電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)與產(chǎn)品簡(jiǎn)介!
電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)基本上由驅(qū)動(dòng)線圈及運(yùn)動(dòng)部件、運(yùn)動(dòng)部件懸掛及導(dǎo)向裝置、勵(lì)磁及消磁單元、臺(tái)體及支承裝置五部分組成。驅(qū)動(dòng)線圈和運(yùn)動(dòng)部件是振動(dòng)臺(tái)的核心部件,它的一階共振頻率決定著振動(dòng)臺(tái)的使用頻率范圍,由于運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一階共振頻率計(jì)算非常困難,要靠經(jīng)驗(yàn)估算,這常常造成設(shè)計(jì)失誤。702所在80年代末首次將有限元方法用于電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件共振頻率的計(jì)算,不僅提高了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度,而且便于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),大大增加了振動(dòng)臺(tái)的設(shè)計(jì)可靠性。
振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)線圈電流的產(chǎn)生方式有直接式和感應(yīng)式。直接式就是將放大器輸出的電流直接加到驅(qū)動(dòng)線圈上,這種方式是振動(dòng)臺(tái)的主流。感應(yīng)式是將交變電流通入一固定線圈,然后通過感應(yīng)方式在驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生電流。感應(yīng)式振動(dòng)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)線圈不需要引出電纜,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但這種振動(dòng)臺(tái)效率相對(duì)較低。美國的UD公司的一些振動(dòng)臺(tái)采用了這種結(jié)構(gòu)。702所和其他公司的產(chǎn)品采用的是直接式,由于很好地解決了驅(qū)動(dòng)線圈引出電纜問題,其產(chǎn)品更實(shí)用。
振動(dòng)臺(tái)的磁場(chǎng)產(chǎn)生方式可分為永磁型和勵(lì)磁型。永磁型的恒定磁場(chǎng)是由永久磁鋼產(chǎn)生的,由于大體積的磁鋼制作較困難,目前這種結(jié)構(gòu)只適用于小型振動(dòng)臺(tái)。如702所生產(chǎn)的2202型振動(dòng)臺(tái)和B&K公司的4808型振動(dòng)臺(tái)都屬于永磁型。而對(duì)于大型振動(dòng)臺(tái)則需要在勵(lì)磁線圈中通以直流電流來產(chǎn)生恒定磁場(chǎng),這就是勵(lì)磁型振動(dòng)臺(tái)。
勵(lì)磁型振動(dòng)臺(tái)又可分為單勵(lì)磁和雙勵(lì)磁。單勵(lì)磁只有一組勵(lì)磁線圈,形成一個(gè)磁場(chǎng)回路,這種結(jié)構(gòu)勵(lì)磁效率低、耗電量大、漏磁很大,需要用消磁線圈來保證工作臺(tái)面有一個(gè)低的磁場(chǎng)。雙勵(lì)磁由兩套勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁場(chǎng),分別置于工作磁隙的上下兩側(cè),在工作磁隙的磁場(chǎng)互相疊加,而在工作臺(tái)面上的磁場(chǎng)互相抵消,所以工作臺(tái)面上的磁場(chǎng)就很小。同時(shí)由于雙勵(lì)磁磁路縮短,磁阻減小,勵(lì)磁效率比單勵(lì)磁有顯著提高。702所的2104系列振動(dòng)臺(tái)、美國LING和英國LDS的一些大型振動(dòng)臺(tái)都屬于雙磁場(chǎng)勵(lì)磁。同樣是雙勵(lì)磁結(jié)構(gòu),702所的振動(dòng)臺(tái)上下兩組磁場(chǎng)是非對(duì)稱的,而其他的振動(dòng)臺(tái)卻是對(duì)稱的。
振動(dòng)臺(tái)的冷卻方式有自然冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷、水冷和油冷等幾種方式。自然冷卻只適用于功率很小的小型激振器。油冷方式由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在新研制的振動(dòng)臺(tái)已不多見,現(xiàn)在還在使用的油冷振動(dòng)臺(tái)要注意保持油的質(zhì)量和數(shù)量。強(qiáng)制風(fēng)冷是用于中小型振動(dòng)臺(tái)的常用冷卻方式,它是利用高壓風(fēng)機(jī)將臺(tái)體內(nèi)的熱空氣不斷抽出實(shí)現(xiàn)冷卻的。這種方式冷卻時(shí),驅(qū)動(dòng)線圈和勵(lì)磁線圈的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,設(shè)備安裝方便,成本低,不會(huì)出現(xiàn)水冷臺(tái)常見的漏水、水路堵塞等故障。