环境振动测试

环境振动测试（精选九篇）

环境振动测试 篇1

然而, 对于立筒仓这类高大结构动力参数的计算仍然只依据经验公式或数值模拟结果。对于立筒仓在地震等较大动荷载作用下的破坏情况也没有相关的分析参考依据。为此, 笔者以舟山省级直属中转储备粮库为工程背景, 如图1 所示, 进行了该粮库模型的环境振动测试与分析。

1 工程概况

图1 所示粮库位于舟山市定海区老塘山临港工业区, 为3 × 4 + 3 × 5 排列的筒承式钢筋混凝土群仓, 建筑总高度为35. 0 m, 装粮高度27. 0 m, 各单仓内径为12. 0 m, 仓壁厚为0. 22 m。根据相似理论制作了该粮仓的1/16 模型 ( 包括群仓和单仓) , 如图2 所示, 群仓由2 ×3 个单仓整体浇注而成。图中各仓大小相同, 外半径为389 mm, 仓壁和漏斗壁厚度均为14 mm, 环梁到顶盖底面的高度为1. 69 m, 环梁高度为50 mm, 环梁到仓底部的高度为0. 5 m。群仓用厚度为12 mm的钢化玻璃作顶盖。单仓是独立的, 与群仓不相连, 没有顶盖。

文中以单仓模型为研究对象, 进行环境振动测试方案设计与分析, 对于群仓模型的相关研究参见文献[7]。

2 有限元模态分析

进行环境振动测试的关键是确定测点位置和传感器的测试方向, 因此, 首先利用有限元方法[8]进行了单仓模型的模态分析。

2. 1 主要计算参数

单仓模型所用材料为微粒混凝土, 对其进行有限元模态计算时, 物理参数的取值为: ①弹性模量E = 7. 5 × 103MPa ; ②泊松比: μ = 0. 2 ; ③密度: ρ = 2 000 kg / m3。

注:模型高度为2190 mm, 各个单仓外直径为778 mm。

2. 2 单元类型

组成单仓模型的主要构件包括: 仓壁、漏斗和环梁。这些主要构件在建立有限元模型时均给予考虑, 各类构件的单元类型定义如下:

(1) SHELL63单元:仓壁和漏斗。

(2) BEAM188单元:环梁。

2. 3 模态振型

图3 给出了筒壁支承单仓模型的有限元计算前四阶振型图, 相应各阶振型的单仓频率列于表2 中。通过对有限元计算振型分析发现, 由于单仓模型的中心对称性, 其各阶振型非常有规律, 单仓模型的一阶振型为沿某一方向的弯曲; 二阶、三阶和四阶振型均表现为仓壁的翘曲, 而且翘曲变形最大的部位均靠近仓顶处, 二阶振型的平面形状近似为一“椭圆”, 三阶振型平面上有三个外凸和三个内凹的波形, 四阶振型平面上有四个外凸和四个内凹的波形。 由此, 根据各阶振型的变化规律, 很容易找到单仓动力反应较大的部位, 对单仓的环境振动测试起到了很好的指导作用。

3 环境振动测试

3. 1 测试系统

根据环境振动的测试特点, 要捕捉到结构微小的动力响应, 则需要的运动传感器应满足具有较低下限频率和较高灵敏度, 传感器的大小要根据所测试结构而定。同时要有与运动传感器配套的动态信号采集分析系统等仪器设备。此外, 由于试验都是在户外进行的, 因此还需备好连接采集设备的笔记本电脑。用到的主要仪器设备如下:

( 1) DH5922 型动态信号采集仪。该采集仪是由江苏东华测试技术有限公司研发的, 它包括振动和冲击测试分析系统及多通道高速并行数据采集分析系统, 测量通道最多可达128 个。

( 2) DH610 型传感器。该传感器包括速度档和加速度档, 可以根据需要调制合适的档位进行结构的速度或加速度的测试。表1 给出了DH610 型传感器的基本参数。

3. 2 现场测试

测试内容包括单仓前若干阶模态的自振频率、 阻尼比和振型。分析有限元计算模态振型 ( 图3) , ①图中所列为归一化的振型图; ②图中短标尺代表实测振型的标尺, 长标尺代表有限元计算振型的标尺; ③实测振型图中的网格依据所布置测点 ( 图4) 划分。对于单仓前若干阶模态起主要控制作用的为其径向的动力响应, 因此, 忽略单仓环向和径向的耦合作用, 所有测点传感器的测试方向均为单仓的径向 ( R向) 。传感器采用角钢固定在仓壁上, 如图4 ( a) 所示。

测点数量及测点位置的布置原则是能够获得单仓前若干阶完整的空间振型。考虑到环梁下部筒壁的反应较弱, 因此, 只在环梁至仓顶之间仓壁上布置测点, 共布置6 环12 列测点, 每环测点之间的竖向距离为330 mm, 每列测点之间的环向夹角为30°, 总测点数为72 个。参考点的选择由有限元初步分析的振型 ( 图3) 确定, 尽量避开所有感兴趣振型的驻点位置。测点布置方案如图4 所示。

由于传感器数量有限, 试验采用分组的办法。 72 个测点共分三组完成, 第一组、第二组分别包括26 个可移动的测点和两个固定不动的参考点C2 和C4 共28 个通道, 第三组包括18 个可移动的测点和两个固定不动的参考点C2 和C4 共20 个通道。现场采样频率为200 Hz, 记录时间约为30 min。

环境振动响应信号一般都比较弱, 图5 给出了同一组试验所采集的单仓顶部的测点C1 和环梁处布置的测点C61 的加速度时程信号, 比较C1 和C61 的最大加速度响应数据, 分别为66. 8 mm/s2和9. 8 mm /s2, 相差有6 倍多, 说明单仓顶部的动力反应明显大于下部。

4 动力参数识别

为了确保识别结果的可靠性, 采用两种方法识别结构动力参数, 一种是简单快捷的频域峰值拾取法, 另一种是时域中的改进的数据驱动随机子空间方法 ( Improved-DD-SSI方法) [7]。两种方法识别的动力参数列于表2 中, 可以明显看出, 两种方法识别的频率一致, 且基于相同的动力响应数据, Improved- DD-SSI方法能识别得到更多阶的动力参数。

仅基于环境振动加速度响应数据, 用Improved- DD-SSI方法清晰地识别出了单仓前四阶振型, 如图3 所示。识别结果表明, 识别的一阶弯曲振型、二阶和三阶翘曲振型明显好于四阶翘曲振型。说明, 获取立筒仓这类刚度较大结构的高阶振型难度要大于柔度较大结构 ( 如桥梁、高层建筑、输电线塔等) 。

5 试验结果与有限元计算结果比较

实测单仓动力特性与有限元计算结果的比较, 可以通过比较频率和振型的形状来实现。表2 给出了单仓实测频率值与参考试验结果进行修改后有限元模型计算频率值的比较, 可以看出两者吻合良好。 图3 比较了实测与有限元计算的前四阶振型。

