振动试验台技术方案

本技术方案是依据要求方提出的振动试验台主要技术参数和标准GB/T8419-2007、GB/T18707.1-2002编制，用于对工程机械座椅、工程机械车灯以及其它零部件进行振动试验的液压振动台系统。详细介绍如下：

一、液压振动台系统的构成和原理方框图

液压振动台系统由液压振动台（含振动台体、台面、电液伺服阀等）、液压油源和管路系统、油源电控、模拟和数字控制系统等几部分构成。

液压振动台系统原理方框图如下。 数控系统 前端处理 功放 伺服阀 台体 负载 动力电源 液压油源 油源电控 图 1 液压振动台系统原理方框图

加速度传感器 解调器 位移传感器 1

二、液压振动台的设计

液压振动台包括振动台体、台面、伺服阀、传感器及连接过渡等部分，作为执行元件直接带动控制对象动作。 1、要求的主要技术参数 1.1 频率范围：0.5～200Hz 1.2 加速度：0～2.5g 1.3 振幅：0～±160 mm 1.4 有效负载：0～400 kg， 1.5 台面大小：1米x 1米 2、最大功能曲线的设计估算 2.1 按规范的PSD设计

可以认为是窄带随机，且是多个试验曲线，我们可以取它们的包络作为评估依据。 表1： Freq RMS

EM1 2 1.39

EM2 2.25 1.75

EM3 2.25 1.48

EM4 2.25 0.82

EM5 3.25 1.42

EM6 8.5 1.39

EM7 3.25 1.82

EM8 3.75 0.87

EM9 4.5 1.33

座椅试验规范RMS(Freq)曲线21.81.61.41.210.80.60.40.200246810Freq(Hz)RMS（m/Sec^2）系列1

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图2

根据表1和图2，最大速度发生在EM2，按3∑准则，此处的速度为：0.372m/Sec。但按振幅160mm(O-P)，则等速度与等位移段交越频率为：0.37Hz。而主要技术指标中指定下限频率为0.5Hz，这样一来，160mm（o-P）的行程则浪费。 2.2 按行程、速度和加速度设计

依据标准GB/T8419-2007中5.1条《注：在EM1和EM2的情况下，振动器能够产生振幅最少为±7.5cm，频率为2Hz的模拟正弦振动（见5.4.1）》。此时的速度要达到0.94m/s。

按振幅160mm(O-P)，则等速度与等位移段交越频率为：0.94Hz；按最大加速度2.5g，则等速度与等加速度段交越频率为：4.18Hz。均在要求的工作频率范围内。 2.3 最大功能曲线

综上所述，按照最大行程±160mm，最大速度0.94m/s，最大加速度2.5g和要求的工作频率，最大功能曲线如图3。

频率（Hz） 位移（mm）

0.5 160

0.94 160 0.94 0.56

2 75 0.94 1.2

4.19 35 0.94 2.5

150 0.028 0.026 2.5

200 0.0038 0.0048 0.62

速度（m/s） 0.5 加速度（g） 0.32

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图3 最大功能曲线

3、最大激振力的设计

振动部分的质量包括三部分：有效负载0～400Kg，台面质量（超硬铝铸件，预计270Kg），活塞杆质量（预计80Kg）。最大负载质量估计为750Kg。 振动最大加速度2.5g。 最大激振力设计为18.75KN。

4、振动缸的有效面积设计

设计工作压力P=21MPa，根据最大激振力设计振动缸的有效工作面积为1.33X10－3m。

5、系统流量和伺服阀的选择

根据振动最大速度和有效工作面积，设计系统最大流量Qmax＝75L/min； 伺服阀的额定流量Qn＝54L/min。选择一台额定流量为63L/min的伺服阀。

6、蓄能器的设计

振动伺服系统中为减少液压冲击和脉动对振动波形的影响，在靠近伺服阀的压力油入口处安装蓄能器，以吸收和缓冲这种液压冲击。估算流量、管长、通径、工作压力等值，设计选择一台1L的蓄能器，安装于伺服阀压力油入口处。

