低频特性（共3篇）
低频特性 篇1
0 引言
2006年8月31日21点33分07秒,某核电厂#1机组因外电网扰动导致发电机#10瓦振动超标,机组打闸(关闭主汽门),按程序跳闸停机停堆。对事后录波图中发现,在有功降低的同时,无功功率出现脉冲波(即无功功率迅速增大)。本文从PSS的原理及其抑制低频振荡的机理着手分析了有功型PSS的反调现象。并针对有功型PSS的设置提出了改进建议。
1 励磁调节器及PSS简介
某核电厂励磁调节器采用MITSUBISH ELECTIC MEC5220型数字式励磁调节器,PSS采用有功信号。图1、图2为其传递函数。
分析一下PSS传递函数的环节,其主要由隔直环节、二级相位补偿环节以及增益和限幅环节组成。也就是在输入的有功信号发生变化时,PSS才有输出,才会通过励磁系统对发电机的阻尼转矩施加影响。PSS在有功功率为额定功率的30%以下时,PSS自动退出。
采用高起始快速励磁调节器,其调节性能好;采用有功型PSS,与转速信号相比,其优点是有功功率信号具有信号强、不易引入干扰、不会激发轴系扭振。
2 低频振荡的产生
大型发电机组普遍采用数字电路和可控硅组成的励磁调节器,使自动励磁调节器AVR的时间常数大大缩短,增益大大提高,使得电力系统的阻尼大大恶化,这是造成低频振荡的直接原因。以单机无穷大系统小干扰线性化模型为例分析讨论,单机无穷大系统分别如图3、图4所示。
2.1 未考虑励磁调节器作用
在未考虑励磁调节系统作用时,发电机电磁转矩(在标幺值的情况下,有功功率与电磁转矩等价)为[1]:
式(1)中:
式(2)、(3)中:
式(4)中:
K1~K6为运行工况的函数,在一定运行方式下为常数,K5在发电机负荷较小时为正值,在负荷较大时因δ0增大,变为负值,其它5个参数一般为正值。在不考虑励磁调节的作用下,则ΔEfd=0,则电磁转矩为:
令s=jω,电磁转矩ΔMe可整理为:
电磁转矩ΔMe由同步转矩ΔMe1与超前Δδ90°的正的阻尼转矩ΔMe2的合成,如图5所示。
说明在没有励磁调节器的作用下,阻尼转矩为正。
2.2 考虑励磁调节器的作用
设励磁系统为高起始快速响应系统,以简单的比例调节器为例,传递函数为
增益Ke很大,Te很小,励磁系统的输入为
输出为:
令s=jω,电磁转矩ΔMe'可整理为:
当发电机负荷较大,K5为负值,所以电磁转矩ΔMe'由同步转矩ΔM'e1与滞后Δδ90°的负阻尼转矩ΔM'e2的合成,如图6所示;又由于励磁系统的增益Ke很大,使得系统的负阻尼增大,当外电网有扰动时,就会发生低频振荡。
说明重负荷时,在励磁调节器的作用下,电磁阻尼转矩为负阻尼,而且快速励磁调节器使这种负阻尼增大。
3 电力系统稳定器(Power system stabililzer)抑制低频振荡的原理[2]
励磁系统是一个滞后单元,它由励磁滞后角θg1和发电机磁场滞后角θg2构成,系统传递函数
总滞后角θg<θg1+θg2
当K5为负时,电压调节器产生负阻尼,由电压调节器产生的电磁转矩ΔMe在Δω轴上的投影为负,如图7所示。
当PSS输入信号为反映系统振荡的可测量,当其为Δω时,为使PSS的附加力矩与Δω同相位,PSS应为超前相位补偿,相位角θd,由PSS的附加力矩ΔMPSS所产生的正阻尼大于由电压调节器的电磁转矩ΔMe的负阻尼,从而使励磁调节器提供正阻尼,抑制系统的低频振荡,如图8所示。
4 有功型电力系统稳定器(Power system stabilizer)反调现象分析
