GB T 18328.1-2009 振动发生设备选择指南.第1部分 环境试验设备.pdf

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1、Ics 17160N 73 目中华人民共和国国家标准GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004部分代替GBT 18328-20012009-04-24发布振动发生设备选择指南第1部分：环境试验设备Vibration generating machines-Guidance for selection-Part 1：Equipment for environmental testing(ISO 108131：2004，IDT)200912-01实施丰瞀鹳鬻瓣訾矬瞥星发布中国国家标准化管理委员会促19GBT 183281-2009ISO 108131：2004目 次目自言I引言

2、-1范围-。12规范性引用文件”13术语和定义14振动试验要求141振动试验目的142试验方法15振动发生器的主要类型和特性参数“351振动发生器的主要类型352主要参数353箱；性-。454电动振动发生器、液压伺服振动发生器和机械式振动发生器之间的比较96振动发生器选择的建议1161振动发生器类型选择1162设备规格参数的选择1l63部件的选择13附录A(资料性附录)选择的示例18附录B(资料性附录)IEC试验方法标准中有关振动严酷程度的规定”20参考文献22前 言GBT 183281-2009S0 10813-1：2004GBT 18328-2009(振动发生设备选择指南分为3部分。本部分

3、为GBT 18328-2009的第1部分，其余部分以后制定。本部分等同采用国际标准ISO 108131：2004(振动发生设备选择指南第1部分：环境试验设备(英文版)。本部分等同翻译ISO 108131：2004以及其勘误ISO 108131：2004Cor1：2006，在标准结构和技术内容上与其完全一致。为便于使用，本部分编辑性修改内容如下：删除了ISO 108131：2004的前言，重新编写了本部分前言；将“ISO 10813的本部分”一词改为“GBT 18328的本部分”或“本部分”；用小数点符号“”代替英文中作为小数点的逗号“，”；根据勘误IsO 108131：2004Cor1：200

4、6对相关部分进行了修改；对ISO 108131：2004引用的其他国际标准，有被等同采用为我国标准的，用我国标准代替相应的国际标准，未被等同采用为我国标准的直接引用国际标准。本部分是对GBT 18328-2001(振动台选择指南部分内容的修订。本部分与GBT 18328-2001相比主要变化内容如下：修改了标准名称；调整了标准结构，并在标准技术内容上有很大的变化；增加了引言；充实了附录A中的内容；增加了附录B。本部分自实施之日起代替GBT 18328的环境试验部分。本部分的附录A和附录B为资料性附录。本部分由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会(sAcTc 53)提出并归口。本部分负责

5、起草单位：北京机械工业自动化研究所。本部分参加起草单位：长春试验机研究所有限公司、苏州试验仪器总厂、苏州东菱振动试验仪器有限公司、浙江大学。本部分起草人：朱晓民、王晓华、栾海英、王学智、武元桢、江运泰、陈章位。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 18328-2001。CBT 183281-20091so 10813-1：2004引 言如果进行某些试验需要购买新的试验设备，或者更新已有的装备，或在试验室人员推荐的试验装备之中进行选择，甚至提供服务的实验室自己要完成试验，选择一个合适的振动发生设备是急待解决的问题。如果能够同时考虑到以下各种因素，这类问题就可以很容易地解决了。试验的类型(

6、环境试验、常规试验、强化试验、动态结构试验、故障诊断、校准等)；试验要求；试验条件(单一振动模式或复合振动模式、单纯振动试验或复合试验，例如动力学试验加气候试验)；试验对象。本部分只涉及在环境试验中使用的设备并提供了主要是满足环境试验要求的那些设备的选择方法。但是，用户应该谨记的是，特殊的试验条件和试验对象对选择有重大影响。因而，激励一个被安放在振动发生设备台面上的气候实验箱中的试件，或激励具有各方向多谐振的大尺寸和(或)复杂形状的试件，需要的设备要比假设激励相同质量的刚性物体而依据本部分的方法所选定的设备要大。遗憾的是诸如这方面的问题很难被标准化，所以未纳入到本部分中。如果希望试验设备能够用

