新型电液激振试验台的高频特性研究

　　0　引言

　　在工程技术领域中,机械振动的现象比比皆是。当外界的激振频率接近于机械系统固有频率的时候会引起共振从而会严重破坏系统的机械结构[1]。因此,工业生产中的各种材料、零部件只有进行了振动试验才能确定他们的力学性能,才能确定产品的优劣。所以需要人为的创造一个激振环境对实验对象进行高频激振。实验所采用的电液激振器是通过驱动阀芯的旋转来控制激振频率,由于高频激振过程中阀芯的旋转需要很大的扭矩,传统采用伺服电机驱动的方法因为扭矩不够难以将激振频率提高到很高的水平。因此,在设计高频激振试验台时,寻求一种大功率、大扭矩的动力源来驱动2D阀阀芯的旋转显得至关重要。由于液压系统动力比较大,可以输出很大的扭矩,所以建立一套液压系统驱动阀芯旋转的装置是一个很好的解决方案。

　　1　2D电液高频激振器原理

　　该电液激振器的原理如图1所示,高频激振阀主要是控制液压缸产生频率和幅值可控的激振波形,该激振阀的设计采用的“2D”原理,也就是通过单一阀芯的阀芯的旋转和直线滑动分别来控制振动的频率和幅值,阀芯的四个台肩周向均匀开设四个沟槽,在阀套开设沟槽宽度大小相同的窗口。当马达驱动阀芯匀速旋转一定角度后,使得Ⅰ、Ⅲ台肩上的阀口打开,Ⅱ、Ⅳ台肩上的阀口关闭, P-B,A-T通,液压缸右腔进油、左腔回油,液压缸活塞向左运动。当阀芯继续旋转一定角度后Ⅱ、Ⅳ台肩上的阀口打开,Ⅰ、Ⅲ台肩上的阀口关闭时,P-A,B-T导通,液压缸左腔进油、右腔回油,液压缸活塞向右运动[2]。

　　根据流体力学和系统动力学的理论可以对该试验台进行数学建模[3]。2D电液激振阀的流量方程可以表示为:

　　由于阀芯周期性的旋转使得油液进出对称液压缸左右两腔的大小和方向发生周期性变化,从而驱动液压缸的活塞做周期性的往复运动。因为2D阀的激振频率等于阀芯转速n(转/min)与每转阀芯沟槽与阀套窗口之间沟通次数m的乘积,则可以得到电液激振器的激振频率为[4]:

　　由于阀芯的转动惯量很小,而且阀芯又处于很好的润滑状态中,所以很容易通过提高转速实现激振器的激振频率。同时由另一伺服电机带动凸轮机构旋转使阀芯产生轴向位移,从而调节周期性变化的阀口面积梯度,进而改变液压缸的振动幅值[5]。

　　2　实验研究

　　该试验台的实验装置和测试系统原理图如图2所示,实验照片如图3所示。主要由液压马达、2D高频激振阀、液压缸、载荷传感器、振动机架以及控制装置等组成。