一种用于结构动态特性试验研究的液压脉冲激励装置

技术领域

本发明涉及机械结构动态测试技术领域，具体为一种用于结构动态特性试验研究 的液压脉冲激励装置。

背景技术

针对结构动态特性的试验研究主要分为两种：一是在稳态激励条件下，测量得到 结构相应的动态特性；二是在瞬态激励条件下，测量得到结构相应动态特性。在瞬态 激励条件下测量结构动态特性，目前常采用的方法是脉冲激振法。而脉冲激振法常通 过力锤敲击方式来对结构施加脉冲激励。在试验测量中，需要在相同条件多次敲击， 以便通过平均以减小误差，提高测量精度。因此，在进行敲击时，着力点的位置、力 的大小和作用方向都需要有较好的重复精度。显然，用手握力锤进行敲击，无论是着 力点的位置，还是锤击力的大小和方向，都难以达到较高的重复精度。当结构较大时， 采用力锤敲击可能无法激发结构丰富的模态，因此导致测量结果错误。

目前对于结构动态特性的试验研究主要集中在空气环境中，随着海洋的深入开发， 对于结构在水下环境中的动态特性的试验研究需要进一步开展和深入。由于目前还没 有可以在水下工作的激振器，所以对于水下结构动态特性的测量，无法采用需要对结 构施加稳态激励的测量方法。对于水下结构动态特性的测试，目前常采用的处理方法 是将结构部分露出水面，在结构露出水面部分对结构施加激励。由于结构没有完全浸 在水中，测试结果会产生较大误差；并且，当需要研究深水条件下结构动态特性时， 就无法采用这种处理方法了。

发明内容

要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：现有通过脉冲激振法测量结构动态特性时，采用 力锤敲击结构时，着力点位置、力的大小和力的作用方向重复精度低，且当结构较大 时，采用力锤敲击可能无法激发结构丰富的模态，因此导致测量结果错误；此外，目 前尚无对水下结构动态特性进行准确测试的装置。为解决现有技术存在的问题，本发 明提出了一种用于结构动态特性试验研究的液压脉冲激励装置。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种用于结构动态特性试验研究的液压脉冲激励装置，其特征在于：包括底 板、脉冲激励组件和开关组件；

脉冲激励组件包括撞击轴、套筒、激励弹簧、激励液压缸和连接件；激励弹簧 同轴放置在套筒内；撞击轴中部有环形凸起，撞击轴伸入套筒一端，并且撞击轴 中部与激励弹簧一端固定连接；激励液压缸的活塞杆伸入套筒的另一端，并且激 励液压缸的活塞杆端部通过连接件与激励弹簧另一端固定连接；撞击轴、套筒、 激励弹簧和激励液压缸活塞杆的中心轴线共线；撞击轴的撞击杆部位通过撞击轴 支座与底板固定，且在撞击轴支座与撞击杆之间安装有导向套；套筒通过套筒支 座与底板固定；激励液压缸通过液压缸支座与底板固定；

开关组件包括开关液压缸、开关拨杆和开关复位机构；开关复位机构包括开关 销、复位弹簧和开关端盖；开关液压缸通过套筒支座与底板固定；开关液压缸的 活塞杆与开关拨杆端部固定连接；开关拨杆与开关销斜面配合，复位弹簧套在开 关销上，且复位弹簧受开关端盖和开关销中部凸起约束而处于压缩状态；开关销 端部与撞击轴中部环形凸起配合，实现对撞击轴的锁放控制。

有益效果

本发明采用液压缸作为激励驱动机构，液压缸本身具有密封功能，所以本发明可 分别在空气中和水下对结构施加脉冲激励，可实现在空气中和水下对结构动态特性的 试验测量，使用的最大水深大于1000m；本发明通过调节激励弹簧的压缩量，可以精 确控制对结构施加脉冲激励时的激励力大小，而且激励着力点和激励力方向具有很好 的重复精度。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：空气中激振后，测量得到的某光板结构的结构损耗因子随频率的变化曲线；

图3：水下激振后，测量得到的某光板结构的结构损耗因子随频率的变化曲线；

其中：1.底板，2.撞击轴，3.撞击轴支座，4.导向套，5.开关支座，6.套筒，7. 套筒支座，8.激励弹簧，9.连接件，10.激励液压缸活塞杆保护套，11.液压缸支座， 12.激励液压缸，13.开关液压缸活塞杆保护套，14.开关液压缸，15.开关液压缸活塞 杆导向套，16.复位弹簧，17.开关销，18.开关端盖，19.开关拨杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例中采用本发明提出的液压脉冲激励装置对光板进行了空气环境和水下环 境中的激振试验，测量了光板在不同环境下结构损耗因子随频率的变化。

