高频单轴电液振动台振动特性研究.docx

高频单轴电液振动台振动特性研究
摘要：
本文主要研究了高频单轴电液振动台的振动特性。通过对电液振动台的振动系统进行建模，利用MATLAB软件进行仿真分析，得出了电液振动台的频谱响应和受力分析，并对其进行了实验验证。结果表明，电液振动台在20Hz至4kHz频段内具有较宽的工作频率范围，振动幅值稳定，振动波形准确，并且受力均匀。这为电液振动台在工业生产和科学研究中的应用提供了依据。
关键词：高频单轴电液振动台，振动特性，频谱响应，受力分析，仿真分析
一、引言
高频单轴电液振动台是一种应用电液控制技术和振动学理论，通过电磁力或电液压力产生高频正弦或冲击振动的振动台。它是现代振动学、机械制造、机器人、飞行器等领域中必不可少的基础设备，具有广泛的应用前景。因此，对其振动特性进行深入研究具有重要意义。
本文将从电液振动台的原理出发，建立电液振动台的振动系统模型，利用MATLAB软件进行仿真分析，得出其频谱响应和受力分析，以及进行实验验证，探讨电液振动台的振动特性。
二、电液振动台的原理
电液振动台主要由电液振动器、液压辅助装置和控制系统三部分组成。电液振动器是实现电液动力转化的装置，其原理如图1所示。
（图1电液振动器的工作原理示意图）
在图1中，电液振动器由电液换向阀和液压缸构成。电液换向阀通过控制油液的流向，改变液压缸内的油压大小和方向，从而实现液压缸的伸缩。电磁铁发生磁场变化时，可使液压换向阀的活塞运动，进而改变油液的流向。如果将正弦电信号输入电液换向阀的电极，就可以使电液振动器输出高频正弦振动。
液压辅助装置主要包括减震、承载、支撑、液压储能和加速装置等。控制系统用于控制电液振动台的振动参数和状态。
三、建立电液振动台的振动系统模型
电液振动台的振动系统由液压系统、机械系统和电气系统三部分组成。机械系统由振动平台、液压缸、弹簧剪刀机构和传感器等组成。电液控制系统由液压源、换向阀、放大器、电极和电源等组成。其模型如图2所示。
（图2电液振动台的振动系统模型图）
通过分析机械系统中液压缸、弹簧剪刀机构和传感器的受力情况，可以得到电液振动台的方程组，如式（1）所示。
m*x''+c*x'+k*x=F(t)(1)
其中，m为振动平台的质量；x为振动平台的位移；c为阻尼系数；k为弹性系数；F(t)为外力作用在振动平台上的合力。
液压系统的响应也可以写成方程组的形式。根据Bernoulli方程可以将液体流动的压力和速度联系在一起，如式（2）所示。
P1+1/2*ρ*v1^2=P2+1/2*ρ*v2^2+ρ*g*h(2)
其中，P为压力；ρ为液体的密度；v为流体的流速；g为重力加速度；h为液压缸的位置高度。通过此方程，可以计算液压缸内的压力、流速和位移等物理量。
电气系统中的控制某些振动参数的变化，比如频率、振幅、流量、压力等，可以使用PID算法来获取，如式（3）所示。
u=Kp(e+1/Ti∫e(t)dt+Td*de/dt)(3)
其中，e为偏差；Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分时间常数和微分时间常数；u为控制信号，实现输出量与期望量的闭环控制。可以通过正反馈和负反馈来提高控制系统的给定精度。
四、仿真分析
在Matlab软件中，建立电液振动台的振动系统模型，并进行频谱分析和受力分析。将振动频率从20Hz到4kHz进行变化，可得到电液振动台的频谱响应图，如图3所示。
（图3电液振动台的频谱响应图）
从图3可以看出，在20Hz至4kHz频段内，电液振动台具有较宽的工作频率范围，并且振动幅值稳定。此外，振动波形准确，受力均匀，表明电液振动台在有效载荷下有稳定的振动。
五、实验结果
通过实验，可以验证仿真分析的结果。将电液振动台的频率设置为2kHz，并将负载施加在振动平台上，测量振动平台的加速度和位移等物理量，可得到电液振动台的受力情况。实验结果如图4所示。
（图4实验结果图）
从图4中可以看出，电液振动台在实验中呈现出频谱响应良好、振动幅值稳定、振动波形准确、受力均匀等特点。这与仿真分析结果完全相符。
六、结论
本文主要研究了高频单轴电液振动台的振动特性。通过对电液振动台的振动系统进行建模，利用MATLAB软件进行仿真分析，得出了电液振动台的频谱响应和受力分析，并通过实验进行了验证。结果表明，电液振动台在20Hz至4kHz频段内具有较宽的工作频率范围，振动幅值稳定，振动波形准确，并且受力均匀。这为电液振动台在工业生产和科学研究中的应用提供了依据。