环境振动测试范文（精选7篇）

环境振动测试 第1篇

刘江黄河大桥是京港澳高速公路的关键工程, 全长近10km, 双向八车道高速公路设计。主桥采用8×100m下承式钢管混凝土系杆拱桥, 上下行分离, 双向8车道。单幅桥面净宽21m, 主桥每跨两墩中心距100m, 计算跨度95.5m, 矢跨比1/4.5。采用悬链拱轴线, 拱轴系数1.347[1]。

上部结构上下行为分离式的两座桥。每座桥有两片拱肋, 每片拱肋采用两根Ф1000×16mm焊接钢管, 之间用两块厚16mm腹板焊接形成高2.4m、宽l.1m的双哑铃型断面。为加强拱肋的横向联系, 保证桥梁的横向稳定性, 由三道横撑联系两拱肋, 形成空间结构。

吊杆采用91根Ф7mm镀锌高强钢丝, 双层PE保护, 采用OVM冷铸镦头锚。每跨设12对吊杆, 吊杆纵桥向间距7.1m。

系梁、端横梁采用预应力混凝土箱梁, 中横梁采用预应力混凝土工字形组合梁, 两端与预应力钢筋混凝土箱形截面系杆梁整浇在一起, 系杆梁通过吊杆悬吊在钢管混凝土拱肋上。桥面板为普通钢筋混凝土Π形板, 上铺80mm厚钢筋混凝土现浇铺装层。

主桥下部结构为空心墩, 群桩基础。当柱高在7m以上时, 桩顶设置横梁系, 桥面横坡由桩柱调整。

2 环境振动下的系统识别

2.1 系统识别的概念及原理

桥梁、高层建筑等工程结构可视为“系统”, “识别”则意味着由静力、动力实验数据求得结构的静力、动力特性。这些实测的结构静力、动力特性可作为结构有限元模型修正、结构损伤检测、结构状态评定、结构控制和结构实时监测的基础。

系统识别的基本原理是建立在已知系统的输出和输入来求得频率响应函数 (频域) 或脉冲响应函数 (时域) , 从而实现对系统特性的识别[2]。对工程结构而言, 结构振动响应可以由安置在结构各部位的传感器采集得到, 现场实验条件、结构的复杂性和实测数据质量等因素往往会限制一些激振设备的使用。对刘江黄河大桥进行振动测试, 必须是在开放交通的条件下, 用环境激励引起的振动对结构系统进行识别很好地满足这一要求。为消除非激励因素导致的干扰成分, 应保证原始数据采集的足够长, 保证足够多的平均次数。

2.2 系统识别方法

目前常用的一些环境振动系统识别方法有:基于功率谱密度的峰值法、基于离散时间数据的ARMA模型、自然激励技术 (NEXT) 和随机子空间法等[3]。在进行刘江黄河大桥主桥工作条件下的环境振动试验采用频域识别的峰值法和时域识别的随机子空间方法, 分析该主桥的动力特性, 并对计算结果进行分析比较。

2.2.1 峰值法

峰值法是一种简单的识别结构模态参数的方法, 基于结构自振频率在其频率响应函数上会出现峰值, 能通过峰值较好地估计结构的特征频率。特征频率仅由平均正则化了的功率谱密度 (ANPS-Ds) 曲线上的峰值来确定, 功率谱密度是用离散傅里叶变换 (DFT) 将实测加速度数据转换到频域后直接求得。振型分量由传递函数在特征频率处的值确定。峰值法是一种频域识别方法, 计算简单且处理速度快。但峰值法也存在不足:①仅限于实模态和比例阻尼结构;②阻尼估计结果可信度不高;③峰值的摄取往往是主观的;④峰值法得到的是工作挠曲形状而不是振型。

2.2.2 随机子空间法

结构系统可以被描述成如下状态方程:

另一方面, 系统的输出矢量可以写成系统状态的线性组合形式:y (t) =Cx (t+) Du (t)

以上两公式构成了一个动力学系统的连续时间状态空间模型[4], 在引入各种假定及系统的不确定性后, 得到环境振动时域内系统识别的基本方程:

随机子空间识别算法是用以上方程实现环境振动系统识别较为先进的方法。其核心是把“将来”输出的行空间投影到“过去”输出的行空间上, 投影的结果是保留了“过去”的全部信息, 并用此预测“将来”。

