[发明专利]一种用于液氢导管位移加载振动的弹簧平衡系统

说明书

本发明公开了一种用于液氢导管位移加载振动的弹簧平衡系统。所述的弹簧平衡系统由激振端对接法兰组件（1）、固定端（3）、地面固定底座（4）、螺杆连接组件(5)、压缩弹簧(6)、拉伸弹簧(7)、承力连接组件(8)、轴向加载组件(10)、径向加载组件(11)、活动压板(12)与试验件（2）、振动台水平滑台（9）组成。通过轴向加载组件和径向加载组件的螺杆完成轴向、径向、角度位移的加载，并通过拉伸弹簧和压缩弹簧的组合作用消除振动台水平滑台轴向外载荷。本发明结构巧妙，并在液氢导管低频、高频、正弦、随机、定频、低载荷、高载荷、小振幅、大振幅等各种低温振动中得到了成功应用。

技术领域

本发明涉及一种弹簧平衡系统，用于氢氧运载火箭液氢导管振动试验，属于机械振动试验应用领域。

背景技术

氢氧运载火箭液氢导管一般是带波纹管补偿器的真空多层绝热管结构，主要用在氢氧火箭上液氢贮箱与氢氧发动机之间的液氢输送使用。液氢导管在火箭飞行过程中需要承受发动机点火工作过程中的脉冲振动，因此在火箭动力试车和正式上天飞行之前需要进行全面的振动考核试验。振动过程中需要一端与地面固定、一端与激振源连接，并且考虑到液氢导管中装配等误差，要求激振端加载轴向、径向位移以及端面的角度位移。目前振动考核都是利用振动台的垂直台面或者水平台面进行激振的。因为振动过程中初始状态需要施加载荷，而振动台在起始振动阶段需要尽量避免外力的作用，确保振动的顺利起振，为了解决这一矛盾，需要设计载荷平衡系统，确保载荷的施加和振动台外载荷的消除。

发明内容

本发明提供了一种可以用于液氢导管位移加载并且实现振动台外载荷消除的弹簧平衡系统。

本发明是这样实现的：弹簧平衡系统由激振端对接法兰组件、固定端、地面固定底座、螺杆连接组件、压缩弹簧、拉伸弹簧、承力连接组件、轴向加载组件、径向加载组件、活动压板组成。试验件通过固定端和地面固定底座实现试验件的一端固支，试验件的激振端通过激振端对接法兰组件、活动压板与振动台水平滑台连接并实现激振力的传递，轴向位移的加载通过轴向位移组件的螺杆进退实现压缩与拉伸，径向位移的加载通过径向位移组件的螺杆的进退实现挤压和拉拽，通过轴向加载2根螺杆和径向加载2根螺杆的比例加载实现角度位移的加载，拉伸弹簧和压缩弹簧的组合作用抵消振动台水平滑台初始轴向外载荷。螺杆连接组件主要实现拉伸弹簧和压缩弹簧固定以及弹簧的拉伸和压缩长度的调节实现弹簧力的加载。承力组件主要实现弹簧力的传递。弹簧平衡系统与试验件、水平滑台构成了一个内力系统，减少了对地面的载荷要求。另外，与水平滑台连接的位移加载组件、承力组件、激振端对接法兰组件和活动压板均采用高比刚度的铝镁合金5083-H321能减轻振动的负载的同时满足液氢20K的低温试验要求，弹簧材料采用60Si2MnA能满足高频长时间的振动要求。

本发明的突出优点：巧妙的位移加载装置实现了轴向、径向、角度的加载，弹簧系统有效地消除了振动台的外载荷，材料的运用确保了低温振动下系统的可靠性。

本发明的效果：在液氢导管低频、高频、正弦、随机、定频、低载荷、高载荷、小振幅、大振幅等各种振动中，该系统很好的满足了试验要求，并且将在后续试验中继续发挥作用。

附图说明

附图1为本发明的侧视图。1为激振端对接法兰组件，2为试验件，3为固定端，4为地面固定端，5为螺杆连接组件，6为压缩弹簧，7为拉伸弹簧，8为承力连接组件，9为振动台水平滑台，10为轴向加载组件。

附图2为本发明的俯视图。9为振动台水平滑台，11为径向加载组件，12为活动地板，13为1#径向加载螺杆，14为2#径向加载螺杆，15为1#轴向加载螺杆，16为2#轴向加载螺杆。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作详细说明。

由附图所示，本发明由激振端对接法兰组件1、固定端3、地面固定底座4、螺杆连接组件5、压缩弹簧6、拉伸弹簧7、承力连接组件8、轴向加载组件10、径向加载组件11、活动压板12等几部分组成。首先安装地面固定底座4、螺杆连接件5、压缩弹簧6、拉伸弹簧7、承力连接组件8，使弹簧系统处于自由状态；安装固定端3和激振端对接法兰组件1，后者与振动台水平滑台9处于无连接状态，安装试验件2；在水平滑台上安装轴向加载组件10和径向加载位移组件11。把水平滑台9固定不动，通过轴向位移加载螺杆15、16加载轴向位移，通过径向位移加载螺杆13、14加载径向位移，再通过这4根螺杆施加比例的拧进或后退位移完成要求角度的加载；位移加载完毕后，把活动压板12压紧激振端对接法兰组件1，并通过螺栓把活动底板12与水平滑台9固定；松开水平滑台9的固定装置，这样水平滑台将受到位移施加的载荷偏离原始位置，通过弹簧平衡系统把水平滑台拉/推回到原始位置保证位移的加载和消除外载荷对振动台的轴向作用：如果要求液氢导管终态是压缩的，这时通过使拉伸弹簧7的拉伸把水平滑台9拉到原始位置后，把远离水平滑台9的拉伸弹簧7端的螺母锁死，靠近水平滑台9的另一端处于自由状态即可；如果要求液氢导管终态是伸长的，这时把拉伸弹簧7两端锁死，通过使压缩弹簧6的压缩把水平滑台9推回原始位置后，把远离水平滑台9的压缩弹簧6端通过螺母锁死，靠近水平滑台9的另一端处于自由状态即可。系统加载平衡后即可以进行后续的振动试验。