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1、运输包装件振动试验系统研究图文 运输包装件振动试验系统研究沈黎明,张华良,顾祖莉(上海大学,上海200072摘要:在流通环境振动分析的基础上,进行了运输包装件各种振动试验的特点比较,并对随机振动试验系统的方案和实施过程等做了一定的研究,为运输包装件的优化设计打好了基础。关键词:运输包装;振动试验;测试中图分类号:TH87114文献标识码:A 文章编号:167224984(20050620087203R esearch on the vibration test system of transport packageSHE N Li 2ming ,ZH ANG Hua 2liang ,G U Z

2、u 2li(Shanghai University ,Shanghai 200072,China Abstract :Based on the analysis of the package transportation environment ,different vibration tests are com pared in this paper 1Research of methods and processes of the random vibration tests are included and this lays the foundation for optimum des

3、ign of transport package 1K ey w ords :T ransport package ;Vibration test ;T esting收稿日期:2004209222;收到修改稿日期:2004212207经济的快速发展和交通设施的不断完善促进了商品流通的迅猛增长。降低商品成本、减少资源消耗、减轻道路交通压力的主要方法之一就是对商品运输包装件进行优化设计,而优化设计的主要手段之一就是振动试验。1流通环境振动分析包装运输件在流通过程中受到的振动主要来自于运输环节,振动强度在频率轴上的分布(频谱表示它与运输工具、装载方式、路况等诸多因素有关。一般情况下,水运和铁路运输振

4、动对包装运输件的影响要低于公路。下面的频谱图描绘了两种车型在不同载荷下以时速8815千米行驶在某高速公路上时的振动情况。图1曲线A 、B 表示分别装载了9072kg 和18144kg 货物的弹簧减振汽车的振动情况,曲线C 、D 表示分别装载了2268kg 和8165kg 货物的空气减振汽车的振动情况。图1四条曲线都在频率轴上出现了多个峰值,并且第一和第二峰值所在频率不成倍数关系,可以判定各振动系统都属多自由度系统。四条曲线的第一峰值最大,均出现在2至5H z 范围内。第二大峰值的差异较大,曲线A 、B 出现在第二波峰上而曲线C 则出现在第四波峰上,第一峰值的功率谱密度一般是第二大峰值的4到5倍

5、。一般来说低于100H z 的振动容易造成运输包装件内装物的机械性损伤,因此,在运输包装件的缓冲设计时,往往比较注重对低频振动的吸收 。2运输包装件振动试验系统的激振方式一般运输包装件的缓冲性能需要通过试验来进行评定。原始的试验方法往往是将运输包装件经过实际的流通运输环节,用这种试验方式来评定运输包装的缓冲性能不确定因素较多、周期较长,因此,在条件允许的情况下,往往采用有振动台组成的振动试验系统。振动试验系统的分类方法很多,其中根据激振频率可分为定频振动试验、变频振动试验和随机振动试验。211定频振动试验第31卷第6期2005年11月中国测试技术CHI NA ME AS URE ME NT T

6、ECH NO LOGY V ol 131N o 16N ov ,2005定频振动试验就是在试验中将振动台的振动频率维持在某一恒定值附近,由于大多数运输工具在运输途中的最大振动峰值出现在低频的2至5H z,因此运输包装件定频振动试验的振动频率规定为3至4H z,振动加速度控制在0175g0125g范围内。定频振动试验系统在工作频率附近表现出二阶系统的特征,为了降低振动激励装置的功率,常常将工作频率选在非线性的共振区附近,由于定频振动试验的频带很窄(f趋于0,一般非线性问题在精度允许的误差范围内可以忽略,所以这使得振动的测量与控制变得比较容易。在实际运用时,很多影响运输包装件的振动问题也正好出现在

7、试验频率附近,因此, 定频振动在运输包装件试验中得到了较多的使用。212变频振动试验大多数运输工具在运输中的参振系统为多自由度系统,有时第二大振动共振峰频率正好与运输包装件内装物的某一固有频率一致,这时定频振动试验结果就很难评定被测运输包装件的效果。因此为了能够在运输工具振动全频率范围内评定运输包装缓冲效果,可采用变频振动试验。变频振动又称扫频振动,即振动台的振动频率将在某一范围内连续变化。通常运输包装件变频试验的频率扫描范围为3100H z,振动台最大加速度控制在0125 0175011g,扫频速度是每分钟1/2个倍频程。虽然大多数变频振动试验系统的扫频范围经过振动系统的非线性共振区,但是试

8、验每一时刻的频率还是单一的,所以在对工作台激振时采用对不同频率的定值补偿便能在精度允许的误差范围内完成试验。变频振动试验需要较长的时间,但对运输包装件缓冲性能的评定则比定频振动完善。213随机振动试验虽然变频振动试验能够覆盖运输工具的振动频率范围,但在任意时刻的振动频率则是单一的。而实际运输过程中运输包装件受到运输工具的振动激励在频率上(见图1具有一定的带宽,因此采用一定频带宽度激励的振动试验更能反映运输包装件的缓冲性能。具有一定频带宽度的振动试验并不存在随机因素,但与随机振动一样具有一定的频带宽度,从频率分析上可采用类似的方法,因此,把具有一定频带宽度的振动试验统称为随机振动试验。3随机振动