3 刘江黄河大桥环境振动试验

3.1 试验仪器

刘江黄河大桥主桥环境振动测试采用中国地震局工程力学研究所生产的891-4型拾震器, 根据需要测定测点的加速度、速度或位移参量。桥梁振动信号通过信号线、放大器和USB口连接到笔记本电脑, 用动力数据测试系统进行采集和记录。

3.2 试验测点布置

刘江黄河大桥主桥共有8跨, 且上下行分离, 相当于由16座简支下承式钢管混凝土拱桥组成, 它们除坡度不同外, 其它尺寸均相同。为此, 选取其中郑州至新乡方向第6跨进行动力测试和分析。在拱脚支座和刚性系杆上每根吊杆的位置布置加速度传感器, 在测点2、3位置处设置参照点。

3.3 测试结果及结论分析

将试验所测数据导入相关模型系统, 分别用频域识别的峰值法和时域识别的随机子空间法对测试信号进行分析, 得到64Hz、128Hz频率下竖向、横向加速度响应振动稳定图, 横向、竖向、扭转、桥面前10阶振型图, 两种模型下的桥梁自振频率等。实测桥梁动力特性与数值模拟值比较如表1。

由各阶振型图得知, 刘江黄河大桥主桥竖向二阶和扭转振动对该桥吊杆的损伤比较敏感, 同时吊杆的损伤对桥面横向振动影响也较大。由表1, 主桥结构竖向二阶、桥面横向振动自振频率计算值与实测值分别相差-0.603%和4.3349%, 误差相对较小。

通过振型图可看出, 实测模拟振型与通过结构理论得到的振型基本相似, 能够比较好的表现该桥目前的运行状况, 初步推知刘江黄河大桥主桥整体结构基本处于完好状态。

峰值法和随机子空间结构法模拟出来的该桥各阶自振频率走势与桥梁完好状态下计算出的自振频率是一致的, 说明在不中断繁忙的正常交通情况下所进行的环境激励振动试验是成功的。

同时, 可看到结构扭转频率的实测值与计算值误差相对较大, 可能为部分吊杆承载能力下降所造成的, 应进一步对全桥吊杆的索力进行检测, 保证桥梁的通行安全。

摘要：本文通过对刘江黄河大桥主桥运行环境下的振动实测, 得到桥梁的在不同频率下的竖向加速度、横向加速度的响应振动稳定图, 扭转振型及扭转频率, 判断吊杆的损伤对横、竖向振动的影响, 推知桥梁目前的运行状态。

关键词：刘江黄河大桥,系统识别,振动测试

参考文献

[1]李玉亭, 刘国杰, 等.新乡至郑州高速公路竣工验收文件[Z].河南省新乡至郑州高速公路建设有限公司, 2010.

[2]任伟新.环境振动系统识别方法的比较分析[J].福州大学学报 (自然科学版) , 2001, 29 (6) :80-88.

[3]刘宇飞, 辛克贵, 樊建生, 等.环境激励下结构模态参数识别方法综述[J].工程力学, 2014, 31 (4) :46-52.

环境振动测试 第2篇

农业机器人是现代农业发展出来的一种能够代替人类劳动的高度智能化的机械设备, 其面向复杂的作业对象, 即农作物和农产品[1]。农业机器人技术能鲜明地反映一个国家的农业机械化水平, 而农业机械化水平又是一个国家农业现代化水平的重要标志[2]。以日本美国为代表的发达国家对农业机器人的研究开始较早, 已经取得了一些阶段性成果。中国的农业机器人研发, 起步较晚, 但也取得了一定成就。智能农业机器人可以配备视觉系统来执行视觉导航[3]。例如, 无人机配备了一个视觉控制系统提供一个大规模农田施肥;果蔬分选机器人配备一个视觉控制系统可以实现对果蔬品质的自动分级[4]。在农田作业领域, 履带式机器人有着较为广泛应用, 但地面环境特征仍然可以干扰机器人在执行的任务。

