電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)常見問題分析

鄭明雄，李凌霄

（武漢賽寶工業(yè)技術(shù)研究院有限公司，武漢 430024）

引言

電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)是目前使用最廣泛的一種振動(dòng)設(shè)備，代表著我國試驗(yàn)設(shè)備的較高水準(zhǔn)，主要運(yùn)用于軍工、航天航空、國防、汽車零部件、電子電工、船舶、軌道交通、通信等諸多領(lǐng)域，為產(chǎn)品的環(huán)境及可靠性測(cè)試提供測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)。本文針對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)中常見的幾種問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與總結(jié)，通過工作經(jīng)驗(yàn)給出相關(guān)解決方案，對(duì)試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供保障。

1 振動(dòng)試驗(yàn)的目的

物體或質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于平衡位置所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫振動(dòng)。振動(dòng)又分為正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)、復(fù)合振動(dòng)、掃描振動(dòng)、定頻振動(dòng)。振動(dòng)試驗(yàn)是指評(píng)定產(chǎn)品在預(yù)期的使用環(huán)境中抗振能力而對(duì)受振動(dòng)的實(shí)物或模型進(jìn)行的試驗(yàn)，考核產(chǎn)品能否承受可能遇到的動(dòng)力學(xué)環(huán)境。振動(dòng)試驗(yàn)是環(huán)境試驗(yàn)的一種，它并不一定是再現(xiàn)實(shí)際環(huán)境，它是在實(shí)驗(yàn)室里通過專用的振動(dòng)模擬設(shè)備來模

擬產(chǎn)品在實(shí)際使用中所遇到的振動(dòng)環(huán)境，用來確定產(chǎn)品的機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)和性能下降情況，提高產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性，為產(chǎn)品的改進(jìn)、分析提供依據(jù)。

2 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)介紹

常見的振動(dòng)臺(tái)有機(jī)械振動(dòng)臺(tái)、電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)、電磁振動(dòng)臺(tái)以及液壓振動(dòng)臺(tái)等。其中電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)頻率范圍寬，小型振動(dòng)臺(tái)頻率范圍為（0～10）kHz，大型振動(dòng)臺(tái)頻率范圍為（0～2）kHz，動(dòng)態(tài)范圍寬，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)控制，目前使用最為廣泛。

3 常見問題及分析

電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由傳感器、控制儀、功率放大器、振動(dòng)臺(tái)四個(gè)部分組成，如圖1 所示。傳感器固定在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體或夾具甚至樣品的合適位置處，將采集到的信號(hào)輸入至控制儀中，經(jīng)過電腦軟件的分析處理，再由控制儀將輸出信號(hào)傳送至功率放大器，再由功率放大器控制振動(dòng)臺(tái)的激振力，達(dá)到設(shè)定的試驗(yàn)條件。由此可見，整個(gè)環(huán)節(jié)形成了一個(gè)閉環(huán)，如果電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，在排除設(shè)備本身故障的前提下，那么必定是此閉環(huán)中的某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了開環(huán)現(xiàn)象所致。

圖1 電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成

列舉常見的5 種現(xiàn)象：①系統(tǒng)報(bào)警：通道開；②系統(tǒng)報(bào)警：驅(qū)動(dòng)最大；③預(yù)試驗(yàn)無法通過；④臺(tái)體異響；⑤水平滑臺(tái)位移受限。現(xiàn)將兩臺(tái)電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)近一年內(nèi)出現(xiàn)的故障數(shù)進(jìn)行匯總，如圖2 所示。

圖2 近一年內(nèi)兩臺(tái)電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)故障數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.1 系統(tǒng)報(bào)警：通道開

在正確設(shè)置試驗(yàn)條件的前提下，偶爾會(huì)發(fā)生在預(yù)試驗(yàn)階段或起振一段時(shí)間后出現(xiàn)通道開的報(bào)警信息，此類現(xiàn)象最為常見，一般多為某個(gè)特定通道傳感器連接不牢固所致，理應(yīng)優(yōu)先針對(duì)報(bào)警信息對(duì)應(yīng)的通道進(jìn)行檢查，常見故障位置多為：①傳感器與臺(tái)面粘連處；②傳感器與信號(hào)線連接處；③信號(hào)線與控制儀通道連接處。經(jīng)檢查后，若各處并無問題，則考慮是否為信號(hào)線或傳感器故障所致，通過換通道或者傳感器進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 系統(tǒng)報(bào)警：驅(qū)動(dòng)最大