PSS将反映电力系统振荡的可测量适当变换后反馈到励磁调节器,使之产生附加阻尼力矩,达到抑制振荡的目的。PSS需要测量与振荡有关的量,如加速功率、转速(频率),但是转速和加速功率测量困难。加速功率(Pa)等于机械功率(Pm)减去电气功率(Pe),当机械功率变化比电气功率慢得多时近似认为ΔPa≈-ΔPe。电气功率容易测量,因此常用的PSS采用发电机有功功率作为PSS信号,称有功PSS。与转速信号相比,有功功率信号具有信号强、不易引入干扰、不会激发轴系扭振的特点。
有功PSS使用的前提是机械功率变化比电气功率变化慢得多时近似认为ΔPa≈-ΔPe。当调节发电机原动机出力时,如ΔPm>>ΔPa,ΔPe>>ΔPa,有功PSS得到的信号远大于需要的信号ΔPa,造成不必要的励磁电压和无功功率大幅变化。这种因采用有功PSS及原动机出力变化引起励磁电压和无功功率大幅变化的现象称为反调。
对于有功型PSS,从图1我们不难看出,当有功功率迅速减小时,励磁系统感受到的是端电压下降,因励磁系统是负反馈,立即作出调节,增加励磁电流,进而无功增加。因我们的励磁系统是高起始快速励磁系统,因此,有功变化越快,无功的变化也越快,反调现象也越严重。这也就是我们在汽轮机打闸有功迅速降低时出现无功阶跃的直接原因。
我们再来看一个例子,2005年8月19日14时57分22秒,2RCP 033 MT接线松动,出现C22信号,汽机RUNBACK到387MWe,其录波图如图9所示。
从录波图上我们明显可以看出,汽机RUNBACK使有功呈阶梯状降负荷,无功则对应呈阶跃式突升,而且是有功下降的幅度越大,速率越快,相应的无功上升的斜率越大,幅值越大;这是PSS传递函数当中隔直环节(微分环节)起作用的结果。
我们再从另外一个方面来探讨这个问题,PSS未投时,当原动机负荷发生变化时,无功变化情况怎样?我们看一下下面的例子,2004年3月18日0时50分,汽机做负荷阶跃试验,160 MW降到90 MW其录波如图10所示。
从图10我们可以看出,在PSS未投入时,原动机的功率虽然发生跃变,但无功没有发生变化。
无功的呈阶跃式增加,对转子绕组及励磁回路是不利的,因此应采取对策。
5 结论与对策
通过以上对PSS的传递函数结构及其抑制低频振荡的机理分析,我们不难得出以下结论:
1)2006年8月31日21点33分07秒,在手动打闸之后出现的无功突升是PSS作用的结果,是典型的有功型PSS无功反调现象;这种现象与早在2005年8月19日14时57分22秒#2汽机出现RUNBACK现象降负荷时无功变化情况一致,反调现象更加清楚的展现我们面前。
2)从图11我们可以看出,在PSS未投入时,虽然有功发生跃变,但是无功没有变化。
3)无功反调,使励磁电流出现突升或突降现象,将会对转子造成冲击。
4)快速励磁调节器(快速励磁调节器的优点是可以改善系统的暂态稳定与静态稳定)的应用使系统阻尼恶化,是造成低频振荡的重要原因,因此将PSS投入以抑制机组在扰动后的低频振荡是必要的。
5)从图3所示的PSS传递函数的构造当中,我们不难可以分析看出,这种有功型PSS存在反调(无功及励磁随原动机功率变化)是不可避免的现象。
针对有功型PSS无功反调现象,提出以下对策:
1)在机组启动程序跳闸时,自动将PSS退出运行。
2)在出现RUNBACK时,将PSS退出。
3)考虑采用加速功率型PSS。
摘要：介绍了MEC5220型励磁调节器的原理及系统产生低频振荡的原因,分析了励磁调节器的阻尼特性。通过对有功型电力系统稳定器(PSS)的研究发现,PSS虽能抑制振荡,但有功型PSS使用的前提是机械功率变化相对电气功率变化近似不变,当调节发电机原动机出力时,PSS得到的信号远大于需要的信号,就会造成励磁电压和无功功率大幅变化,即反调。通过实例证实了有功型PSS反调特性,并提出了防止其危害的对策。
关键词：PSS,低频振荡,反调,有功功率,无功功率
参考文献
[1]倪以信.动态电力系统理论和分析[M].北京:清华大学出版社,2002.
