振动系统实验平台.docx

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振动系统实验平台

振动台系统实验平台

一、振动台试验

1.1电动振动台试验系统

电动振动台是力学环境试验的重要设备，主要由振动台台体、振动控制仪、功率放大器、冷却装置等组成。

电动台振动试验系统的构成如图1-1所示，低压电器作为试件放到振动台体上对其做振动试验，检测它的可靠性。

加速度计将采集到的振动信号传输到振动控制仪，控制仪根据控制谱的要求，对信号进行实时修正，信号经过功率放大器放大后输入电动振动台台体以保证振动的持续产生。

同时，励磁电源对冷却装置供电，确保冷却系统的正常工作，以保证振动台热量及时排出。

图1-1电动振动台试验系统图

1.2液压系统工作原理

液压系统只作用于水平方向的振动，垂直方向振动不需要液压。

液压装置主要由两台油泵、调压阀、压力继电器、液位继电器、过滤器、风冷热交换器组成，运行可靠，操作方便。

泵1作为供油泵，提供压力介质，经过高压过滤器过滤，再经溢流阀调节，使得干净和符合要求的压力介质通过管道流向工作机，即向静压导轨供油，在导轨与导轨座之间形成压力油膜，使其有良好的承载能力，再通过振动台的激振力传递，使水平滑台工作，产生水平方向的振动。

完成工作和溢流的介质由泵2送回，介质经热交换器冷却后，再经回油过滤器流回油箱。

整个液压系统的工作原理如下图1-2所示：

图1-2液压系统原理图

1.3振动试验目的

振动试验目的在于确定所设计制造的机器、构件在运输过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不致破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性，故作为可靠性试验关键设备的振动试验越来越重要，这里试验对象指的是载运低压电器。

振动试验目的主要分为：

1）环境适应性试验：

通过选用试验对象未来可能承受的振动环境去激励对象。

检验其对环境的适应性。

目前，航空航天中使用的机载仪器和设备，大部分必须进行振动试验，以便评估其性能是否满足要求；

2）动力学强度试验：

考核试验对象结构的动强度，检验在给定的试验条件下试件是否会产生疲劳破坏，这类试验的对象主要是结构件；

3）动力特性试验：

用试验的方法测试出对象的动特性参数，如振型、频率、阻尼等；

4）其他试验：

如振动筛选试验，其目的是对生产线上的元器件、组件、整机进行振动筛选，找出工艺中的薄弱环节，剔出低质量的产品从而提高整个产品的可靠性。

振动试验是仿真产品在运输（Transportation）、安装（Installation）及使用（Use）环境中所遭遇到的各种振动环境影响，本试验是模拟产品在运输、安装及使用环境下所遭遇到的各种振动环境影响，用来确定产品是否能承受各种环境振动的能力。

振动试验是评定元器件、零部件及整机在预期的运输及使用环境中的抵抗能力。

最常使用振动方式可分为正弦振动及随机振动两种。

正弦振动是实验室中经常采用的试验方法，以模拟旋转、脉动、震荡（在船舶、飞机、车辆、空间飞行器上所出现的）所产生的振动以及产品结构共振频率分析和共振点驻留验证为主，其又分为扫频振动和定频振动两种，其严苛程度取决于频率范围、振幅值、试验持续时间。

随机振动则以模拟产品整体性结构耐震强度评估以及在包装状态下的运送环境，其严苛程度取决于频率范围、GRMS、试验持续时间和轴向等。

1.4振动台主要技术规格及参数：

本振动台试验系统选用东菱振动仪器有限公司的水冷电动振动试验系统，振动台具体主要技术指标如下：

（1）电动振动试验台

型号：

ES-60WLS3-445

额定正弦推力（peak）：

60KN

额定随机推力（rms）：

60KN

额定冲击力（peak）：

180kN

最大加速度：

≥1000m/s2

最大速度：

2.5m/s

台面尺寸：

￠445mm

运动部件质量：

≤60kg

频率范围：

2～2700Hz

最大位移：

76mm（p-p）

空台一阶谐振频率：

≥2400Hz±5%

最大载荷：

≥1000kg

保护功能：

有全面的保护功能

冷却方式：

水冷

设备工作方式：

采用双台体结构，功率放大器采用一拖二形式，实现免翻台工作

（2）水平滑台1

型号：

LTT0606

最大位移：

76mm

最大加速度：

480m/s2

台面尺寸：

600mm×600mm

台面材料：

镁合金

600mm×600mm的水平滑台上限使用频率：

2000HZ

（3）水平滑台2

型号：

LTT1212

最大位移：

76mm

最大加速度：

214m/s2

台面尺寸：

1200mm×1200mm

上限使用频率：

2000HZ

（4）智能功率放大器：

功放输出最高电压：

≥60KVA；功放输出最大电流：

≥600A

要求智能化功率放大器，采用进口原装HMI触摸屏PLC可编程控制器

功率器件采用原装进口的功率模块

系统控制功能:

所有的操作，监测，控制，记录等均在HMI上完成，可实现历史报警记录回放功能，系统运行历程记录功能，系统累积工作时间功能，系统权限管理功能，无人值守运行状态监测功能，力限功能，自动定时关机功能等。

基本保护功能：

励磁水流量、励磁水压力、励磁水温度、动圈水温、动圈水压力、动圈水流量、输出过压、输出过流、过位移、滑台油压、时序保护、电网过压、电网欠压、电网缺相、控制电源、门开关、外部联锁等保护功能。

（5）水冷单元

内循环水流量≤40L/min；

内循环水压力≤1MPa；

外循环水流量≤100L/min；

内冷系统装置：

内循环冷却水泵采用原装进口

内循环冷却水温差小于30度，外循环冷却水温小于15度，要求对外冷却水无要求，常温。

同时要求内冷却系统采用原装进口单级离心水泵

水箱：

要求具有内循环水温监测并保护功能，水质导电率监测保护功能；外循环流量显示监测并保护功能

二、振动试验方案

2.1垂直振动

该试验系统选用的ES-60WLS3-445振动台台体被安装在一个原先为垂直振动做的机座上，如图2-1所示，在进行振动试验时，将试品通过夹具固定在振动台面上，在实际振动试验时，试件或夹具往往会大于电动台动圈台面，这时就需要对原来的台面进行扩展，常用办法是安装一个辅助台面，辅助台面如图2-2所示。

而振动试验在工作频率、台面重量、台面加速度、幅值均匀度和横向运动等方面，对扩展台面都有较严格的要求。

另外，这种机座可使振动台体旋转90º，做轻负载的水平振动或者连接一个单独的水平台，振动台体通过隔振装置与机座相连。

振动试验时的加速度限制由系统的推力和活动系统的质量决定。

理想状态下的最大加速度限制有下面等式决定：

a=F/m

其中：

a——加速度

F——系统的激振力

m——活动系统质量

垂直振动时：

m=m动圈+m夹具+m试件

图2-1振动台示意图

图2-2垂直扩展台

2.2水平振动

该系统的另一个振动台的机座与水平台机座是一体的，共用一个基座，刚度好，安装调试方便，提高了整体负载能力。

当进行水平试验时，电动蜗轮链轮翻转机构,振动台绕旋转轴旋转，旋转轴安装在振动台的重心位置，可以使振动台体旋转90º，然后通过连接头将振动台和水平滑台固定，然后便可以与油膜润滑的水平滑台做水平振动试验。

水平滑台采用静压活动系统，其油源经滤油器进入压力调节阀进行调压（出厂前已调整好），后经装有节流器的水平导轨及花岗石平板上，并与工作台面形成油膜，具有一定的承载能力，然后通过振动台的激振力传递，使水平滑台进行工作，而产生水平方向的振动。

水平振动时：

m=m动圈+m连接头+m滑台+m夹具+m试件

图2-3台体翻转

图2-4振动台和水平台面连接

图2-5水平振动示意图

2.3选择振动传感器的原则

选择拾振器类型时，要根据测试的要求（如要求测位移、或测速度、加速度、力等）及被测物体的振动特性（如待测的频率范围，估计的振幅范围等），应用环境情况（如环境温度、湿度、电磁场干扰情况等）结合各类拾振器本身的各项特性指标来考虑。

1.下列情况可用位移拾振器：

1）位移幅值特别重要时（例如，不允许某振动部件在振动时碰到别的物体，即要求振幅时）。

2）测量位移幅值的场合，正好就是要分析应力的场合。

3）低频振动。

此时速度、加速度数值太小不便于采用速度或加速度计测量。

2.下列情况下，可采用速度型拾振器：

位移的幅度太小，不便于测量中频段。

3.下列情况下，可采用加速度型拾振器：

1）高频振动。

2）量测那种对力、载荷或应力要做分析的部位时，因为力正比于加速度。

3）量测空间受限制，不允许传感器体积大，重要大的场合，采用压电加速度为佳。

2.4传感器的安装

在振动试验时，传感器的安装是很重要的，可能由于传感器的安装问题使试验不真实，甚至损坏设备和试件。

传感器可用瞬间胶合剂或螺钉与台面连接。

当进行低量级试验时，为了减少噪声，可在传感器底部用胶木片与台面绝缘，传感器连接线应与传感器牢固连接，试验中传感器的脱落和连接线的接触不良将导致试验无法进行，甚至损坏设备，而且传感器安装应保证安装平面平整，并且安装平面必须同垂直于振动方向。

