振動系統(tǒng)實驗平臺

1、振動臺系統(tǒng)實驗平臺一、振動臺試驗1.1 電動振動臺試驗系統(tǒng) 電動振動臺是力學(xué)環(huán)境試驗的重要設(shè)備，主要由振動臺臺體、振動控制儀、功率放大器、冷卻裝置等組成。 電動臺振動試驗系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1-1所示，低壓電器作為試件放到振動臺體上對其做振動試驗，檢測它的可靠性。加速度計將采集到的振動信號傳輸?shù)秸駝涌刂苾x，控制儀根據(jù)控制譜的要求，對信號進(jìn)行實時修正，信號經(jīng)過功率放大器放大后輸入電動振動臺臺體以保證振動的持續(xù)產(chǎn)生。同時，勵磁電源對冷卻裝置供電，確保冷卻系統(tǒng)的正常工作，以保證振動臺熱量及時排出。 圖1-1 電動振動臺試驗系統(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，垂直方向振動不需要液壓。

2、液壓裝置主要由兩臺油泵、調(diào)壓閥、壓力繼電器、液位繼電器、過濾器、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)過高壓過濾器過濾，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，再通過振動臺的激振力傳遞，使水平滑臺工作，產(chǎn)生水平方向的振動。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)回油過濾器流回油箱。整個液壓系統(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 振動試驗?zāi)康?振動試驗?zāi)康脑谟诖_定所設(shè)計制造的機(jī)器、構(gòu)件在運(yùn)輸過程中承受外來振動或者自身產(chǎn)生的振動而

3、不致破壞，并發(fā)揮其性能、達(dá)到預(yù)定壽命的可靠性，故作為可靠性試驗關(guān)鍵設(shè)備的振動試驗越來越重要，這里試驗對象指的是載運(yùn)低壓電器。振動試驗?zāi)康闹饕譃椋?)環(huán)境適應(yīng)性試驗：通過選用試驗對象未來可能承受的振動環(huán)境去激勵對象。檢驗其對環(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)行振動試驗，以便評估其性能是否滿足要求；2)動力學(xué)強(qiáng)度試驗：考核試驗對象結(jié)構(gòu)的動強(qiáng)度，檢驗在給定的試驗條件下試件是否會產(chǎn)生疲勞破壞，這類試驗的對象主要是結(jié)構(gòu)件；3)動力特性試驗：用試驗的方法測試出對象的動特性參數(shù)，如振型、頻率、阻尼等；4)其他試驗：如振動篩選試驗，其目的是對生產(chǎn)線上的元器件、組件、整機(jī)進(jìn)行振動

4、篩選，找出工藝中的薄弱環(huán)節(jié)，剔出低質(zhì)量的產(chǎn)品從而提高整個產(chǎn)品的可靠性。振動試驗是仿真產(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環(huán)境影響，本試驗是模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸、安裝及使用環(huán)境下所遭遇到的各種振動環(huán)境影響，用來確定產(chǎn)品是否能承受各種環(huán)境振動的能力。振動試驗是評定元器件、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。最常使用振動方式可分為正弦振動及隨機(jī)振動兩種。正弦振動是實驗室中經(jīng)常采用的試驗方法，以模擬旋轉(zhuǎn)、脈動、震蕩（在船舶、飛機(jī)、車輛、空間飛行器上所出現(xiàn)的）所產(chǎn)生的振動以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)共振頻率分析和共振點駐留驗證為主，其

5、又分為掃頻振動和定頻振動兩種，其嚴(yán)苛程度取決于頻率范圍、振幅值、試驗持續(xù)時間。隨機(jī)振動則以模擬產(chǎn)品整體性結(jié)構(gòu)耐震強(qiáng)度評估以及在包裝狀態(tài)下的運(yùn)送環(huán)境，其嚴(yán)苛程度取決于頻率范圍、GRMS、試驗持續(xù)時間和軸向等。1.4 振動臺主要技術(shù)規(guī)格及參數(shù)：本振動臺試驗系統(tǒng)選用東菱振動儀器有限公司的水冷電動振動試驗系統(tǒng)，振動臺具體主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1) 電動振動試驗臺型號：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臺面尺寸：445mm運(yùn)動部件質(zhì)量：60kg頻率范圍：227