此故障現(xiàn)象也是較為常見，經(jīng)常出現(xiàn)在試驗(yàn)過程中。特殊情況便是同一個(gè)試驗(yàn)條件，同一套設(shè)備，上次做還能順利做完，到了這次試驗(yàn)卻不斷出現(xiàn)報(bào)警中斷的情況，著實(shí)讓人頭疼。基于這種報(bào)警現(xiàn)象，原因上分析，大多數(shù)是由于功放輸出不足所致，此時(shí)最簡(jiǎn)單的方法便是將功放增益調(diào)至最大，若仍然不能解決問題或原本增益便是在最大狀態(tài)下工作，那么便考慮是此次試驗(yàn)條件超出設(shè)備的最大能力，需要更換設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。而對(duì)于上面所說的特殊情況，則是考慮到試驗(yàn)條件已經(jīng)觸碰到設(shè)備的極限值所致，由于每次試驗(yàn)的人員、安裝方法、裝夾工具、傳感器布點(diǎn)位置等多因素的變化從而導(dǎo)致相同的試驗(yàn)在相同的設(shè)備上無法順利進(jìn)行。此類故障一般情況下在試驗(yàn)開啟前的試驗(yàn)?zāi)芰怂氵^程中做好能力計(jì)算便能進(jìn)行規(guī)避。

3.3 預(yù)試驗(yàn)無法通過

在設(shè)置好試驗(yàn)條件以及確定各連接處完好的情況下，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)預(yù)試驗(yàn)無法通過的現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)檢查設(shè)備參數(shù)，評(píng)估試驗(yàn)量級(jí)、振幅、速度，以及計(jì)算試驗(yàn)所需推力均符合試驗(yàn)?zāi)芰σ螅侨詿o法正常通過預(yù)試驗(yàn)。此種情況的原因大致分為兩類：其一便是電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)開環(huán)所致，此時(shí)系統(tǒng)在出現(xiàn)預(yù)試驗(yàn)無法通過的報(bào)警信息后還會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)最大的報(bào)警信息，此時(shí)需檢查電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的各處連接點(diǎn)以及功放輸出是否正常，通過對(duì)故障點(diǎn)復(fù)位來進(jìn)行處理；其二便是由于試驗(yàn)量級(jí)過低所致，若傳感器的靈敏度不算太高，試驗(yàn)量級(jí)較小，而一般情況下預(yù)試驗(yàn)的默認(rèn)量級(jí)設(shè)定值僅為滿量級(jí)的10%，會(huì)造成傳感器無法正常接收信號(hào)的情況發(fā)生，此時(shí)可以通過設(shè)置頁面降低傳感器量程進(jìn)行處理（見圖3）。若此時(shí)預(yù)試驗(yàn)量級(jí)仍未達(dá)到傳感器最低識(shí)別要求導(dǎo)致預(yù)試驗(yàn)依舊不通過，則需對(duì)預(yù)試驗(yàn)量級(jí)進(jìn)行調(diào)整，可逐步提升預(yù)試驗(yàn)量級(jí)至滿量級(jí)的30 %、50 %、70 %，甚至滿量級(jí)試驗(yàn)（見圖4）。若仍舊無法啟動(dòng)，則需更換設(shè)備或者傳感器重新進(jìn)行調(diào)試。

