振動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1、振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)1.1 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng) 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)是力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)的重要設(shè)備，主要由振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體、振動(dòng)控制儀、功率放大器、冷卻裝置等組成。 電動(dòng)臺(tái)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1-1所示，低壓電器作為試件放到振動(dòng)臺(tái)體上對(duì)其做振動(dòng)試驗(yàn)，檢測(cè)它的可靠性。加速度計(jì)將采集到的振動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)秸駝?dòng)控制儀，控制儀根據(jù)控制譜的要求，對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后輸入電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體以保證振動(dòng)的持續(xù)產(chǎn)生。同時(shí)，勵(lì)磁電源對(duì)冷卻裝置供電，確保冷卻系統(tǒng)的正常工作，以保證振動(dòng)臺(tái)熱量及時(shí)排出。 圖1-1 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)圖1.2液壓系統(tǒng)工作原理液壓系統(tǒng)只作用于水平方向的振動(dòng)，垂直方向振動(dòng)不需要液壓。

2、液壓裝置主要由兩臺(tái)油泵、調(diào)壓閥、壓力繼電器、液位繼電器、過(guò)濾器、風(fēng)冷熱交換器組成，運(yùn)行可靠，操作方便。泵1作為供油泵，提供壓力介質(zhì)，經(jīng)過(guò)高壓過(guò)濾器過(guò)濾，再經(jīng)溢流閥調(diào)節(jié)，使得干凈和符合要求的壓力介質(zhì)通過(guò)管道流向工作機(jī)，即向靜壓導(dǎo)軌供油，在導(dǎo)軌與導(dǎo)軌座之間形成壓力油膜，使其有良好的承載能力，再通過(guò)振動(dòng)臺(tái)的激振力傳遞，使水平滑臺(tái)工作，產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)。完成工作和溢流的介質(zhì)由泵2送回，介質(zhì)經(jīng)熱交換器冷卻后，再經(jīng)回油過(guò)濾器流回油箱。整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作原理如下圖1-2所示：圖1-2 液壓系統(tǒng)原理圖1.3 振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)康?振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)康脑谟诖_定所設(shè)計(jì)制造的機(jī)器、構(gòu)件在運(yùn)輸過(guò)程中承受外來(lái)振動(dòng)或者自身產(chǎn)生的振動(dòng)而

3、不致破壞，并發(fā)揮其性能、達(dá)到預(yù)定壽命的可靠性，故作為可靠性試驗(yàn)關(guān)鍵設(shè)備的振動(dòng)試驗(yàn)越來(lái)越重要，這里試驗(yàn)對(duì)象指的是載運(yùn)低壓電器。振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)康闹饕譃椋?)環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)：通過(guò)選用試驗(yàn)對(duì)象未來(lái)可能承受的振動(dòng)環(huán)境去激勵(lì)對(duì)象。檢驗(yàn)其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。目前，航空航天中使用的機(jī)載儀器和設(shè)備，大部分必須進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，以便評(píng)估其性能是否滿足要求；2)動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)：考核試驗(yàn)對(duì)象結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度，檢驗(yàn)在給定的試驗(yàn)條件下試件是否會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，這類(lèi)試驗(yàn)的對(duì)象主要是結(jié)構(gòu)件；3)動(dòng)力特性試驗(yàn)：用試驗(yàn)的方法測(cè)試出對(duì)象的動(dòng)特性參數(shù)，如振型、頻率、阻尼等；4)其他試驗(yàn)：如振動(dòng)篩選試驗(yàn)，其目的是對(duì)生產(chǎn)線上的元器件、組件、整機(jī)進(jìn)行振動(dòng)