为了进一步比较实测与计算振型之间的相关性, 采用模态保证准则:

式 ( 1) 中, {φf} 和{ φe} 分别表示有限元模型计算振型和实测振型向量。MAC值总是介于0 和1 之间, MAC值越接近1, 表示两者的相关性就越好, 各阶振型MAC值如图6 所示。可以发现, 前三阶振型的MAC值较高, 表明了前三阶计算振型和识别振型之间较好的相关性。第四阶振型的MAC值低于0. 8, 表明了基于试验测点的加速度响应数据, 识别得到的第四阶振型不及前三阶振型好。由此也说明, 若想获得单仓的高阶振型, 需要测试更多测点的加速度响应数据。但是对于前三阶主要振型的测试, 试验中布置的测点数量和位置均已满足要求。

6 结论

环境振动测试是立筒仓结构动态实验的实用方法, 研究结果表明, 采用自然环境振动的方法, 足以识别出立筒仓所感兴趣的主要动力参数。文中采用峰值拾取法和Improved-DD-SSI方法两种独立的技术进行立筒仓环境振动动力参数识别, 可以实现互补和验证。

综合理论分析和试验结果是立筒仓动力分析的可靠方法。理论模态分析通过建立有限元模型可以提供立筒仓结构详细的物理与模态特性, 而动力测试可以获得立筒仓真实的动力特性。经试验验证的立筒仓有限元模型, 能够反映立筒仓真实的动力特性, 可以作为该仓的“基准”动力有限元模型。为该仓的各种复杂动力响应分析、结构设计、损伤识别、 健康检测提供可靠的参照标准。

立筒仓属于刚度较大的高耸构筑物, 它的阻尼机制非常复杂, 尤其是在役立筒仓, 仓内装有贮料, 存在使用过程中不断装卸料和通风机械设备的持续运转, 因此, 对在役立筒仓阻尼的精确估计非常困难。通过环境振动测试识别的阻尼的实用性仍然是需要进一步研究的课题。

参考文献

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[3] Ivanovic S S, Trifunac M D, Novikova E I, et al.Ambient vibration tests of a seven-story reinforced concrete building in Van Nuys, California, damaged by the 1994 Northridge earthquake.Soil Dynamic sand Earthquake Engineering, 2000;19:391—411

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车用发动机振动测试研究 篇2

车用发动机振动测试研究

阐述了车用发动机振动测试方法,并对安装在实验台架上的6105Q-1C型车用柴油机进行了振动测试与分析,发现柴油机前端及横向振动较大.建议采用提高有关零部件制造精度与质量,减少活塞侧向力,改进机体结构形式、合理布置加强筋以提高机体刚度等措施来减轻振动.

作 者：李梅林 李毅强 谢惠民 田丹  作者单位：湖南大学机械与汽车工程学院,湖南,长沙,410082 刊 名：湖南大学学报(自然科学版)  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF HUNAN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCES) 年，卷(期)： 30(2) 分类号：O464 O134+4 关键词：柴油机   整机振动   当量振动烈度  

环境振动测试 篇3

关键词：桥梁桩基　复合地层　施工振动　测试分析

中图分类号：　文献标识码：A　文章编号：1674-098X(2012)1(c)-0104-02

1　复合地层及桥梁桩基施工振动测试的作用

1.1　复合地层特性

复合地层由两种或两种以上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的地层组合。复合地层的组合形式是非常复杂多样的，但总的来说可分为三种：一种是在断而垂直方向上不同地层的组合；一种是在纵向方向上不同地层的组合；第三种是上述两者交叉出现。最典型的垂直方向上的复合地层就是所谓“上软下硬”地层。及上部是松软的土层，而下部是坚硬的岩石地层。本文的研究主要针对上软下硬方式组合的复合地层。

1.2　桥梁桩基施工振动测试的作用

桥梁桩基冲击钻孔施工往往是一个强迫振动过程，振动波向四周辐射，形成了振动影响场，对邻近建构筑物以及人们的正常工作、生活造成影响。因此，在桥梁桩基施工过程中，应加强对桩基施工振动进行综合、系统的测试，为工程的顺利进行保价护航。对桥梁桩基施工振动测试具有以下几方面的作用：(1)依靠现场测试提供动态信息反馈来指导施工全过程；(2)对周围建构筑物的破坏评估提供可靠的数据；(3)可及时发现和预报险情的发生及发展程度，为及时有效地采取安全补救措施充当耳目。(4)积累数据资料，为类似工程提供参考。

2　复合地层桥梁桩基施工振动特性分析

在桥梁桩基冲击钻孔时，地下某处会产生间隔较短的瞬间激振，地层中各质点因受迫振动而以波动的形式从振源经地层半空间向外传播，在振源区以体波为主，到达一定的距离后而波变成了主导波。在各地层质点受追振动时，土体单元承受蓿正应力应变和剪应力应变，实际体系可视为具有单位截面积高度的土柱所构成的离散体系。假定整个土体质量集中于该层中自上而下的若干离敞点，当土体中某一单元激振时产生能量不同的振动，其地下振动的工程特性常以振动振幅、频谱和持时来表示，它与地层结构、振源机制及介质的动力特性有关。当振动超过某一限制时，地层土体所受的瞬间地振动荷载超过其本身的极限值，而使地基基础失稳，从而危及周围建构物的安全，甚至直接危及生命和财产安全，因此，必须对桥梁桩基复合地层中施工产生的振动进行强有力的测试。

3　工程实例分析

3.1　工程概况及地质条件

本文振动试验选择在地处复合地层的某高速公路一座主线桥进行。该桥梁基础设计为钻孔灌注桩基础；设计桩长24m，桩直径1.8m，采用CZ60冲击钻钻孔施工。CZ60冲击钻钻机，锤重5.3吨，震动影响半径为7m。

该桥址场区属河床阶地区，地形略有起伏，河床堆积亚砂土，卵石土、漂石土，厚度9～24.5m。下伏燕山期花岗岩，节理裂隙较发育，岩石较完整，场区内无不良地质现象。其地质情况如表1所示。

3.2　测试方案及测点布置

本次试验采用的仪器为中科院成都中科测控公司生产的TC-4850型测振仪和与之相配套的传感器，并经过我国计量部门标定验证。

根据现场情况，在离桩基同一水平位置布置6个传感器，测试竖直方向的振动速度。布置时，将地表的浮土清除，形成一个体积约为0.05m(深)×0.1m×0.1m的正方体形土坑，然后打入约80cm的钢筋，再灌注水泥使之结合牢固，最后用石膏布置好传感器。测点实际现场布置如图I所示，振动测点布置示意图如图2所示。