三、液压油源和管路系统的设计

油源主要由油箱、电机泵机组、溢流阀、滤油器、冷却器、各种液压辅件和液压管路等组成。液压辅件包括压力表、液位计、温度计、压力继电器、发讯器、蓄能器等，可以对油源系统进行检测、显示、报警和安全保护；设计有吸油滤油器、高压滤油器、回油滤油器，用以净化油液，确保系统正常工作；设计有冷却器，用于油温高时进行冷却。

根据系统最大流量，设计选择一台63rpm的泵，和一台37KW电机，在工作压力21MPa下，实际工作最大功率30KW。

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液压管路的布置根据现场安装位置设计，管路布局清晰合理、方便维护保养；到液压振动台进回路采用软管连接，吸收脉动，减少冲击。

四、油源电控的设计

本液压油源的电控部分实现液压站的各种逻辑控制功能。包括：  电机的启动、停机；

 油泵电机热过载保护及显示；  压力控制及显示；  油温控制及显示；  油位控制及显示；  滤油器油污堵塞报警；

 可根据用户具体要求完成其它控制。

五、振动控制系统的设计

1、要求的主要功能

 正弦、正弦扫频（包括自定义扫频速率、扫频范围和扫频模式）输入。 扫频模

式：线性、对数、定频, 频率分辨率：0.05 Hz。  时域波形输入  随机振动

2、数控系统的设计 2.1正弦控制

 控制量：位移、加速度；  方向：垂直；  定频定振；  扫频定振；

 控制方式：自动和手动；

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 前后处理； 2.2 随机控制

 加速度多频段功率谱控制；  加速度有效值控制；  台面中心传感器布置；  >3.0*R.M.S消峰；  有效值及功率谱双层保护；  逐级升级。 2.3 波形控制

 加速度最大波峰控制；

 有以帧为时间单位的二者能量意义下的相对误差实时分析和显示；；  目标波形调理

3、控制系统原理

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图4、控制系统原理图

图 5数字控制信号流框图

驱动 信号缓冲 存储 反FFT 生成新的 驱动谱 比 较 FFT变换 响应信号 缓冲存储 参考典型波 FFT 7

图6数字控制主要原理

“宿主计算机”和“从属处理机”一起构成并行的多CPU系统。宿主机采用工业控制计算机结构，满足可靠性和经济性两方面的要求。其PnP 标准PCI总线结构使与从属处理机及其它外围数控功能硬件板的通讯效率大大提高。从属处理机除有自己的CPU外还有本地存贮器、寄存器、监控系统和与宿主机之间良好的通讯功能，且有适宜于基4FFT频谱分析的半溢出检查功能，CPU自身带有只需1个指令周期的乘法器。

抗混滤波器采用双向两级高阶滤波方案，即系统的输入和输出两个方向均有低通滤波器，而两个方向的滤波器采用主—辅两级。主滤波器的特点是截断频率的定位准确。辅滤波器的特点是带外衰减迅速。这样就保证了非常强的抗混淆能力。

随机振动控制基本方案如图7所示。

图Ｃ随机控制驱动输出数据采集时域随机化相位随机化ＰＳＤ监测保护分析解算驱动谱响应谱几何平均谱密度时域综合监测保护参考谱图7、随机控制方框图

随机振动控制中，本方案首先根据用户设定的参考谱REFPSD,由“解算驱动谱”

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功能模块确定的第一个Loop的驱动谱DRVPSDＩ，由“相位随机化”模块对其进行相位随机处理，得到用于驱动的Fourier谱DRVPSDR(fk)+jDRVPSDI(fk) (j=-1,k=0,1,……n)。再由”IFFT”模块用ＦＦＴ方法对其进行反fourier变换，得到时间域的驱动数字量DRVTIM(k) (k=0,1,……n) 后，“时域随机化”模块进行时域随机处理，此时得到的是可以驱动振动台的最终数字信号。将其放入驱动信号缓冲存储器由Ｄ／Ａ变换器将其转换成模拟信号，再由滤波器对其进行滤波，且有程控放大器对其进行放大处理后作为指令驱动振动台。液压振动台的响应由传感器及其变送装置以电压模拟量的形式输出，此模拟量经程控放大，多级滤波和Ａ／Ｄ变换后得到响应数字信号RESTIM(k) (k=0,1,……n).。

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