7、于不同类型的试验，那么在选取设备时宜充分考虑到所有可能的应用。GBT 18328的后续部分将涉及选取的振动发生器既适用于环境试验又适用于动态结构试验两种类型试验这一问题。在本部分中假定所选择的试验系统能够驱动受试试件达到规定的量级。为了能产生所期望的激励，宜使用合适的控制系统。控制系统的选择将在以后其他的标准中予以考虑。这里要强调的是，振动发生系统是相当复杂的机械设备，所以需要具备一定的工程判断能力才能做出正确的选择。因此，当买方选择振动试验设备时，可以借助第三方的帮助。在这种情况下，本部分能够帮助买方确定是否可接受第三方所提供的解决方案。设计者和制造厂商也可以利用本部分来评估市场情况。GBT

8、 183281-2009$0 10813-1：2004振动发生设备选择指南第1部分：环境试验设备1范围GBT 18328的本部分给出了根据试验要求选择用于振动环境试验的振动发生设备的方法指南。本部分包含了以下方面的选择内容：设备类型；设备规格参数；主要部件(不包括控制系统)。注：附录A给出了一些选择示例。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 18328的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB

9、T 7670电动振动发生系统(设备)性能特性(GBT 7670-2009，ISO 5344：2004，IDT)GBT 10179液压伺服振动试验设备特性的描述方法(GBT 10179-2009，ISO 8626：1989，IDT)ISO 2041振动与冲击词汇ISO 15261振动与冲击发生系统词汇3术语和定义GBT 7670、GBT 10179、ISO 2041和ISO 15261确立的术语和定义适用于本部分。4振动试验要求41振动试验目的振动试验的目的是考核产品在规定严酷程度的振动负荷下保持其工作特性和完整性的能力。根据任务的不同，试验可以分为功能试验、强度试验和耐振试验。强度试验用来评估

10、产品承受规定的严酷程度振动并在激励卸除后维持正常工作状态的能力。在进行强度试验时，振动可能会导致产品的机械损伤(疲劳)，从而可以用来预计产品在承受振动状态下的使用寿命。耐振试验用来评定产品在振动条件下运行和维持工作参数在可接受范围内的能力。通常在进行耐振试验时，产品在正常工作条件和受振状态下可以工作到规定的时间而不产生机械损伤，产品在运转期间的缺陷和故障宜被记录下来。42试验方法421概述试验室振动试验方法可使用各种形式的正弦和多频激励：如定频正弦、扫描正弦、随机(窄带或宽1GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004带)以及混合式的。除此以外，激励可以是多向的或多点的、或多

11、向多点的。试验规范通常采用下列的波形：定频正弦；扫描正弦；宽带随机；时间历程；正弦拍频。以上的试验波形在422425中进行了简要的描述，其主要方面已由国际电工委员会(IEC)予以标准化(见参考文献1至4)，然而，用户宜明了对于特殊的应用场合可以使用其他不同的波形。附录B中给出了由IEC标准规定的有关试验方法对试验激励(从而对试验设备)的要求。422正弦振动4221定频正弦振动该激励是在感兴趣的频率范围内，连续施加给试件的一组规定幅值的单频正弦振动过程。手动调整频率和幅值，并由控制系统来保持位移和加速度的幅值。设置的试验条件包括频率范围(频带)、单个的固定频率、试验持续时间和位移、速度或加速度的

12、幅值。4222扫描正弦振动这种激励是在低频段由位移，在高频段由加速度定义的等幅正弦信号。它在感兴趣的频率范围内，连续的从低频限扫到高频限，或反之。交越频率一般位于10 Hz500 Hz的范围内。由专门的控制系统来保证位移和加速度的幅值。在扫频期间，试件的机械谐振以及在机械和性能上的异常表现都将被观测和识别。要确定的试验条件包括频率范围、位移和加速度幅值、交越频率、扫描率和试验持续时间。423宽带随机振动在感兴趣的频率范围内，由近似实际工作条件的加速度谱密度形状所确定的宽带随机激励是在工作台面或试件的控制点处产生的。其试验条件包括试验频带内加速度谱密度的量级。424时间历程法该试验是对试件施加一