图2中坐标原点为桩基中心，测点沿桩基同一水平布置，沿x正向测点编号为1，2，3，4，5，6，测点间距离为2m。

3.3　测试结果分析

(1)地层结构对地面质点振动速度影响分析

影响桥梁桩基冲击钻孔振动的因素很多，诸如冲击锤提升高度，桩基掘进深度，地面环境，地层结构等。本文主要分析对振动速度产生影响的两个关键因素，即地层结构、冲击锤提升高度。在试验中，对桥梁桩基不同深度处岩渣进行了取样。如下图3，图4所示。

结合该桥梁场区地质结构情况以及对岩土试样进行分析可知，桥梁桩基掘进深度为8.5m时听处地层为卵石土地层，厚度约5.3～7.9m；14.0m时为强风化花岗岩地层，厚度约1.3～5.7m；17.7m时为弱风化花岗岩地层，厚度约5.6～7.0m；22.5m时为微风化花岗岩地层，厚度约3.1～6.8m。

在上述四种不同地层中进行振动试验时，桩基冲击钻孔施工参数控制如下：冲击锤提升高度约0.5m，冲击钻锤击频率约15～20次／min。测得各测点振动速度随桩基掘进深度变化曲线如图5所示，测点1实测波形如图6、图7，图8，图9所示。

从图5可以看出，桩基掘进深度不同，即桩基所处的地层不同时，地面质点振动速度由近及远的衰减规律相似，都是在10m范围之内衰减较快，10m之外衰减相对较慢，但在卵石土、强风化花岗岩地层中整个振动速度均比在弱风化花岗岩、微风化花岗岩地层中衰减快。当桩基从强风化花岗岩地层(H=14.0m)掘进到弱风化花岗岩地层(H=17.7m)中时。测点的振动速度出现了明显波动，产生了较大衰减。

(2)冲击能量对地面质点振动影响分析

通过在四种不同地层中冲击施工时，改变冲击锤提升高度来获得不同的冲击能量，分析冲击能量的变化对测点振动速度的影响。由于在四种地层中，不同冲击能量施工时，测点振动速度变化规律均相似，本文选择在强风化花岗岩地层中即桩基掘进深度14.0m时进行試验，分析不同冲击能量下，测点振动速度变化规律，在试验中每组试验分别测试了5-8组数据，取其平均值，得到各测点振动速度如表2所示，振动速度随冲击锤提升高度变化曲线如图10所示。

从上图可以看出，冲击锤提升高度不同，即冲击能量不同时，同一测点振动速度随冲击能量的增加而增加，整个衰减规律相似，在近距离范围内测点的振动速度衰减较快，到10m左右，振动速度衰减变缓。

4　结语

环境振动测试 篇4

关键词：特种车辆,座椅部位振动,允许暴露时间,振动防护

引言

特种车辆驾乘人员作业环境中的振动伴随着行车作业的整个过程,引起车辆振动的因素很多,包括路面激励、牵引负荷、车辆的行动装置、动力装置等。由于特种车辆作业环境的特殊性,车辆的振动体现出的更多是一种随机振动,描述随机振动基本特性的主要统计参数有均值、均方根值、概率密度函数和功率谱密度函数等[1,2]。一般的试验研究中对车辆振动的主观感受的衡量通常用乘坐舒适性来表示。在评价振动对乘坐舒适性的影响时根据四个重要的物理因素,即强度、频率、方向和承受时间,国际上通用的舒适性评价标准综合这四个因素制定出评价的3个基本指标,包括保持工作效率(疲劳-降低工效界限)、保持健康和安全(暴露界限)和保持舒适性(降低舒适性界限)[3,4]。本试验研究根据相关标准选取“保持工作效率”作为评价准则。通过实车测试座椅部位振动加速度均方根值等指标分析陆地行驶试验中因振动方向、测点位置以及车速的不同,驾乘人员“疲劳-降低工效界限”的允许暴露时间(以下简称允许暴露时间)的变化特征,并提出提高特种车辆驾乘人员振动防护水平的措施。该研究对于指导特种车辆的科学作业和人员作业环境的振动防护设施设计具有重要意义。

1 试验方法

试验道路为平直、路面干燥、纵坡不大于1%的水泥混凝土路,长度不小于1km。设计试验车速为40 km/h、60 km/h和80km/h,车速允许偏差为试验车速的±5%。被试车辆为A、B两个型号的特种车辆,车辆运行状况良好,试验中为满载行驶[5]。两辆车在相同的试验条件下分别进行陆地行驶试验,每辆车的被试人员包括驾驶员和乘员各1名,人员健康状况良好。振动传感器布置于驾驶员和乘员座椅面上,试验时驾乘人员保持正常乘坐姿势,全身放松,背部靠于座椅靠背[5,6]。本次试验共采集座椅部位x、y和z三方向振动信号,x对应车辆前后方向,y对应车辆左右,z对应车辆垂向。

试验选用坐垫式振动传感器4个,量程均为±50g,频响为1k,分辨率为1mg,试验使用的振动信号测试与分析系统可进行振动波形的时域分析和频域分析,提取振动加速度、均方根值、方差、1/3倍频带中心频率振动加速度均方根值等参数。该测试与分析系统由前端的数据采集单元和后端的后处理分析单元组成,系统组成如图1所示。

2 试验分析

2.1 数据处理

根据人体对振动承受的特点,G J B59.15-88推荐了运用三方向合成振动评价和运用单方向振动进行评价两种方法,均适用于特种车辆的陆地行驶振动测试试验,前一种方法要求横向振动加速度加权均方根值最大值的1.4倍与纵向振动加速度加权均方根值的最大值近似,不适用于本次试验的数据,故本试验的数据分析选用后一种方法。这里的纵向为车辆的垂直方向,横向为水平的x方向和y方向。在运用单方向振动进行试验数据分析时,需按如下方法获取单轴向1/3倍频带中心频率振动加速度均方根值aw和相应的允许暴露时间Tfd。

aw j=aj·wj,其中aj为中心频率为fj的1/3倍频程带宽均方根值(m/s2j=1,2,……20);wj为与振动方向及中心频率有关的加权因子[5],如表1所示。

对各测点的振动时域信号进行1～80Hz频段的频域分析,得采样时间段内单轴向1/3倍频带中心频率振动加速度均方根值a j,图2为经动态数据后处理分析得到的单轴向a j值谱图中的一组。

依据上述公式得两辆被试车驾乘人员座椅部位单轴向1/3倍频带中心频率振动加速度均方根值的最大值a max,如表2和表3所示,并参照相应标准获取“疲劳-降低工效界限”的允许暴露时间,如表4和表5所示。

2.2 结果分析与结论

A车的驾驶员位在三个轴向上对应的允许暴露时间以z方向最长,y方向次之,x方向最短。乘员座椅部位三个轴向上对应的允许暴露时间在z方向最长,x方向次之,y方向最短。B车的驾驶员位在三个轴向上对应的允许暴露时间亦以z方向最长,y方向次之,x方向最短;B车的乘员座椅部位三个轴向上对应的允许暴露时间也呈现z方向最长,x方向次之,y方向最短。试验数据表明,在车辆前后方向即x方向最快达到人体的“疲劳-降低工效界限”。