4、篩選，找出工藝中的薄弱環(huán)節(jié)，剔出低質(zhì)量的產(chǎn)品從而提高整個(gè)產(chǎn)品的可靠性。振動(dòng)試驗(yàn)是仿真產(chǎn)品在運(yùn)輸(Transportation)、安裝(Installation)及使用(Use)環(huán)境中所遭遇到的各種振動(dòng)環(huán)境影響，本試驗(yàn)是模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸、安裝及使用環(huán)境下所遭遇到的各種振動(dòng)環(huán)境影響，用來(lái)確定產(chǎn)品是否能承受各種環(huán)境振動(dòng)的能力。振動(dòng)試驗(yàn)是評(píng)定元器件、零部件及整機(jī)在預(yù)期的運(yùn)輸及使用環(huán)境中的抵抗能力。最常使用振動(dòng)方式可分為正弦振動(dòng)及隨機(jī)振動(dòng)兩種。正弦振動(dòng)是實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常采用的試驗(yàn)方法，以模擬旋轉(zhuǎn)、脈動(dòng)、震蕩（在船舶、飛機(jī)、車(chē)輛、空間飛行器上所出現(xiàn)的）所產(chǎn)生的振動(dòng)以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)共振頻率分析和共振點(diǎn)駐留驗(yàn)證為主，其

5、又分為掃頻振動(dòng)和定頻振動(dòng)兩種，其嚴(yán)苛程度取決于頻率范圍、振幅值、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間。隨機(jī)振動(dòng)則以模擬產(chǎn)品整體性結(jié)構(gòu)耐震強(qiáng)度評(píng)估以及在包裝狀態(tài)下的運(yùn)送環(huán)境，其嚴(yán)苛程度取決于頻率范圍、GRMS、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間和軸向等。1.4 振動(dòng)臺(tái)主要技術(shù)規(guī)格及參數(shù)：本振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)選用東菱振動(dòng)儀器有限公司的水冷電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，振動(dòng)臺(tái)具體主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1) 電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)型號(hào)：ES-60WLS3-445額定正弦推力（peak）：60KN額定隨機(jī)推力（rms）： 60KN額定沖擊力（peak）： 180kN最大加速度：1000m/s2最大速度：2.5 m/s臺(tái)面尺寸：445mm運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量：60kg頻率范圍：227

6、00Hz最大位移：76mm (p-p) 空臺(tái)一階諧振頻率：2400 Hz±5%最大載荷： 1000kg保護(hù)功能：有全面的保護(hù)功能冷卻方式：水冷設(shè)備工作方式：采用雙臺(tái)體結(jié)構(gòu)，功率放大器采用一拖二形式，實(shí)現(xiàn)免翻臺(tái)工作(2) 水平滑臺(tái)1型號(hào)：LTT0606最大位移：76mm最大加速度：480m/s2臺(tái)面尺寸：600mm×600mm 臺(tái)面材料：鎂合金600mm×600mm 的水平滑臺(tái)上限使用頻率：2000HZ(3) 水平滑臺(tái)2型號(hào)：LTT1212最大位移：76mm最大加速度：214m/s2臺(tái)面尺寸：1200mm×1200mm上限使用頻率：2000HZ(4)智能功

7、率放大器：功放輸出最高電壓：60KVA；功放輸出最大電流：600A要求智能化功率放大器，采用進(jìn)口原裝HMI觸摸屏PLC可編程控制器功率器件采用原裝進(jìn)口的功率模塊系統(tǒng)控制功能:所有的操作，監(jiān)測(cè)，控制，記錄等均在HMI上完成，可實(shí)現(xiàn)歷史報(bào)警記錄回放功能，系統(tǒng)運(yùn)行歷程記錄功能，系統(tǒng)累積工作時(shí)間功能，系統(tǒng)權(quán)限管理功能，無(wú)人值守運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，力限功能，自動(dòng)定時(shí)關(guān)機(jī)功能等?；颈Ｗo(hù)功能：勵(lì)磁水流量、勵(lì)磁水壓力、勵(lì)磁水溫度、動(dòng)圈水溫、動(dòng)圈水壓力、動(dòng)圈水流量、輸出過(guò)壓、輸出過(guò)流、過(guò)位移、滑臺(tái)油壓、時(shí)序保護(hù)、電網(wǎng)過(guò)壓、電網(wǎng)欠壓、電網(wǎng)缺相、控制電源、門(mén)開(kāi)關(guān)、外部聯(lián)鎖等保護(hù)功能。(5)水冷單元內(nèi)循環(huán)水流量40L

