6T電動振動試驗系統試驗能力估算

李 冬,劉潤波,朱文明,黃栓立

(1.長春軌道客車股份有限公司,長春 130062；2.南京康尼機電股份有限公司,南京 210038）

1 引言

為確保隨機振動和沖擊試驗能夠開展，在試驗前有必要對試驗參數進行初步估算，以判定試驗設備能否滿足要求。本文對航天希爾制造的6T試驗機在試驗前進行能力評估，并提出擴展6T試驗能力方案。

2 6T的限制參數

推力：隨機推力64000N，沖擊推力128000N

加速度：最大加速度981m/s2

位移：最大位移峰值51mm

臺面尺寸：水平臺面2m×1m；垂向臺面1m×1.5m

載荷：垂向臺面允許最大負載為800kg

3 IEC61373試驗參數

3.1 隨機試驗

隨機試驗分長壽命試驗與隨機功能試驗。長壽命試驗是在環境增加的情況下對設計機械結構進行試驗；隨機試驗是證明在可能出現的環境條件下使用時，試驗設備能否正常運行。

由于側門直接安裝于車體，一般選擇1類A級。

3.2 沖擊試驗

沖擊試驗是模擬罕見惡劣工況條件下，驗證操作狀態是否出現變化。

4 IEC61373標準試驗能力估算

（1）推力。隨機試驗中一般采用下列公式對推力有效值進行估算，但有效推力需要乘以3倍得到推力峰值，所需隨機推力峰值不能超過6T隨機推力限定值，計算公式如下：F隨機推力有效值=Ma （1）

F 隨機推力有效值 (N)；M 等效重量(Kg)；a 隨機試驗加速度均方根值 (m/s2）

沖擊試驗一般采用下列公式直接計算沖擊推力峰值。所需沖擊推力不得超過6T沖擊推力限定值，計算公式如下：F沖擊推力峰值=Ma （2）

F 沖擊推力峰值(N)；M 等效重量(Kg)；a 沖擊試驗加速度峰值(m/s2）

6T中等效重量一般包括動圈有效運動質量、驅動桿重量、臺架與試件重量及夾具重量。除了試件的其他等效重量在使用水平臺面試驗時為350kg，在使用垂直臺面試驗時為420kg。

（2）加速度。標準規定了隨機振動試驗加速度均方根值以及沖擊試驗加速度值。如果試驗規范中僅規定了功率譜密度曲線，并未給出總加速度均方根值，可通過計算來得到。由隨機振動理論可以知道，總加速度均方根值等于加速度功率譜密度曲線在其規定的試驗頻率區間的曲線下面積的平方根。加速度總均方根值由曲線下總面積的和經過開方運算得到。

圖 1 功率譜密度曲線圖

A1 升譜曲線所含面積；A2 平直譜曲線所含面積；A3 降譜曲線所含面積

譜圖曲線所含的面積通過譜密度函數在頻率上進行積分算出。

（3）位移。隨機振動試驗中位移計算方法一般為找出位移譜密度曲線，計算出均方根值，再將均方根乘以三倍得出最大峰值移位。如果位移譜密度是曲線，則必須積分才能計算。

5 試驗能力估算示例

某車門產品按照IEC61373 1類A級試驗。試驗產品重150kg，臺架重量450kg，臺架長寬為2m×1.5m。首先評估6T能否滿足需求。

產品質量、臺架重量和尺寸6T均能滿足。試驗能力估算僅考慮最嚴酷條件；隨機試驗時僅評估長壽命試驗垂向試驗；沖擊試驗時僅評估水平縱向試驗，評估過程如下：

隨機推力垂向有效值為4335N，隨機推力垂向峰值為13005N，沖擊推力縱向峰值為47500N,隨機峰峰值垂向位移為7.1mm，沖擊峰垂向峰值為40.5mm

a 加速度峰值為50 m/s2d 試驗加速度脈寬為0.03s

載荷Kg尺寸mm 額定推力N 最大位移mm最大加速度m/s2 6T限定值 800 2.5X1.5 隨機推力 64, 000沖擊推力128, 000N 51 981垂向隨機振動 700 2X1.5 13,005 7.1 0.532縱向沖擊試驗 700 2X1.5 47,500 40.5 50結論 滿足 滿足 滿足 滿足 滿足

經過試驗前的能力估算，6T可以滿足此試驗需求。

6 結束語

本文根據最常用的寬帶隨機試驗圖譜和沖擊譜估算出試驗可能達到的最大推力和位移，通過與6T對比，判定6T能夠滿足試驗需求。通過以下幾個方面考慮進增加6T試驗能力：

（1）擴展縱向尺寸大產品試驗能力。由于車輛門產品中有大開度雙開門臺架縱向尺寸達到3m左右，在6T縱向試驗時無法對中放置水平臺，裝夾后造成整個臺面受力不均勻。設計一個縱向夾具墊高產品試驗，確保產品與夾具對中放置水平臺中心位置，避免產品偏心造成滑臺運動阻力，能夠確保試驗順利完成。

（2）擴展小試件大量級試驗能力。汽車行業或電機行業標準會提出脈寬11ms半正弦波沖擊試驗要求，沖擊加速度峰值為30G。6T雖然沖擊推力較大且試件質量輕，但由于臺體本身質量較重，垂向試驗時仍需要132, 300N沖擊推力，此時已經超過6T能力范圍。如果針對小試件單獨定制一個質量較輕小型垂向擴展臺，通過降低擴展臺質量后所需沖擊推力也隨之降低，從而簡單有效地解決了小試件大量級試驗能力問題。

[1]胡志強，法慶衍，洪寶林.隨機振動試驗應用技術[M].北京:中國計量出版社,1996.

[2]安長暖.隨機振動試驗前的參數估算[J].光電應用技術，2009(04):44-46.