随着试验车速的提高,驾驶员座椅部位z方向振动对应的允许暴露时间出现较大幅度下降,对x方向和y方向允许暴露时间影响较小;车速变化对乘员座椅部位振动的允许暴露时间影响不大。图3、图4分别为A车和B车驾驶员座椅部位振动在三个轴向上随车速变化的允许暴露时间对比图。

综上所述,各座椅部位振动对应的允许暴露时间均呈现出明显的方向性差异,两辆被试车相同作业工位的座椅部位振动对应的允许暴露时间呈现出变化规律的一致性。被试特种车辆驾驶员座椅部位前后方向的振动环境较为恶劣,车速变化对驾驶员座椅部位z方向的振动影响较大。

3 讨论

振动激励经车体的减振系统减振后传递至不同座椅部位时出现差异,这与整个车体的结构特征和车内作业工位的布局不同有很大关系。受技术水平的限制,降低发动机本身的振动强度具有较大难度,一般采用在动力舱与人员作业舱之间进行隔振设计的减振方法[7,8]。特种车辆实车振动测试分析是进行车身振动环境评价的重要方式,该阶段要进一步提高作业人员的乘坐舒适性和作业工效,可通过改进座椅系统减振效能来吸收振动能量。由于特种车辆不同座椅位置的振动状况不同,若采用一种性能固定的座椅显然不能满足不同位置的减振要求。通过本次试验发现,根据不同座椅部位振动的特点对座椅系统进行有针对性的减振设计是十分必要的。对于本次试验条件下的特种车辆应重点加强该型车驾驶员座椅系统的减振性能,特别是驾驶员座椅部位振动在车辆纵向的衰减程度。

研究表明,一种钢丝绳减震器可利用钢丝绳之间的干摩擦产生的滞迟阻尼消耗行车中的振动载荷,具有三维隔振功能,优势频带宽,能充分体现减震的非线性及振动过程中的耗能特性[9]。此外,座椅安装腰托装置比弹性元件更能够改善人体腰部的支撑,有利于提高驾乘人员的乘坐舒适性,从而提高作业工效。座椅与车辆的连接部位增加柔性约束装置也可在一定程度上降低座椅系统的振动传递率。此外,可开展具有减振和缓解肢体疲劳功能的新型作业服装或护具的研究,以消除或缓解特种车辆作业人员因持续承受振动出现的人体不适症状。今后应重点开展特种车辆三维隔振座椅的设计研制,并使座椅在x、y、z三个方向的振动传递率可调,对于提高减振座椅在不同车辆上的适应性,同时提高不同位置驾乘人员的乘坐舒适性具有重要的实践价值。

参考文献

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桥梁振动测试系统设计 篇5

关键词：桥梁动挠度检测仪,桥承载能力,挠度,评定

在桥面无障碍的情况下, 用一辆载重汽车 (单车总重约350kN) 以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h不同的速度往返在桥上行驶, 测定行车状态下桥跨结构控制断面冲击系数。通过无障碍行车试验, 测定结构冲击系数和动挠度, 评估结构动力反应。

1 测试内容及方法

无障碍行车试验时, 光电桥梁挠度检测仪架设在桥梁支点截面, 测点布置在该桥跨结构跨中截面。冲击系数 (1+μ) 可根据测点截面在跑车试验时记录的动态挠度曲线进行分析处理得, 计算公式为:

1+μ=Ymax/Ymean

式中:Ymax-动载作用下该点最大挠度值;

Ymean-相应静载荷作用下该测点最大挠度值, 此值可由动挠度曲线求得。

备注:Ymean = (动载作用下该点最大挠度+最小挠度) /2

2 桥梁挠度量测系统

采用JQN-4A光电桥梁挠度检测仪测定冲击系数。试验前对设备作标定检查。

2.1 主机部件名称

(1) 提把;

(2) 光路盒;

(3) 物镜调焦旋钮;

(4) 粗瞄准器;

(5) 竖向微动旋钮;

(6) 竖向制动旋钮;

(7) 主机液晶显示屏;

(8) 主机电源开关;

(9) 圆水准器;

(10) 基座支脚螺钉;

(11) 主机固定螺孔;

(12) 望远镜;

(13) 主机电池;

(14) 水平微动旋钮;

(15) 水平制动旋钮;

(16) 长水准器;

(17) USB插座。

2.2 主机关键部件功能说明

(1) 提把:

移动仪器把手。

(2) 光路盒:

光路盒可以向上滑开。操作人员需要照准靶标发光标志点时, 将光路盒上推, 露出望远镜目镜以便于照准靶标。照准完成后, 需向下滑动恢复关闭光路盒状态。

(3) 物镜调焦旋钮:

照准靶标后需要适当调整物镜焦距, 使计算机上图像清晰。

(4) 粗瞄准器:

使用本仪器进行测量之前, 需要用仪器望远镜十字丝找准靶标发光标志点A。

(5) 竖向微动旋钮:

使用本仪器进行动态测量和静态测量的定点时, 需要用仪器望远镜十字丝照准靶标发光标志点。粗略照准靶标后, 请使用微动手轮使望远镜十字丝准确照准发光标志点。

(6) 竖向制动旋钮:

旋紧制动手轮时, 望远镜将不能自由转动, 微动手轮起作用。

(7) 主机液晶显示屏:

显示垂直、水平角度及其他信息。

(8) 主机电源开关:

按住“电源”键至显示屏显示全部符号, 电源打开。按“电源”键大于2s至显示屏显示OFF符号后松开, 电源关闭。

(9) 圆水准器:

粗略整平用。

(10) 基座支脚螺钉:

仪器整平用。

(11) 主机固定螺孔:

通过三脚架上的手拧螺钉和该固定螺孔, 使主机固定于三脚架上。

(12) 望远镜:

光学系统主要部件。

(13) 主机电池:

为主机提供电源。可充电镍氢电池, 电压4.8V。

(14) 水平微动旋钮:

请参见竖向微动旋钮。

(15) 水平制动旋钮:

请参见竖向制动旋钮。

(16) 长水准器:

精平用。

(17) USB插座:

连接USB数据线用, 通过专用USB数据电缆连接到计算机USB接口。

2.3 仪器主要技术参数

(1) 测量距离:

5～300m (靶标距主机距离) ;

(2) 光学放大倍率:

30X;

(3) 视场角:

1°30′;

(4) 测角精度:

2″;

(5) 测量量程:

水平最大400mm;竖向最大500mm;

(6) 分辨率:

测量量程的3‰;

(7) 不确定度:

测量量程的1%;

(8) 采样速率:

12～500Hz连续可调。

3 桥梁动挠度仪器架设和测点布置

某简支梁桥梁, 选取桥梁L/2处布置一个挠度测点。桥梁动挠度仪架设和挠度测点位置布置见图2。

4 数据采集之前的准备

(1) 仪器的安置、连接

选择坚固地面放置脚架之三脚, 架设脚架顶部至适当高度, 以方便观测操作。

(2) 仪器整平

在水平制动手轮松开的情况下, 转动主机照准部, 使长水准器与任意两个脚螺旋连线平行, 调整这两个脚螺旋, 使长水准器气泡居中。

(3) 靶标的安装与调整

根据现场情况将靶标固定在被测点上。松开靶标水平、垂直制动旋钮, 调整靶标发光标志点正对主机。要让靶标发光标志点直射主机, 可以连接主机, 可以通过软件视频调整观察。

5 进行挠度数据采集

在数据采集控制条“文件名”处输入您确定的文件名。或者可以使用软件的“按时间实时自动命名”方式。

接下来, 如果只需简单测量竖向位移, 不需要定时、自定基准或平均采样的前提下, 在合适的时候, 点击“开始”按钮即可。

在已经获取的数据量能满足实验需求后, 选择合适的时刻即可点击“停止”结束本次数据采集。同时, 数据文件自动保存。

6 试验结果

某桥梁采用单辆加载车沿桥面左侧进行无障碍行车试验, 行车速度按10km/h、20km/h、30km/h和40km/h进行, 冲击系数 (1+μ) 可根据控制截面测点在跑车试验时记录的动态挠度曲线进行分析处理, 利用计算公式1+μ=Ymax/Ymean。

例如:行车速度按10km/h通过桥梁, 桥面左侧最大动挠度1.248mm;桥面左侧最小动挠度0.748mm, 挠度平均值 (1.248mm+0.780mm) /2=1.014mm。得冲击系数:1+μ=1.248/1.014=1.230。

测得的冲击系数和动挠度见表1, 实测的曲线如图3。

7 结语

在行车速度10km/h、20km/h、30km/h和40km/h无障碍行车情况下, 实测得跨中截面的冲击系数为1.20～1.25, 换算成标准车列第2跨和第3跨跨中截面的冲击系数分别为1.12～1.15, 根据《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 冲击系数计算公式得到该桥理论冲击系数为1.13, 跨中截面实测冲击系数接近或超过了规范允许值1.13, 说明车辆行驶时对该桥的冲击较大。

参考文献

[1]杨世基.公路冲击碾压技术的开发应用[J].公路, 2007 (07) .

[2]赵青.移动车辆荷载作用下梁桥的冲击系数研究[J].安徽建筑工业学院学报 (自然科学版) , 2004 (06) .

[3]赵青, 干非.梁桥在多辆车辆荷载作用下的振动分析[J].安徽建筑工业学院学报 (自然科学版) , 2005 (01) .

[4]蒋志刚.圆弧拱对称基频和振型的实用计算[J].重庆交通学院学报, 2000 (01) .

岩石振动激励模拟测试系统 篇6

在采矿和钻井工程中,机械破岩是一种安全、高效的破岩方式,与其他破岩方式相比其呈现出巨大的优越性。机械破岩又可分为动载荷破岩、静载荷破岩和动静载荷组合破岩3种方式[1]。在以往的研究中,人们主要集中研究了前两种破岩方式,然而随着社会经济技术的进步与实际的生产需要,动静载荷组合破岩的研究变得越来越重要。本文研究了在动静载荷组合方式下进行岩石破碎的试验装置,即岩石振动激励模拟测试系统。

1破岩系统的力学分析

破岩系统的冲击能量是通过冲击装置的上下振动来获得的,其力学模型为图1所示。其中,冲击装置的质量为M,冲击装置撞击钻头的末速度为v,钻头的平均波阻力为m,t时刻在刀具中产生的入射波为Q(t),Q(t)的波形会因冲锤形状和撞击面接触情况的不同而发生变化,凿入力为F。则凿入岩石的微分方程为:

其中:K为凿入系数。

在动静载荷组合加载的情况下,有静压力Q0和入射波,将其代入式(1)解得:

其中:λ为撞击凿入指数,λ=m2/MK。

令dF/dt=0,则:

将式(3)代入式(2)得最大凿入力为:

若只有冲击载荷,则最大凿入力为:

比较式(4)和式(5)得 :

由式(6)可知,当λ≥1时,Fmax/Fmax0>1;当λ<1时,Fmax/Fmax0>1。因此凿入力F随静压力Q0的增大而增大,即在单纯加载冲击载荷的情况下对岩石所产生的破碎力小于在动静载荷组合加载时产生的破碎力。

2岩石振动激励模拟测试系统结构与工作原理

图2为岩石振动激励模拟测试系统机械结构。其由机架、静压力加载装置、冲击加载装置、刀具及夹具装置、传动装置、水平切削装置、控制系统等部分组成。其工作原理为:静载时钻头压入岩石内部,当启动控制激振台振动的伺服电机后,激振台开始振动,通过冲击杆经横梁与加静载板击打钻头,使钻头上下振动;另一方面电机通过传动带动钻头转动,小车内的岩石在钻头的切削力及冲击力的作用下而破碎。

系统工作时,静压力加载装置通过传动装置带动丝杠转动从而使静压加载板向下压缩碟簧,随着碟簧的压紧,静载荷便逐渐加大,最后当碟簧压缩到最小时,钻压最大。静压加载的作用一是维持刀具与岩石的接触,克服刀具在冲击时的反弹,改善冲击能量的传递条件,从而提高冲击能量的有效利用率;二是使岩石内部形成预加应力场,参与实质性破岩运动。当岩石的破碎主要由冲击载荷引起时,静压力主要用来克服冲击反弹力,改善冲击钻具的工作性能,并给刀具静力去切削破碎残留下来的岩脊,其最佳切削效果就是保证在两次冲击之间形成的脊岩能够被剪切掉。

冲击加载装置是由振动台的控制器控制振动台的上下振动从而产生冲击载荷,同时主轴电机旋转带动皮带传动机构使钻头转动,在冲击载荷的作用下实现对岩石的冲击破碎。系统中选用苏州航天希尔测试技术有限公司生产的型号为L315M的振动台,其正弦推力为300kg,冲击推力 为600kg,频率为2 Hz~4000Hz,持续位移及冲击位移均为25.4mm,重量为490kg,功放的最大输出功率为3kW。振动台是将电能转换为机械能的换能器,采用正弦脉冲宽度调制技术,结合振动台对功放的特殊要求,产生一个由正弦信号控制占空比的矩形波,矩形波控制功率开关,将直流电源斩波,再通过解调即可得到一个满足振动台强烈要求的正弦信号。