8、/min；內(nèi)循環(huán)水壓力1MPa；外循環(huán)水流量100L/min；內(nèi)冷系統(tǒng)裝置：內(nèi)循環(huán)冷卻水泵采用原裝進(jìn)口內(nèi)循環(huán)冷卻水溫差小于30度，外循環(huán)冷卻水溫小于15度，要求對(duì)外冷卻水無(wú)要求，常溫。同時(shí)要求內(nèi)冷卻系統(tǒng)采用原裝進(jìn)口單級(jí)離心水泵 水箱：要求具有內(nèi)循環(huán)水溫監(jiān)測(cè)并保護(hù)功能，水質(zhì)導(dǎo)電率監(jiān)測(cè)保護(hù)功能；外循環(huán)流量顯示監(jiān)測(cè)并保護(hù)功能二、振動(dòng)試驗(yàn)方案2.1 垂直振動(dòng)該試驗(yàn)系統(tǒng)選用的ES-60WLS3-445振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體被安裝在一個(gè)原先為垂直振動(dòng)做的機(jī)座上，如圖2-1所示，在進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，將試品通過(guò)夾具固定在振動(dòng)臺(tái)面上，在實(shí)際振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，試件或夾具往往會(huì)大于電動(dòng)臺(tái)動(dòng)圈臺(tái)面，這時(shí)就需要對(duì)原來(lái)的臺(tái)面進(jìn)行擴(kuò)展，常用辦

9、法是安裝一個(gè)輔助臺(tái)面，輔助臺(tái)面如圖2-2所示。而振動(dòng)試驗(yàn)在工作頻率、臺(tái)面重量、臺(tái)面加速度、幅值均勻度和橫向運(yùn)動(dòng)等方面，對(duì)擴(kuò)展臺(tái)面都有較嚴(yán)格的要求。另外，這種機(jī)座可使振動(dòng)臺(tái)體旋轉(zhuǎn)90º，做輕負(fù)載的水平振動(dòng)或者連接一個(gè)單獨(dú)的水平臺(tái)，振動(dòng)臺(tái)體通過(guò)隔振裝置與機(jī)座相連。振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的加速度限制由系統(tǒng)的推力和活動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量決定。理想狀態(tài)下的最大加速度限制有下面等式?jīng)Q定：a=F/m其中：a加速度F系統(tǒng)的激振力m活動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量垂直振動(dòng)時(shí)：m =m動(dòng)圈+m夾具+m試件圖2-1振動(dòng)臺(tái)示意圖圖2-2 垂直擴(kuò)展臺(tái)2.2水平振動(dòng)該系統(tǒng)的另一個(gè)振動(dòng)臺(tái)的機(jī)座與水平臺(tái)機(jī)座是一體的，共用一個(gè)基座，剛度好，安裝調(diào)試方便，提

10、高了整體負(fù)載能力。當(dāng)進(jìn)行水平試驗(yàn)時(shí)，電動(dòng)蝸輪鏈輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),振動(dòng)臺(tái)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸安裝在振動(dòng)臺(tái)的重心位置，可以使振動(dòng)臺(tái)體旋轉(zhuǎn)90º，然后通過(guò)連接頭將振動(dòng)臺(tái)和水平滑臺(tái)固定，然后便可以與油膜潤(rùn)滑的水平滑臺(tái)做水平振動(dòng)試驗(yàn)。水平滑臺(tái)采用靜壓活動(dòng)系統(tǒng)，其油源經(jīng)濾油器進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)壓（出廠前已調(diào)整好），后經(jīng)裝有節(jié)流器的水平導(dǎo)軌及花崗石平板上，并與工作臺(tái)面形成油膜，具有一定的承載能力，然后通過(guò)振動(dòng)臺(tái)的激振力傳遞，使水平滑臺(tái)進(jìn)行工作，而產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)。水平振動(dòng)時(shí)：m=m動(dòng)圈+m連接頭+m滑臺(tái)+m夾具+m試件 圖2-3臺(tái)體翻轉(zhuǎn)圖2-4 振動(dòng)臺(tái)和水平臺(tái)面連接圖2-5水平振動(dòng)示意圖2.3選擇振

