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激振器按照激振机理分为机械式激振器、电磁式激振器和电液式激振器,其中电液式激振器以其大推力、大行程的特点,已经广泛的应用到许多的重要工程领域,包括地震环境模拟、结构动态性能测试、振动疲劳试验以及设备故障诊断等。随着对工作频率和输出力的需求越来越高,因此高的工作频率和输出力为两个重要主题一直贯穿电液激振的发展。
传统的力马达滑阀式电液激振器或喷嘴-挡板式电液激振器,在某个频率范围,可以通过反馈控制的方法,实时改变伺服阀的开口面积波形,获得所期望振动波形。本论文,2D激振阀也成高频激振阀作为电液激振器的关键部件用于拓展电液激振器的工作频率范围。高频激振阀具有双自由度,具有周向的旋转和轴向的滑动。本文先对高频电液激振器的工作原理进行介绍,然后建立电液激振系统的数学模型,采用仿真的方法得到激振波形,并对波形进行频谱分析,最后搭建试验台,采集实验波形,将实验波形与理论波形进行对比、分析。本文的主要工作和成果如下:
1.高频电液激振器结构设计研究:将高频激振阀阀芯沟槽以及相应的阀套窗口开设为8个,增加了阀芯旋转时的沟通次数以提高频率;齿轮箱设计为单级传动,结构简单,传动流畅;将激振装置中的弹性板直接锁紧在液压缸的安装板上,有效地消除了因为激振装置的间隙而导致系统产生的聚波。
2.高频电液激振器数学建模:建立高频电液激振系统的数学模型,并对整个系统进行MATLAB仿真分析,应用四阶龙格-库塔法对数学模型中的微分方程求解,对整个系统的动态过程,如液压缸两腔的压力变化,液压缸的位移,阀的开口面积变化各波形可以全面的分析。
3.高频电液激振器激振波形频率特性分析:整个系统采用的是两个压力油源,互不干涉,设计两个控制器分别控制高频激振阀阀芯的旋转以及轴向滑动,其双自由度实现激振的幅值和频率的分别控制。首先分析阀窗口面积的变化对液压缸活塞杆位移的影响,然后分析仿真得到的激振波形,最后对激振波形进行频率特性研究,当激振工作频率与液压系统固有频率相同时,产生谐振现象,分析谐振对激振波形的影响。
4.高频电液激振器实验研究:对整个实验台的搭建,实验从低频到高频的波形采集与分析,实验波形的频谱特性分析和实验波形与仿真波形的比较。