13、时间历程的激励，这个时间历程是用具有模拟短持续时间随机力作用特征的响应谱来表示的。时间历程可以来源于自然界的事件(自然时间历程)，或来自随机取样，或作为一个合成信号(人工时间历程)获得。由于耦合方式的组合效果，它用内含宽带响应谱的单一试验波同时激出试件所有的模态。该试验适用于在使用中承受短持续时间随机动态力(例如由地震、爆炸或运输引起的动态力)的试件。要确定的试验条件包括感兴趣的频率范围，所需要的响应谱，时间历程的数值和持续时间，响应的峰值。425正弦拍频法该试验是以预置次数的正弦拍频(见图1)对试件进行定频(其频率可以设为由实际应用得出的经验值或步长改变不超过12倍频程的量值)激励。这些固定

14、频率可以是通过振动响应研究确定的临界频率。要确定的试验条件包括频率范围，试验量级，正弦拍频周期数，正弦拍频次数。控制系统保证其交越频率以下的位移幅值和交越频率以上的加速度幅值。GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004。丽W7rh、 。讯而7rk 。而而h、弋M且瓢且谚y、。j拶。x时间y振幅51载波(试验频率)52包络线(调制频率)。图1 正弦拍频的典型序列5振动发生器的主要类型和特性参数51 振动发生器的主要类型511概述振动发生器是振动发生系统中终端的控制元件，它产生预期的振动并将其传递到被试物体上。振动发生器的类型和性能决定了系统的主要指标，例如产生力的能力，容许负

15、载，位移速度加速度幅值，频率范围和精度指标(允差、失真度、横向运动等)。根据它们的设计原理不同，振动发生器被分为电动、液压伺服、机械、电磁、压电、磁致伸缩等类型。在环境试验中最常用的是电动、液压伺服和机械三种类型的振动发生器。512电动振动发生器这种类型的振动发生器是由一个固定磁场和一个交变磁场的相互作用来产生振动力的。该交变磁场是由运动线圈中的交变电流产生的，运动线圈是一个激励器。包含电动振动发生器的振动发生系统被称为电动振动发生系统。它是由功率放大器、输入信号源和控制系统、测量仪器、磁场电源和辅助设备组成，此系统还可以包含一个辅助台。513液压伺服振动发生器这种类型的振动发生器利用以预定模

16、式变化的液体压力来产生振动力。在液压伺服振动发生器中，由伺服阀控制的液压作动器(用液体推动的活塞杆)将力和运动传递到试验对象。包含液压振动发生器的振动发生系统被称为液压伺服振动发生系统。它主要由液压源系统、信号发生器、闭环控制系统、测量和辅助设备组成。514机械式振动发生器这种类型的振动发生器是利用机械转动能量加以转换来产生振动力的。它又可以分为直接驱动式和反作用式两种类型。在直接驱动式振动发生器中，试验对象被诸如连杆、曲柄或凸轮等传动机构直接驱动。在反作用式的振动发生器中，不平衡质量的旋转运动(或往复运动)产生离心力。包含机械式振动发生器的振动发生系统被称为机械振动发生系统。52主要参数GB

17、T 7670和GBT 10179分别规定了电动振动发生器和液压振动发生器的性能特性。其中主要特性指标如下：额定力；允许静态负载；3GBT 183281D2009ISO 10813-1：2004频率范围；位移、速度、加速度限值失真度；横向运动比；台面运动的不均匀度；共振频率。53特性531电动振动发生器电动振动发生器的典型性能参数见表1。制造商会提供振动发生系统额定力值的各种系列或等级。当用户从某个某厂商处购买或者在自身使用的几套系统中进行选择时，推荐使用实际的规格单。表1 电动振动发生器的性能参数额定力功率放大器 空载最大最大负载运动系统输出 频率范围 最大位移 最大速度 加速度 的质量N H

