高频振动器

近日从在苏州召开的“创新驱动发展成就展暨军民融合交流大会”上获悉，我国拥有自主知识产权的世界最大单台推力电动振动台在苏州问世。这台推力达到50吨的大型电动振动台由苏州东陵振动试验仪器公司独立研发，已通过中国计量科学研究院的校准验证。 　　据该公司总设计师江运泰介绍，研究团队在50吨振动台的研发过程中，相继攻克了动圈的一阶轴向共振频率控制、驱动线圈绕组冷却效果控制、内短路环冷却效果控制、功率放大器与振动台阻抗匹配等关键技术难关。与国外单台最大推力电动振动台相比，新问世的振动台在最大正弦力、最大位移、最大随机力等5项关键技术指标上领先，其他3项关键技术指标持平。 　　据了解，在产品故障失效事件中，30%的事件是由振动引起的。因此，振动试验成为预计产品的振动特性以及检验产品性能及其可靠性的必不可少的技术手段。 　　近年来，我国相继开展登月工程、大飞机工程、高铁工程等国家重点工程，对振动试验设备的推力需求不断加大，国内科研单位迫切需求大推力的电动振动试验设备。在单台50吨电动振动器问世之前，国内外为满足振动试验需求，采取两台或多台振动台并机激振的方式来解决单台振动台激振推力不足的难题。“并机系统有诸多先天性缺陷，是一种推力达不到情况下的权宜之策。”江运泰告诉《中国科学报》记者。 　　他介绍说，多台并机结构需要在多台小推力的振动台顶部附加一个大尺寸、大质量的公共台面，附加台面易引起台面振型模态的变化、大幅降低台面运动的均匀度指标等试验问题，从而使整个振动试验系统的有效推力与可靠性大幅降低。 　　该公司于2008年研制出35吨级电动振动台，打破了欧美对该设备的技术垄断与禁运封锁，成为当时世界上最先进的电动振动台。中国工程院院士王子才表示，50吨电动振动台部分指标已经达到并超过国际先进水平，“让国际为之振动”。

近日，江苏省工信厅发布了《关于江苏省第五批专精特新“小巨人”企业和第二批专精特新“小巨人”复核通过企业名单的公示》文件，东菱振动凭借在力学环境与可靠性试验装备领域的科技创新、优质服务等优势成功获评国家级专精特新“小巨人”企业。关于“专精特新”专精特新企业，是指具有“专业化、精细化、特色化、新颖化”四化特征的企业，是优质中小企业的中坚力量。而专精特新“小巨人”企业则是其中的领军者和佼佼者，也是长期专注和深耕于产业基础核心领域和产业链关键环节，创新能力突出、掌握核心技术、细分市场占有率高、质量效益优的排头兵企业。关于东菱振动东菱振动深耕力学环境技术研发20余年，开发了千余款力学环境试验装备，打破了多个禁运封锁，多项创新成果通过了国家级、省级科技成果鉴定，达到国际领先水平。自主研制的35吨、50吨、60吨大推力电动振动试验系统多次承担完成了神舟系列、天宫系列、天舟系列、嫦娥系列等国家重点试验项目，为我国国防科技工业的发展保驾护航。先后荣获“国防科技进步二等奖”“江苏省科学技术一等奖”“上海市科学技术一等奖”等重大科技奖项。截至目前，共申请专利近600项，已获授权460余项，其中发明专利100余项。近年来，东菱振动创新成果不断，率先研制了目前世界单台最大推力100吨电动振动试验系统；国内首创10吨垂向冲击机已成功交付客户；加速台车成功打破国外垄断，实现了汽车碰撞安全试验领域高端测试设备的国产化；感应式振动台、长冲程试验台、高频、高加速度试验台、液压振动台、低频主动减振系统等一系列新品项目都相继推向市场，进一步夯实了行业领先地位。