为此, 该设计提出了基于支持向量机作为一种学习算法来区分不同地面环境。为了评估算法的有效性, 履带式农业机器人安装三轴加速度传感器用于测量振动数据, 使用支持向量机进行分类, 进而识别地面环境, 合理控制电机输出以适应生产所需的推力, 提高机器人的机动性。这项工作的目的是寻找一种智能算法 (即支持向量机) , 帮助履带式机器人有效识别各种地面环境。

一、系统结构设计

履带式农业机器人系统结构图如图1所示。

履带式农业机器人由直流电机来驱动, 根据地面环境类型, 有限状态机是用来适应系统行为引发地面环境特定的系统状态, 控制器用来调整驱动装置输入到电动机的功率。在合理工作状态下, 机器人如遇沙石, 直流电机将输出低速度、高转矩;如遇土壤, 将直流电机将输出高速度, 低转矩。通过识别和地面环境调整相应控制输出, 农业机器人能应对不断变化的地面环境实施作业。

三轴加速度传感器 (ADXL345) 集成安装于履带式机器人上, 在实验平台上根据地面环境产生的振动交互测量。ADXL345是一款体积很小的超低功耗三轴加速度传感器, 分辨率高达13位, 测量范围可达±16g, 可通过SPI或I2C数字接口访问[5], 满足履带式农业机器人对地面环境振动测试的需要。采用MATLAB和C语言开发的软件组件在实验室实现了从两种不同类型的环境数据采集、分类。其简易程序流程图如图2所示。

不同地面环境的振动信号如图3所示。

二、材料和方法

支持向量机的理论最初来自对数据分类问题的处理。支持向量机是由Vapnik提出的, 它是建立在统计学习理论上, 是根据结构风险最小化原理提出的针对有限样本情况下的一种学习算法, 在很大程度上解决了局部最优等问题[6]。支持向量机被广泛应用于许多分类和回归领域。[7]

在二维线性空间中最优分类线的方程的规范化形式为:

其中x是数据样本, t是权重向量, w和b是恒定的偏差补偿[8]。

实际情况下的数据是非常复杂的。如果提供的样本线性不可分, 线性分类器的求解程序会无限循环, 是无法被求解的。一种有效的方法是引入核函数的方法来处理非线性问题[9]。因此这也形成了最初想解决线性不可分问题的基本思路, 即向高维空间转化, 使其变得线性可分。如果存在一个“核函数”Φ (xi) , Φ (xy) , 那么在训练算法是, 我们将仅仅需要使用核函数, 且不需要知道具体的Φ是什么, 这样在高维空间中只需要进行点积运算, 且这种运算是用原来空间中的函数实现的。核函数变换示意图如图4所示。

支持向量机采用两种策略分类多层次的数据样本, 即“一对一”和“一对多”[10]。已知K类数据样本训练集, 其中xi∈RP, yi∈1∈, 2, …K∈, “一对一”的方法的分解策略是每次从工作集的K个类别中挑选出两个不同类别。在对未知样本进行测试时, “一对一”采用投票选举法。K (K-1) /2个分类器分别对未知样本作出判决, 将其所判断的类别投票数增加一, 最终将得票最多的类别为未知样本所属的类。“一对一”方法在训练过程中虽然构造K (K-1) /2个分类器, 但每次训练样本只取工作集中的两类, 训练速度比“一对多”方法快。“一对多”方法的分解策略是从工作集中挑出一类作为正类, 剩下的所有类别作为负类, 再对分好的两个集合训练构造出两类分类器, 这样对于K个类别共需构造K个分类[11]。该实验中, 如下采用“一对多”策略建立了支持向量机模型来解决问题。

其中, C是惩罚因子, 通过选择适当的惩罚因子C, 支持向量机模型可以通过减少训练错误得到最佳分类结果, 其实质上是对经验风险和表达能力匹配的一个裁决[11];wi是支持向量机训练的数据样本;Φ (xj) 是核函数;bi是一个标量;ξji是松弛变量;zj∈∈-1, 1≠是分类的类别标签。给定一个数据样本x, 得到支持向量机的决策函数如下:

三、结果与分析

在实验设置中, 采用了农业领域常见的两种类型的地面环境 (土壤和沙石) 进行测试。三轴加速度计获取了X轴、Y轴和Z轴的振动信号, 采用支持向量机进行处理分析。实验使用“一对多”的策略, 把从沙石获得的垂直 (Z轴) 加速度, 作为“一”和从土壤获得的Z轴所有数据, 作为“多”, 然后重复实验。在实验中, 三种类型的内核函数在分类过程中使用。如表1所示, 使用的内核包括线性函数、多项式函数和径向基函数分别对三轴的加速度的识别。

实验表明, 与土壤引起的Z轴加速度相比, 沙石的分类率较高。通过不同的核函数, 学习算法生成一个不同的结果, 学习的过程中, 一组数据用于测试一个, 其余的数据用于学习。结果在Z轴上, 采用径向基函数内核取得的分类率比线性函数和多项式函数效果好。分别用线性函数, 多项式函数、径向基函数内核比较只加速度得到Y轴的地形, 然后重复X轴。以支持向量机从X轴和Y轴获得的数据表明, 不同地面环境对横向的振动不是很明显, 主要作用在垂直方向上。

四、结论

通过实验研究测试得出结论:和线性函数, 和多项式函数相比, 径向基函数作为核函数的支持向量机模型的训练可以更好地识别地面环境。这项工作有于设计一个自适应农业机器人在应对不断变化的地面环境, 更好的配合农业机器人实施所需的工作任务。进一步的实验研究也可以模拟多重地面环境, 如湿地、草地等, 以达到对农业机器人综合测控, 以应对复杂的地面环境。

参考文献

[1]崔红光, 任文涛.图像处理技术在农业机器人中的应用[J].农机化研究, 2008 (1) :168-170.

[2]林欢, 许林云.中国农业机器人发展及应用现状[J].浙江农业学报, 2015, 27 (5) :865-871.

[3]刘海涛, 关胜晓等.智能机器人视觉导航系统的研究[J].计算机应用与软件, 2010, 27 (12) :218-220.

[4]凤武, 于丰华.农业机器人研究现状及发展趋势[J].农业工程学报, 2013, 3 (6) :10-13.

[5]胡代弟, 王小丽.基于ADXL345三轴加速度计的倾角测量系统[J].电子测试, 2015 (19) :113-115.

[6]张冬生.支持向量机在分类问题中的应用研究[J].黑龙江科技信息, 2010 (35) :64.

[7]李忠国, 侯杰.模糊支持向量机在路面识别中的应用[J].数据采集与处理, 2014, 29 (1) :146-151.

[8]闫格, 刘开华.分数阶Fourier变换与新型时频滤波器设计[J].哈尔滨工业大学学报, 2012 (9) :138-143.

[9]汪廷华, 陈峻婷.核函数的选择研究综述[J].计算机工程与设计, 2012 (3) :1181-1186.

[10]余辉, 赵辉.支持向量机多类分类算法新研究[J].计算机工程与应用, 2008, 44 (7) :185-190.

环境振动测试 第3篇

振动筛是一类充分利用振动特性来满足工作性能的筛分机械,虽然在工作过程中引起环境振动的振幅和能量都比较小,但其振动具有反复性和持久性,使其楼板始终承受着持续的交变荷载,并通过楼板传递到厂房结构上,轻者会使建筑结构的强度降低,引起结构变形和产生轻微裂缝,重者导致结构破坏,造成厂房倒塌的恶性事件。根据机器荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规范,对某车间振动筛工作时引起的楼板振动的加速度、速度和位移等动力学参数进行测试以确定将振动筛的振动影响是否控制在结构安全的范围内。

1测试理论分析

根据动力学理论可知,有两方面的因素控制着结构的振动:一个是对结构施加的激振力,另一个是结构对特定激励的响应,即结构自身的动力特性[1]。当结构自身的固有频率与振动力的频率接近时,就会形成较大振幅,对建筑物造成较大的损坏[2]。对运转频率一定的振动筛来说,我们就要检测结构的动力学参数,来确定是否采取措施减小振动。

根据多层厂房楼盖抗震设计规范,可以忽略间接振动区域,对直接承受动力荷载楼板做振动计算,也就是对其振动频率进行设计和调整。根据构件的第一频率密集区内最低自振频率计算值大于设备的振动频率这一原则进行构件设计[3]。

