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振動試驗臺(振動試驗機(jī))的分類

時間:2012/7/14
 
    早在60年代,702所為滿足航天產(chǎn)品振動試驗的需要,開始了振動試驗系統(tǒng)的研制,進(jìn)入80年代,北京雅士林就開始了對振動試驗臺的研究和生產(chǎn),北京雅士林的振動試驗設(shè)備不僅在航天領(lǐng)域而且在其他行業(yè)發(fā)揮著作用,成為該所的一項重要民品。用于振動試驗的振動臺系統(tǒng)從其激振方式上可分為三類:機(jī)械式振動臺、電液式振動臺和電動式振動臺。從振動臺的激振方向,即工作臺面的運動軌跡來分,可分為單向(單自由度)和多向(多自由度)振動臺系統(tǒng)。從振動臺的功能來分,可分為單一的正弦振動試驗臺和可完成正弦、隨機(jī)、正弦加隨機(jī)等振動試驗和沖擊試驗的振動臺系統(tǒng)。以下筆者對各種振動臺,主要對電動振動臺,及其輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和成本的現(xiàn)狀及發(fā)展等進(jìn)行簡單的論述。
  1.機(jī)械式振動臺
  機(jī)械式振動臺可分為不平衡重塊式和凸輪式兩類。不平衡重塊式是以不平衡重塊旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力來激振振動臺臺面,激振力與不平衡力矩和轉(zhuǎn)速的平方成正比。這種振動臺可以產(chǎn)生正弦振動,其結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但只能在約5Hz~100Hz的頻率范圍工作,最大位移為6mm峰-峰值,最大加速度約10g,不能進(jìn)行隨機(jī)振動。
  凸輪式振動臺運動部分的位移取決于凸輪的偏心量和曲軸的臂長,激振力隨運動部分的質(zhì)量而變化。這種振動臺在低頻域內(nèi),激振力大時,可以實現(xiàn)很大的位移,如100mm。但這種振動臺工作頻率僅限于低頻,上限頻率為20Hz左右。最大加速度為3g左右,加速度波形失真很大。該振動臺的特點是數(shù)據(jù)精確,但價格昂貴,一般在二十多萬,而且場地要求非常嚴(yán)格。
  2.電液式振動臺
  電液式振動臺的工作方式是用小的電動振動臺驅(qū)動可控制的伺服閥,通過油壓使傳動裝置產(chǎn)生振動。這種振動臺能產(chǎn)生很大的激振力和位移,如激振力可高達(dá)104kN,位移可達(dá)2.5m,而且在很低的頻率下可得到很大的激振力。大激振力的液壓臺比相同推力的電動式振動臺價格便宜。電液臺的局限性在于其高頻性能較差,上限工作頻率低,波形失真較大。雖然可以做隨機(jī)振動,但隨機(jī)振動激振力的rms額定值只能為正弦額定值的1/3以下。這種振動臺因其大推力、大位移可以彌補電動振動臺的不足,在未來的振動試驗中仍將發(fā)揮作用,尤其是在船舶和汽車行業(yè)會有一定市場。
  3.電動式振動臺
  電動式振動臺是目前使用最廣泛的一種振動設(shè)備。它的頻率范圍寬,小型振動臺頻率范圍為0~5000Hz,容易實現(xiàn)自動或手動控制;加速度波形良好,適合產(chǎn)生隨機(jī)波;可得到很大的加速度。振動臺驅(qū)動線圈電流的產(chǎn)生方式有直接式和感應(yīng)式。直接式就是將放大器輸出的電流直接加到驅(qū)動線圈上,這種方式是振動臺的主流。感應(yīng)式是將交變電流通入一固定線圈,然后通過感應(yīng)方式在驅(qū)動線圈產(chǎn)生電流。感應(yīng)式振動臺的驅(qū)動線圈不需要引出電纜,結(jié)構(gòu)簡單,但這種振動臺效率相對較低。國外公司的一些振動臺采用了這種結(jié)構(gòu)。北京雅士林的振動系列產(chǎn)品采用的是直接式,由于很好地解決了驅(qū)動線圈引出電纜問題,其產(chǎn)品更實用。
  振動臺的磁場產(chǎn)生方式可分為永磁型和勵磁型。永磁型的恒定磁場是由永久磁鋼產(chǎn)生的,由于大體積的磁鋼制作較困難,目前這種結(jié)構(gòu)只適用于小型振動臺。勵磁型振動臺又可分為單勵磁和雙勵磁。單勵磁只有一組勵磁線圈,形成一個磁場回路,這種結(jié)構(gòu)勵磁效率低、耗電量大、漏磁很大,需要用消磁線圈來保證工作臺面有一個低的磁場。雙勵磁由兩套勵磁繞組產(chǎn)生磁場,分別置于工作磁隙的上下兩側(cè),在工作磁隙的磁場互相疊加,而在工作臺面上的磁場互相抵消,所以工作臺面上的磁場就很小。同時由于雙勵磁磁路縮短,磁阻減小,勵磁效率比單勵磁有顯著提高。
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