高频电液振动台振动特性实验研究

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振动台是-种用以检验和评价各类工程装置或设备机械力学性能的标准试验设备，被广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、核工业等国防工业领域和汽车、建筑等民用工业部门。它的发展水平在某种程度上反映了-个国家的工业发展水平，因而世界各国都很重视振动台的研究开发工作”。 。

振动台按其工作原理的不同可以分为机械式振动台、电动式振动台和电液式振动台三种类型。机械式振动台的工作原理是基于离心力或通过凸轮机构驱动来实现的，由于机械结构和强度的限制 ，机械式振动台的工作频率较低。电动式振动台是利用给线圈通正弦电流产生洛伦磁力来进行激振。与机械式振动台相比，电动式振动台具有更高的振动频率，但因为受磁饱和效应的影响，电动式振动台不能输出很大的力。电液振动台与前两者相比具有激振功率大、推力大等优点，主要应用于重载、大功率的诚 ，但受伺服阀频宽的限制，电液振动台的工作频率难以提高到较高的水平。

为此本文提出-种基于2D激振阀的高频电液振动台方案，重点研究其在工作过程中输出的振动特性。在分析其工作原理的基础上，应用流体力学理论建立数学模型，并通过搭建实验台架研究其振动特性。

1 高频电液振动台工作原理高频电液振动台的工作原理如图1所示 ，由2D收稿日期：2013-叭-22基金项 目：国家自然科学基金资助项 目(50675204)；浙江省自然科学基金重大项 目(D1080667)。

作者简介 ：李伟荣(1974.)，男 ，博士研究生，主要研究方向为电液数字控制元件 、电液激振、高频液压振动台研究。

(a)向右运动(b)向左运动1-小齿轮；2-步进电机；3-摆轮 ；4-阀体；5-阀套；6-支撑架；7-轴套；8.阀芯；9-液压缸；1O.蓄能器；l1-2D阀阀体；12-2D阀阀套；13/J、齿轮；14-交流伺服电机；15-大齿轮；16-联轴器；17-弹簧；18-2D阀阀芯；19-联轴器；20-直线电机；21-油箱；22-端盖图l 高频电液振动台工作原理图2013年5月 李伟荣，等：高频电液振动台振动特性实验研究 第 5页2D激振阀具有旋转运动和轴向运动两个自由度，阀芯的旋转运动由交流伺服电机和齿轮组进行控制，调节电机的转速就可以改变阀芯的旋转速度。当阀芯转到图1(a)时，高压油与B口沟通，液压缸无杆腔进油，活塞杆在无杆腔压力作用下向右运动；当阀芯转到图l(b)时，B口与系统回油T 151相通，此时液压缸无杆腔的油液通过B口回到油箱，活塞杆在有杆腔高压油的作用下向左运动。随着阀芯的旋转能够驱动活塞往复运动，调节阀芯旋转速度就可调节活塞运动频率。2D激振阀的阀芯除了旋转运动外还具有轴向运动，控制直线电机可以调节阀芯轴向开口从零到最大之间进行变化，从而改变液压缸输出振动幅值的大校由上分析得出，通过控制2D激振阀阀芯的旋转和轴向运动，能够实现对振动台工作频率和幅值的控制。

由于受2D激振阀的固有结构限制，不能对振动台振动中心位置进行精确控制 ，为此提出在液压缸无杆腔上联接-个数字伺服阀，通过控制数字伺服阀实现电液振动台的偏置量控制。如图 1(a)所示 ，当数字伺服阀阀芯向左运动时，高压油就会通过A口进入液压缸的无杆腔，推动活塞杆向右运动获得-个向右的偏置量 ；当阀芯向右运动时，液压缸无杆腔的油液就会通过A口回流到油箱，同时活塞杆在有杆腔压力的作用下向左运动获得-个向左的偏置量。因此利用数字伺服阀能够实现对电液振动台振动中心位置的精确控制。

2 高频电液振动台数学模型高频电液振动台的液压动力机构结构原理见图2所示。

图2 液压动力机构原理图1)阀口流量方程根据节流公式得到节流口的流量 ：。、/ (1)c / (2)t 等 (3)g Cd。 2(p-po)- (4)式中，Cd和 C 为2D激振阀和数字伺服阀阀口的流量系数；和A 为阀芯台肩所对应的开口面积；P为油液密度；P 为液压缸无杆腔的压力。

2)流量连续方程gL ) YtPAp 誓 (5)式中，Y 为活塞位移；为无杆腔侧活塞的面积；为液压缸无杆腔的容积；为油液的体积弹性模量。

3)力平衡方程p - dyp (6)式中，B 为粘性阻尼系数；K 为弹性负载刚度；m为负载质量；为负载力。

3 实验验证为了获得高频电液振动台实际输出的振动特性，建立了如图3和图4所示实验装置。

譬第6页 溢体秸动与控副 2013年第3期图4 实验装置照片实验台架主要由2D激振阀、数字伺服阀、液压缸、机架、蓄能器、载荷传感器和压力传感器等部件组成 。载荷传感器选用德 国HMB公 司的UIOM-125型，其工作量程为0 kN～125 kN，对应的输出电压为0 V～10 V，被安装在活塞杆和惯性负载之间，用来测量液压缸输出载荷的大校图5是在液压系统工作压力为5 MPa，高频电液振动台工作频率为400 Hz、600 Hz、800 Hz时输出的载荷波形。

珧(c)f800 Hz图5 不同频率下电液振动台输出载荷波形4 结 论本文提出了采用2D激振阀和数字伺服阀作为核心控制元件的高频电液振动台方案，从理论分析和实验结果表明：该方案能大大提高电液振动台的工作频率，实现了电液振动台的工作频率达到800 Hz，远远高于传统电液振动台的振动频率。从图5(a)～图5(c)所示曲线可以看出，随着电液振动台振动频率的提高，输出的振动载荷大幅下降，这是因为随着2D激振阀阀芯转速的提高，通过2D激振阀阀口进入液压缸的流量大大减小所造成的。