18、z (res) kgVA (ms2) kg315 63 513 000 25 04 200 10 01663 19 51 000 25 04 300 1_5 02125 625 58 000 50 08 500 20 025250 165 58 000 80 1_3 650 40 038500 400 57 000 80 13 800 100 0621 000 1 000 55 000 125 20 1 000 250 102 000 2 000 55 000 125 20 1 000 750 204 OOO 4 000 54 000 125 20 1 000 2000 408 000 8 0

19、00 53 500 125 20 1 000 3000 8016 000 16 000 53 000 125 Z0 1 000 4000 16032 000 32 000 52 500 125 20 1 000 5000 32064 000 64 000 52 000 125 20 1 000 1 0000 640128 000 128 000 51 800 125 20 1 000 2 0000 1280200 000 200 000 51 600 125 20 1 000 31250 2000注：不能同时获得各项振动参数的上限值。电动振动发生器的主要特点如下：任何形式的激励都可以实现：正弦

20、(定频和扫频)、随机(宽带和窄带)等。易于控制(手动和自动)。频率范围宽：05 Hz15 000 Hz(典型频率范围是5 Hz5 000 Hz)；通常额定推力越低频率范围的上限越高。位移较大：最大可达士25 ram(典型的可达到士125 mm)；加速度：最大可达l 500 ms2(典型的可达到1 000 ms2)。额定力较大：最大可达400 kN(典型的可达到200 kN)。允许负载较大：最大可达4 000 kg(典型的可达到1 000 kg)。谐波失真度低：约为5，不包括由于振动发生器和负载之间的谐振而使失真度增大的频带。台面横向运动和不均匀度：约为lo，不包括由于运动系统共振或试验负载偏置

21、而引起非期望振动的频带。GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004电动振动发生器的一个缺点是在其台面上存在磁场。但是利用专门的补偿装置，可以将其减小到大约0001 T。此外，额定力不是在整个频率范围内都可达到的，在低频段受额定行程限制，在中频段受到额定速度限制，在高频段则受到运动系统共振的限制。所能达到的加速度取决于负载质量的大小。GBT 7670规定了六种试验质量m。、m。、m。、m，。、m。、m。其中第一个质量为零即空载，其他的那些分别相应于台面所能产生的最大加速度：10 ms2、4：0 ms2、100 ms2、200 ms2和400 ms2。图2表示的是电动振动发生器

22、在各种试验质量下其加速度(位移、速度)相对于频率的典型曲线。x频率，Hz；y加速度。ms21位移限值；2速度限值；3最大加速度。10 100图2 电动振动发生器的典型额定性能曲线对于随机振动，其随机激振力的额定值按其加速度功率谱密度瓯(，)来定义，单位为(ms2)2(Hz)(见GBT 7670)。_厂2 000 Hz，甄(，)，6，氟(力=0，(，)一0。其中：，l频率范围的下限值；，2等位移和等速度范围间的交越频率，3等速度和等加速度范围间的交越频率，4对应第一段功率谱密度限值的频率；，5对应第二段功率谱密度限值的频率；，6频率范围的上限值；瓯一瓯南。GBT 183281-2009ISO 1

23、0813-1：2004100X频率，Hz；y加速度，ms21位移限值；2速度限值；3最大加速度。图4液压振动发生器的典型额定性能曲线液压伺服振动发生器的加速度功率谱密度曲线如图5所示。其波峰因数(峰值与有效值之比)不宜小于3。8X频率f，H2；Y加速度功率谱密度氟。图5液压伺服振动发生器的加速度功率谱密度曲线(引自ISO 8626)533机械式振动发生器机械式振动发生器典型的性能参数见表3。GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004表3机械式振动发生器典型的性能参数额定负载kg 频率范围Hz 最大位移mm 最大加速度(ms) 运动系统的质量kg5 5100 士5 150 0

