一种模态试验冲击力锤装置的制作方法

1.本技术涉及模态试验领域，特别是涉及一种模态试验冲击力锤装置。


背景技术：

2.常规的车体模态试验有采用电动激振器激励的和常规的力锤敲击等两种方式产生随机激励和猝发激励进行。专业软件可以识别两种激励源并根据动力学方程进行求解得出车体的不同阶次的模态频率、阻尼比、振型等模态参数。
3.激振器激励存在诸多的优点，但也存在激励力偏小，购置成本较高等缺点。力锤激励则价格低，为单点多次激励，但激励的载荷大小对模态参数的获取等影响较大，对实验人员的经验及体力要求较高。尤其是大型的结构，所需要的激励力较大，锤头重，对实验人员来说是一个比较大的负担，一次实验下来，实验人员的体力付出巨大，而且锤击载荷的均匀一致性和重复性难以保证。
4.因此，如何在满足车体进行锤击法模态试验时的激励要求的同时，降低实验人员的工作强度，提高锤击载荷的均匀一致性与重复性，是本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本技术提供一种模态试验冲击力锤装置，能够在满足车体进行锤击法模态试验时的激励要求的同时，降低实验人员的工作强度，提高锤击载荷的均匀一致性与重复性。
6.本技术提供的技术方案如下：
7.一种模态试验冲击力锤装置，包括：支撑机构、试验单元和力传感器，其中：
8.所述试验单元包括力锤、连接件、驱动器；
9.所述驱动器通过所述连接件与所述力锤连接，所述驱动器用于在进行垂向激励时，驱动所述力锤抬高至预设高度，并为所述力锤提供锤击时所需的初速度来带动所述力锤旋转；
10.所述力传感器设置于所述力锤的端部，所述力传感器用于采集所述力锤锤击时的力传感信号；
11.所述支撑机构与所述试验单元连接，所述支撑机构用于支撑所述试验单元。
12.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述支撑机构为支架，所述支架设置有腔形结构，所述腔形结构内部添加有灌注材料。
13.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述支架为高刚性支架。
14.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述灌注材料为铅粒。
15.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述连接件为摆杆，所述摆杆的一端连接所述力锤，所述摆杆的另一端通过紧固件与所述驱动器连接。
16.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述紧固件为销轴。
17.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述力锤的锤头中灌注有铅水。
18.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述驱动器为伺服电机，所述伺服电机的驱动轴通过所述连接件与所述力锤连接。
19.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，还包括板状构件，所述板状构件设置于所述支撑机构的底部，所述板状构件用于调节所述模态试验冲击力锤装置的高度。
20.优选地，所述模态试验冲击力锤装置中，所述板状构件为可调节垫板。
21.本技术提供的模态试验冲击力锤装置，通过所述支撑机构、所述试验单元和所述力传感器的设计和结合，能够取代人工使用力锤进行力锤激励的方式；具体地，可以根据不同的被试品激发模态所需要的锤击力不同，对所述驱动器为所述力锤提供的锤击时所需的初速度进行调整，以此能够自动通过所述力锤进行垂向激励，解决了人工锤击时锤击载荷的均匀一致性和重复性难以保证的问题；通过所述力传感器，可以采集所述力锤锤击时的力传感信号，所述力传感信号用于计算车体的模态参数。综上可知，本技术提供的模态试验冲击力锤装置，将繁重的体力劳动交由机器完成，能够在满足车体进行锤击法模态试验时的激励要求的同时，提高锤击载荷的均匀一致性与重复性，降低实验人员的作业强度，提高劳动效率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本技术实施例提供的模态试验冲击力锤装置的一种结构示意图；
24.图2为本技术实施例提供的模态试验冲击力锤装置的另一种结构示意图；
25.图3为本技术实施例提供的模态试验冲击力锤装置的试验实施布置图。
具体实施方式
26.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
28.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
29.须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能
产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
30.本技术实施例采用递进的方式撰写。
31.如图1、图2所示，本技术实施例提供一种模态试验冲击力锤装置，包括：支撑机构1、试验单元和力传感器4，其中：所述试验单元包括力锤3、连接件2、驱动器5；所述驱动器5通过所述连接件2与所述力锤3连接，所述驱动器5用于在进行垂向激励时，驱动所述力锤3抬高至预设高度，并为所述力锤3提供锤击时所需的初速度来带动所述力锤3旋转；所述力传感器4设置于所述力锤3的端部，所述力传感器4用于采集所述力锤3锤击时的力传感信号；所述支撑机构1与所述试验单元连接，所述支撑机构1用于支撑所述试验单元。
32.力锤激励为单点多次激励，但激励的载荷大小对模态参数的获取等影响较大，对实验人员的经验及体力要求较高。尤其是大型的结构，所需要的激励力较大，锤头重，对实验人员来说是一个比较大的负担，一次实验下来，实验人员的体力付出巨大，而且锤击载荷的均匀一致性和重复性难以保证。
33.本技术提供的模态试验冲击力锤装置，通过所述支撑机构1、所述试验单元和所述力传感器4的设计和结合，能够取代人工使用力锤进行力锤激励的方式；具体地，可以根据不同的被试品激发模态所需要的锤击力不同，对所述驱动器5为所述力锤3提供的锤击时所需的初速度进行调整，以此能够自动通过所述力锤3进行垂向激励，解决了人工锤击时锤击载荷的均匀一致性和重复性难以保证的问题；通过所述力传感器4，可以采集所述力锤3锤击时的力传感信号，所述力传感信号用于计算车体的模态参数。综上可知，本技术提供的模态试验冲击力锤装置，将繁重的体力劳动交由机器完成，能够在满足车体进行锤击法模态试验时的激励要求的同时，提高锤击载荷的均匀一致性与重复性，降低实验人员的作业强度，提高劳动效率。
