振動試驗(yàn)基礎(chǔ)2：電動型振動試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)成

本文來源于振動試驗(yàn)學(xué)習(xí)筆記

本文簡單介紹電動型振動試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成，即做振動試驗(yàn)的設(shè)備。本公眾號內(nèi)，沒有特別注明的情況下，都是指通過此類設(shè)備進(jìn)行的試驗(yàn)。

※振動試驗(yàn)機(jī)的種類

①機(jī)械式

低頻率、單純振動，現(xiàn)在基本上已淘汰，沒有發(fā)展性。

②液壓式

50kN以上的加振力、便宜、運(yùn)行成本和修理費(fèi)用高、上限頻率和電動型振動臺相比比較低、控制難。低頻大位移運(yùn)輸試驗(yàn)和大質(zhì)量試驗(yàn)體低頻小速度試驗(yàn)還有點(diǎn)市場。

③電動型（現(xiàn)在的主流）

可以簡單的對應(yīng)任意波形的振動、頻率范圍廣、加速度大。50kN以上設(shè)備比液壓式貴。

其他還有伺服型振動試驗(yàn)機(jī)，但是高頻對應(yīng)不是很好，尤其2000Hz附近。另外感應(yīng)式振動試驗(yàn)機(jī)應(yīng)該有不錯(cuò)的發(fā)展前景，但是價(jià)格貴且耗電量大。

※系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)物圖

（帶水平滑臺的時(shí)候還需要油壓控制單元）

（振動控制儀和前置功放一體化）

振動控制儀中輸入試驗(yàn)條件，產(chǎn)生振動波形的驅(qū)動信號，功放將信號放大，振動臺內(nèi)部動圈按照試驗(yàn)條件動作。安裝在振動臺上的加速度傳感器拾取加速度信號，通過前置功放將信號放大，即控制儀得到加速度反饋信號，進(jìn)行閉環(huán)控制。振動臺內(nèi)部產(chǎn)生的熱量通過冷卻系統(tǒng)（水冷、空冷、油冷）進(jìn)行處理。

※振動臺體(空冷式)內(nèi)部簡單示意圖

※動作原理（喇叭發(fā)聲）

弗萊明左手定則

上圖，將動圈插入磁束回路的圓形空隙中，下面用空氣彈簧固定保持。勵(lì)磁線圈內(nèi)通入直流電，在空隙中形成箭頭所示的磁場（右手法則），驅(qū)動線圈與磁場方向直交。如果在驅(qū)動線圈內(nèi)通入交流電源，動圈就會發(fā)生上下振動（弗萊明左手定則）。此時(shí)，發(fā)生的力和動圈通過的電流成正比。即

F=IBL

實(shí)際在振動試驗(yàn)機(jī)的制作過程中，為了增加磁場效率以及持續(xù)穩(wěn)定振動，各個(gè)廠家花費(fèi)心思，內(nèi)藏各種部品，并對勵(lì)磁線圈和動圈的形狀等進(jìn)行各種各樣的復(fù)雜設(shè)計(jì)。

※振動控制儀

振動試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)的大腦，振動試驗(yàn)條件輸入后，轉(zhuǎn)換成電壓電流信號驅(qū)動功放，使振動臺進(jìn)行各種振動動作，并對反饋回來的加速度信號進(jìn)行分析，有效控制振動臺的動作?？蛇M(jìn)行隨機(jī)振動控制、正弦振動控制、沖擊波控制、拍波控制、實(shí)測波再現(xiàn)控制、SOS、SOR、ROR控制、多通道多自由度控制、etc.。

※功放（電力增幅器）

目的：給振動臺提供電力。振動控制儀過來的小信號，變成大電壓大電流信號（幾百伏幾百安培），驅(qū)動振動臺運(yùn)動。

功放趨勢：開關(guān)式、小型化、高功率、模塊化、組合兼容性、省空間、省電等。最近，SiC技術(shù)的發(fā)展，相信不久的將來功放模塊會越來越小。

工作原理和音響的功放一樣。

總結(jié)：

以上簡單介紹了振動試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)一些部分的組成，看似簡單其實(shí)一套好的振動試驗(yàn)系統(tǒng)，涉及到各種技術(shù)領(lǐng)域，各廠家都花費(fèi)大量時(shí)間、金錢、精力在設(shè)備的研發(fā)和制作上。在歐美主要廠家有LDS、UD，日本主要有IMV、EMIC、振研，國內(nèi)主要有東菱、蘇試、希爾等。比較可喜的是，國內(nèi)廠家現(xiàn)在振動臺單臺最大推力可以生產(chǎn)到60tonf（東菱公司），已經(jīng)趕超國外廠家。個(gè)人認(rèn)為20年后，隨著國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)和材料的發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)的振動臺在故障性和耐久性上面將有質(zhì)的飛躍。

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