通过前文介绍，相信初入者对振动试验系统应该有一定了解。特别是电动式振动台推力有1～60tonf，针对试验条件和试验体，如何选择合适且经济的振动台进行试验？下面进行阐述。试验前，必须明确试验条件和要求。需要考虑的要素如下：※有没有试验规格※振动台式样规格※试验种类：正弦试验、随机试验、冲击试验、etc.※频率范围※加速度、速度大小※振幅（位移）大小※试验体的尺寸、质量、形状等※夹具的尺寸、质量、形状、共振点等※振动方向（垂直、水平、二轴同时振动、三轴同时振动）※是否和温度、湿度、高度（气压）、光照等条件复合试验※试验的控制点、检测点、控制误差范围等※其他特殊要求等试验规格介绍1.ISO（International Organization for Standard，国际标准化机构）2.CCC（China Compulsory Certificate System），GJB（国军标），GB（国标）3.MIL（Military Specifications and Standard,美军标）4.IEC（International Electro-technical Commission,国际电气标准会议）5.EN（European Norm）6.JIS（Japanese Industrial Standard,日本工业规格）7.各个公司内部规格BMW，TOYOTA, HONDA, SONY, SHARP, Panasonic。要读懂试验规格是一件很困难的事情，只能在实践中慢慢去理解，多请教，多学习。振动试验机的式样规格各个厂家的设备目录中记载有很多参数和规格，一般标准振动台以下几个参数比较重要，加振力：10kN、20kN、30kN、、、、、600kN最大正弦加速度：1000m/s2最大正弦速度：2m/s、2.5m/s最大位移：51mm、76mm、100mm使用频率范围：5Hz～3000Hz动圈质量：加振力不同，质量不同。这些规格参数代入前面的A、V、D、f四者之间的计算公式，即可以得到设备的交越频率和最大正弦能力特性曲线图（无负载）。再结合牛顿第二定律计算出各种负载下的最大加速度，继续使用上面的式子，可得到各种负载下的交越频率和能力特性曲线图。最大正弦能力特性曲线图（无负载情况）：图中可以看出，电动振动台有三个工作区域，低频段对应位移区域，低中频段对应速度区域，中高频段对应加速度区域。或者说低频段受最大位移限制，低中频段受最大速度限制，中高频段受最大加速度限制。每个物理量对应频率变换点就是交越频率。因此，如果说5Hz的时候需要满足加速度500m/s2，或者1000Hz的时候满足位移50mmp-p，那就是外行话了。例题：某电动振动台使用频率范围5～2000Hz，最大位移51mmp-p，最大速度2m/s，最大加速度1000m/s2，请计算位移到速度，速度到加速度的两个交越频率，并试着画出该设备无负载最大能力特性曲线图。图中可以看出，25kg负载情况下，蓝线以下（含蓝线）的试验条件该设备都可以对应。超出蓝线对应的话，导致设备故障损坏。个人经验，振动台的损坏，一半以上都是过负载原因造成的，切记。试验条件的确认试验的种类：正弦试验、随机试验、冲击试验、etc。试验频率范围f加速度大小A、加振力F=∑mA（下节重点叙述）振幅（位移大小）D速度大小V1. 正弦定频试验的场合试验条件：频率10Hz 加速度10G半位移峰值D0-p = A0-p/(2πf)2 = 10×9.8/62.82 = 24.85mm全位移峰峰值49.70mm　（注意半位移和全位移的倍数）一般振动台的全位移峰峰值有51mm、76mm、100mm，为了安全起见可以选76mm的设备。（请再计算一下速度的峰值。）注意：①控制仪输入f、A、D、V中的两个参数，会自动得出另外两个参数。4个量都不可以超过振动台式样规格。②扫频试验的时候取最大值。③正弦试验一般各个参数小于试验机的规格值即可，一般安全系数1.2~1.3。④以上计算都假定没有夹具和试验体的共振影响。2. 随机试验的场合加振力试验加振力rms≦随机额定rms（必要时需要试验PSD的等价频幅修正）速度3✖试验rms≦正弦波额定速度峰值位移3.5✖试验rms≦正弦波额定位移峰值☆☆☆加速度rms、速度rms、位移rms值的计算比较复杂，可以通过振动控制仪输入PSD值之后，自动得出数据。3. 冲击试验的场合加振力F= ∑mA∑m：总质量（动圈质量+夹具质量+ 试验体质量）速度≦正弦波额定速度峰值位移≦正弦波额定位移峰值☆☆☆速度、位移峰值的计算比较复杂，可以通过振动控制仪输入冲击脉宽和加速度之后，自动得出数据。规格标准不同，数值结果不同。IEC标准：MIL标准：试验体的尺寸、质量、形状、固定方式① 试验体直接固定动圈或垂直扩张台（垂直方向），水平滑台（水平方向），还是先固定在夹具上再固定在台面上？② 试验体尺寸有没有超出台面，有没有碰到其他地方（三综合恒温恒湿箱内壁等）？③ 各重心是否都在一直线上，重心是不是偏高？振动台台面的抗倾覆力矩是否在允许条件下？④ 固定螺栓全部固定好了？固定后是否会在振动时候倒下来？⑤ 夹具是不是要提前准备？⑥ 夹具共振点是多少？是不是在试验频率范围内？⑦ etc.。各种夹具的确认试验体固定在夹具上的位置和尺寸、夹具的共振点、夹具固定在振动台面上的间隔（ □100mm,φ50mm,φ100mm ），螺钉大小（ M6,M8,M10,M12等）,公制（mm）还是英制（in.）？下面介绍一些常见的试验夹具。垂直扩张台面（Vertical Table）：水平滑台（Slip Table）： 其他夹具：总结一次振动试验的顺利完成需要考虑的要素很多，以上只是列举了一些基本要素。此外还涉及到振动控制仪的设置、控制点的位置、避免夹具的共振点、加速度传感器的固定方式、试验体的m（质量）k（弹性系数）c（阻尼）、振动台的能力（动圈特性、功放性能等）等等要素。总之，记住一句话“振动的水很深！”。只能在不断地工作和学习中慢慢积累。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。