基于电液伺服技术的减振器双激振试验台_郭玉宝

基于电液伺服技术的减振器双激振试验台郭玉宝，毕孝帅，吴昊（长春机械科学研究院有限公司，吉林长春１３０１０３）摘　要：介绍了一种新型减振器双激振试验台。

该试验台采用电液伺服控制技术，上下两只作动器分别带动减振器的缸筒和活塞，通过输入不同的波形模拟减振器的实际工况，从而进行疲劳试验。

通过施加侧向力、温度控制等一系列的试验条件，模拟使用环境，以测试减振器的使用寿命，为减振器的使用提供依据。

关键词：电液伺服；双激振；减振器；试验台中图分类号：ＴＨ８７ 文献标识码：Ｂ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－３４０７．２０１５．０３．０１９Ｄｕａｌ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｒｉｇ　ｆｏｒ　Ｓｈｏｃｋ　Ａｂｓｏｒｂｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ＳｅｒｖｏＧｕｏＹｕｂａｏ，Ｂｉ　Ｘｉａｏｓｈｕａｉ，Ｗｕ　Ｈａｏｍｉｎ（Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３０１０３，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｄｕａｌ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｒｉｇ　ｆｏｒ　ｓｈｏｃｋ　ａｂｓｏｒｂｅｒ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｅｒｖｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｒｉｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ａｃｔｕａｔｏｒｓ　ｏｆｕｐｐｅｒ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｄｒｉｖｅ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｔｈｅ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｉｓｔｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ａｂｓｏｒｂｅｒ．Ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎｐｕｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ａｂｓｏｒｂｅｒ，ｔｈｅｎ，ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｌａｔｅｒａｌ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ，ａｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｏｃｋ　ａｂｓｏｒｂｅｒ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｎ－ｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｓａｇｅ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ａｂｓｏｒｂｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｅｒｖｏ；ｄｕａｌ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；ｓｈｏｃｋ　ａｂｓｏｒｂｅｒ；ｔｅｓｔｉｎｇ　ｒｉｇ［收稿日期］　２０１５－０８－２４［作者简介］　郭玉宝（１９８２－），男，汉族，本科学历，工程师，２００７年毕业于长春工业大学，研究方向：电液伺服试验设备及非标试验设备。

１　引　言随着交通行业的快速发展，对减振器的质量要求越来越高。

减振器的性能会严重影响整车的舒适度、零部件寿命、整车噪声等，国内外对减振器的试验设备要求也越来越高。

本试验台采用电液伺服技术，使用上动和下动两个作动器，分别驱动减振器的活塞与减振器的缸筒，振幅与频率均无级可调。

上下作动器可分别单独试验，也可上下油缸同时协调加载试验。

本试验台完全模拟减振器的实际使用工况，并配有侧向力装置、水冷装置、温控装置，可实现２根或４根减振器的多种疲劳试验。

２　试验台主要技术指标（１）伺服作动器伺服作动器的主要技术指标如表１所示。

（２）试验力静态测量精度：±１％；（３）测量范围：４％－１００％ＦＳ（１２００Ｎ－３００００Ｎ）；（４）最大静态试验力：±３０ｋＮ；（５）最大动态试验力：±２５ｋＮ；Ｖｏｌ．５５Ｎｏ．３ 工程与试验　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆ＴＥＳＴ Ｓｅｐ．２０１５（６）位移测量精度：±１％ＦＳ；（７）试验空间：３００－７５０ｍｍ连续可调；（８）最大侧向力加载：３０００Ｎ；（９）试验波形：正弦波、三角波、方波、斜波、外部输入波等。