[2]方思立,朱方.电力系统稳定器的原理及应用[M].北京:中国电力出版社,1996.
加速度传感器低频特性及校准方法 篇2
一、加速度传感器的分类及特点
传感器是把被测量的物理量转换成方便测量或记录的量的装置, 一般由敏感元件和转换元件组成。加速度传感器测量的是加速度信号, 并按一定规律将其转换为电量。
加速度传感器的种类主要有压电式 (电荷输出型和ICP型) 、电容式、压阻式3种。其中, 电容式和压阻式的加速度传感器具有零频响应的特点, 即低频响应可达0Hz;用于低频地震监测的ICP型加速度传感器低频响应 (±5%) 可到0.02Hz, 而一般用途的ICP型加速度传感器低频响应 (±5%) 可到0.5Hz。ICP型加速度传感器由于其低阻抗输出、性价比高、适于工程现场使用等特点而被广泛应用。
二、加速度传感器的低频特性
加速度传感器的特性指标有灵敏度、量程、分辨率、非线性度、幅频响应和相频响应等。其中, 幅频响应是指在输入的加速度幅值不变的情况下, 传感器输出电量的幅值随频率的变化。不同的幅值变化误差, 如±5%、±10%、±3dB, 对应不同的频率响应范围 (图1) 。传感器的低频响应决定可测量的最低振动信号频率。
选择低频特性好的加速度传感器时, 一定要根据应用选择高灵敏度加速度传感器。因为被测物体的振动频率越低, 其产生的加速度就越小, 如果传感器的灵敏度不够高, 那么输出的信号很微小, 后端系统就很难准确测量。
对于整个实际测试系统而言, 要测量低频低g值的信号, 不仅需要加速度传感器的指标符合要求, 而且后端所匹配的电缆噪声也要低, 信号适调仪和数据采集记录仪的背景噪声、带宽等指标也要达到要求。同时, 被测信号至少要3倍于噪声水平, 才能保证整个系统测量的准确性。图2为ICP加速度传感器典型测量系统示意图, 图3为电荷型加速度传感器典型测量系统示意图。
三、低频响应与放电时间常数的关系
压电式加速度传感器的低频响应主要取决于其放电时间常数DTC (Discharge Time Constant) , 因此, 了解两者之间的关系对加速度传感器的低频校准具有重要意义。
1. 放电时间常数由加速度传感器本身和信号适调仪间的电阻及电容决定
电荷输出型加速度传感器没有内装放大器, 必须与外接电荷放大器一起使用。其放电时间常数由外接电荷放大器的放电时间常数决定, 即
式中:Rf——电荷放大器的反馈电阻;
Cf———电荷放大器的反馈电容。
ICP型加速度传感器具有内装放大器, 无需外接电荷放大器, 与直流供电适调仪连接即可。放电时间常数是
式中:R——内装阻抗变换器的输入阻抗;
C——传感器的电容值。
2. 加速度传感器的低频响应与放电时间常数的关系
压电加速度传感器的低频响应与放电时间常数的关系为
则:
式中:fc———低频响应为-3dB处的频率;
f10———低频响应为-10%处的频率;
f5———低频响应为-5%处的频率。
传感器的放电时间常数越长, 其频率响应越低。
四、校准方法
加速度传感器低频特性校准方法主要有3种, 即结构重力法、重力翻转法和长冲程低频振动台校准法。
1. 结构重力法
结构重力法是一种绝对校准法, 是通过测量计算出传感器的放电时间常数, 从而得到加速度传感器的低频截止频率, 即低频响应指标。装置如图4所示。
数据采集记录仪记录了加速度传感器放电波形 (图5) , τ是放电时间常数。放电时间常数是从下降的一瞬间开始计算, 此时加速度传感器受到最大加速度1g, 输出为最大值Vomax;一直到Vo下降至0.37Vomax所经过的时间τ, 即DTC=τ。从记录的数据中可以读出τ的值, 根据公式 (3) 可计算出加速度传感器在不同误差范围对应的低频响应频率值。
