试验机系统建模的研究

    0　引　言

    科学技术的迅猛发展使得各个领域中的系统设计和分析变得日益复杂起来。如何建立系统的动态模型对于各领域系统的设计和开发具有极其重要的作用。本文通过建立PWS-100型电液伺服动静万能试验机主机部分的传递函数模型,为进一步研究试验机的动态特性奠定了基础。

    1　PWS-100型电液伺服动静万能试验机主机部分测绘图及力学模型

    1·1　简单件力学模型

    如图1所示,拉杆相当于一个刚度K=EA/L的线性弹簧[1]。当其质量不应忽略时,可将它简化为质量弹簧。

    其中:E为材料的弹性模量,A为杆的截面积,L为杆长。

    1·2　试验机主机部分力学模型

    先进的电液伺服动静万能试验机集机、电、液等多项技术于一体,是典型的高科技复杂产品。根据已确定的尺寸参数和结构需要,初步确定结构尺寸和系统力学模型的具体形式如图2所示。试件的工作段长取100mm,活塞在有效行程的中心位置,即活塞可移动±50mm,参与刚度计算的每个要素的具体尺寸(或材质)见相应设计量;图2右边为系统力学模型,每处符号与左边结构测绘图对应连接,不另加说明。其中,mi为质量,ki为刚度。

    2　主机部分力学模型的简化

    由于试验机载荷较大,机械部分各构件的结构柔度不容忽视,因而这是一个多自由度弹性振动系统。经过适当处理,由工作台,立柱,横梁,试件及上下夹头,活塞以及油缸所组成的试验机主机部分可以看作如图3所示的四个自由度的弹性振动系统。左边为结构简图,右边为相应部分微分方程的拉氏变换[2]。其中活塞、活塞杆及下夹头组件折算到活塞处的折算质量m1=99kg;上夹头组件折算到活塞处的折算质量m2=70kg;横梁上的集中载荷质量及横梁立柱运动部分等效到横梁中点的折算质量m3=91kg;工作台上的集中载荷质量及工作台运动部分等效到工作台中点的折算质量m4=62kg;活塞杆和试件两个串联弹簧的折算刚度K1=0·275×109N/m;负荷传感器的刚度K2=1·033×109N/m;横梁立柱的折算刚度K3=0·82×109N/m;工作台的折算刚度K4=0·54×109N/m。

    3　系统传递函数方框图

根据上述拉氏方程组可以求得相应部分的传递函数,联系已知的试验机系统其他部分的传递函数即可画出图4所示的整个系统传递函数方框图[3]。在此基础上,即可实现对试验机系统的仿真研究。

    4　结　语