表１　伺服作动器的主要技术指标序号名称上作动器下作动器１密封形式摩擦副静密封２结构等截面双出杆等截面双出杆３行程±７５ｍｍ±５０ｍｍ４工作压力２１ＭＰａ　２１ＭＰａ５最大静态输出力３０ｋＮ　３０ｋＮ６工作频率０．５－２Ｈｚ可调１－２０Ｈｚ可调７最高线速度０．７ｍ／ｓ　１．２ｍ／ｓ８伺服阀数量１个２个９控制方式负荷、位移负荷、位移１０数量１只１只３　主要工作原理由电控系统给定的电信号与从力传感器或位移传感器输出的反馈信号相比较，将此差值信号放大后送至电液伺服阀，把电信号转变为油的流量，高压油交变地输入到作动器的作动腔，驱动活塞高速往复运动，从而构成闭环系统进行工作。

系统控制框架原理如图１所示。

图１　系统控制框架原理图３．１　主机部分主机部分由主机框架、底座、上动机构、下动机构、导向装置、试验空间调整机构、上动伺服作动器、下动伺服作动器、负荷传感器、位移传感器、水槽、水路装置、侧向力装置、测温装置、主机减振、试样夹具等部分组成。

工作时，由伺服控制器驱动，上动伺服缸带动上动机构，连接试样夹具带动减振器活塞杆运动；由伺服控制器驱动，下动伺服缸带动下动机构，连接试样夹具带动减振器活塞缸运动，从而形成双激振。

通过伺服控制器，可在有效量程范围内任意设定上下激振的试验均值、振幅、频率等。

通过试验空间调整机构，可在有效范围内无级设定试验空间。

根据试验需要，可对２根或４根试样施加侧向力。

试验过程中，使用水冷装置和测温装置来控制减振器的温度。

当主机频率较高、试验力较大时，主机会发生振动。

此时，依靠主机整体重量和较重的主机底座，防止共振的发生。

主机底座下配有４个减振装置，在试验过程中，可有效地避免振动传到地面，起到隔振效果。

主机外形图如图２所示。

图２　主机外形图３．１．１　伺服作动器下动频率较高，采用静压轴承伺服作动器，不使用机械密封圈，其轴颈内衬使用塑料涂层，并配有静压轴承油泵，以持续保持活塞杆和缸壁间的液态油润滑，使之可以在高负荷下达成无摩擦力的线性运动。

内嵌式美国ＭＴＳ磁致伸缩位移传感器，精确测量活塞杆移动，提高控制精度。

伺服作动器由伺服控制器控制，实现对负荷、位移的闭环控制，精确地对减振器试样进行试验。

３．１．２　负荷传感器采用轮辐式负荷传感器，安装在空间调整机构上，测量在试验过程中对减振器施加的力。

轮辐式负荷传感器具有以下优点：（１）控制精度高、动静两用，拉压一致性好；（２）整体密封，性能稳定可靠；（３）结构紧凑、高度低；（４）抗侧向力能力强；（５）输出灵敏度小，刚性好，寿命长。

本设备配置的负荷传感器指标：（１）精度等级：０．０５级（２）输出灵敏度：１．５－２ｍＶ／Ｖ（３）非线性：≤０．０３％Ｆ．Ｓ．（４）滞后：≤０．０３％Ｆ．Ｓ．（５）不重复度：≤０．０３％Ｆ．Ｓ．（６）安全负载：±１５０％３．１．３　伺服阀采用美国ＭＯＯＧ公司二级电液伺服阀，流量Ｎｏ．３　２０１５ 郭玉宝，等：基于电液伺服技术的减振器双激振试验台为６３０Ｌ／ｍｉｎ（２１ＭＰａ时），下动缸为２只阀并联使用，上动缸使用１只，其技术指标如下：（１）最大允许工作压力：≥２５ＭＰａ。

（２）阶跃响应时间：＜１２ｍｓ。

（３）动态响应频率：＞５０Ｈｚ（相位角滞后＜９０°）。

３．１．４　位移传感器位移传感器采用美国ＭＴＳ磁致伸缩位移传感器，控制精度高，无磨损，寿命长，其技术指标如下：（１）与测控系统配合，测量精度为±０．３％Ｆ．Ｓ．（２）传感器分辨率：０．００５ｍｍ（３）非线性度：±０．０２％Ｆ．Ｓ．（４）重复精度：０．０５ｍｍ（５）抗振动性能：１０ｇ，１５０Ｈｚ；响应时间：≤３ｍｓ（６）工作温度：－４０℃～７０℃。