但高壓風(fēng)機(jī)工作時(shí)噪音非常大,對(duì)操作人員影響很大。風(fēng)冷的冷卻效率相對(duì)較低,不適合大型振動(dòng)臺(tái)的冷卻。水冷是大中型振動(dòng)臺(tái)常用的冷卻方式,通常水冷臺(tái)的繞組都是用空心漆包導(dǎo)線繞制的,而把冷卻水直接通入空心漆包導(dǎo)線內(nèi)進(jìn)行冷卻,冷卻效率高,而且沒有太大的噪音。但振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求較高,常用蒸餾水或去離子水。在水冷臺(tái)中,美、英幾家公司的設(shè)備存在著嚴(yán)重的缺陷,即驅(qū)動(dòng)線圈引出電纜和水管的結(jié)構(gòu)不合理及勵(lì)磁線圈水路的不合理,這種結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)漏水,而且對(duì)水質(zhì)要求極高,要經(jīng)常換水。702所的振動(dòng)臺(tái)采用的水路并聯(lián)、電路串聯(lián)、水電接頭都采用螺紋連接的新結(jié)構(gòu)繞組很好的解決了這些問題,它對(duì)水質(zhì)要求不太高,水壓低,很少出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。
功率放大器是電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的重要組成部分,它本身的性能和與振動(dòng)臺(tái)的匹配狀況直接關(guān)系著系統(tǒng)的性能。功率放大器發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)歷了三代,從電子管放大器到晶體管線性放大器再到數(shù)字式開關(guān)放大器。電子管放大器在新生產(chǎn)的設(shè)備中已基本不用,開關(guān)式放大器是近幾年國外開發(fā)出來的,它利用了晶體管的開關(guān)特性,管耗很小,效率可高達(dá)90%,而普通的線性放大器的效率只有50%左右。正是由于開關(guān)放大器本身發(fā)熱少,它的冷卻就非常簡(jiǎn)單,輸出功率幾十千伏安的放大器僅用很小的軸流風(fēng)機(jī)就可以冷卻下來,使設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。而同樣的線性放大器必須要用水來冷卻,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。開關(guān)式放大器在低功率輸出時(shí)失真度相對(duì)較大,而且機(jī)殼需要較好的電磁屏蔽,否則會(huì)對(duì)周圍設(shè)備造成電磁干擾。
電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)有:額定正弦推力、隨機(jī)推力有效值、工作頻率范圍、最大加速度、最大速度、最大位移、運(yùn)動(dòng)部件有效質(zhì)量、工作臺(tái)面允許直接承載質(zhì)量、工作臺(tái)面允許偏載力矩、雜散磁場(chǎng)、加速度波形失真度、工作臺(tái)面加速度均勻度及橫向振動(dòng)比等。振動(dòng)臺(tái)的推力是指其運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量與在該質(zhì)量下能達(dá)到的加速度的乘積,而不是指試件的重量。額定正弦推力是運(yùn)動(dòng)部件有效質(zhì)量與最大加速度峰值的乘積,隨機(jī)推力有效值是振動(dòng)臺(tái)按標(biāo)準(zhǔn)(如ISO5344)規(guī)定的功率譜密度曲線實(shí)驗(yàn)時(shí),運(yùn)動(dòng)部分有效質(zhì)量與可達(dá)到的最大加速度有效值的乘積。
電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)仍將是未來振動(dòng)試驗(yàn)的主要設(shè)備,其制造技術(shù)會(huì)在兩個(gè)方面有所發(fā)展。一是新材料的應(yīng)用,隨著大型磁性材料成本的降低,大型的永磁振動(dòng)臺(tái)將成為可能,這種振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)約能源,且有高可靠性。功率放大器會(huì)采用更多的數(shù)字化和模塊化的電路,體積越來越小,效率越來越高。二是新方法的應(yīng)用,隨著有限元方法的推廣,復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性可以準(zhǔn)確、快速的計(jì)算出來。因?yàn)檎駝?dòng)臺(tái)跟汽車等產(chǎn)品相比用戶是很少的,只能進(jìn)行小批量生產(chǎn),這就便于對(duì)不同的用戶、不同的試件進(jìn)行專門設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件與夾具的一體化設(shè)計(jì),使每一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都達(dá)到最佳性能。
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