運輸振動的等效試驗

1、模擬運輸振動試驗技術(shù)作者：（西安捷盛電子技術(shù)有限責任公司）摘要：運輸振動試驗用于評定設(shè)備在預(yù)期的運輸和使用環(huán)境中的抗振能力，模擬汽車運輸振動試驗臺是一種機械式隨機振動模擬器，是較好地再現(xiàn)汽車運輸振動的實驗室設(shè)備。本文通過對汽車實際運輸環(huán)境振動數(shù)據(jù)與模擬汽車運輸振動試驗臺振動數(shù)據(jù)的分析及對比，論證了模擬運輸試驗科學性， 并提出了模擬運輸振動的方法，供試驗技術(shù)人員參考。關(guān)鍵詞：運輸振動寬帶隨機等效試驗前言運輸振動試驗用于評定設(shè)備在預(yù)期的運輸和使用環(huán)境中的抗震能力。運輸振動傳統(tǒng)用振動、沖擊、碰撞來代替試驗。這樣試驗成本昂貴、技術(shù)復(fù)雜，就我國現(xiàn)有情況來看，還很難普及應(yīng)用，而用正弦 振動來代替隨機振動試

2、驗的方法欠妥。隨著試驗水平的提高，試驗方法的不斷改進，對試驗要求也越 來越高。這些試驗條件遠不能滿足試驗要求。1運輸振動試驗的分析基本運輸試驗是作為固緊貨物的設(shè)備通過陸地、海上或空中運輸時都將遇到這種環(huán)境。陸上運輸環(huán)境比海上或空中更為嚴重，而且所有海上或空中運輸?shù)那昂蠖紝ㄓ嘘懮线\輸，因此以陸上運輸來作為基本運輸環(huán)境。陸上運輸環(huán)境包括公路和鐵路運輸，而公路比鐵路運輸更為嚴重，因此，以公 路運輸來作為運輸環(huán)境。公路運輸?shù)沫h(huán)境是一種寬帶振動，它是由于車體的支撐、結(jié)構(gòu)與路面平度的 綜合作用產(chǎn)生的。通常運輸里程范圍為16002400Km通過對大量跑車實測得到汽車運輸振動的數(shù)據(jù)分析和處理、如圖一汽車車

3、箱振動的時間歷程所示，可得出運輸振動具有如此下的特征：圖一、汽車車箱振動的時間歷程a、汽車運輸振動試寬帶隨機振動，振動的瞬時值基本滿足正態(tài)分布。b、 汽車運輸振動的能量主要分布在0200Hz的頻率范圍內(nèi)。在020Hz頻率范圍內(nèi)能量更 為集中。c、汽車運輸振動在不同頻率下，自功率譜形狀變化不大，總的趨勢是隨頻率增大。自功率譜密度逐漸減小，并在 2Hz和10Hz左右各出現(xiàn)峰值。d、汽車底板的振動量值（總有效值）因不同位置、不同方向、不同載荷、不同路面、不同 車速而異。2運輸振動試驗的等效模擬就目前的理論水平及技術(shù)條件，完全再現(xiàn)這種環(huán)境有很多困難，目前國內(nèi)運輸振動試驗僅僅是近似的等效模擬試驗，該設(shè)備

4、是一種機械式隨機振動模擬器，是較好地再現(xiàn)汽車運輸振動的實驗室設(shè)備。這種設(shè)備采用了分頻能量近似的模擬思想，即當把功率譜分成幾個頻段。高頻段中的能量應(yīng)該近似一致，并且總能量和功率譜的形狀也近似相同，這樣，就可以為在設(shè)備上得到的振動的功率譜與給定的 試驗功率譜一致。該運輸振動試驗設(shè)備的力學模型如下圖所示：2K1/M圖二、力學模型其中：M1為砂箱和傳動系統(tǒng)等總質(zhì)量；M2為工作臺面和試品的總質(zhì)量；K1為懸掛簧的總剛度；K2為四組板簧和膠輪系統(tǒng)總剛度。圖三、運輸振動試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖該系統(tǒng)為一個典型的二自由度強迫振動系統(tǒng)，其固有頻率特性與汽車相當（不考慮阻尼）。臺面的上下振動是隨機振動，其隨機性由電機轉(zhuǎn)速的

5、不穩(wěn)定（隨機）和鼓輪上凸塊之間的相位變化以及膠 輪在鼓輪上的撞擊來保證。理論分析可以定性說明，臺面的振動量級與鼓輪直徑成反比，與凸塊的高 度、寬度成正比。就目前的理論水平及技術(shù)條件，完全再現(xiàn)這種環(huán)境有很多困難，而只能是一定近似程度的模擬， 在對運輸振動環(huán)境模擬時應(yīng)注意以下幾個問題：a. 在同一種車型，以同一個速度在同一路面上行駛時，其車箱的隨機響應(yīng)滿足平穩(wěn)和各態(tài)歷經(jīng) 假設(shè)。b. 從環(huán)境試驗的角度出發(fā)，在數(shù)據(jù)處理時，主要對瞬時值進行統(tǒng)計。c. 本方案主要對載荷 2500kg，在碎石路上以速度為 35km/h左右的運行狀態(tài)進行模擬。大量的 調(diào)查表明，這種振動狀態(tài)有廣泛的代表性。d. 根據(jù)模擬試驗規(guī)

6、范，被試產(chǎn)品做運輸跑車試驗時，產(chǎn)品應(yīng)裝在車箱的后三分之一位置處。我 們工作重點是摸清該點上， 下方向的振動。其它點及該點的其它方向以及它們之間的相關(guān)性由于受儀 器等條件限制，暫不考慮。5.汽車車箱上一點的上，下方向的振動是寬帶隨機振動。用機械方式達到較高的再現(xiàn)度有困難。實測表明，汽車在公路上行駛的環(huán)境是異常復(fù)雜的，其振動是寬帶隨機振動，振動的瞬時值服從正態(tài) 分布。由于汽車結(jié)構(gòu)所致，其功率譜圖在2Hz、8Hz 左右能量較為集中，形成兩個突出的峰。從理論分析證明，兩個功率譜相似的隨機振動，對經(jīng)受此振動的產(chǎn)品有等效的損傷能力。我們采用分頻段接 近的思想來模擬寬帶隨機振動。 分段帶寬的選擇考慮了汽車結(jié)構(gòu)的固有頻率， 以每一頻段里包含一個 固有頻率點為原則。各頻段的功率譜密度應(yīng)當滿足：S i臺=S i汽其中：S i 臺 是模擬運輸臺臺面一點的加速度在第 i 頻段的均方根值；S i 汽 汽車車箱上一點的加速度在相應(yīng)頻段的均方根值。這里順便指出：有些技術(shù)文件里，關(guān)于運輸振動技術(shù)指標的提法，如振動頻率4Hz,最大振幅26mm等是不科學的，汽車顛簸既然是寬帶隨機振動，其技術(shù)指標應(yīng)該用描述隨機振動的參數(shù)來敘述。不能 把它和單一正弦振動混淆起來。3 總結(jié) 模擬運輸振動試驗的等效模擬試驗設(shè)備是力圖用機械方式將汽車在公路上跑車的振動環(huán)境在實