（７）ＥＭＣ性能：发射ＤＩＮ　ＥＮ５００８１－１；抗扰ＤＩＮ　ＥＮ５００８２－２。

３．２　计算控制部分３．２．１　控制器部分该控制器是全数字式控制器，采用了当今控制领域最流行最先进的数字信号处理器（ＤＳＰ）技术以及ＷＩＮＤＯＷＳ　ＸＰ系统下的高速实时硬件中断技术，命令信号、控制信号全由数字运算产生，保证了控制系统的可靠性和重复性，可以实现复杂的伺服加载功能，在动态试验机领域广泛应用。

３．２．２　试验软件部分试验软件为长春机械科学研究院有限公司为减振器系列产品专门开发的软件，此软件以Ｗｉｎｄｏｗｓ平台为基础，试验系统通过计算机控制加载，电液伺服作动器实现快速高响应动作，根据预设的适应相关标准要求的试验程序，可以进行双激振疲劳试验，也可进行单独上动或单独下动的疲劳试验，减振器试验软件界面如图３所示。

图３　减振器试验软件界面　３．３　液压油源部分液压油源主要由电机齿轮泵组、油箱、控制阀组、过滤系统及油源控制系统等组成。

油源主要参数：流量：２００Ｌ／ｍｉｎ；压力：２１ＭＰａ；功率：１００ｋＷ，ＡＣ３８０Ｖ／５０Ｈｚ。

油源上配置有板式换热器，可以对液压油进行冷却。

同时，油源控制系统可以检测到电机是否过载、油压是否正常、液压泵站的油温高低、室温、液位高低、过滤器是否堵塞等，并根据实际情况给出报警信号，并智能处理该报警。

３．４　基于电液伺服技术的减振器双激振试验说明基于电液伺服技术的减振器双激振试验台是针对汽车减振器试验而开发的一款新型试验台，主要功能是对减振器进行双激振疲劳试验，通过双激振的形式模拟减振器实际工况，从而更准确地测试其使用寿命。

与传统机械双激振试验台相比，其具有调节振幅和频率方便、参数设置精确、可进行分段连续试验等优点。

可根据试验需要，在进行双激振试验过程中施加侧向力。

３．４．１　基于电液伺服技术的双激振试验试验人员可以按照预先设定的试验参数，对减振器进行双激振试验。

在减振器试验软件中分别输入上激振及下激振的试验参数（函数类型、控制方式、试验幅值、预试验次数、试验次数、试验速度等），即可由控制系统发出指令对伺服作动器进行控制，从而对减振器进行试验。

上下激振可同时进行，也可单独进行上激振或单独进行下激振，试验条件设置界面如图４所示。

图４　示功试验软件界面当最后一个试验参数被执行完毕后，控制系统自动停止工作。

在试验过程中，系统自动记录试验过程中的试验参数。

３．４．２　侧向力试验根据试验需求，在双激振试验过程中可对２根４根试样施加侧向力，侧向力的大小由控制侧向力油缸进油压力大小控制，侧向力的具体数值根据下式计算：（下转第７６页）［４］刘威，秦子增，夏刚，等．飞船返回舱环境压力模拟装置的试验研究［Ｊ］．航天返回与遥感，２００８，（２９）．［５］Ｐａｒｎｉｃｈｊｕｎ　Ｍ，Ｎｇａｅｃｈａｒｏｅｎｋｕｌ　Ｃ．Ｈｙｂｒｉｄ　ｏｆ　ｆｕｚｚｙ　ａｎｄＰＩＤ　ｉｎ　ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ａ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎ－ｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０００，（２）．（上接第７０页）Ｆ＝Ｐａ＊Ｓ根据此公式，得到如图５所示的数据曲线。