结构重力法的优点是测试装置简单、容易实现, 适合在实验室和试验现场使用。
2. 重力翻转法
重力翻转法是一种绝对校准法, 通过测量计算出传感器的放电时间常数, 得到加速度传感器低频响应指标。相对于结构重力法的优点是更加可靠、容易实现, 操作简单方便。此方法是上下翻转180°, 产生-1g～+1g的加速度来对传感器进行校准。
图6是重力翻转法检测加速度传感器低频特性的系统示意图。其中, 系统用的读出设备可以是示波器, 也可以是数据采集卡。无论使用哪种设备, 读出设备和信号适调仪都必须是DC耦合的。
传感器安装在重力旋转台装置中间, 通过手柄控制传感器翻转;传感器的输出信号经具有DC耦合功能的信号适调仪后, 被后端仪器采集记录。图7为采集记录的加速度传感器放电波形, 放电时间常数是从加速度传感器感受到2g的加速度幅值变化时开始计算, 输出的电压幅值变化为ΔVo;一直到Vo下降了63%ΔVo所经过的时间, 即DTC=。再根据公式 (3) 可计算出加速度传感器在不同误差范围对应的低频响应频率值。
3. 长冲程低频振动台校准法
长冲程低频振动台校准方法可直接测量振幅和频率。PCB集团下属TMS公司的9155D加速度传感器校准系统中的779选项就包括一款长冲程空气轴承低频振动台2129E025 (图8) , 其利用光学参考位移传感器可达到0.1Hz的低频准确校准性能。此振动台可水平和垂直放置, 其最大位移 (峰—峰值) 达到25cm;频率范围覆盖0.1～500Hz;空载时最大加速度达2g。表1为其在不同频率范围对应的最大加速度峰值。9155D系统符合ISO16063标准相关要求, 适合计量校准机构使用。
4. 校准方法比较
在校准频率低于0.5Hz时, 如要求不确定度<2%, 则不适合在低频振动台上用比较法来校准灵敏度较低的加速度传感器。因为低频振动台在低频时产生的加速度g值很微小, 则被校准的灵敏度较低的加速度传感器输出信号也会很微小, 就会很难被后端的读出设备准确测量到。下面就用灵敏度为100mV/g的被校加速度传感器 (SUT, Sensor Under Test) , 举例说明。
结构重力法和重力翻转法利用重力场在低频下产生1g的加速度, SUT能输出约100mV的信号, 后端系统能够很准确测量。根据加速度传感器低频响应与放电时间常数的关系, 利用测量记录的数据, 可计算出加速度传感器的低频响应频率指标。
式中:a———加速度;
d———峰值位移;
f———频率。
式中:Vo———加速度传感器的输出;
s———灵敏度;
a———加速度。
根据公式 (4) 、 (5) 可以算出 (表2) , 即使振动台的最大峰峰值位移是25cm (图8) , 在0.5Hz时加速度才0.128g, 在0.25Hz时加速度仅0.032g, 那么SUT输出约3.2mV的信号, 后端系统很难准确测量。同样, 在0.1Hz时加速度仅0.005g, SUT只能输出约0.5mV的信号, 后端系统就更难准确测量。所以低频振动台不适合校准灵敏度较低的加速度传感器。
五、结论
在选择低频特性好的加速度传感器时, 一定要根据应用需求选择合适的高灵敏度, 同时传感器灵敏度越高、频率响应越低体积就越大。同样也要选择合适的校准方法对加速度传感器进行校准。长冲程低频振动台校准方法, 适于计量检测实验室使用, 而结构重力法和重力翻转法, 操作简单方便、性价比高, 非常适合实验室及试验现场使用。
参考文献
[1]美国压电有限公司.测量与测试产品手册.PCB Piezotronics, Inc.