34.本技术实施例中的所述支撑机构1，可以优选为支架，所述支架设置有腔形结构，所述腔形结构内部添加有灌注材料，其目的是提高整个支架的惯性质量，以此提升装置的稳定性。作为一种更加优选的实施方式，所述支架可以选用高刚性支架；所述灌注材料可以选用铅粒7。
35.本技术实施例中的所述连接件2，可以优选为摆杆，所述摆杆的一端连接所述力锤3，所述摆杆的另一端通过紧固件6与所述驱动器6连接。作为一种更加优选的实施方式，所述紧固件可以选用销轴。
36.作为一种更加优选的实施方式，所述力锤3的锤头中灌注有铅水，其目的是保证锤头具有较重的质量，其中，铅水的灌注量可以根据实际需求确定。
37.本技术实施例中的所述驱动器5，可以优选为伺服电机，所述伺服电机的驱动轴通过所述连接件2与所述力锤3连接。需要说明的是，所述伺服电机可以选用不带制动的电机(含减速机)，其在提供瞬时的加速度后即释放，使所述力锤3的锤头以一定的能量锤击于被试车体的锤击位，根据能量守恒：
[0038][0039]
式中，m为锤头的等效质量，h为锤头高于锤击面的高度，v1为电机提供的初速度，v2为锤头的末速度。
[0040]
锤击力f可以由式：估算出，式中，v2是指锤头锤击时的瞬时速度，即锤头的末速度，t是指锤头与车体的接触时间。
[0041]
由上可知，可以根据不同的被试品激发模态所需要的锤击力f的不同，对所述驱动器5为所述力锤3提供的锤击时所需的初速度v1进行调整，以此能够自动通过所述力锤3进行垂向激励，满足车体进行锤击法模态试验时的激励要求，同时提高锤击载荷的均匀一致性与重复性。
[0042]
本技术实施例所提供的模态试验冲击力锤装置，还可以包括板状构件，所述板状构件设置于所述支撑机构的底部，所述板状构件用于调节所述模态试验冲击力锤装置的高度，其目的是让所述模态试验冲击力锤装置能够适应不同的高度的车体锤击，保证所述力锤3的锤头能够垂直作用于锤击面。作为一种更加优选的实施方式，所述板状构件可以选用可调节垫板8，所述可调节垫板8可以根据不同的要求定制不同的厚度，所述可调节垫板8调整好以后，可以采用螺栓紧固，以防止松动。
[0043]
本技术实施例所提供的模态试验冲击力锤装置的某一试验实施布置图，如图3所示，实验时需要调整所述力锤3的锤头的锤击角度垂直于锤击表面，所述模态试验冲击力锤装置的高度的调整，可以根据被试车体9的底面高度来调整底层的所述可调节垫板8的高度。在所述驱动器5的驱动下抬升所述力锤3的锤头至预设高度，所述驱动器5驱动所述力锤3并施加一个瞬时的初速度v1，v1根据所需要的锤击力f的大小确定。所述被试车体9由支撑工装10支撑。本技术提供的模态试验冲击力锤装置，能够取代人工使用力锤进行力锤激励的方式，降低了实验人员的作业强度，把重复的、枯燥的、繁重的体力劳动交由机器完成，提高了劳动效率。
[0044]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种模态试验冲击力锤装置，其特征在于，包括：支撑机构、试验单元和力传感器，其中：所述试验单元包括力锤、连接件、驱动器；所述驱动器通过所述连接件与所述力锤连接，所述驱动器用于在进行垂向激励时，驱动所述力锤抬高至预设高度，并为所述力锤提供锤击时所需的初速度来带动所述力锤旋转；所述力传感器设置于所述力锤的端部，所述力传感器用于采集所述力锤锤击时的力传感信号；所述支撑机构与所述试验单元连接，所述支撑机构用于支撑所述试验单元。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑机构为支架，所述支架设置有腔形结构，所述腔形结构内部添加有灌注材料。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述支架为高刚性支架。4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述灌注材料为铅粒。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接件为摆杆，所述摆杆的一端连接所述力锤，所述摆杆的另一端通过紧固件与所述驱动器连接。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述紧固件为销轴。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述力锤的锤头中灌注有铅水。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器为伺服电机，所述伺服电机的驱动轴通过所述连接件与所述力锤连接。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括板状构件，所述板状构件设置于所述支撑机构的底部，所述板状构件用于调节所述模态试验冲击力锤装置的高度。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述板状构件为可调节垫板。

技术总结
本申请提供一种模态试验冲击力锤装置，涉及模态试验领域，所述装置包括：支撑机构、试验单元和力传感器，其中：所述试验单元包括力锤、连接件、驱动器；所述驱动器通过所述连接件与所述力锤连接，所述驱动器用于在进行垂向激励时，驱动所述力锤抬高至预设高度，并为所述力锤提供锤击时所需的初速度来带动所述力锤旋转；所述力传感器设置于所述力锤的端部，所述力传感器用于采集所述力锤锤击时的力传感信号；所述支撑机构与所述试验单元连接，所述支撑机构用于支撑所述试验单元。本申请能够在满足车体进行锤击法模态试验时的激励要求的同时，降低实验人员的工作强度，提高锤击载荷的均匀一致性与重复性。均匀一致性与重复性。均匀一致性与重复性。


技术研发人员：陈晓 程雄 张登科 伍道乐 阳涛
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车有限公司
技术研发日：2023.02.08
技术公布日：2023/7/14