高頻單軸電液振動臺振動特性研究.pdf

1、電液振動臺作為一種用來模擬振動環(huán)境的標準試驗設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、船舶、核工業(yè)等國防工業(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國家的工業(yè)發(fā)展水平，因而世界各國都很重視電液振動臺的研究開發(fā)工作。
　　傳統(tǒng)電液振動臺由于受電液伺服閥頻響特性的制約，其工作頻率不能達到較高的水平，致使目前對一些重要的軍工設(shè)備進行振動試驗時通常采用的方法是在電液振動臺上進行低頻振動試驗，而高頻振動試驗則放到電動振動

2、臺上進行。為了改變這種現(xiàn)狀，本論文以國家自然科學基金項目“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基金項目“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)合控制的電液振動臺方案，旨在大幅提高電液振動臺的工作頻率，使電液振動臺實現(xiàn)從低頻到高頻的全頻段振動試驗。因此，這項研究工作不僅具有重要的工程應(yīng)用價值，而且為高頻電液振動臺技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。本論文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)針對傳

3、統(tǒng)電液振動臺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)合控制差動式液壓缸所構(gòu)成的新型高頻電液振動臺方案，旨在大幅提高電液振動臺的工作頻率，并實現(xiàn)高頻電液振動臺的工作頻率達到1000赫茲。
　　(2)分析了高頻電液振動臺的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，對2D激振閥和數(shù)字伺服閥的結(jié)構(gòu)原理進行了介紹并建立了其數(shù)學模型。在此基礎(chǔ)上，建立了高頻電液振動臺的特性支配方程，為高頻電液振動臺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)獨特的轉(zhuǎn)閥，不能采用傳統(tǒng)的方法對其節(jié)流閥口的流量方程進行線性化處理，為此提出采用非線性系統(tǒng)分析方法對高頻電液振動臺系統(tǒng)進行研究，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臺的仿真模型，對高頻單軸電液振動臺在不同的振動頻率、2D激振閥不同的軸向開度輸出的振動特性進行了仿真研究。并得到了高頻單軸電液振動臺工作頻率為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，高頻單軸電液振動臺輸出的載荷在諧振點之前由小變大，過了諧振點之后，再由大變小。這是因為在諧振點工作時，高頻單軸電液振動臺會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，振動幅值會突然增大。通過調(diào)節(jié)2D激振閥軸向開口的大小，可以控制電液振動臺輸出載荷的幅值。
　　(4)針對高頻單軸電液振動臺出現(xiàn)的諧振現(xiàn)象，利用能

6、量守恒原理對高頻單軸電液振動臺產(chǎn)生諧振現(xiàn)象的機理進行研究。研究結(jié)果表明:液壓缸敏感腔中的油液相當于一動態(tài)彈簧，在電液振動臺工作過程中，電液振動臺系統(tǒng)的動能、勢能和總能量隨時間變化。電液振動臺處于諧振工作狀態(tài)時，激振力的相角與速度的相角相同，激振力時刻對電液振動臺系統(tǒng)做正功，這時電液振動臺系統(tǒng)所獲得的能量達到最大值。為了得到高頻單軸電液振動臺在諧振時輸出的載荷波形，分別對慣性負載為45kg和67.5kg以及2D激振閥軸向開口為0.5mm、

7、1mm和1.5mm時輸出的諧振波形進行仿真研究。從仿真結(jié)果可以看出諧振時電液振動臺輸出的載荷幅值會突然放大。最后，對高頻單軸電液振動臺變諧振理論進行了理論分析和仿真研究。通過數(shù)字伺服閥控制單出桿液壓缸無桿腔容積的變化實現(xiàn)液壓系統(tǒng)固有頻率的改變，從而使高頻單軸電液振動臺能夠在不同的諧振頻率點進行工作。并分別仿真了液壓缸無桿腔長度為10mm、20mm、30mm、40mm和50mm時電液振動臺輸出的諧振波形。仿真結(jié)果表明，隨著液壓缸無桿腔體積

8、的減小，電液振動臺發(fā)生諧振的頻率有所提高，驗證了變諧振理論的正確性。
　　(5)為了驗證新型高頻單軸電液振動臺的理論研究以及實際輸出的振動特性，搭建了實驗臺架并對其進行實驗研究。首先，通過改變2D激振閥的旋轉(zhuǎn)速度、2D激振閥閥芯的軸向開口大小，分別測得高頻單軸電液振動臺在100Hz、150Hz、200Hz、300Hz、400Hz、600Hz、800Hz、1000Hz不同頻率工作時實際輸出的振動波形，驗證了仿真結(jié)果的正確性;其次，對