传动装置分为加静压加载传动装置和电机旋转传动装置。静压加载传动装置中,静压伺服电机输出轴与小带轮连接,经过两级带传动带动丝杠转动,从而加载静压力。在电机旋转传动装置中,旋转电机主轴与小带轮连接,通过同步带带动钻头旋转从而达到切削岩石的目的。

3系统的数据采集

本设计中数据采集系统以计算机、台湾研华公司的PCI-1716数据采集卡和桂林星辰伺服电机等为主要硬件,以美国NI公司的LabVIEW2011为软件开发平台,采用虚拟仪器技术及信号处理技术构建了能够实现信号采集与信号处理的多功能虚拟仪器系统。硬件主要是为系统提供测量的平台,它将被测量数据通过电压、变形量等载体形式输出,由计算机进行接收,最后交由软件处理控制[2];软件主要实现数据的采集、标定、计算、实时显示、存储等功能,以形象直观的界面方式与用户交互,以便用户完成被测量的测量,并能实时了解系统的工作状态和整体运行情况[3]。软、硬件的综合运用形成功能强大的数据采集系统、通信控制系统和运动控制系统。

图3为数据采集系统框图。位移传感器与数据采集卡连接后,采集卡采集其模拟电压,经LabVIEW软件得到钻深与时间的关系。称重传感器经信号放大器连接到数 据采集卡,采集卡采 集模拟电 压,经LabVIEW软件得出钻压与时间的关系。在此称重传感器的信号相当于静压电机的力反馈信号。旋转电机的转速、扭矩直接由PC机通过RS232-485转换器读取,从而得出钻头扭矩、转速与时间的关系。静压电机经伺服驱动器也与采集卡模拟量通道连接,从而使PC机控制静压电机的压力大小。

图4为系统数据采集基本流程。在程序开始后,系统先进行初始化设置,然后进行数据的采集 ,将采集到的钻深、钻压、扭矩和转速分别在屏幕上显示出来,并将数据及时保存以便进行历史查询与分析。

4试验结果

以水泥块为试验对象,由于水泥块的硬度值较小,所以设定钻压为2N,钻速为25r/min,得到的结果如图5所示。由图5可知,设定钻压和实际钻压接近,设定钻速和实际钻速相差也不大,纵向坐标(即钻深)满足短时间内的深度要求。试验结果表明岩石振动激励模拟测试系统能够进行数据采集并实时显示。

5结论

环境振动测试 篇7

由于人工对地震分析会产生一定的偏差,在实际项目中,我们往往需要对地震测试进行现场测试,然后进行分析。

振动工程是一门实验学科,模型实验和野外现场实验是重要的研究手段。在诸如房屋振动测试,结构或构件动、静力实验,桩基检测,爆破影响场监测,路面质量检测,路基碾压效果检测等工作中都离不开实验数据的采集、储存和分析。

2振动分析测试仪的原理和特点

振动分析测试仪该系统具有通道多(16～32)、精度高(16 Bit分辨率)、动态范围大等特点。配套软件VIBAN2.40的功能基本涵盖了振动实验、振动监测、结构及构件力学性能实验等对数据处理的需求,主要功能包括FFT分析、加窗、滤波、功率谱、反应谱、传递函数、相关分析、倒谱以及场地谱比(H/V)等。该系统的主要特点是在窗口操作界面下,实现信号的快速浏览和简易快速谱分析,通过VIBAN2.40可实现数据分析与绘图同步完成,大大提高了工作效率[1]。

3试验方法

一般说,模拟结构地震反应可有下列方法:

1)在振动台上进行整体结构的试验,这是最直观直接的试验方法,但是结构模型的比例较小,试验的测量和记录也遇到困难。2)对结构施加侧向力进行静力试验,得到楼层的恢复力特性模型再进行反应的分析计算是脱机的试验。其成本低,可做大比例甚至是足尺的模型试验,不过恢复力模型的数学化有时是比较困难的。

振动测试仪的方法实验简单,直接能在现场进行测试,接近于第一种方法。

4 采用PKPM程序计算结果

总信息如下:

结构体型:主楼为12层,主体结构高为45.3 m,宽15.6 m,高宽比为2.90;阻尼比取5%。其结构立面图见图1,计算结果见表1。

5 测试与分析

为了证实验算结果的正确性,我们对华东勘测设计院大楼动力特性进行了现场测试。测试采用中国地震局工程力学所仪器厂生产的DAQ-PI-321振动分析测试仪。方法为建筑物脉动分析法。高层建筑物的地面脉动实际上是建筑物在自然随机干扰力的作用下的一种随机振动。它是一种多输入系统。对于这种比较复杂的随机振动系统,我们做一些假设和特殊处理,可以方便地直接从实测数据分析近似得到系统的动力参数,包括固有频率、阻尼和振型(本次测试未测试振型)。测试数据分析程序为仪器自带DAQ-PI-321振动分析程序。主楼的X方向脉动功率谱见图2,Y方向脉动功率谱见图3。图4是X方向脉动的自相关函数图。由图4可知,虽然是深夜测试,但周围仍存在0.23 s的干扰源。除掉干扰源,X方向脉动功率谱图上的峰值分别是0.55 Hz,1.57 Hz,3.1 Hz,对应的固有周期分别为1.82 s,0.63 s和0.32 s;Y方向脉动功率谱图上的峰值分别是0.50 Hz,1.44 Hz,3.3 Hz,对应的固有周期分别为2.0 s,0.69 s和0.3 s,与计算结果吻合。根据功率谱图上各峰值处半功率带宽Δfi确定阻尼比ζi。

$\zeta {}_i=\frac{\text{Δ}f{}_i}{2f{}_i}=\frac{0.091}{2\times 0.5}=9\%$。

在上面验算中计算采用了《抗震规范》5%阻尼,可见有一定的安全贮备[2,3]。

参考文献

[1]蔡国平,孙峰,王超.建筑结构被动控制发展动态[J].力学与实践,2000,22(2):6-13.

[2]Ou J.P.,Wu B.,Soong T.T..Recent Advances in Research onand Application of Passive Energy Dissipation Systems[J].地震工程与工程振动,1996,16(3):72-96.