虽然实际工程中的振动往往表现为板﹑梁墙的组合振动,但振动筛振动强度和振动范围较小,根据机械振动与冲击对建筑物影响的测量和评价基本方法及使用导则,可以选择楼板的振动检测,来代表振动筛对整个楼盖甚至整个厂房的振动影响。振动筛工作时,结构的振动以垂直振动为主。本次测试通过加速度传感器对某车间振动筛工作时引起的楼板振动的加速度、速度和位移等动力学参数进行测试,其振幅通过对加速度信号的二次积分获得,具体的原理及实现过程如下所述。

位移测量原理振动筛加速度、速度和位移都是周期性的。由于加速度传感器的输出采用了零点校正,因而只需考虑振动筛运动的加速度a(t)。对a(t)积分得振动筛运动的速度

考虑振动筛做周期性运动的特点,若v(0)看成振动下始点的速度,则

同样位移也可以通过对速度的积分得到,

若把下始点的位移d(U)作则振动筛左右周期运动的相对位移

用加速度传感器测量位移的算法可简要表述为:将一个周期的加速度的测量值减去其平均值,令边界条件为零,对修正后的加速度积分得到速度。将所求速度减去其平均值,令边界条件为零,对修正后的速度积分即得到相对位移。

2楼板检测结果分析

振动筛的水平振动由于基座的影响,传递到楼板后,水平位移的“峰值”被消减很多,几乎可以忽略不计,所以楼板动态测试中,只考虑竖向振动。测点布置示意见图1。

本次检测采用多通道噪声振动测量分析仪器,它是一种可以任意组合噪声及振动测量通道的多通道信号噪声测试仪。它具有多通道数据采集器,能够同时采集不同的电压信号,并把信号经A/D转换器转换成数字信号,存放在存储器中,以便实现波形的再现,显示在CRT显示器上。这样,极为方便的进行峰值、峰─峰值及加速度﹑速度等方面的测量。它的微型打印机能把波形及数据打印出来。图2和图3就是由信号分析仪打印出来的加速度和速度的波形载图。

根据图2至图4我们可以看出振动筛反复的周期载荷将在楼板中产生持续的周期响应,通过这种谐响应[4,5]分析使我们能了解结构的持续动力特性,从而能够验证其结构设计能否克服共振、疲劳及受迫振动引起的有害效果。几个测点在振动筛的振动下出现不同的响应值。通过速度﹑加速度﹑位移对频率的曲线,可找到最大速度﹑加速度﹑最大位移和“峰值”对应的频率,具体的统计指标见表1。

3检测结果分析

通过振动筛工作时对楼板振动的加速度、速度和位移等动力学参数测试的数据,我们可以楼板的竖向振动峰值点处对应的频率在13Hz~19Hz之间,楼板的最大位移为-0.062919mm,最大速度为-0.0182m/s,在楼板容许变形范围之内,说明振动对楼板的影响在结构安全的范围之内。但振动筛工作时,测点加速度在1.55013m/ss~2.57651m/ss之间,根据新的ISO标准规定最大加速度超过0.015g~0.025g时,这种加速度便不能被接受,对于厂房来说,应取更小的值较为合适[6]。该楼板实际加速度是ISO标准的10倍,所以人在上面根本无法忍受。

在进行振动筛布置方案的设计上,我们要尽量把振动筛布置在对结构最有利的位置,从而减轻振动对结构产生的不利影响。当振动筛的频率可以调整时,一定要错开结构的自振频率,以免共振早成振动峰值的叠加。因为振动筛的位置和频率固定,我们采用在楼板和振动筛基座之间安装压缩性橡胶隔振器,它可以很好减小机器的振动,安装后经测试楼板的加速度、速度和位移均在容许范围之内。

4结论

本文通过对某车间振动筛工作时引起的楼板振动的动态测试,结合实际问题,对振动筛的布置和结构减振提供了具体的措施,也解决类似振动问题提供了可靠的参考依据,也为同类结构测试提供了很好的范例。

摘要：在生产过程中,振动筛的剧烈振动直接影响到厂房结构的安全。为了查明振动对厂房的影响,必须对楼板进行动态试验检测。通过对楼板加速度、速度、位移等进行振动参数的整理和分析,评估振动对结构安全的影响,为以后同类建筑物的鉴定工作和相关研究提供实际工程经验。

关键词：振动筛,楼板,振动,动态测试

参考文献

[1]谭程.TDLS2575型振动筛工况监测系统的研制[D].哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,2007.

