国内外振动台与振动试验的研究现状

1.国内外振动台与振动试验的研究现状

1.1国内外振动台研究现状

一、各类振动台的优缺点

用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类:机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可以完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。

1.机械式振动台

机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，激振力与不平衡力矩和转速的平方成正比。这种振动台可以产生正弦振动，其结构简单，成本低、但只能在约50Hz~100Hz的频率范围工作，最大位移为6mm峰一峰值，最大加速度约10g，不能进行随机振动。

凸轮式振动台运动部分的位移取决于凸轮的偏心量和曲轴的臂长，激振力随运动部分的质量而变化。这种振动台在低领域内，激振力大时，可以实现很大的位移(如100mm)。但这种振动台工作频率仅限于低频，上限额率为20Hz左右。最大加速度为3g左右，加速度波形失真很大。

对于所应用的机械式振动试验台具有几个共同的优点:结构简单、容易安装、造价较低、运用及维修简单可以、可以进行较长时间的试验。但也有共同的缺点:试验范围小、波形失真度大、不能采用反馈控制、很难实现随机振动及几个机械式振动台同步运行。

2.电液式振动台

电液式振动台的工作方式是用小的电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。在实际应用中主要有力马达滑阀式电液振动台和喷嘴一挡板式电液振动台。这类振动台的主要优点是:能产生很大的激振力和位移(如激振力可以达104N，位移可达2.5m)、工作频率下限可以达到零赫兹、可以采用反馈控制、能实现随机振动及几个电液振动台进行同步运行。同时电液振动台的缺点是:难于在高频区工作，适用于在低频区及中频区进行振动试验。液压系统的性能容易受温度的影响，对油液要求高、造价贵、维修复杂。由于油泵的压力脉动，油液压缩性引起的共振、液压密封件的摩擦等，使得波形失真比电动振动台大。

这种振动台因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来的振动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。

3.电动式振动台

电动式振动台是根据电磁感应原理设计的，当通电导体处在恒定磁场中将受到力的作用，当导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。

电动式振动台是振动环境试验中广泛使用的一种振动设备，与其它振动设备相比，它主要的优点具有:工作频率范围宽、波形失真度小、频率稳定、控制方便、可以采用反馈控制。特别是它的高频特性，一般能工作到3kHz。对于几公斤推力的电动式振动台工作频率上限甚至可以扩展到10kHz以上，所以被广泛应用于航空、航天、护电器、仪器仪表、建筑、水利、交通运输和家电等各个领域。电动振动台的缺点是单台的激振力及振幅不够大，台面有漏磁场的影响，价格贵，维修复杂。

二、国内外振动台发展状况

1.国内振动台的研究现状

中国航天第702所拥有完整的振动环境试验手段和丰富的振动环境经验，按照GB2423、GBJ150、MIL-STD-810等各项标准进行产品的振动环境试验，建立了推力从7.5kN、10kN、

20kN、30kN、37 kN、50kN、90kN直至200kN的系列电动式振动试验系统和先进的数字式振动控制仪，能够完成5~2000Hz的随机、正弦扫频、经典冲击、冲击响应谱、随机加正弦等振动试验。其中200kN电动式振动台适合进行系统级振动试验，曾高质量地完成了我国所有返回式卫星的整星振动环境试验;90kN长冲电动式振动台是国际90年代的最新产品，能够实现试验频率范围2~2000HZ，最大位移士25mm(冲程)，19mm(振动);7.5kN和37kN 振动台的漏磁小于5G S，特别适合于对漏磁敏感的精密仪器的振动试验。从1969年起，浙江大学和核工部航天工业部合作研制中频振动校准装置BZD一1，于1973年研制成功并交付使用。1976年由七机部和浙江省联合组织鉴定，确认已达到国内外同类装置的水平，填补了国内的空白。经过两年使用后，于1978年正式作为国家中频振动基准。具体指标如下: 最大加速度:109

工作频率范围:10Hz一18kHz

横向振动比:<2%

加速度失真度:1%(20Hz~6kHz)

台面加速度不均匀度:1%

在此基础上，于1983年又研制成功低频振动计量标准系统，校准精度在2Hz一100Hz 内达到士2%，并陆续在有关计量部门投入了使用。此外在国内还有相关的厂家、部门在振动台的研制上也取得一定的成果。如江苏宝应振动仪器厂生产的BJ一n型高频振动校准台，其激振频响范围20Hz一50kHz，失真度小于3%。

2.国外振动台的研究现状

英国LDs公司(Ling Dynamic System Ltd)是国际著名的电动振动台系统的制造公司，目前已经形成覆盖正弦峰值推力从8.9N到289.IkN范围的四大类(永磁、风冷、水冷、长冲程)共82个型号产品的电动振动台系列生产能力。最大单机产品V994一DPA280K其正弦峰值可达289.IkN、最大加速度100g，是目前世界上单机推力最大的电动振动台。

丹麦的B&K公司的4812型振动台属于世界一流的振动台，目前我国计量使用的中频振动多为此种振动台。其频率范围为20~2000Hz，振级为1~200m/s2。

在美国，MB.UD.LingEleetronics，Thermotron和AeoustiepowerSystems公司生产的各种振动台。其中MB.UD.Ling电子公司制造的电动振动台质量优良，经久耐用，在美国享有一定的声誉。该公司生产的振动台规格多样，能满足多种动力试验的要求，所以很多用户购买它的产品。Therotron公司制造的各种高低温、热冲击等热应力正弦随机和冲击的振动应力以及组合环境的振动加载和振动控制系统成套设备，对于航天电子工业具有现实意义。

三、特种环境下使用振动台的研究情况

为了满足试验的要求，有时振动台需要在特种环境下进行工作，如水下使用的振动台，离心环境中使用的振动台，温度场下的振动台等。对于这些特殊环境下使用的振动台，其中对离心环境中使用的振动台研究比较多，提出了很多关离心振动复合环境下离心力的克服方法，如配重克服方法，气囊纠偏方法。而对于水下振动台，相应的研究就特别少，没有找到相应的文献资料。对温度场下使用的振动台，一般都作为综合环境试验用的振动台的一方面来研制，中国航天第702所90年代初在国内率先研制成功了三综合试验系统(三综合是指温度、湿度和振动的综合试验)。现在中国航天第702所正在研制四综合实验系统，四综合是指温度、湿度、真空和振动的综合环境试验。

1.2.2国内外振动试验研究现状

振动试验与其它工程技术一样从简单到复杂慢慢发展起来的，而且与当时的先进技术紧密相连。特别是近十多年来，随着计算机技术、传感器技术、自动控制理论和信息处理技术的发展，大大丰富该领域的内容，发展特别迅速，实用性日益增强。

一、正弦振动试验系统