9、试验系统方案实施运输包装件随机振动试验系统主要有信号处理器、振动台、测振传感器等组成。311振动机构频率特性运输包装件随机振动试验要求的振动频带为3至100H z,在此频带范围内试验台机构的频率特性与标准的二阶系统模型比较接近,其幅频特性函数A(f为:A(f=11-ff n22+2ff n2式中:固有频率fn、阻尼率分别为:f n=12km=c2km其中:k、c、m分别是参振系统的刚度、阻尼系数和质量。图3为幅频特性伯德图,从图中可见,只有当阻尼率被调整在016至018且固有频率高于100H z 时,才能得到满意的振动谱。而运输包装件振动试验实际的参振系统很难达到如此高的固有频率,因此只有通过

10、频率补偿来满足振动激励的要求。312激励信号的合成运输包装件振动试验采用随机信号是为了使试验更接近实际的流通环境,振动信号可以将纪录的实际流通环境振动信号进行再生。但是,由于实际的流通环境变化因素很多,在对参振系统频率补偿等方面使试验变得过于复杂,比较可行的方法是根88中国测试技术2005年11月据实际情况,由计算机合成出振动信号。方法是:(1包装运输件随机振动试验系统一旦建立,其试验参振系统的阻尼系数和刚度的变化对试验结果的影响可以忽略,不能忽略的是试件质量的影响。那么,通过试验前秤得试件重量且将其输入信号处理器,处理器根据幅频特性计算式算出3至100H z 频段内的补偿曲线并存入内存。(2

11、通过计算得出能够合成出近似3至100H z 带宽等幅振动的多组信号,并将其作为振动台激励的原始基础信号存入信号处理器的内存。(3对各种实际流通环境进行分析,归纳得出A、B、C、D、E五种3至100H z范围内的幅频仿真曲线,将这些曲线量化后存入信号处理器内存。(4在运输包装件振动试验时,根据被试包装件的流通环境和可靠性要求确定幅频仿真曲线的类型并输入信号处理器。(5处理器将各路基础信号经过振动机构和环境参数补偿运算后合成出3至100H z的振动台激励信号。4运输包装件随机振动试验过程振动台的控制是由信号处理器实施。在进行振动试验时,将合成出的带宽为3至100H z振动信号送至AD转换器转换成模

12、拟量信号,然后经功率放大器后驱动振动机构。如图2所示,测振传感器1拾取试件的输入振动信号,测振传感器2则用于测量经包装缓冲后内装物所受到的振动,通过对来自两个传感器信号的分析和运算来评定试件的缓冲性能等包装效果。5结论振动试验的目的是要了解被测运输包装件的缓冲设计是否适合实际流通的振动环境,随机振动试验方式相对于定频和变频振动试验更接近实际流通环境,经过一段时期的研究,上述方法可用于运输包装件实际振动试验系统。通过对各种不同流通环节实际流通环境振动参数的测量,对测量数据进行处理,得出多种流通过程随机振动试验的振动频谱修正曲线。在振动试验时,根据试验对象的设计流通方式和路径,选定频谱修正曲线,从

13、而使试验结果更具实际意义。这一研究过程正将展开,其研究结果将会完善运输包装件随机振动试验系统,为运输包装件缓冲优化设计提供更有力的试验手段。参考文献1陈崇石,王一临1G JB2711,军用运输包装件试验方法的应用与实施J1包装工程,2002,23(6:76-7812牛淑梅,邵忱1连续冲击与振动试验用振动台进行连续冲击试验的试验方法探讨J1中国包装, 2001,3:101-10413张涌1一种适用于运输包装件试验的电动振动台J1环境技术,1998,1:22-241(上接第31页于不同的仪表滤波器的功能不同,谐波衰减的情况亦不同,谐波倍数衰减减少的仪器,对波形失真就特别敏感。表4测相误差失真度K2

14、%1161%0181011%010810101%010084结束语在笔者承担修订并已报审的工频单相相位表国家检定规程中,采用了电子式工频相位计作为标准表对指针式相位表进行检定的直接比较法。鉴于上述的分析,在检定实施中,一定要注意检定条件给予二者所带来的影响是不同的。频率变化对指针式相位表的正确读数带来的影响较大,而波形失真对电子式工频相位计正确读数带来的影响较大。因此,规程中对二者均作了具体的规定,以期能将影响减少到适当的程度以避免造成检定结果的不可靠。参考文献1王光琦1JJ G440286,单相相位表检定规程S1北京:中国计量出版社,198612朱瑞岩,等1JJ G4402200X,工频单相相位表检定规程(报审稿S13龙德斐,等1数字化测量技术M1北京:机械工业出版社,198014袁禄明,等1电磁测量M1北京:机械工业出版社,198015邓媛芳,等1JJ F100121998,通用计量术语及意义S1北京:中国计量出版社,200116李慎安,等1JJ F105921998,测量不确定度评定与表示S1北京:中国计量出版社,19991第31卷第6期沈黎明等:运输包装件振动试验系统研究89