6T电动振动试验系统试验能力估算

李 冬,刘润波,朱文明,黄栓立

(1.长春轨道客车股份有限公司,长春 130062；2.南京康尼机电股份有限公司,南京 210038）

1 引言

为确保随机振动和冲击试验能够开展，在试验前有必要对试验参数进行初步估算，以判定试验设备能否满足要求。本文对航天希尔制造的6T试验机在试验前进行能力评估，并提出扩展6T试验能力方案。

2 6T的限制参数

推力：随机推力64000N，冲击推力128000N

加速度：最大加速度981m/s2

位移：最大位移峰值51mm

台面尺寸：水平台面2m×1m；垂向台面1m×1.5m

载荷：垂向台面允许最大负载为800kg

3 IEC61373试验参数

3.1 随机试验

随机试验分长寿命试验与随机功能试验。长寿命试验是在环境增加的情况下对设计机械结构进行试验；随机试验是证明在可能出现的环境条件下使用时，试验设备能否正常运行。

由于侧门直接安装于车体，一般选择1类A级。

3.2 冲击试验

冲击试验是模拟罕见恶劣工况条件下，验证操作状态是否出现变化。

4 IEC61373标准试验能力估算

（1）推力。随机试验中一般采用下列公式对推力有效值进行估算，但有效推力需要乘以3倍得到推力峰值，所需随机推力峰值不能超过6T随机推力限定值，计算公式如下：F随机推力有效值=Ma （1）

F 随机推力有效值 (N)；M 等效重量(Kg)；a 随机试验加速度均方根值 (m/s2）

冲击试验一般采用下列公式直接计算冲击推力峰值。所需冲击推力不得超过6T冲击推力限定值，计算公式如下：F冲击推力峰值=Ma （2）

F 冲击推力峰值(N)；M 等效重量(Kg)；a 冲击试验加速度峰值(m/s2）

6T中等效重量一般包括动圈有效运动质量、驱动杆重量、台架与试件重量及夹具重量。除了试件的其他等效重量在使用水平台面试验时为350kg，在使用垂直台面试验时为420kg。

（2）加速度。标准规定了随机振动试验加速度均方根值以及冲击试验加速度值。如果试验规范中仅规定了功率谱密度曲线，并未给出总加速度均方根值，可通过计算来得到。由随机振动理论可以知道，总加速度均方根值等于加速度功率谱密度曲线在其规定的试验频率区间的曲线下面积的平方根。加速度总均方根值由曲线下总面积的和经过开方运算得到。

图 1 功率谱密度曲线图

A1 升谱曲线所含面积；A2 平直谱曲线所含面积；A3 降谱曲线所含面积

谱图曲线所含的面积通过谱密度函数在频率上进行积分算出。

（3）位移。随机振动试验中位移计算方法一般为找出位移谱密度曲线，计算出均方根值，再将均方根乘以三倍得出最大峰值移位。如果位移谱密度是曲线，则必须积分才能计算。

5 试验能力估算示例

某车门产品按照IEC61373 1类A级试验。试验产品重150kg，台架重量450kg，台架长宽为2m×1.5m。首先评估6T能否满足需求。

产品质量、台架重量和尺寸6T均能满足。试验能力估算仅考虑最严酷条件；随机试验时仅评估长寿命试验垂向试验；冲击试验时仅评估水平纵向试验，评估过程如下：

随机推力垂向有效值为4335N，随机推力垂向峰值为13005N，冲击推力纵向峰值为47500N,随机峰峰值垂向位移为7.1mm，冲击峰垂向峰值为40.5mm

a 加速度峰值为50 m/s2d 试验加速度脉宽为0.03s

载荷Kg尺寸mm 额定推力N 最大位移mm最大加速度m/s2 6T限定值 800 2.5X1.5 随机推力 64, 000冲击推力128, 000N 51 981垂向随机振动 700 2X1.5 13,005 7.1 0.532纵向冲击试验 700 2X1.5 47,500 40.5 50结论 满足 满足 满足 满足 满足

经过试验前的能力估算，6T可以满足此试验需求。

6 结束语

本文根据最常用的宽带随机试验图谱和冲击谱估算出试验可能达到的最大推力和位移，通过与6T对比，判定6T能够满足试验需求。通过以下几个方面考虑进增加6T试验能力：

（1）扩展纵向尺寸大产品试验能力。由于车辆门产品中有大开度双开门台架纵向尺寸达到3m左右，在6T纵向试验时无法对中放置水平台，装夹后造成整个台面受力不均匀。设计一个纵向夹具垫高产品试验，确保产品与夹具对中放置水平台中心位置，避免产品偏心造成滑台运动阻力，能够确保试验顺利完成。

（2）扩展小试件大量级试验能力。汽车行业或电机行业标准会提出脉宽11ms半正弦波冲击试验要求，冲击加速度峰值为30G。6T虽然冲击推力较大且试件质量轻，但由于台体本身质量较重，垂向试验时仍需要132, 300N冲击推力，此时已经超过6T能力范围。如果针对小试件单独定制一个质量较轻小型垂向扩展台，通过降低扩展台质量后所需冲击推力也随之降低，从而简单有效地解决了小试件大量级试验能力问题。

[1]胡志强，法庆衍，洪宝林.随机振动试验应用技术[M].北京:中国计量出版社,1996.

[2]安长暖.随机振动试验前的参数估算[J].光电应用技术，2009(04):44-46.