（1）垂直振动时传感器安装

图2-6垂直振动传感器安装示意图

（2）水平振动时传感器安装

图2-7水平振动传感器安装示意图

2.5选择夹具

一个好的夹具在试验的频率范围内，必须有良好的传递率。

当试件体积比较小，而且形状比较规则时，试件可以用螺杆、压板的方式把试件牢牢的固定在振动台面衬套螺钉上。

当试件体积较大，而且形状复杂时，这种固定方法显然很困难，这时需要制作夹具，让试件安装在夹具上然后把夹具牢固地固定在振动台面上，因此实际上夹具是试件与振动台面连接的过渡体，其功能是将振动台的振动和能量不失真的传递给试件。

由于刚度和形状决定的夹具一阶共振频率的大小将直接限制振动试验系统工作的上限频率，换言之通常电动台的工作上限可以到2000赫兹或者更高，如果夹具的一阶共振频率为1000赫兹，那么振动台的上限工作频率就从2000赫兹降到了1000赫兹。

当振动试验规范频率上限只到几百赫兹（甚至几十赫兹），那么采用铝合金材料为宜，而当试验规范的频率上限大于1000赫兹甚至2000赫兹，那么采用钢材料也许更合适些。

此外，还需要在形状上结构上给予考虑。

2.6试验准备

1）振动台体与功率放大器的连接电缆应正确连接，并确保正确无误；

2）三相电源的输出功率满足设备的要求；

3）牢固地连接冷却风管；

4）旋松固定螺栓，在运输中螺栓必须锁紧防止台体跳动；

5）给隔振机构充气，使调气阀压力表读数在0.5-0.6MPa，高度指针在红区范围；

6）装上夹具及试件并调整台面高度，使台面在初始平衡位置；

7）正确安装加速度传感器，固定好传感器输出电缆（见图2-6、2-7）。

2.7实验开始

2.7.1开机步骤

1）首先功率放大器的“增益”置于“复位”，接通系统电源，合上漏电断路开关（在功率放大器正面），此时逻辑盒“电源”灯亮，同时蜂鸣器发出声响，功率放大器自动自检。

自检合格后，蜂鸣器停止声响。

按下“ON”，台体冷却风机和模块冷却风机（在功率放大器箱前面板和背后）同时开始转动，运行灯亮，这时必须注意风机叶片旋转方向：

台体冷却风机，应与风机上转向标志一致；模块风机，前面板风机向机内吹风。

如果设备移动或电源变更时，同样要确认各风机运转方向是否正确；

2）如进行水平振动，接通静压油源电源并待5分钟后；

3）按照振动控制仪使用手册，按试验要求设定；

4）将功放增益调整到所需的位置，此时“准备”灯亮，至此，系统进入待运行状态；

5）参照振动控制仪操作规定给系统输入信号，至此，系统已经按照设定要求正常运行。

2.8正弦振动试验

（1）正弦扫频试验

在规定的频率范围内，按规定的量值以一定的扫描速率由低频到高频，再由高频到低频作为一次扫频，直到达到规定的总次数为止。

扫频试验中频率按一定规律发生变化，振动量级是频率的函数，按频率变化性质可分为线性扫频和对数扫频。

（2）正弦定频试验

在选定的频率上（可以是共振频率，特定频率，或危险频率）按规定的量值进行正弦振动试验，并达到规定要求的时间。

2.9随机振动试验

（1）窄带随机扫描试验

在规定的频率范围内，用某一中心频率上某一带宽的窄带随机信号作由低频到高频，再由高频到低频的扫描，并达到规定要求的时间。

（2）宽带随机振动试验

在规定的频率范围内，按规定的谱形状和总均方根值作宽带随机振动，并达到规定要求的时间。

2.10随机加正弦振动试验

在规定的频率范围内，在随机振动的基础上叠加有若干个频率的正弦振动，按规定量级规定时间完成试验。

2.11经典冲击试验

大多数情况下是采用现场实测数据，在振动台波形控制下直接复现现场实测出的冲击完成试验。

由于复现现场冲击相当困难，故采用等效损伤原理，即保证在试验条件下用标称脉冲对产品进行冲击所产生的故障、损坏、失效与现场所发生的故障、损坏、失效相一致，用这种标称冲击脉冲波形法完成试验。