汽车振动测试系统的构建研究 篇8

一、汽车振动测试概述

振动是机械设备运行中经常发生的一种自然现象。 研究振动,需要基于一个振动系统。 单自由度振动系统是最简单的振动模型。 对于仅关注于汽车振动对舒适性的研究,可以忽略其它质量和其它方向的振动,只研究汽车车身的垂直振动。 这样,把汽车这样一个复杂的振动系统可以简化成一个单自由度系统。 其振动模型如图1所示。

研究汽车振动问题就是根据已知激励状态和系统振动特性,求系统的响应。

二、虚拟仪器在测试中的优势

虚拟仪器( Virtual Instruments简称VI) 是计算机技术在仪器仪表领域的应用所形成的一种新型的仪器种类,它是计算机硬件资源、仪器测/ 控硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件之间的有效结合。

与传统测量仪器相比, 虚拟仪器的优势如下:

1. 充分利用计算机技术, 使测试的数据传输,信号的分析、 显示等功能实现得更加简单、灵活。

2.功能按用户需要随时定义,可以满足多种测试需求。

3.由于虚拟仪器的开放性和模块化设计理念 , 使系统的开发周期短 , 重复利用率高 , 后期维护费用低 。

可见 , 虚拟仪器在工程测试中 , 具有重用性强 、 开放性好 、 可扩充性好 、 开发周期短的优点 。 能够更好的满足现代化的生产和设计开发需要 。

三、汽车振动测试系统的构建

研究汽车振动测试系统就是基于虚拟仪器在测试系统中的优势,提出一套新的测试汽车振动的设计方案。

(一)虚拟仪器测试技术

为完成自动测试领域中存在的实际任务,需要研究数据采集、仪器控制、 过程监控和自动测试等方面。 虚拟仪器的测试框架如图2所示。

虚拟仪器主要由软件和硬件构成 。 硬件部分 包括数据 采集卡( DAQ) 、 通用接口总线( GPIB) 卡 、 串行口、VXI总线接口等设备; 设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序, 包括集成的开发环境、与仪器硬件的接口以及虚拟仪器的用户界面。

图2 虚拟仪器的测试框架

(二)汽车振动测试系统的构建

汽车振动测试系统由硬件和软件2大部分组成。硬件部分实现振动源信号采集的功能,其作用是拾取表征汽车振动状态的各种信号或参数; 软件部分,对采集的振动信号数据进行处理、分析及显示,也就是虚拟仪器的编程部分。整个测试过程如图3所示。

1.汽车振动测试的硬件

汽车振动测试的硬件可选择数据采集卡、信号适调放大器、加速度传感器等设备。

加速度传感器作为测试前端,是1种灵敏的换能元件, 能够感受物体运动并将物体的运动转换成模拟电信号, 可采用现有的仪器; 由于加速度传感器输出的电荷信号比较微弱, 可采用适调放大器装置放大较弱的电荷信号, 并转化为数据采集卡能够识别的电压信号;由于计算机只能识别数字信号, 而汽车振动信号经加速度传感器和适调放大器输出的是模拟电信号, 所以, 需要经过数据采集卡来完成模数转换, 可选择由美国国家仪器公司开发的数据采集卡, 如型号为DAQCARD -AI -16E -4的数据采 集卡等 。

2.测试系统的软件

软件作为虚拟仪器的核心部分, 也是本次研究的重要环节。 通过市场调研,选择了由美国国家仪器公司开发的Lab VIEW软件作为编写测试系统程序的开发平台,可用来实现数据采集、数据分析及数据的显示等基本功能。

利用Lab VIEW软件编写的程序源类似于程序流程图,该程序流程图在Lab VIEW软件的开发环境里能够自动生成测试系统,而不需要再去编写文本程序,这使得工程测试人员摆脱了对专业编程人员的依赖, 同时, 可以缩短编程时间,而运行速度不受影响。 部分控制程序如图4所示。

四、结论

水下连接器振动测试技术研究 篇9

水下连接器是水下油气成产系统中不可缺少的结构,应用于水深超过1000m的深水环境,用作跨接管与井口的连接。水下连接器的振动产生于海洋管道受波浪和海流的涡流作用而引发的涡激振动, 当涡流形成和泄放的频率接近海洋管道的固有频率时,就会发生锁定共振现象,这种振动会引起水下连接器的失效,因此需要对水下连接器进行振动测试,其在海底工况振动测试技术主要是针对水下连接器的性能测试进行研究,本次振动技术研究将从测试装置技术与液压测试技术两方面进行深入研究。

1水下连接器振动测试装置技术研究

1.1水下连接器振动测试装置技术类型的选择

水下连接器振动测试技术主要应该优先考虑测试技术的类别,振动测试技术包括机械振动测试技术、电动振动测试技术、液压振动测试技术。根据计算的结果及水下连接器的特点选择液压振动作为水下连接器振动测试技术主要振动形式[1]。

1.2水下连接器振动测试装置技术总体方案设计

水下连接器振动测试技术主要用于模拟实际海况对水下连接器进行振动测试[1],振动测试技术总体方案设计包括:机械结构总体方案设计、液压系统总体方案设计、控制系统总体方案设计3部分。

水下连接器振动测试技术总体方案如图1 。水下连接器振动测试技术的机械结构主要由底座、侧壁、径向振动支架、轴向支撑架、综合加载试验板、弯扭试验板等部件组成。液压系统主要由液压油源、电液伺服阀、伺服液压缸及其他液压控制阀组成[2]。控制系统主要由工控机、数据采集卡、伺服控制器、位移传感器、加速度传感器、压力传感器、电荷放大器、显示机构及控制软件等组成。

1.3水下连接器振动测试装置技术的基本工作原理

水下连接器振动测试技术主要以2套液压作动器作为主要执行元件,其轴向振动测试和径向振动测试的基本原理是一致的。水下连接器振动测试技术通过工控机输入特定的振动信号经过电液伺服阀作用到伺服液压缸上,振动测试技术中的位移传感器将检测的信号经过伺服控制器与输入的信号相比较,比较后的偏差反馈到电液伺服阀中[3],从而对伺服液压缸的动作进行调节和控制,使液压缸活塞杆带动水下连接器进行特定的振动测试,水下连接器振动测试技术的工作原理如图2所示。

1.4水下连接器振动测试装置技术机械系统总体方案

通过对水下连接器在应用海况下的振动分析并得出的关键技术指标,同时参考国内外相关振动测试技术的设计理念,对水下连接器振动测试技术进行机械系统结构的总体方案设计。该装置机械结构包括机架、径向振动支架、轴向支撑架、综合加载试验板、弯扭试验板等部件。

1.5水下连接器振动测试装置技术液压系统总体方案

水下连接器振动测试技术采用的是液压伺服控制系统,该系统可利用各种物理量的传感器对被控制量进行检测和反馈,从而实现对液压缸活塞杆的位置、速度、加速度以及液压缸的力和压力等进行控制。液压伺服系统主要由液压油源、指令装置、 伺服放大器、伺服阀,伺服液压缸等组成,组成部分如图3所示。

水下连接器振动测试技术液压系统主要工作原理如图4所示,信号源输入的电信号经过伺服控制器放大后再经过伺服阀的转换,将电信号转换成液压能,使来自油源的液压油控制伺服液压缸活塞杆带动水下连接器按照指定的输入信号动作。在伺服液压缸中安装的位移传感器将检测的位移信号进行反馈,反馈的信号与输入信号进行比较,系统将比较的偏差信号的方向大小自动调整从而作用在伺服阀上,伺服阀再对伺服液压缸进行控制,因此液压伺服控制系统是闭环系统。