6、00Hz最大位移：76mm (p-p) 空臺一階諧振頻率：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：采用雙臺體結(jié)構(gòu)，功率放大器采用一拖二形式，實現(xiàn)免翻臺工作(2) 水平滑臺1型號：LTT0606最大位移：76mm最大加速度：480m/s2臺面尺寸：600mm×600mm 臺面材料：鎂合金600mm×600mm 的水平滑臺上限使用頻率：2000HZ(3) 水平滑臺2型號：LTT1212最大位移：76mm最大加速度：214m/s2臺面尺寸：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，控制，記錄等均在HMI上完成，可實現(xiàn)歷史報警記錄回放功能，系統(tǒng)運(yùn)行歷程記錄功能，系統(tǒng)累積工作時間功能，系統(tǒng)權(quán)限管理功能，無人值守運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測功能，力限功能，自動定時關(guān)機(jī)功能等?；颈Ｗo(hù)功能：勵磁水流量、勵磁水壓力、勵磁水溫度、動圈水溫、動圈水壓力、動圈水流量、輸出過壓、輸出過流、過位移、滑臺油壓、時序保護(hù)、電網(wǎng)過壓、電網(wǎng)欠壓、電網(wǎng)缺相、控制電源、門開關(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，要求對外冷卻水無要求，常溫。同時要求內(nèi)冷卻系統(tǒng)采用原裝進(jìn)口單級離心水泵 水箱：要求具有內(nèi)循環(huán)水溫監(jiān)測并保護(hù)功能，水質(zhì)導(dǎo)電率監(jiān)測保護(hù)功能；外循環(huán)流量顯示監(jiān)測并保護(hù)功能二、振動試驗方案2.1 垂直振動該試驗系統(tǒng)選用的ES-60WLS3-445振動臺臺體被安裝在一個原先為垂直振動做的機(jī)座上，如圖2-1所示，在進(jìn)行振動試驗時，將試品通過夾具固定在振動臺面上，在實際振動試驗時，試件或夾具往往會大于電動臺動圈臺面，這時就需要對原來的臺面進(jìn)行擴(kuò)展，常用辦

9、法是安裝一個輔助臺面，輔助臺面如圖2-2所示。而振動試驗在工作頻率、臺面重量、臺面加速度、幅值均勻度和橫向運(yùn)動等方面，對擴(kuò)展臺面都有較嚴(yán)格的要求。另外，這種機(jī)座可使振動臺體旋轉(zhuǎn)90º，做輕負(fù)載的水平振動或者連接一個單獨(dú)的水平臺，振動臺體通過隔振裝置與機(jī)座相連。振動試驗時的加速度限制由系統(tǒng)的推力和活動系統(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活動系統(tǒng)質(zhì)量垂直振動時：m =m動圈+m夾具+m試件圖2-1振動臺示意圖圖2-2 垂直擴(kuò)展臺2.2水平振動該系統(tǒng)的另一個振動臺的機(jī)座與水平臺機(jī)座是一體的，共用一個基座，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)行水平試驗時，電動蝸輪鏈輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),振動臺繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸安裝在振動臺的重心位置，可以使振動臺體旋轉(zhuǎn)90º，然后通過連接頭將振動臺和水平滑臺固定，然后便可以與油膜潤滑的水平滑臺做水平振動試驗。水平滑臺采用靜壓活動系統(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，并與工作臺面形成油膜，具有一定的承載能力，然后通過振動臺的激振力傳遞，使水平滑臺進(jìn)行工作，而產(chǎn)生水平方向的振動。水平振動時：m=m動圈+m連接頭+m滑臺+m夾具+m試件 圖2-3臺體翻轉(zhuǎn)圖2-4 振動臺和水平臺面連接圖2-5水平振動示意圖2.3選擇振

