接部分。分別計算出各自的基頻， 然后用串聯(lián)系統(tǒng)的公式估算出整個加強部分的基頻。
估算的結果為77Hz，其與加固后40T雙振動臺系統(tǒng)實測值84Hz對比，說 明了估算結果是相對可信的。
2、利用有限元對加固方案固有頻率的估算
利用Nastran有限元分析軟件對單臺系統(tǒng)進行模態(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)，加固狀態(tài)的一階固有頻率為 89.93Hz。從試驗結果看，有限元分析的數(shù)據(jù)與試驗測試數(shù)據(jù)接近。
本實用新型其有益效果在于
a. 加固方案不對振動臺本身進行任何的加工和拆卸，系統(tǒng)簡單、規(guī)模小， 對現(xiàn)有的系統(tǒng)不要求大規(guī)模改動，易于實現(xiàn)。為國家節(jié)約了大量的科研經(jīng)費， 加固效果優(yōu)于國際同類項目，為國內外設備的特性優(yōu)化技術改造提出了 一條新 思路。
b. 加固振動臺后測試數(shù)據(jù)表明耳軸基座固有頻率提高10 20Hz，成功地 將振動臺系統(tǒng)和衛(wèi)星結構一階固有頻率錯開，避免出現(xiàn)振動臺系統(tǒng)與衛(wèi)星的振 動耦合，控制曲線均勻性明顯提高，控制效果明顯改善，衛(wèi)星結構的耦合振動 響應顯著下降。同時使控制在容差范圍內，滿足任務書的要求，成功解決控制
超差這一大型力學振動試驗的關鍵技術難題。
圖1為改進的大推力振動臺系統(tǒng)示意圖。 圖2為北斗Fl衛(wèi)星力學振動試驗控制曲線。 圖3為北斗F3衛(wèi)星力學振動試驗控制曲線。
其中，1為振動臺體，2為基座，3為加強筋板，4為下部支撐機構，5為 頂部壓緊機構，6為耳軸。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作詳細說明。
改進的人推力振動臺系統(tǒng)，包括振動臺體l、分布在振動臺體l兩側的兩個基座2和兩個耳軸6。耳軸6位于基座2的上部，且與基座2焊接為一體。 振動臺體1是一個直徑為lllOmm的圓柱形筒，振動臺體1固定在臺體兩側的 耳軸上，并采用剛性連接。系統(tǒng)還包括對稱分布在振動臺體1頂部兩側的兩個 加強筋板3、下部支撐機構4和頂部壓緊機構5。加強筋板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M20的螺釘均布緊固，水平的直角邊搭接在振動臺體1的上蓋，用頂部 壓緊機構5同振動臺體1固定。頂部壓緊機構5用五個M18的螺釘作為頂針， 螺釘選用細牙，調節(jié)壓緊振動臺體，為保護臺體，在螺釘?shù)撞垦b有鋼質墊片， 支撐在振動臺體1的頂部表面上。為了保證振動臺受力的平衡性，下部支撐機 構4在振動臺體1下部的四個對應的支點，采用立式油壓千斤頂(10t)支撐， 并裝有壓力表，用以在試驗中控制壓力，這樣在不對振動臺結構產(chǎn)生變動的前 提下，而起到增加振動臺約束的作用。
振動臺體的下部沒有采取加強筋板部件的原因是，臺體底部的空間太小， 其傳動箱、閥門、管路等在臺體底部布滿，同時，即使有一定的空間，加強筋 板部件在振動臺體水平轉垂直、垂直轉水平時需要拆卸，考慮到加強筋板部件 的重量及安裝空間，拆卸過程難度偏大，故在底部采用油壓千斤頂?shù)闹畏绞健?br>
振動臺兩側的基座為國內加工，材質為A3鋼，加工難度不大，可現(xiàn)場進行。
東三平臺的兩個振動臺系統(tǒng)(北側和南側各一個)都可按照上述方案進行 改進。
振動臺加固前的耳軸基座固有頻率在50 60Hz之間，北側振動臺耳軸基 座的實測一階固有頻率為60Hz;加固后一階固有頻率為84Hz，提高了24Hz。 從圖2和圖3的試驗數(shù)據(jù)可看出，"北斗F1"試驗時，由于振動臺未加固， 衛(wèi)星與振動臺共振頻率耦合大，產(chǎn)生拍頻振蕩。振動臺加固后，兩個系統(tǒng)共振 頻率錯開，耦合變小，控制效果明顯好轉。再對比衛(wèi)星承力筒上儲箱法蘭+Z 位置測點的響應變化。由于加固后，控制效果明顯提高，同時控制的好壞直接 影響衛(wèi)星結構的響應；從頻率40 60Hz范圍內可以看出"北斗F3"的測點響 應也得到改善。
在"北斗F3"的試驗中，從振動試驗現(xiàn)場觀察和試驗后數(shù)據(jù)分析都表明， 結構響應量級比"北斗F1"和"北斗F2"低，分析認為，與臺體加固有關。衛(wèi)星結構的響應大小主要看諧振區(qū)，諧振區(qū)位于下凹區(qū)內，對衛(wèi)星的輸入振級