[2]张传涛.三电机振动筛试验模态分析[D].西南石油学院硕士学位论文,2005:10-18.

[3]邱德修,樊开儒.多层工业厂房的振动问题分析[J].工业建筑,2010(S1):129.

[4]罗乐平.基于Pro/E与ANSYS的振动筛三维设计及有限元分析[D].江西理工大学硕士论文,2009.

[5]杨小兰.基于ANSYS的振动电机轴谐响应之有限元分析[J].煤矿机械,2007,33(6):81-82.

变速器的振动、噪声测试 第4篇

振动标准规定

各变速挡位做加、减速运转时, 不允许有冲击、卡滞、轴承噪声、拨叉噪声等异常噪声, 并且各齿轮副啮合一次, 振动要满足以下的振动标准 (不同变速器一般有不同的规定, 限于篇幅, 本文以一款后驱变速器三挡齿轮副和五挡齿轮副为例) 。

齿轮啮合一次振动允许程度 (质量下限等级) , 图1、图2振动等级标准应保证下列所有项目均在公差范围内 (见图3) 。

(1) 振动加速度超出部分 (G3dB) 。

(2) 车速超出部分 (v3km/h) 。

(3) 面积超出部分 (Gv5dBkm/h) 。

(4) 整个车速范围内局部超出部分的总面积S。

S整个测定车速范围km/h3dB/5

注:其中S= (3) + (3) '

试验设备及设置

1. 试验场所

选择噪声、噪声反射影响小的地方及地面, 设备装置等的振动不影响被测量MT的地方, 测量场地周围2m之内不得放置障碍物, 测量试验台与墙壁之间的距离不得小于2m。

2.MT的驱动及动力吸收

(1) 加速侧用同被测量MT组合在一起的发动机或直流电力测功机驱动, 用直流电力测功机或电涡流测功机吸收动力。

(2) 减速侧则跟 (1) 项相反, 用测功机驱动, 发动机或直流电力测功机驱动全闭, 加大电涡流测功机的惯量, 通过惯性驱动。

(3) 为了充分隔音, 上述驱动部分 (发动机及动力传动装置) 最好同MT室隔开放置。如果驱动部分发出的啮合频率成分很低 (齿轮啮合部发出的噪声值同驱动部发出的噪声值之差为10dB以上) , 也可以放置在试验室内。