11、動傳感器的原則 選擇拾振器類型時，要根據(jù)測試的要求（如要求測位移、或測速度、加速度、力等）及被測物體的振動特性（如待測的頻率范圍，估計的振幅范圍等），應(yīng)用環(huán)境情況（如環(huán)境溫度、濕度、電磁場干擾情況等）結(jié)合各類拾振器本身的各項特性指標(biāo)來考慮。1.下列情況可用位移拾振器： 1)位移幅值特別重要時（例如，不允許某振動部件在振動時碰到別的物體，即要求振幅時）。 2）測量位移幅值的場合，正好就是要分析應(yīng)力的場合。 3）低頻振動。此時速度、加速度數(shù)值太小不便于采用速度或加速度計測量。 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。 2）量測那種對力、載荷或應(yīng)力要做分析的部位時，因為力正比于加速度。 3）量測空間受限制，不允許傳感器體積大，重要大的場合，采用壓電加速度為佳。2.4 傳感器的安裝在振動試驗時，傳感器的安裝是很重要的，可能由于傳感器的安裝問題使試驗不真實，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面連接。當(dāng)進(jìn)行低量級試驗時，為了減少噪聲，可在傳感器底部用膠木片與臺面絕緣，傳感器連接線應(yīng)與傳感器牢固連接，試驗中傳感器的脫落和連接線的接觸不良將導(dǎo)致試驗無法進(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方向。(1)垂直振動時傳感器安裝圖2-6 垂直振動傳感器安裝

13、示意圖(2)水平振動時傳感器安裝圖2-7 水平振動傳感器安裝示意圖2.5 選擇夾具一個好的夾具在試驗的頻率范圍內(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，試件可以用螺桿、壓板的方式把試件牢牢的固定在振動臺面襯套螺釘上。當(dāng)試件體積較大，而且形狀復(fù)雜時，這種固定方法顯然很困難，這時需要制作夾具，讓試件安裝在夾具上然后把夾具牢固地固定在振動臺面上，因此實際上夾具是試件與振動臺面連接的過渡體，其功能是將振動臺的振動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試驗系統(tǒng)工作的上限頻率，換言之通常電動臺的工作上限可以到2000赫茲或者更高，如果夾具的一

14、階共振頻率為1000赫茲，那么振動臺的上限工作頻率就從2000赫茲降到了1000赫茲。當(dāng)振動試驗規(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 試驗準(zhǔn)備1) 振動臺體與功率放大器的連接電纜應(yīng)正確連接，并確保正確無誤；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體跳動；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)整臺面高度

15、，使臺面在初始平衡位置；7) 正確安裝加速度傳感器，固定好傳感器輸出電纜（見圖2-6、2-7）。2.7 實驗開始2.7.1 開機(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，合上漏電斷路開關(guān)（在功率放大器正面），此時邏輯盒“電源”燈亮，同時蜂鳴器發(fā)出聲響，功率放大器自動自檢。自檢合格后，蜂鳴器停止聲響。按下“ON”，臺體冷卻風(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）同時開始轉(zhuǎn)動，運(yùn)行燈亮，這時必須注意風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)方向：臺體冷卻風(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)備移動或電源變更時，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，接通

16、靜壓油源電源并待5分鐘后；3) 按照振動控制儀使用手冊，按試驗要求設(shè)定；4) 將功放增益調(diào)整到所需的位置，此時“準(zhǔn)備”燈亮，至此，系統(tǒng)進(jìn)入待運(yùn)行狀態(tài)；5) 參照振動控制儀操作規(guī)定給系統(tǒng)輸入信號，至此，系統(tǒng)已經(jīng)按照設(shè)定要求正常運(yùn)行。2.8正弦振動試驗(1)正弦掃頻試驗在規(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。掃頻試驗中頻率按一定規(guī)律發(fā)生變化，振動量級是頻率的函數(shù)，按頻率變化性質(zhì)可分為線性掃頻和對數(shù)掃頻。(2)正弦定頻試驗 在選定的頻率上（可以是共振頻率，特定頻率，或危險頻率）按規(guī)定的量值進(jìn)行正弦振動試驗，并達(dá)到規(guī)定要求的時間。2.9 隨機(jī)振動試驗(1)窄帶隨機(jī)掃描試驗 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)定要求的時間。 (2)寬