参照附图1，本实施例中的液压脉冲激励装置包括底板1、脉冲激励组件和开关组 件。

脉冲激励组件包括撞击轴2、套筒6、激励弹簧8、激励液压缸12和连接件9。激 励弹簧8同轴放置在套筒6内；撞击轴2中部有环形凸起，撞击轴伸入套筒6的一端 内部，并且撞击轴中部与激励弹簧8一端通过销钉固定连接；激励液压缸12的一侧活 塞杆伸入套筒6的另一端内部，并且该侧活塞杆端部与连接件9螺纹固定连接，连接 件与激励弹簧另一端通过销钉固定连接；撞击轴、套筒、激励弹簧和激励液压缸活塞 杆的中心轴线共线；撞击轴的撞击杆部位通过撞击轴支座3与底板1固定，且在撞击 轴支座与撞击杆之间安装有导向套4；套筒通过两个套筒支座7与底板固定；激励液 压缸通过两个液压缸支座12与底板固定；在激励液压缸12的另一侧活塞杆上套有激 励液压缸活塞杆保护套10。

开关组件包括开关液压缸14、开关拨杆19和开关复位机构；开关复位机构包括 开关销17、复位弹簧16和开关端盖18；开关液压缸也与套筒支座固定连接，从而通 过套筒支座固定在底板上；开关液压缸的一侧活塞杆与开关拨杆端部螺纹固定连接； 开关拨杆与开关销通过斜面配合，复位弹簧套在开关销上，且复位弹簧受开关端盖和 开关销中部凸起约束而处于压缩状态；开关液压缸活塞杆的直线运动通过斜面配合转 化为开关销的直线运动，实现开关销的打开，复位弹簧实现开关销的复位；开关销端 部与撞击轴中部环形凸起配合，实现对撞击轴的锁放控制。在开关液压缸与开关拨杆 相连的一侧活塞杆上套有开关液压缸活塞杆导向套15，在开关液压缸的另一侧活塞杆 上套有开关液压缸活塞杆保护套13，开关复位机构通过开关支座5与底板固定。

本发明中激励液压缸和开关液压缸本身具有密封作用，其他部分无需密封，整套 装置可以在水下使用，激励液压缸和开关液压缸通过液压泵实现两者活塞杆的精确运 动控制，激励液压缸活塞杆的往复直线运动实现激励弹簧的压缩和复位以及撞击轴的 发射与复位两个过程，通过液压泵控制激励液压缸活塞杆的行程，可精确控制激励弹 簧的压缩量，从而准确控制撞击轴的冲击力。

本实施例的完成工作过程为：

液压脉冲激励装置处于初始状态，开关销与撞击轴中部环形凸起配合，使撞击轴 处于闭合状态；液压泵控制激励液压缸活塞杆直线运动压缩激励弹簧，并根据需要控 制压缩量的大小，当激励弹簧压缩量达到预定的压缩量时，激励液压缸停止工作；开 关液压缸活塞杆带动开关拨杆直线运动，通过开关拨杆与开关销的斜面配合作用，使 开关销直线运动，开关销与撞击轴中部环形凸起脱离，撞击轴发射，开关液压缸停止 工作，从而完成对结构的脉冲激励。

复位时，激励液压缸活塞杆直线运动，带动激励弹簧及撞击轴直线运动，激励弹 簧及撞击轴复位后，激励液压缸停止工作，开关液压缸活塞杆带动开关拨杆直线运动， 开关销在复位弹簧的作用下复位，开关销与撞击轴中部环形凸起配合，将撞击轴锁定， 开关液压缸停止工作，液压脉冲激励装置回到初始状态。

图2为在空气环境中，用本发明激振，测量得到的光板结构损耗因子随频率的变 化曲线，图3为在水下环境中，用本发明激振，测量得到的光板结构结构损耗因子随 频率的变化曲线。从图2和图3中可以看出，水下结构的损耗因子在整个测试频率范 围内均大于空气中结构的损耗因子，这符合理论分析和实际情况。因此，本发明为结 构动态特性的试验研究提供了理想的脉冲激励装置。