圖3 傳感器通道參數(shù)設(shè)置頁面

圖4 預(yù)試驗(yàn)響應(yīng)量級(jí)設(shè)置頁面

3.4 臺(tái)體異響

在正常情況下，振動(dòng)臺(tái)工作時(shí)會(huì)發(fā)出噪聲，以型號(hào)規(guī)格為ES-200LS3-650 的20T 電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)為例，在正常工作中（極限能力80 %以內(nèi)）所產(chǎn)生的噪音是不大于91.4 dB（見圖5）。而在實(shí)際工作中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)較大的異響或臺(tái)體撞擊聲，此類情況主要分為三種：①樣品本身設(shè)計(jì)缺陷所致，其內(nèi)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的松動(dòng)或者斷裂從而產(chǎn)生的異響，此類現(xiàn)象需與樣品提供方進(jìn)行溝通解決；②樣品或工裝夾具安裝不緊實(shí)所致，螺絲松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)過程中出現(xiàn)撞擊從而產(chǎn)生的異響，此時(shí)需中斷試驗(yàn)對(duì)螺絲進(jìn)行緊固；③臺(tái)體及臺(tái)面未對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺產(chǎn)生的異響，一般來說，電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)需對(duì)臺(tái)體、中心氣囊、隔振氣囊進(jìn)行調(diào)試，保證臺(tái)體及臺(tái)面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺，達(dá)到最佳試驗(yàn)狀態(tài)，特別對(duì)于大位移的振動(dòng)試驗(yàn)，標(biāo)尺的對(duì)準(zhǔn)是需要嚴(yán)格要求的，否則會(huì)造成振動(dòng)過程中臺(tái)體位移超出設(shè)備極限值，從而產(chǎn)生撞擊發(fā)出異響；然而，仍舊偶爾會(huì)發(fā)生對(duì)準(zhǔn)后依舊出現(xiàn)異響的情況發(fā)生，此類情況多見于大重量設(shè)備樣品，原因在于振動(dòng)過程中樣品重量過大，將氣囊中填充氣體慢慢擠壓出去所致，此類情況需值守人員定期檢查補(bǔ)充氣體。

圖5 ES-200LS3-650 電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)噪聲實(shí)測(cè)值

3.5 水平滑臺(tái)位移受限

水平滑臺(tái)是振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行水平試驗(yàn)時(shí)的輔助設(shè)備，它的作用是在水平方向上將振動(dòng)發(fā)生器的運(yùn)動(dòng)傳遞給試驗(yàn)件。然而，工作中，經(jīng)常有水平滑臺(tái)移動(dòng)受限的情況發(fā)生，例如工作時(shí)有異響、功放報(bào)警、油源報(bào)警等；此類情況也可大致分為以下3 種：①油源未啟動(dòng)，無法潤滑軌道，此時(shí)需中止試驗(yàn)，開啟油源，待油源工作穩(wěn)定后再進(jìn)行檢測(cè)活動(dòng)；②上一次水平滑臺(tái)工作結(jié)束后未進(jìn)行回油處理，導(dǎo)致油路不暢，此種情況簡(jiǎn)單處理方式便是將油源調(diào)至低壓回油工作狀態(tài)，待（3～5）min 后再開啟高壓工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，若仍未解決，則需手動(dòng)調(diào)節(jié)回油開關(guān)進(jìn)行回油處理；③未進(jìn)行“二次倒臺(tái)”操作，導(dǎo)致水平滑臺(tái)并不處于正常工作狀態(tài)，此類故障的影響是十分惡劣的，可能導(dǎo)致水平滑臺(tái)的損傷甚至形變，需及時(shí)中止試驗(yàn)并重新進(jìn)行動(dòng)圈與水平滑臺(tái)的連接，且對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行復(fù)評(píng)估。針對(duì)以上3 種原因，只需在工作中嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程或者操作手冊(cè)進(jìn)行操作，是完全可以避免的。

4 結(jié)論

以上便是日常工作中常見的幾種問題的原因分析與解決方案。在科研生產(chǎn)活動(dòng)中，振動(dòng)試驗(yàn)是故障率相對(duì)較高的檢測(cè)項(xiàng)目，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)進(jìn)度的推遲，甚至?xí)?duì)試驗(yàn)結(jié)果的有效性產(chǎn)生影響，造成時(shí)間和人力上的浪費(fèi)，而其原因一般都為以上常見的幾種，本文通過日常的工作經(jīng)驗(yàn)積累與相關(guān)的技能培訓(xùn)，結(jié)合設(shè)備說明書、設(shè)備操作規(guī)程等相關(guān)資料，對(duì)以上幾種問題的解決方案進(jìn)行總結(jié)，為檢測(cè)行業(yè)的工作者在日常工作中提供參考和幫助。隨著經(jīng)驗(yàn)的不斷積累與更長時(shí)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，爭(zhēng)取日后統(tǒng)計(jì)出更多的故障現(xiàn)象、總結(jié)出更有效的解決方案。