液压伺服作动器在汽车零部件疲劳试验中的应用

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随着汽车产业快速崛起并迅猛发展，消费者对汽车可靠性、安全性、舒适性的要求愈来愈高。为了保证产品质量、提升客户满意度，汽车制造商在汽车可靠性研发方面投入极大的精力，引进了大量国际先进的研发设备用于汽车产品验证。液压伺服作动器作为汽车零部件疲劳性能研究的专业设备，被广泛应用于汽车品质试验领域，为提升汽车产 品品质提供高科技装备支持。

2 液压伺服作动器及其种类液压伺服作动器是-种执行元件，能以确定的运动规律对试验对象施加控制力，将液体的压力能转变为机械能，控制负载的速度、方向、位移、力。液压伺服作动器的种类很多，用在汽车疲劳试验中的液压伺服作动器主要有静压轴承型作动器、聚氨酯轴承作动器等。这些作动器的出现使振动控制的精度更高，使可靠性试验的可信度更好，试验结果更准确。图 1为静压轴承作动器。

[收稿日期] 2013-02-28[作者简介] 朱 静(1986-)，女，本科学历，助理工程师，主要研究方向：机械设备研发。

图1 静压轴承作动器· 47 ·工程 与试验3 液压伺服作动器构成下面以汽车疲劳试验中应用较多的静压轴承作动器为例介绍其结构。

静压轴承型作动器主要由作动器本体、活塞棒、伺服阀、位移传感器、力传感器、静压轴承等组成。

活塞杆的长径 比-般较低 ，目的是保证较高的抗 弯刚度 。作动器外部装有伺服阀、位移传感器、力传感器 的线路板 ，引出线路和控制器进行 连接 。位移传感器通常与活塞同轴安装在作动器内部 ，压力传感器通常安装于活塞棒端部，位移传感器的位移信号以及压力传感器的力信号均能反馈给控制器，从而实现对作动器位移和力的伺服控制。图 2为液压伺服作动器结构解剖图。

图 2 液压 伺服作动器结构解剖 图4 静压轴承工作原理我国在 20世纪 6O年代开始液体静压轴承的应用研究工作，但在试验机领域-直没有较成熟的应用技术 。液体静压轴承具有设计复杂 、加工难度大 、加工要求高等特点，这成为影响其广泛应用的因素之-。但国外的静压轴承技术发展较快 ，已经 广泛应用于由线性作动器构成的复杂设备 中，大大提高r设备的可靠性 ，降低了设备维修的成本。

静压轴承的材料通常为淬火钢，主要由轴承、供油装置 、节流器组成。供油装置能提供轴 承所需 的润滑油 ，节流阀调节压差。活塞杆处于油膜包 围的液压垫中，不受力的情况下，活塞杆位于液压垫的中间位置，活塞杆四周受到的压力均等。当活塞杆-侧受到侧向力时，活塞杆沿着受力方向运动，轴承润滑油流走，当从节流 阀中流入的液体流量小 于润滑· 48 ·油的流出量时，受力-侧的油腔压力变小，另-侧受到挤压使油腔体积变小，压力变大，当这种压力大于另-侧油腔压力时，活塞杆会做反向运动，使活塞杆重新回到液压垫 中间位置。静压轴承这种独特的结构使活塞棒处于油膜的保护中，极大地减小了摩擦，延长作动器的使用寿命。图 3为静压轴承工作原理图。

节流液压活塞(a)作动器 的正常运行状态(b)作动器承受侧向力时的运行状态图 3 静压轴 承工作原 理5 液压伺服作动器应用液压伺服作动器广泛应用于汽车底盘零部件刚度 、强度试验 以及悬架系统疲劳试验 中∩进行单轴试验，也可组合作动器进行多轴协调加载试验。

控制方式多样化 ，线性作动器可以通过位移或力的方式进行加载，扭转作动器通过角度或扭矩的控制进行加载。

目前 ，行业内应用最多的线性液压伺服作动器，其结构可靠 、性能优 良，可开展 等幅正弦波疲 劳试验、等幅方波疲劳试验、等幅三角波疲劳试验等，以下就等幅疲劳试验做-些阐述。

早期整车 考核车辆疲劳性能 的方法 为路 试试验，但由于其高成本、长周期的缺点，逐步被各大汽车厂家用新技术方案代替。

朱 静，等：液压伺服作动器在汽车零部件疲劳试验中的应用Miner理论认为，疲劳破坏 是-个 累积损伤过程 ，载荷次序对损伤没有影响 。在循环载荷作用下 ，零件 的损伤是线性累积的，零件发生破坏 时其 累积损伤量为 1。若在单-循环载荷作用下，零件的破坏寿命为 N，N次循环后损伤为 l，则 n次循环的损伤为 n/N。根据 Miner等损伤原理，将用户实际使用情况与试验场 、零部件台架疲劳试验结果进行关联，制订能反映用户实际使用工况的台架疲劳试验规范，避免盲目试验，并对零部件台架疲劳试验的不同工况进行关联 ，优化台架试验规范 。等幅疲劳试验的优势为 ：工况具备针对性 ；便于解决用户问题 ；周期缩短，研发成本降低。

试验室应用最为广泛的是等幅正弦波 (见图 4)的加载方式 ，图 5所示为某车型桥壳垂直弯 曲疲劳试验 。

4l 41.5 42 42.5 43 43.5 44 44.5 45 45.5图 4 等幅正弦波加载八 八 八 八 八/ / I / / / t/ / / / / tV V V V /- .in2 Ch42.5 43 43.5 44 44.5 45 45.5Time(sees)三角波及矩形波加载图 7 某车型模 拟侧向撞击路缘工况等幅正弦波试验 由于加载过程比较平缓，所以对液压伺服作动器的性能要求较低 ，但振幅相对较大 ，多个作动器同时运行时对液压动力源 的流量要求较高；三角波、矩形波对作动器性能要求和液压动力源的流量要求均很高。所以，在大部分情况下，采用正弦波的加载方式来开展疲劳性试验。

在上述试验中，分别运用了单个液压伺服作动器和两个液压伺服作动器组合的方式进行，这也体现了液压伺服作动器 的灵活性 ，可 以在单个方向至3个 方向之间按照试验需求进行组合 ，有利于实际工况的再现。

图5 某车型桥壳垂直弯曲疲劳试验 6 结束语三角波、矩形波形 (见 图 6)主要应用 于模拟恶劣试验工况，图 7所示为某车型模拟侧向撞击路缘工况，以考核悬架系统在类似误操作等恶劣工况下的疲劳强度。

随着科技的发展，各种新型作动器将被研发并广泛应用于汽车零部件疲劳性试验领域，它在产品验证中的作用会愈来愈显著，同时也会以更优质的性能满足各种高端车型试验需求。

· 49 ·2 6 4 图5 4 4 ∞ ∞ ∞ 0 ∞ ∞ ∞ m2 l l - 1 1 2 ∞ 舳 ∞ ∞ 加 0 加 ∞ ∞ 舳 ∞ - - - - l 工程与试验 March 2013(上接 第 5页)(2)由相位分离测试结果确定相位共振法进行模态测试时所用激振力的位置和方向，有效解决了单-模态测试方法带来的模态遗漏、虚假模态等问题，提高了模态的识别精度和测试效率，具有非常重要的工程意义 。