高低決定了衛(wèi)星結構的響應高低。"北斗Fl"和"北斗F2"存在衛(wèi)星縱向基 頻與臺體耳軸基座一階頻率耦合問題，下凹區(qū)內有嚴重震蕩現(xiàn)象，平均輸入振 級較高。"北斗F3"試驗前對振動臺進行了加固，試驗中避開了衛(wèi)星縱向基 頻50Hz，震蕩現(xiàn)象明顯改善。對比圖2、圖3中"北斗Fl"與"北斗F3"力 學振動試驗控制曲線，從圖2中可看出，"北斗F1"試驗時，由于40t振動 臺未加固，衛(wèi)星與振動臺兩共振頻率耦合大，產(chǎn)生拍頻振蕩。從圖3中可看出， 40t振動臺加周后，兩共振頻率錯開，耦合變小，控制效果明顯好轉。
目前，振動臺系統(tǒng)的動力學特性優(yōu)化技術已經(jīng)成功應用于東三平臺系列衛(wèi) 星的動力學環(huán)境試驗當中，為型號的成功發(fā)射作出了貢獻。大推力振動臺系統(tǒng) 經(jīng)過加固改造，2002年12月及2003年l月進行兩次振動試驗調試，其后圓
滿完成"北斗"、"神通"、"烽火"、"二代導航"等東三平臺整星的振動 試驗。
盡管上文對本實用新型的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應該 指明的是，我們可以依據(jù)本實用新型的構想對上述實施方式進行各種等效改變 和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在 本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、改進的大推力振動臺系統(tǒng)，包括振動臺體(1)、分布在振動臺體(1)兩側的兩個基座(2)和兩個耳軸(6)、對稱分布在振動臺體(1)頂部兩側的兩個加強筋板(3)、下部支撐機構(4)和頂部壓緊機構(5)，耳軸(6)位于基座(2)上部，且與基座(2)焊接為一體，振動臺體(1)固定在兩側的耳軸(6)上，并采用剛性連接，其特征在于，加強筋板(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臺體(1)的上蓋上，用頂部壓緊機構(5)同振動臺體(1)固定。
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，加強筋板(3)垂直的直角邊 用四個M20的螺釘均布緊固搭接在耳軸(6)上。
3、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，頂部壓緊機構(5)用五個 M18的螺釘作為頂針將水平的直角邊搭接在振動臺體(1)的上蓋上，在螺釘 底部裝有鋼質墊片，支撐在振動臺體(1)的頂部表面上，螺釘選用細牙，調 節(jié)壓緊振動臺體(1)。
4、 如權利要求卜3中任意一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，加強筋板(3) 的厚度為100mm。
5、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，下部支撐機構(4)在振動臺 體(1)下部的四個對應的支點，采用立式油壓千斤頂支撐，并裝有壓力表。
專利摘要本實用新型涉及一種改進的大推力振動臺系統(tǒng)，系統(tǒng)包括振動臺體、基座、耳軸、對稱分布在振動臺體頂部兩側的兩個加強筋板、下部支撐機構和頂部壓緊機構，振動臺體固定在臺體兩側的耳軸上，并采用剛性連接，加強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臺體的上蓋，用頂部壓緊機構同振動臺體固定。本實用新型提供了一個不對振動臺本身進行任何的加工和拆卸，而采取由外部添加緊固部件，增加振動臺的約束，從而提高振動臺系統(tǒng)固有頻率的方案。
文檔編號G01M7/00GK201352170SQ20082017801
公開日2009年11月25日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權日2008年11月17日
發(fā)明者余小明, 松 楊, 克 羅, 峰 高, 非 高, 魏仁海 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所