典型波形作用下电液激振器输出波形研究

　　0　引言

　　作为振动试验的关键设备———激振器,它产生的振动波形将直接影响试验的振动效果,因此,研究振动波形对进行振动试验以及工程实际应用都具有重要意义。Kokusyo等[1]于20世纪70年代采用数值仿真方法研究了振动波形,主要应用于土木建筑行业。Stroud等[2]详细叙述了以互交式闭环控制方式实现的多轴正弦振动、随机振动以及波形复现。Suzuki等[3]构造了一种偏斜正弦振动波形函数,应用于连铸工艺方面。近年来,高速发展的各类高速采集卡以及虚拟仪器技术,可完成激振器自动测控系统的测试任务^[4] 。

　　本文针对负载以弹性力为主的电液激振器展开研究,建立了电液激振器的数学模型并进行合理简化,在典型波形输入条件下,采用分段积分的方法推导出电液激振器输出振动波形的理论解析式。对于分段积分,吴晓明等[5]运用分段的思想构造出结晶器振动波形函数,郝建功等[6]将阀芯转动分为几个区段,分段推导出新型电液激振器相关参数的相互关系式。与模型建立基于试验数据、参数估计或对样本函数采用拟合等方法[7-8]不同,本文推导出的无关量解析式可以精确描述振动波形曲线以及计算各振动参数。由于输出的振动波形取决于控制阀在工作过程中阀口的面积变化波形和系统负载大小以及方向的改变,因此分别推导出不同输入条件下的振动波形分段函数,并求解相关系数,计算波形失真度。

　　1　数学模型建立

　　1.1　液压动力机构分析

　　振动台的液压动力机构由电液伺服阀、液压缸和负载组成。以带弹性负载的四通阀控双出杆缸为例,供油压力为ps,负载压力为pL,液压缸两腔压力分别为p1和p2。假设初始条件为:当各阀口关闭时,液压缸的活塞杆处于缩进的最大位置y-max,运动速度为零。

　　A1、A3阀口打开,相应的阀开口面积Av1和Av3从0增大到最大值,A2、A4阀口处于关闭状态,液压缸左腔进油、右腔回油,产生液压推力推动活塞向右运动,此时的弹性负载相当于一拉伸弹簧,弹性负载力的方向与活塞运动方向一致,与液压推力共同推动活塞向右运动,形成“超越负载”,活塞运动速度加快,见图1a。阀口面积Av1和Av3从最大值逐渐减小,A2、A4阀口仍然关闭,活塞继续向右运动,由于经过了中点位置(位移为零处),弹性负载由原来的拉伸弹簧变为压缩弹簧,负载方向与活塞运动方向相反,成为正常负载,阻碍活塞继续运动,使其速度减慢,见图1b。当阀口关闭时,液压缸的活塞杆运动速度为零,处于伸出的最大位置ymax。

　　阀口A2、A4打开,阀口面积Av2和Av4从0逐渐增大到最大值,液压缸的右腔进油、左腔回油,活塞从最大的伸出位置回缩,此时的弹性负载相当于一压缩弹簧,与液压推力共同推动活塞向左运动,成为“超越负载”,活塞运动速度加快,见图2a。阀口面积Av2和Av4从最大值逐渐减小,活塞继续向左运动,由于再次经过中点位置,弹性负载由压缩状态变为拉伸状态,成为正常负载,阻碍活塞运动,见图2b。当各阀口关闭时,活塞杆处于缩进的最大位置,运动速度为零。