共振式重载液压振动台结构优化及模型控制研究

【摘要】大型军事装备在运输作战过程中会受到强烈的振动冲击，容易引发各种问题，如瞄准具脱落、紧固件松脱等。因此，为提高产品工作可靠性，需要对其进行振动试验，再现装备在实际运输过程中可能受到的振动情况，从中发现设备的潜在故障，进而改进设计。振动试验的开展离不开振动设备——振动台。目前，国外用于军事领域的重载振动台技术较为成熟，但却限制该类产品对我国出口，而国内现有产品和技术难以满足军事装备对该类振动台的性能要求。因此，应某军工企业对重载振动台的研发需求，本文对液压式重载振动台展开研究，主要研究工作及成果如下：（1）针对具体的研发技术指标——位移幅值为80mm，加速度幅值为5g，频率范围为1~200Hz，被试件质量为18t，本论文提出了采用液压驱动的振动台总体设计方案；同时为解决液压式重载振动台存在的技术难题：a)振动台在低频段进行高加速度和大位移幅值振动时，因消耗功率过大导致制造成本和使用成本急剧增加；b)现有液压伺服阀无法同时满足大流量和高频响的需求，本论文提出了一种解决方案，即在激振缸与台体之间串联一个气缸，通过调节缸内气体的压力和体积来改变系统固有频率，使系统在宽频谱范围内振动时产生共振，从而降低振动输入功率和解决高频伺服阀流量不足的问题。（2）设计了实现变刚度特性的系统方案，制造出了变刚度共振系统缩小模型进行试验研究。首先，推导了变刚度系统的理论公式，从理论层面证明了变刚度共振系统方案具有可行性；然后，为验证理论的正确性和设计方案的可行性，设计制造了变刚度系统的缩小模型；最后，分别调节缸内气体的压力和系统负载质量，进行1~90Hz扫频振动试验；分析试验数据得出：共振现象发生时，作用到被试件上的振动幅值较激振源的振动幅值提高了一倍左右，且系统固有频率可通过调节缸内气体的压力和系统负载质量而改变，变化趋势与理论分析趋势一致。（3）对阀控液压缸系统进行控制仿真分析。首先，分析了双喷嘴挡板伺服阀和液压缸的工作机理，在此基础上建立阀控液压缸系统的数学模型及其Simulink仿真模型；然后，通过仿真近似的方法得到各参数之间的关系，建立阀控液压缸系统的逆系统数学模型和仿真模型；最后，分别对系统模型进行PID控制和逆系统控制仿真分析。结果表明，逆系统控制算法具有较好的控制效果。（4）优化设计振动传递及支撑平台——振动台台体，并设计制造出台体缩小模型进行试验研究。首先，针对被试件的吊舱结构，设计台体的总体结构；其次，运用Pro/E和ANSYS软件对台体的内部结构和尺寸参数进行优化设计；然后，对优化设计的台体进行模态分析，研究其动态特性；最后，为验证台体设计分析的正确性，本论文按照等刚度原理，设计制造出实际台体的缩小模型，分别对其进行静力加载和扫频振动试验，试验结果能够反映有限元分析的结果。
【作者】周兴华；
【导师】孙晓；唐可洪；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】重载液压振动台；变刚度共振系统；双喷嘴挡板伺服阀；逆系统控制；参数优化设计；

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