[2]GB/T20485.1-2008/ISO16063-1:1998, 振动与冲击传感器校准方法.
低频特性 篇3
电液激振器是疲劳试验机和振动台等振动试验装置的关键元件。传统的电液激振器受伺服阀频响特性的限制, 工作频率难以提高到较高的水平。随着科学技术的发展, 对振动试验装置提出了更高的要求, 研制高频和重载的电液激振器成为激振器未来的发展趋势[1-3]。振动试验根据工作频率的高低可以分为低频段、中频段和高频段三种, 其中, 低频段是指频率远低于液压固有频率的频率段;频率在液压固有频率附近称为中频段, 当恰好等于液压固有频率时, 谐振峰值最大, 故也称为谐振段;频率区间远高于液压固有频率, 称为高频段[4]。低频段振动实验适用于能提供较大激振力或位移冲程而对频率要求相对较低的场合, 如地震环境模拟、大型结构动力特性测试、材料疲劳寿命检测、设备故障诊断等。
国内外学者对低频振动波形做了一些研究。 李宪奎等[5]针对结晶器振动频率远低于振动系统自然频率时易造成剧烈的共振现象, 提出了采用椭圆齿轮驱动的结晶器非正弦振动系统扭振模型, 并分析了系统发生低频共振的原因, 最后解决了结晶器振动平稳问题。寇子明等[6]利用经典的液压波动方程对有压瞬变流激振进行数值计算, 对比分析了激振频率为20Hz和40Hz时的振动试验, 通过变频器控制激波器实现对有压瞬变流激振的压力、振幅、速度控制。魏燕定[7]建立了超低频标准振动台的动力学方程, 求解出其近似解析解和波形失真度的计算公式, 并讨论了运动阻尼、振幅、激振频率对波形失真度的影响。文献[8-9]通过解析和实验的方法对2D阀控双出杆液压缸电液激振器低频特性进行研究。
笔者提出一种2D阀控单出杆液压缸构成的电液激振器方案, 重点研究其在低频时的工作特性。在分析其工作原理的基础上, 应用流体力学理论建立数学模型, 并通过Simulink仿真和实验的方法研究其低频特性。
1工作原理
1.1 2D阀控单出杆液压缸的工作原理
2D阀控单出杆液压缸工作原理如图1所示, 它主要由2D阀、单出杆液压缸、蓄能器、油箱和油管等组成。其中, 2D阀主要由交流伺服电机、 大齿轮、小齿轮、阀芯、阀套、阀体、联轴器、弹簧、 直线电机等组成。2D阀的阀芯具有旋转运动和轴向运动2个自由度, 阀芯的旋转速度由交流伺服电机通过一对齿轮组进行控制, 调节电机的转速就可以控制阀芯的转速。2D阀阀芯台肩周向均匀开设沟槽, 其中相邻台肩上的沟槽相互错位。 当阀芯转到如图1a位置时, 高压油从P口流入, 经过B口进入液压缸的无杆腔, 液压缸的有杆腔恒通高压油。由于液压缸无杆腔的作用面积是有杆腔的2倍, 因此活塞杆在液压油推力的作用下往右运动。当阀芯转到如图1b位置时, 液压缸无杆腔的油液通过B口流到油箱, 活塞杆在液压缸有杆腔压力的作用下向左运动。因此通过控制阀芯的连续旋转就能实现液压缸活塞的来回往复振动。阀芯除了旋转运动外还具有轴向运动, 轴向直线运动由直线电机控制, 通过控制直线电机的伸出或缩回能够实现阀芯从零 (阀口完全关闭) 到最大轴向开口的调节, 从而改变液压缸输出振动幅值的大小。
1.2工作过程分析