24、3325 5100 土5 150 16650 5100 士5 100 50100 580 士3 100 100250 580 土3 50 50o500 580 士3 50 10001 000 580 士25 50 2000机械式振动发生器的主要特点如下：只能是定频正弦激励；难于控制；频率范围小：01 Hz300 Hz(典型的频率范围5 Hz100 Hz)；位移小，一般在5 mm的量级之内，在次声频(亚音频)范围可以提高到100 mm加速度小，最大可达300ms2(典型的不超过150ms2)；允许负载最大可达几吨(典型的是几十到几百公斤)；谐波失真度较大(约为15到25，在高频段有窄带背景噪声)

25、；横向运动大，在25的量级之内；工作台面无磁场；设计简单；成本低；位移(速度，加速度)不取决于负载质量；位移不取决于频率。54电动振动发生器、液压伺服振动发生器和机械式振动发生器之间的比较三种类型振动发生器的主要性能比较见表4。表4电动振动发生器、液压伺服振动发生器和机械式振动发生器之间的比较振动发生器的类型参 数电动振动发生器 液压伺服振动发生器 机械式振动发生器额定力kN 01400 510 000 05150负载kg 1 000 5 000 500位移mm =t：25，典型的为士125 士200。典型的为土50 士100，典型的为土5加速度(空载)(ms2) 1 500，典型的为1 00

26、0 1 000，典型的为100 300，典型的为1000520 000。 0800 01300频率Hz 典型的为55000 典型的为1200 典型的为510025，最大可达25， 在固有频率以下为15，谐波失真度 20以上在某些频率处更大 在固有频率以上为5510，最大可达25，横向运动 510 20以上在某些频率处更大510，最大可达25，台面不均匀度 25 510在某些频率处更大GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004表4(续)振动发生器的类型参 数电动振动发生器 液压伺服振动发生器 机械式振动发生器台面磁场强T oOOl或以上 无 无对负载偏置的敏感性 高 低 高激

27、励类型 全部 全部 固定频率成本 高 高 低10图6给出了三种振动发生器的典型应用范围。0 1oOOloooolx频率，Hz；y速度，ms；1液压伺服振动发生器2机械式振动发生器；3电动振动发生器。10 100 1 coo 10 000 Z图6三种振动发生器典型应用范围的比较GBT 183281-2009ISO 108131：20046振动发生器选择的建议61 振动发生器类型选择根据振动试验要求，所选的振动发生器应能在特定频率，或频率范围f。-f内，使质量为m，的负载按照规定参数：位移d，加速度a或加速度功率谱密度吼(，)产生所要求的振动，且能满足允许的谐波失真度、横向运动、台面运动的不均匀度

28、和在台面附近的磁场等要求。为此要根据试验任务的要求以及53和54所描述的振动发生器的性能和特性来选择振动发生器的类型。对于高频(1 000 Hz以上)的试验，可供选用的只有电动振动发生器。对于低频(次声频范围)的试验，最好选用液压伺服振动发生器。对于中频(200 Hz以下)的试验，三种类型的振动发生器都可以选用。对于大位移(士25 mlTl以上)的试验，一般宜选用液压振动发生器。对于随机振动试验，电动和液压伺服振动发生器都可以选用。对于大型负载(大于1 ooo kg)的试验，以选择液压伺服振动发生器为佳。若所需完成的试验有使用各种振动发生器的可能性，则应进一步考虑精度特性，如允许的谐波失真度、

29、横向运动、台面不均匀度和在台面附近的磁场大小。若试验不允许有磁场，则这实际上排除了或很大程度上限制了选用电动振动发生器的可能性，否则可优先选用电动振动发生器。但是，如果在精度特性上没有严格限制，则可选用机械式振动发生器，以便节约试验费用。对于低频且要求大位移、大推力的试验，宜选择液压伺服振动发生器。对于要求具备较宽的频率范匿和小位移、大加速度的试验，宜选用电动振动发生器，它在正弦激励时产生的失真很小且在随机激励时能实现精确的控制。对于随机振动，液压伺服振动发生器和电动振动发生器都可以使用。通常所选振动发生器的额定性能应该比试验条件所要求的为高。62设备规格参数的选择621概述对一个振动发生系统

