薛峰,IMV株式会社上海代表处技术经理,从事振动试验行业近20年,独立运营原创微信公众号“振动试验学习笔记”。
※振动试验机的种类
① 机械式
低频率、单纯振动,现在基本上已淘汰,没有发展性。
② 液压式
50kN以上的加振力、便宜、运行成本和修理费用高、上限频率和电动型振动台相比比较低、控制难。低频大位移运输试验和大质量试验体低频小速度试验还有点市场。
③ 电动型(现在的主流)
可以简单的对应任意波形的振动、频率范围广、加速度大。50kN以上设备比液压式贵。
※系统构成实物图
(带水平滑台的时候还需要油压控制单元)
(振动控制仪和前置功放一体化)
※振动台体(空冷式)内部简单示意图
※动作原理
弗莱明左手定则
上图,将动圈插入磁束回路的圆形空隙中,下面用空气弹簧固定保持。励磁线圈内通入直流电,在空隙中形成箭头所示的磁场(右手法则),驱动线圈与磁场方向直交。如果在驱动线圈内通入交流电源,动圈就会发生上下振动(弗莱明左手定则)。此时,发生的力和动圈通过的电流成正比。即 F=IBL
实际在振动试验机的制作过程中,为了增加磁场效率以及持续稳定振动,各个厂家花费心思,内藏各种部品,并对励磁线圈和动圈的形状等进行各种各样的复杂设计。
※振动控制仪
振动试验机系统的大脑,振动试验条件输入后,转换成电压电流信号驱动功放,使振动台进行各种振动动作,并对反馈回来的加速度信号进行分析,有效控制振动台的动作。可进行随机振动控制、正弦振动控制、冲击波控制、拍波控制、实测波再现控制、SOS、SOR、ROR控制、多通道多自由度控制、etc.。
※动圈、励磁线圈
※功放(电力增幅器)
目的:给振动台提供电力。振动控制仪过来的小信号(±3V),变成大电压大电流信号(几百伏几百安培),驱动振动台运动。
功放趋势:开关式、小型化、高功率、模块化、组合兼容性、省空间、省电等。最近,SiC技术的发展,相信不久的将来功放模块会越来越小。
工作原理和音响的功放一样。
总结:
以上简单介绍了振动试验机系统各个部分的组成,看似简单其实一套好的振动试验系统,涉及到各种技术领域,各厂家都花费大量时间、金钱、精力在设备的研发和制作上。在欧美主要厂家有LDS、UD,日本主要有IMV、EMIC、振研,国内主要有东菱、苏试、希尔等。比较可喜的是,国内厂家现在振动台单台最大推力可以生产到60tonf,已经赶超国外厂家。个人认为20年后,随着国内基础工业和材料的发展,国内生产的振动台在故障性和耐久性上面将有质的飞跃。
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