2D阀控电液激振器工作过程如图2所示, 假定活塞初始位置位于液压缸最左端, 此时弹簧处于拉伸状态, 具有回复力。当液压缸无杆腔进油时, 活塞在液压油和弹簧回复力的共同作用下向右运动, 弹簧回复力方向与活塞杆运动方向一致, 形成“超越负载”。由于“超越负载”的存在, 活塞运动加快, 从而使2D阀阀口未全开时活塞就已处于中间位置。阀芯继续转动, 液压缸无杆腔进油, 活塞经过中间位置后继续向右运动, 此时弹簧处于压缩状态, 其作用力与活塞运动方向相反, 阻碍活塞的运动。随着弹簧压缩量的增加, 液压缸无杆腔中油液的压力处于饱和状态, 活塞停止运动。直到无杆腔回油箱的阀口打开, 液压缸无杆腔的油液开始流回油箱, 活塞在有杆腔高压油和弹簧推力的作用下开始向左运动, 弹簧推力与活塞运动方向一致, 形成“超越负载”。活塞快速向左运动, 阀口未到最大时活塞已回到原点, 过原点后活塞继续向左运动, 这时弹簧拉力阻碍活塞继续往左运动, 直到有杆腔液压油作用的推力与弹簧拉力相等。当阀芯连续转动时, 各阀口面积变化和活塞运动不断重复上述变化过程, 呈现周期性变化规律。
2电液激振器的数学模型
2.1 2D阀口面积数学模型
2D阀阀口的开口面积如图3所示, 阀口的形状为阀芯台肩上的沟槽与阀套上的窗口构成的矩形, 该矩形的一边长xv为直线电机控制阀芯沿阀套的轴向位移, 其中xv∈ (0, xvmax) ;另一边长yv由交流伺服电机控制阀芯的旋转运动决定, 其大小等于阀芯台肩上的沟槽节流边到阀套上的窗口节流边之间一段圆弧的弦长。由于4个台肩上阀口的开度皆是匹配- 对称的, 阀芯上槽宽度 (阀套上槽宽度) 对应的圆心角α 等于相邻阀芯沟槽 (阀套窗口) 所对应圆心角β的1/4。在阀芯的旋转角位移θ从0增大到α过程中, 台肩1和3上阀口的周向开度yv从0增大到最大值;当阀芯旋转角位移θ从α增大到2α时, 台肩1和3上阀口的周向开度从最大值减小到0, 在此阶段, 台肩2和4上阀口的周向开度为0。阀芯继续旋转, 当阀芯的旋转角位移θ从2α增大到3α过程中, 台肩2和4上阀口的周向开度从0增大到最大值;当阀芯旋转角位移θ从3α增大到4α时, 台肩2和4上阀口的周向开度从最大值减小到0, 而台肩1和3上阀口的周向开度为0。阀芯继续转动, 阀口的周向开度重复上述过程作周期变化。根据以上分析, 台肩1和2阀口面积可以表示为
式中, R为阀芯半径。
2.2特性支配方程
2D阀控单出杆液压缸实际上为阀控液压缸的伺服系统, 如图4所示。
根据节流公式得到节流口的流量:
式中, Cd为节流口的流量系数;Av1、Av2分别为阀芯台肩1、2所对应节流口的面积;ps为油液系统压力;pc为液压缸敏感腔的压力;ρ为油液密度。
液压缸控制腔的流量连续方程:
式中, yp为活塞位移;Ap为无杆腔侧活塞的面积;V1为液压缸无杆腔的容积;Ke为油液的体积弹性模量。
活塞杆和负载的力平衡方程:
式中, Bc为黏性阻尼系数;KL为弹性负载刚度;m为负载质量;FL为负载力。
由于低频段激振频率远小于液压系统的固有频率, 这时负载以弹性力为主, 惯性负载的影响较小, 在不考虑外负载力和阻尼的情况下, 式 (7) 可化简为
pc= KLyp/Ap+ps/2 (8)
式 (1) ~式 (8) 构成了电液激振器的数学模型。
3振动波形仿真分析
3.1仿真模型