30、的主要要求是，它应该能够按照试验条件使负载，在频率，处或频率范围，L，H内，以最大位移d一、最大速度。一、最大加速度n或以规定的加速度功率谱密度氟(，)产生振动。选择满足规定试验条件的振动发生系统性能参数的程序见622-627。所确定的性能决定了被选用的振动发生器的特定规格。在用公式(1)公式(10)进行计算时需要一些数据，这些数据应由制造厂商提供。622频率范围振动试验系统的频率范围应该大于试验要求的频率范围。所确定的系统频率范围受若干因素制约。系统在低频工作时，对于振动器隔离系统、放大器的低频响应、甚至加速度计的低频响应都应该考虑进去。振动试验系统标明的上限工作频率通常为运动部件共振频率的

31、11倍。这个数值是一般化的原则，因为在试验中运动部件和产品的动态性能可使系统在某一个轴上产生极大的超出预期的振动。在系统性能的说明书中将会发现“可使用”这个术语，它的含义是最后的结果是不可预知的，而且适合进行试验的频率范围只能由最终的用户来决定。一般来说，试验中的频率范围上限主要取决于夹具、辅助台和设备的动态特性。623最大加速度振动试验系统的最大加速度是在运动部件连续工作且不会产生过度机械疲劳和过应力条件下而确】GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004定的最大加速度量级。最大加速度的量级将确保运动部件具有一个与其使用周期和工作强度成比例的合理寿命。因为系统的最大加速度和

32、力还和放大器的电流值成比例关系，所以大多数系统在设计时，放大器仅提供产生最大加速度和力够用的电流。然而，有这样的情况，放大器可以提供的电流比驱动系统达到最大的力和加速度所需的电流大得多。如果是这种情况，有可能使系统在工作时超过规定的限值，这将会缩短振动发生器的工作寿命，所以是不可取的。624力根据运动件总质量m：一m。+m。和给定的加速度n可由公式(1)确定出振动发生器产生的力F：Fm。a一(m。+m。)n (1)式中：m。振动发生器运动部件的质量(见表1和表2)；m，试件的质量，包括试验夹具和辅助台的质量。对于正弦试验，力F可用F。表示：F。一(m。+m。)口。 (2)式中；n规范规定的最大

33、加速度。对于随机试验，力Ft可根据m用公式(3)表达。F，一(m。+m，)n， (3)式中：“宽频带内的均方根加速度；n，一瓯(_厂)Af172乱(，)，范围内的加速度功率谱密度。为便于试验，公式(4)通常是在工作频率范围Af内将加速度功率谱密度西。(，)规定为一段顶部平坦的矩形曲线的假定条件下得到的。625运动部件的质量运动部件的质量m。是由试件质量m，和表1、表2和表3中振动发生器的最大负载决定的。作为一次近似，可以假定m。等于运动系统的质量并按表中负载质量所对应的那一列取值也即等于试件的质量，或运动系统质量按试件的质量取值。另一种方法是依据t,n。、n和n。的数值，用公式(5)计算得到：

34、m。一m。竺三一一 口0一日mu式中：n。振动发生器的空载最大加速度(m。一o)，可从表1、表2和表3中得到。626额定行程电动振动发生器运动部件额定行程s。的定义为：相对无负载系统的平衡位置向下的最大行程。它与最大位移幅值d。；、运动总质量m，和带负载质量m，的运动系统固有频率，z相关：SL州n一址+鼎(6)式中：z。在有负载情况下产生的相对于平衡位置的静位移；g。标准重力加速度。公式(6)可用无负载运动系统的固有频率，e改写成公式(7)： S。d一+kd眦。+厶+如一d+塑i舻(7)】2或公式(8)GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004s。d一+ia0南式中：l，运