11、動(dòng)傳感器的原則 選擇拾振器類(lèi)型時(shí)，要根據(jù)測(cè)試的要求（如要求測(cè)位移、或測(cè)速度、加速度、力等）及被測(cè)物體的振動(dòng)特性（如待測(cè)的頻率范圍，估計(jì)的振幅范圍等），應(yīng)用環(huán)境情況（如環(huán)境溫度、濕度、電磁場(chǎng)干擾情況等）結(jié)合各類(lèi)拾振器本身的各項(xiàng)特性指標(biāo)來(lái)考慮。1.下列情況可用位移拾振器： 1)位移幅值特別重要時(shí)（例如，不允許某振動(dòng)部件在振動(dòng)時(shí)碰到別的物體，即要求振幅時(shí)）。 2）測(cè)量位移幅值的場(chǎng)合，正好就是要分析應(yīng)力的場(chǎng)合。 3）低頻振動(dòng)。此時(shí)速度、加速度數(shù)值太小不便于采用速度或加速度計(jì)測(cè)量。 2. 下列情況下，可采用速度型拾振器： 位移的幅度太小，不便于測(cè)量中頻段。 3. 下列情況下，可采用加速度型拾振器： 1）

12、高頻振動(dòng)。 2）量測(cè)那種對(duì)力、載荷或應(yīng)力要做分析的部位時(shí)，因?yàn)榱φ扔诩铀俣取?3）量測(cè)空間受限制，不允許傳感器體積大，重要大的場(chǎng)合，采用壓電加速度為佳。2.4 傳感器的安裝在振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，傳感器的安裝是很重要的，可能由于傳感器的安裝問(wèn)題使試驗(yàn)不真實(shí)，甚至損壞設(shè)備和試件。傳感器可用瞬間膠合劑或螺釘與臺(tái)面連接。當(dāng)進(jìn)行低量級(jí)試驗(yàn)時(shí)，為了減少噪聲，可在傳感器底部用膠木片與臺(tái)面絕緣，傳感器連接線應(yīng)與傳感器牢固連接，試驗(yàn)中傳感器的脫落和連接線的接觸不良將導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，甚至損壞設(shè)備，而且傳感器安裝應(yīng)保證安裝平面平整，并且安裝平面必須同垂直于振動(dòng)方向。(1)垂直振動(dòng)時(shí)傳感器安裝圖2-6 垂直振動(dòng)傳感器安裝

13、示意圖(2)水平振動(dòng)時(shí)傳感器安裝圖2-7 水平振動(dòng)傳感器安裝示意圖2.5 選擇夾具一個(gè)好的夾具在試驗(yàn)的頻率范圍內(nèi)，必須有良好的傳遞率。當(dāng)試件體積比較小，而且形狀比較規(guī)則時(shí)，試件可以用螺桿、壓板的方式把試件牢牢的固定在振動(dòng)臺(tái)面襯套螺釘上。當(dāng)試件體積較大，而且形狀復(fù)雜時(shí)，這種固定方法顯然很困難，這時(shí)需要制作夾具，讓試件安裝在夾具上然后把夾具牢固地固定在振動(dòng)臺(tái)面上，因此實(shí)際上夾具是試件與振動(dòng)臺(tái)面連接的過(guò)渡體，其功能是將振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)和能量不失真的傳遞給試件。由于剛度和形狀決定的夾具一階共振頻率的大小將直接限制振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)工作的上限頻率，換言之通常電動(dòng)臺(tái)的工作上限可以到2000赫茲或者更高，如果夾具的一