MATLAB中的Simulink为系统仿真提供了强大工具, 根据数学模型可直接建立系统的模型。 对于复杂的数学模型, 可以将其分解为若干个子系统。依据上述数学模型并考虑仿真实际需要, 将其分解为频率输入子系统、2D阀子系统和液压缸子系统。将各子系统输入输出关系连接起来即得系统的总仿真模型, 见图5。
3.2仿真结果
图6所示为不同激振频率和2D阀不同轴向开度下激振器输出的载荷波形。2D阀控单出杆电液激振器的基本参数和估算参数见表1。从图6a可以看出, 激振频率为1Hz时, 激振器输出的载荷波形出现饱和现象, 2D阀轴向开口越大, 饱和度越高。
这是因为激振频率较低时, 通过2D阀流进或流出液压缸无杆腔的流量快速达到饱和。从图6b可以发现, 2D阀轴向开口为1.5mm时出现饱和现象;轴向开口为0.5mm和1mm时, 没有出现饱和现象。从图6c~图6f可以看出, 随着2D阀轴向开口的增大, 激振器输出的载荷增大。
4实验验证
为了获得2D阀控单出杆激振缸实际输出的载荷波形, 建立了实验装置和测试系统对其进行实验研究, 实验系统结构原理及实物照片见图7、 图8。实验台架主要由液压缸、2D阀、阀块、机架、蓄能器、载荷传感器和压力传感器等部件组成。载荷传感器采用的是德国HMB公司的U10M-125型载荷传感器 (用来测量液压缸输出力的大小) , 工作量程为0~125kN, 对应的输出电压为0~10V。2D阀中阀芯的旋转由交流伺服电机通过一对增速齿轮组 (传动比为4) 驱动, 通过控制交流伺服电机的转速就可以改变电液激振器的工作频率;阀芯的轴向开度由直线电机控制, 阀芯轴向开度的大小决定电液激振器输出载荷的大小。
图9是在液压系统工作压力为7MPa, 激振频率为1Hz、5Hz、10Hz、30Hz、50Hz、100Hz, 2D阀轴向开口xv为0.5mm、1.0mm和1.5mm情况下激振系统输出的载荷波形。从图9a、图9b可以看出, 当激振频率较低、轴向开口较大时输出载荷出现饱和现象, 与仿真分析的结果一致。从图9b、图9c可知, 当2D阀轴向开口较大时, 阀芯受到的液动力较大, 阀芯出现游动现象, 输出的载荷波形失真较大。从图10可以看出, 实验结果与仿真结果吻合较好。随着激振频率的提高, 激振器输出的载荷急剧下降;2D阀轴向开口增大时输出的力也增大。
5结论
(1) 通过控制2D阀阀芯的旋转和轴向移动能够实现对2D阀控单出杆液压缸电液激振器的激振频率和幅值的分离控制。
(2) 激振频率较低时出现饱和现象, 此时载荷波形的波峰和波谷为一直线, 该直线不会随2D阀轴向开口的增大而偏移;但随着开口的增大, 载荷波形更接近于方波。
(3) 弹性负载在振动过程中方向会改变, 表现为载荷波形上升与下降过程存在差异。
摘要：针对传统电液激振器振动频率难以提高的现状, 提出了一种基于差动连接的2D阀控单出杆液压缸的新型电液激振器。阐述了激振器的工作原理, 建立了数学模型并进行了仿真分析, 设计了电液激振器并进行了实验研究。理论和实验结果表明:振动频率在5Hz以下工作时, 激振器输出的振动波形容易出现饱和现象;随着频率的提高, 饱和现象就不容易出现。激振器输出力的大小与2D阀的轴向开口成正比关系, 轴向开口越大, 输出的力越大。
关键词：2D阀,单出杆液压缸,电液激振器,低频特性
参考文献
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