35、动系统在其自身质量作用下的静位移；如在负载状态下运动系统产生的附加静位移。对于液压伺服振动发生系统，额定行程s。由公式(9)定义为以峰峰位移而定的活塞额定行程。s。zd一一涛式中：频率范围的下限值。上述所有的计算公式只有当振动发生器与基础是刚性安装时才能成立。否则，例如使用隔振器时，额定行程将小于以振动器体位移d。值计算出来的额定行程：dbd一=! (10)mb式中：m：运动件总质量；振动器体质量。注1：如果振动发生器安装有运动系统补偿装置，则5。一d一。注2：如果试验频率贯穿隔振系统的共振频率，且运动的总质量很大，振动器的台体将会剧烈振动，使得试验控制非常地困难。627最大速度对于电动振动发

36、生系统和液压伺服振动发生系统，最大速度。一是由最大位移d一和等位移范围与等速度范围间的交越频率(大约20 Hz)确定的并按公式(11)计算：口一一27，td (11)通常，电动振动发生系统和液压伺服振动发生系统的最大速度为2 ms。注：为了求得位移d和速度。的幅值，最好采用作为频率函数的位移、速度和加速度的诺谟图。63部件的选择631概述为了达到所要求的振动发生系统的性能特性，除了振动发生器外，还应正确选择系统的部件，如电动振动发生系统的功率放大器和液压伺服振动发生系统的液压源系统和伺服阀。对应于公式(12)公式(23)计算所需的数据或如图7图9的图表应由制造商提供。632功率放大器的选择63

37、21概述功率放大器用于给电动振动发生器提供电流。要求其输出功率从数十瓦到数百千瓦，以产生数十牛顿(N)到数百千牛顿的力。功率放大器的负载是随频率而变化的动圈的复阻抗。功率放大器应满足下列要求：输出功率要与振动发生器在规定频率范围内产生的规定力相符；失真度低(小于12)；背景噪声低(信噪比不小于50 dB)；连续工作能力(典型为8 h)；在系统动圈发生故障的情况下仍能稳定工作。6322输出功率功率放大器的视在功率P可由公式(12)确定，单位为伏安(VA)；13GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004P：=UJ (12)式中：u动圈的端电压，单位为伏(V)；卜一通过动圈的电流

38、，单位为安(A)。输出电压可由公式(13)确定：UEo 4-(R4-j乩)I (13)式中：E。反馈电动势，E。=Blv；R动圈电阻m一角频率；L动圈电感；B在动圈工作气隙中的磁通密度；z动圈导线的总长度；r动圈速度。实际上，为了确保在等速度与等加速度范围间的交越频率上获得所要求的力，了解放大器的最大输出功率是十分必要的，该交越频率通常位于30 Hz100 Hz范围内。注：在30 Hz时，=2 ms；口一一400 ms2；在80 Hz时，一2 ms，d=1 000 ms2；在100 Hz时，=17 ms，口_，=1 000 ms2。此时E。(R+jL)I，因此电压可由近似公式(14)求得：uE

39、。一Bl口一了Fv式中：F激振力。则所需要的最大视在功率由公式(15)确定：PUI=Fv (15)公式(14)的所有参数都是用均方根表示。通常，由振动发生器产生的力和速度也可用峰值F附-，和来表示。这种情况下，视在功率P按公式(16)计算： P一05。m一(16)式中：TJpeat峰值时的速度。6323线圈电流动圈的电流由公式(17)确定：Io5 111塾! ( )IT 17U输出电压u受到功率放大器输出级元件的电源电压的限制。若它们是晶体管，则限制电压为50V150V。6324放大器负载输出功率以及输出电流和电压取决于放大器负载(即动圄)，这些阻抗是随频率而变化的，如图7所示：GBT 183