14、階共振頻率為1000赫茲，那么振動(dòng)臺(tái)的上限工作頻率就從2000赫茲降到了1000赫茲。當(dāng)振動(dòng)試驗(yàn)規(guī)范頻率上限只到幾百赫茲（甚至幾十赫茲），那么采用鋁合金材料為宜，而當(dāng)試驗(yàn)規(guī)范的頻率上限大于1000赫茲甚至2000赫茲，那么采用鋼材料也許更合適些。此外，還需要在形狀上結(jié)構(gòu)上給予考慮。2.6 試驗(yàn)準(zhǔn)備1) 振動(dòng)臺(tái)體與功率放大器的連接電纜應(yīng)正確連接，并確保正確無(wú)誤；2) 三相電源的輸出功率滿足設(shè)備的要求；3) 牢固地連接冷卻風(fēng)管；4) 旋松固定螺栓，在運(yùn)輸中螺栓必須鎖緊防止臺(tái)體跳動(dòng)；5) 給隔振機(jī)構(gòu)充氣，使調(diào)氣閥壓力表讀數(shù)在0.5-0.6MPa，高度指針在紅區(qū)范圍；6) 裝上夾具及試件并調(diào)整臺(tái)面高度

15、，使臺(tái)面在初始平衡位置；7) 正確安裝加速度傳感器，固定好傳感器輸出電纜（見(jiàn)圖2-6、2-7）。2.7 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始2.7.1 開(kāi)機(jī)步驟1) 首先功率放大器的“增益”置于“復(fù)位”，接通系統(tǒng)電源，合上漏電斷路開(kāi)關(guān)（在功率放大器正面），此時(shí)邏輯盒“電源”燈亮，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響，功率放大器自動(dòng)自檢。自檢合格后，蜂鳴器停止聲響。按下“ON”，臺(tái)體冷卻風(fēng)機(jī)和模塊冷卻風(fēng)機(jī)（在功率放大器箱前面板和背后）同時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)行燈亮，這時(shí)必須注意風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)方向：臺(tái)體冷卻風(fēng)機(jī)，應(yīng)與風(fēng)機(jī)上轉(zhuǎn)向標(biāo)志一致；模塊風(fēng)機(jī)，前面板風(fēng)機(jī)向機(jī)內(nèi)吹風(fēng)。如果設(shè)備移動(dòng)或電源變更時(shí)，同樣要確認(rèn)各風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否正確；2) 如進(jìn)行水平振動(dòng)，接通

16、靜壓油源電源并待5分鐘后；3) 按照振動(dòng)控制儀使用手冊(cè)，按試驗(yàn)要求設(shè)定；4) 將功放增益調(diào)整到所需的位置，此時(shí)“準(zhǔn)備”燈亮，至此，系統(tǒng)進(jìn)入待運(yùn)行狀態(tài)；5) 參照振動(dòng)控制儀操作規(guī)定給系統(tǒng)輸入信號(hào)，至此，系統(tǒng)已經(jīng)按照設(shè)定要求正常運(yùn)行。2.8正弦振動(dòng)試驗(yàn)(1)正弦掃頻試驗(yàn)在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，按規(guī)定的量值以一定的掃描速率由低頻到高頻，再由高頻到低頻作為一次掃頻，直到達(dá)到規(guī)定的總次數(shù)為止。掃頻試驗(yàn)中頻率按一定規(guī)律發(fā)生變化，振動(dòng)量級(jí)是頻率的函數(shù)，按頻率變化性質(zhì)可分為線性掃頻和對(duì)數(shù)掃頻。(2)正弦定頻試驗(yàn) 在選定的頻率上（可以是共振頻率，特定頻率，或危險(xiǎn)頻率）按規(guī)定的量值進(jìn)行正弦振動(dòng)試驗(yàn)，并達(dá)到規(guī)定要求的時(shí)間。2.9 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)(1)窄帶隨機(jī)掃描試驗(yàn) 在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，用某一中心頻率上某一帶寬的窄帶隨機(jī)信號(hào)作由低頻到高頻，再由高頻到低頻的掃描，并達(dá)到規(guī)定要求的時(shí)間。 (2)寬