高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)特性研究.pdf

1、電液振動(dòng)臺(tái)作為一種用來(lái)模擬振動(dòng)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、船舶、核工業(yè)等國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域和汽車、建筑等民用工業(yè)部門。它的技術(shù)水平在某種程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，因而世界各國(guó)都很重視電液振動(dòng)臺(tái)的研究開發(fā)工作。
　　傳統(tǒng)電液振動(dòng)臺(tái)由于受電液伺服閥頻響特性的制約，其工作頻率不能達(dá)到較高的水平，致使目前對(duì)一些重要的軍工設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)通常采用的方法是在電液振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行低頻振動(dòng)試驗(yàn)，而高頻振動(dòng)試驗(yàn)則放到電動(dòng)振動(dòng)

2、臺(tái)上進(jìn)行。為了改變這種現(xiàn)狀，本論文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“電液激振新方法及分解控制技術(shù)研究”和浙江省重大自然科學(xué)基金項(xiàng)目“重載、高頻電液激振技術(shù)基礎(chǔ)研究”為背景，提出一種由2D激振閥和數(shù)字伺服閥聯(lián)合控制的電液振動(dòng)臺(tái)方案，旨在大幅提高電液振動(dòng)臺(tái)的工作頻率，使電液振動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻的全頻段振動(dòng)試驗(yàn)。因此，這項(xiàng)研究工作不僅具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，而且為高頻電液振動(dòng)臺(tái)技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。本論文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)針對(duì)傳

3、統(tǒng)電液振動(dòng)臺(tái)的工作頻率受電液伺服閥頻響特性的制約難以提高的現(xiàn)狀，提出一種由2D激振閥和數(shù)字伺服閥聯(lián)合控制差動(dòng)式液壓缸所構(gòu)成的新型高頻電液振動(dòng)臺(tái)方案，旨在大幅提高電液振動(dòng)臺(tái)的工作頻率，并實(shí)現(xiàn)高頻電液振動(dòng)臺(tái)的工作頻率達(dá)到1000赫茲。
　　(2)分析了高頻電液振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，對(duì)2D激振閥和數(shù)字伺服閥的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了介紹并建立了其數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，建立了高頻電液振動(dòng)臺(tái)的特性支配方程，為高頻電液振動(dòng)臺(tái)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

4、
　　(3)由于2D激振閥是一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的轉(zhuǎn)閥，不能采用傳統(tǒng)的方法對(duì)其節(jié)流閥口的流量方程進(jìn)行線性化處理，為此提出采用非線性系統(tǒng)分析方法對(duì)高頻電液振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并搭建了其系統(tǒng)控制框圖。利用Simulink建立了高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)的仿真模型，對(duì)高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)在不同的振動(dòng)頻率、2D激振閥不同的軸向開度輸出的振動(dòng)特性進(jìn)行了仿真研究。并得到了高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)工作頻率為100Hz、150Hz、200Hz、300Hz、400Hz、6

5、00Hz、800Hz、1000Hz以及2D激振閥軸向開口為0.5mm、1mm和1.5mm三種情況下輸出的載荷波形。從仿真波形可以看出，隨著工作頻率的提高，高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)輸出的載荷在諧振點(diǎn)之前由小變大，過(guò)了諧振點(diǎn)之后，再由大變小。這是因?yàn)樵谥C振點(diǎn)工作時(shí)，高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，振動(dòng)幅值會(huì)突然增大。通過(guò)調(diào)節(jié)2D激振閥軸向開口的大小，可以控制電液振動(dòng)臺(tái)輸出載荷的幅值。
　　(4)針對(duì)高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)出現(xiàn)的諧振現(xiàn)象，利用能

6、量守恒原理對(duì)高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:液壓缸敏感腔中的油液相當(dāng)于一動(dòng)態(tài)彈簧，在電液振動(dòng)臺(tái)工作過(guò)程中，電液振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)能、勢(shì)能和總能量隨時(shí)間變化。電液振動(dòng)臺(tái)處于諧振工作狀態(tài)時(shí)，激振力的相角與速度的相角相同，激振力時(shí)刻對(duì)電液振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)做正功，這時(shí)電液振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)所獲得的能量達(dá)到最大值。為了得到高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)在諧振時(shí)輸出的載荷波形，分別對(duì)慣性負(fù)載為45kg和67.5kg以及2D激振閥軸向開口為0.5mm、

7、1mm和1.5mm時(shí)輸出的諧振波形進(jìn)行仿真研究。從仿真結(jié)果可以看出諧振時(shí)電液振動(dòng)臺(tái)輸出的載荷幅值會(huì)突然放大。最后，對(duì)高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)變諧振理論進(jìn)行了理論分析和仿真研究。通過(guò)數(shù)字伺服閥控制單出桿液壓缸無(wú)桿腔容積的變化實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)固有頻率的改變，從而使高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)能夠在不同的諧振頻率點(diǎn)進(jìn)行工作。并分別仿真了液壓缸無(wú)桿腔長(zhǎng)度為10mm、20mm、30mm、40mm和50mm時(shí)電液振動(dòng)臺(tái)輸出的諧振波形。仿真結(jié)果表明，隨著液壓缸無(wú)桿腔體積

8、的減小，電液振動(dòng)臺(tái)發(fā)生諧振的頻率有所提高，驗(yàn)證了變諧振理論的正確性。
　　(5)為了驗(yàn)證新型高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)的理論研究以及實(shí)際輸出的振動(dòng)特性，搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。首先，通過(guò)改變2D激振閥的旋轉(zhuǎn)速度、2D激振閥閥芯的軸向開口大小，分別測(cè)得高頻單軸電液振動(dòng)臺(tái)在100Hz、150Hz、200Hz、300Hz、400Hz、600Hz、800Hz、1000Hz不同頻率工作時(shí)實(shí)際輸出的振動(dòng)波形，驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性;其次，對(duì)