40、2812009Iso 108t3-1；200410 100x频率，Hz；Y阻抗，0；1悬挂的机械共振；2运动线圈部件的一阶共振。图7放大器负载阻抗的示例负载阻抗是由线圈的电参数以及线圈的运动而确定的，并按公式(18)计算：ZUZR。+j乩。+Z。 (18)式中；R。线圈的电阻性负载；L。线圈的电感性负载；m一角频率；z。由线圈运动所产生的附加的电容性负载，z。一o5kk12；F力；y线圈速度；卜一电流。在接近直流(Dc)的低频处，线圈阻抗近似于电阻性负载R。，电感分量随频率增加。由于反电势的作用，线圈的阻抗在线圈悬挂的机械共振频率处达到最大值。这个频率落在7 Hz60 Hz的范围内。在所谓的机

41、电共振频率处(200 Hz400 Hz)，负载再次成为电阻性的，且近似等于R。当频率进一步增高时，线圈阻抗随电感分量的增加而再次增加。6325对放大器选择的建议阻抗z、电流I和电压u与频率的典型关系曲线如图8所示。GBT 183281-2009150 10813-I：200410 100d等位移；卜等速度；c等加速度X频率，Hz；Y阻抗、电压或电流；1阻抗；2电压；3电流。图8 阻抗、电流和电压和频率的典型曲线输出功率是在从等速度向等加速度转换的交越频率，2处达到最大输出功率。为了更有效地使用功率放大器，其参数宜通过匹配的变压器与振动发生器阻抗相匹配。现代晶体管放大器一般不需要匹配变压器，并可

42、直接与电动振动发生器连接。用户可以从两种主要类型的功率放大器中选取：线性型和开关型。后者效率高(为8590，而线性功率放大器在同输出能力条件下，仅为4055)且可以大幅度降低运行费用，特别是对于功率为数十千瓦的大功率放大器。633液压油源的选择液压油源的主要参数是供油平均流量(乙，它取决于给定供油压力下的最大振动速度。和额定力F。这种特性曲线的各种模型在形式上略有不同。有关规定的模型中所述及的各参数之间关系的技术资料通常由制造商以表或图形(表格、诺谟图等)的方式提供。图9给出了图形表述的一个示例。以速度”和额定力F为基本参数，利用此诺谟图就能确定所要求的油的平均流量(b。GBT 183281-

43、2009IS0 10813-1：2004， ， ， J 一 JJrJ ， 7 ，。霁 J， J， 一， ，。，7 一一J，7，_ 磊 易 ，二：二： 二 ： 二叶工，r；一。 蓍 蘸 -r，；， 一；一 一J一J一一rJ舌，。jr 乡i Jr7二 一 吐一7，一 J，多 乡 群二卅，一一，一x口。，ms；yQ。，lrain。图9用于估算供油平均流量Q卫(P=28 MPa)诺谟图的示例按下述方法能够实现对(k的粗略计算。通常，力(此为压力)被部分地消耗了，用以克服重力的作用。于是，将最大力F和压力P再分成动态力分量Fm、Pm和静态力分量E。、P。并通过公式(19)和公式(20)联立起来。kn。m

44、。一spPm(19)只。一g。m：=SDP。 (20)式中；s。作动器油缸活塞的有效横截面积；g。标准重力加速度。假设液压油源系统的压力损失忽略不计，则所需的供油平均流量(k能按公式(21)计算：0Q。=詈铀s，(21)由公式(19)到公式(21)导出公式(22)： Q一导虹鼍营舻若系统模型配备了重力补偿装置，公式(22)可以简化成公式(23)： Q一导堕学!(23)丌 r当考虑系统损失的情况时，按公式(22)或公式(23)所获得的结果宜乘上系数1112。GBT 183281-2009ISO 10813-1：2004A1概述附录A(资料性附录)选择的示例确定系统要求的过程能够简化成一般的机械步骤。然而，还应根据实际经验和具体项目的技术知识考虑许多问题。以下的示例中认定被检测设备的质