1-油箱 2-截止阀 3-过滤器 4-柱塞泵 5-电动机 6-过滤器 7-电液溢流阀 8-安全阀 9-单向阀10-伺服阀 11-压力表 12-伺服液压缸 13-水下连接器

1.6水下连接器振动测试装置技术控制系统总体方案设计

根据水下连接器振动测试技术的功能需求,并且结合振动测试技术的液压系统,初步确定控制系统原理图[1],如图5所示。水下连接器振动测试技术控制系统工作过程是,首先通过工控机输入指定的信号,该信号通过伺服控制器进行放大,然后通过电液伺服阀使液压缸进行往复运动,进而带动负载进行振动[4]。各种传感器将检测的信号反馈到输入端,并且与输入信号进行比较,将比较的偏差信号重新输入到电液伺服阀中,构成闭环控制系统。

2水下连接器振动测试技术液压系统技术研究

2.1液压伺服系统的基本原理

液压伺服系统的工作原理是偏差调节,当被控制量的实际值和希望值存在偏差时,系统会根据偏差信号的方向、大小进行自动调节。

水下连接器振动测试技术通过液压伺服系统使水下连接器执行指定的振动动作。信号源输入振动控制信号,该信号决定其振动形式,通常有正弦信号、三角信号,随机信号等[5]。输入信号通过转换并经过伺服控制器与来自传感器反馈回的信号相比较,比较后产生一个偏差信号,该信号被放大后再次输入到电液伺服阀中,构成闭环控制系统。电液伺服阀实质是将信号逐级放大,将液压油源中的压力油成比例的输入到液压缸中,从而使伺服液压缸活塞杆带动水下连接器做成比例的往复运动[6]。液压伺服系统工作原理图如图6。

2.2液压伺服系统负载分析

液压伺服系统的设计要求取决于该装置的功能需求、关键技术指标及水下连接器的振动形式,所以测试的最大频率为7Hz,最大测试振幅为10mm, 工作中最大的负载为200k N。

负载主要包括惯性负载、弹性负载、粘性负载、重力负载等,根据牛顿第二定律:

式中:

Fg——液压缸产生的驱动力,N;

m——活塞和负载的总质量,kg;

K——负载和弹簧刚度,N/m;

Bc——活塞和负载的粘性阻尼系数,N(m/s);

FL——施加在液压缸上的任意外载力,N。

水下连接器振动测试技术径向振动时主要承受的是惯性负载,在轴向振动的时候承受重力负载和惯性负载,最大负载为150k N左右。同时负载与输入的信号相关,水下连接器振动测试技术输入的是正弦信号。

惯性负载的特性方程为:

式中:

F1——惯性力,N;

m——负载质量,kg;

x——运动位移,m;

FL——运动速度,m/s;

xm——最大位移,振幅,m;

ω——运动角频率,rad/s。

2.3液压伺服控制系统回路

液压伺服控制回路通过传感器将检测的信号经过伺服控制器与输入的信号相比较,比较后的偏差反馈到伺服系统,从而对伺服液压缸的动作进行调节和控制,使液压缸活塞杆带动水下连接器进行特定的振动测试。电液伺服阀位移控制回路如图7所示,电液伺服阀力和压力控制回路如图8和9所示, 电液伺服阀的液压缸同步控制回路如图10所示。

1-伺服放大器 2-电液伺服阀 3-液压缸

1-伺服放大器 2-电液伺服阀 3-双杆液压缸 4-力传感器 5-压差传感器

1-伺服放大器 2-电液伺服阀 3-双杆液压缸 4-力传感器 5-压差传感器

1,2-液压缸 3-差动变压器 4-伺服放大器 5-电液伺服阀 6-分流阀

3液压伺服系统仿真分析

采用AMESim仿真软件对液压控制系统进行动态仿真分析。

3.1仿真模型的建立

所采用的建模方式是自上而下,建立的仿真模型如图11所示。仿真模型工作原理是电液伺服阀将输入的信号通过转化并且放大成液压信号作用在伺服液压缸上,使伺服液压缸带动水下连接器做指定的振动,此时伺服液压缸中的位移传感器将液压缸的位移信号反馈并与输入信号进行比较,比较出的偏差经过放大器放大再经过控制器校正最终输入电液伺服阀中,使液压缸继续运动,直到偏差为零。

3.2仿真结果分析

当水下连接器振动测试技术进行振动测试时, 对液压伺服系统中的伺服液压缸进行动态仿真。仿真信号源为频率1Hz、幅度10m A的正弦信号,如图12所示。仿真时间设定为10s,液压泵流量设定为230L/min,安全阀压力为31.5MPa。

输入的正弦信号经过放大器进行放大,同时与位移传感器反馈回来的信号相比较,最终形成的偏差信号作用到电液伺服阀上,从而使液压缸活塞杆执行相应的往复运动,输入信号经过转换最终使液压缸活塞杆实现频率1Hz、振幅10mm的往复运动, 如图13所示。

由于进入液压缸中的液压油的流速、液压缸活塞杆的速度与活塞杆的位移成一定比例关系,因此在液压缸进出口的流速、液压缸活塞杆的速度均呈频率为1Hz的正弦波形,幅值分别为22L/min、0.05m/s, 如图14、图15所示。由于液压缸活塞杆与水下连接器是刚性连接,使水下连接器发生变形、移动,不能达到预期的作用效果并且实际测试时存在多种误差,因此仿真出的曲线会出现失真。

4结论

根据水下连接器振动测试装置的功能需求及工作原理,完成了对水下连接器振动测试装置液压伺服系统的详细设计。首先对液压伺服系统进行了负载分析,负载为惯性负载,最大值为150k N,选取25MPa作为系统的工作压力;其次确定了液压伺服系统中的液压油源、液压执行元件、电液伺服阀、蓄能器的参数,同时对液压元件的特性进行了分析, 完成了液压元件的选型,结合液压伺服系统的组成和一些经典控制回路拟定出了液压伺服系统原理图;最后利用AMESim软件对液压伺服系统进行了仿真,系统的输入信号为频率1Hz、振幅10m A的正弦波,得出了液压伺服系统中液压缸活塞杆的位移曲线、液压缸液压油输入输出曲线和液压缸活塞杆速度曲线,并分析了曲线部分失真的原因。

摘要：水下连接器振动测试技术采用液压振动测试技术,对水下连接器振动测试装置进行总体方案设计,主要包括机械结构方案设计、液压系统方案设计、控制系统方案设计3部分。论述了水下连接器振动测试装置技术的基本工作原理,并对三个部分进行方案设计。针对液压伺服系统进行了技术研究,包括液压伺服系统的基本原理、负载分析、控制系统回路。采用AMESim仿真软件对液压控制系统进行动态仿真分析,搭建了水下连接器振动测试技术液压系统仿真模型,对液压系统子模型选取及参数设定,得出了位移和速度曲线,并分析了曲线部分失真的原因。