电液四轴高频结构强度疲劳试验系统

　　高频疲劳试验作为现代工业的一项基础试验和产品研发的重要手段,广泛应用于许多重要的工程领域,如空空导弹发射架、火箭和人造卫星发射台的疲劳试验、飞机发动机叶片的疲劳寿命试验等[1~3]。疲劳试验需要相当复杂的试验设备,其试验周期一般也比较长,特别是失效循环次数大于5×104的高周疲劳试验。疲劳试验系统按激振机理可分为:机械式、电磁式和电液式疲劳试验系统。

　　电液式疲劳试验系统与前两者相比有激振功率大、推力大、承载能力大等优点,主要用于重载、大推力的场合。国内现有的电液疲劳试验系统[4]一般由比例伺服阀或喷嘴挡板阀作为液压控制元件组成电液激振器推动试件作高频激振试验,其激振频率一般在80Hz以内。使用现有疲劳系统做高周结构疲劳强度试验时其试验周期很长,对人员的身体条件和设备本身的抗疲劳强度要求都很高;且激振幅值随激振频率的提高衰减较快,激振波形的高频性能较差。随着现代工业,特别是航天航空技术的发展,对疲劳试验的工作频率范围和推力的要求也越来越高。对于电液式疲劳试验系统,通过改进伺服阀的频响及振动控制技术,在保持大推力的同时其激振频率有较大幅度的提高。但是,由于电液伺服阀频宽难以大范围拓展,电液式疲劳试验系统的激振频率也难以进一步提高;而且现有电液式高频疲劳试验台的产品及其核心技术几乎被国外几家大公司,如MTS、Wyle等垄断。为了在保持电液式疲劳试验系统大推力的同时进一步提高其工作频率,提出了一种新型的2D高频电液激振器方案,并在此基础上建立了电液四轴高频疲劳强度试验系统。

　　首先对电液四轴高频疲劳试验系统进行结构介绍;接着,对由2D阀[5~6]控液压缸构成的电液激振器进行讨论,包括其振动频率、幅值控制和相位同步技术,同时对电液激振器的特性支配特性进行简要分析;最后,给出实际的振动波形对理论分析结果加以验证。

　　1　电液四轴高频疲劳试验系统

　　多轴疲劳强度试验系统如图1所示,由四个电液激振器Ⅰ-Ⅳ、被加载对象、液压缸摇座、上下连接杆等组成。水平和垂直方向各有两个电液激振器,每个电液激振器(见图2)由双出杆液压缸、载荷传感器、位移传感器、2D高频激振阀(简称2D阀)、偏置控制阀等组成。液压杆活塞杆一端通过载荷传感器与下连接杆连接,载荷传感器用于测量液压缸的输出推力;位移传感器连接在液压缸活塞杆的另一端,测量活塞的输出位移。液压缸安装座由上安装块和下安装块组成,上下安装块分别与液压缸和基础刚性相连,上下安装块经圆柱销连接在一起,保证安装在液压缸安装座上的电液激振器(液压缸)在某一方向可以以一定的角度摆动,减少激振时水平和垂直方向的耦合影响。被加载对象上端通过上连接杆与基础相连,下端通过下连接杆和载荷传感器与液压激振缸相连。2D阀和偏置控制阀通过阀块安装在液压缸安装座上。液压缸活塞杆的运动由2D阀和偏置控制阀控制。2D阀用于控制液压缸进行高频激振,包括激振频率、幅值和相位的控制。偏置控制阀用于控制激振平均输出推力的大小。被加载对象与液压缸活塞杆进行刚性连接。因此,作用在被加载对象上的载荷也由2D阀和偏置控制阀决定。图1所示的四轴疲劳强度试验系统结构原理图。