3.MT安装

尽量按实车搭载状态安装MT, 特殊情况下也可根据实际情况有所变动。

4.振动噪声测试器

(1) 使用麦克风或具备同等性能以上的测试器。

(2) 用加速度测量仪测振动, 准确安装检测器 (见图4) 。

(3) 为避开其他接近阶次的影响, 啮合振动及噪声阶次分解能应不小于1/10次。

(4) 测试器在使用前应充分暖机, 并使用麦克风及校正的加速度测量仪, 确认对测量频率范围具有充分的直线性。

试验条件

1.所需参数

(1) 发动机最大转矩及其对应的转速186.2Nm/3000rmin-1。

(2) 发动机最大功率及其对应的转速88.2k W/5500rmin-1。

(3) 轮胎有效动半径Rm=0.302m。

(4) 变速器各挡速比见附表。

2. 变速器磨合条件

(1) 输入轴转速3000r/min。

(2) 输入轴转矩93Nm。

(3) 各挡磨合时间:四挡30min、五挡30min、三挡15min、二挡10min、一挡5min。

3. 润滑油及试验油温

(1) 润滑油型号SAE 75W/85W GL-4, 油量2.3L。

(2) 油温为 (80±5) ℃。

4. 振动噪声的测量位置

(1) 振动测量位置加速度检测仪要放在从MT壳体传递车内振动的必经通路, 即MT壳体上与车内声音最有关系的最高位置及方向 (见图4) 。

(2) 噪声测试位置麦克风等测试器应放在距MT本体外壁150mm的相应各位置 (见图5) 。

1.MT正上方位置2.MT正左方位置3.MT正右方位置

5. 负荷

(1) 加速侧的负荷一般取该MT的发动机最大转矩的1/3, 不受转速影响, 固定不变, 这里取输入轴加速转矩为80Nm。

(2) 减速侧的负荷为运转发动机的全闭减速负荷, 或由反方向测功机驱动, 进行加载, 这里取

6. 转速范围

输入轴转速范围从1000r/min到搭载车辆的发动机最高转速5500r/min。

7. 测量方法

(1) 运转方法加速侧及变速侧均将转速范围往一个方向在全域缓慢改变转速, 分别测三次。另外, 如果转速的上升、下降速度过快, 会导致测量仪无法分析, 故要控制在不损坏分析功能的速度范围。

(2) 数据采集振动及声压级别 (A) 级数据取上述三次测量数据中的最大值。

测试结果

1.试验前

按照上面提及的步骤, 对变速器耐久试验前振动和发出的放射噪声进行测量, 然后求各挡齿轮啮合的啮合频率成分, 啮合频率成分用阶次分析求出 (啮合一次的阶次指将输入轴转动一周时的啮合频率) , 其振动和噪声的测试结果分别见图6 (啮合17.6次) 、图7 (啮合29.2次) 、图8及图9。根据图形显示, 其加速、减速振动加速度都没有超过标准规定振动幅值, 振动波形图平稳, 无特异尖峰波。图8在频率为325Hz左右, 图9在频率为650Hz左右, 各有一处相对较高尖峰, 而其他挡位没有该峰值, 而此两频率分别非常接近三挡齿轮和五挡齿轮的啮合频率, 因此可以断定该峰值分别由三挡齿轮和五挡齿轮产生, 存在一定的噪声, 但可确认不影响变速器疲劳寿命试验。

2.疲劳寿命试验

在完成了试验前振动噪声测试后, 则按疲劳寿命试验要求进行耐久试验。

3.试验后

在完成变速器疲劳寿命试验后, 测量其振动与噪声变化状况, 测试方法与参数与试验前相同, 振动噪声测定结果见图10 (啮合17.6次) 、图11 (啮合29.2次) 、图12及图13。根据图形显示, 其加速、减速振动加速度也都没有超过标准规定振动幅值, 振动波形图平稳, 无明显特异尖峰波, 但在噪声方面, 三挡齿轮噪声变化较大, 有明显扩大趋势, 经拆箱发现齿面有一定的点蚀现象, 而五挡齿轮与试验前相比, 变化不大。

结语

通过对变速器疲劳寿命试验前、后的振动噪声对比检测分析, 我们比较客观地了解变速器各挡齿轮啮合频率的振动及变速器本体发出的放射噪声的变化趋势, 掌握振动、噪声的变化规律, 利于掌控产品的实际质量状况, 为整体分析、评价产品质量提供非常重要、可靠的参考依据。

研究结构自由振动的测试方法 第5篇

从宏观的角度来看, 许多的机械结构以及特性都需要进行相关的测试。对机械的自由振动测试普遍使用的方法是给机械结构赋予一定的刺激形式, 比较常用的是正弦扫描激励、冲击激励。按照它的响应进行测定, 获得振动特征以及数据参数。机械制造业中, 运用于测试振动系统的传统方法是自由衰减振动法。

图1自由衰减方法应用于汽轮机测试振动频率中, 汽轮的机叶片由特定的夹具来固定, 机叶片的上方一般都有微型转速传感器。自由振动由手锤敲击的叶片来刺激出来, 振动响应则是通过速度传感器和信号采集放大器共通转生成信号, 传入到计算机中去, 做出记录和数据的整理。

本文主要运用的方法是根据结构自由振动特性的衰减测试方法进行的, 工作原理参照宏观机械振动测量方法, 在具体的操作过程中, 会对传统的方式方法有所改进, 并具体地做试探性分析研究, 结构自由振动的特性测量要结合准确、快速特点来实现。

2 激励信号的冲击反映分析

2.1 自由振动冲击计算

实际上属于信号冲击的响应方式, 这是一种能量传递的过程和反映形式。日常的生活中, 爆炸、敲击或是碰撞都会发生冲击, 冲击现象的复杂性导致无法准确地给予它某种定义, 但是冲击现象有一个共同点, 就是时间突然且短少, 力量较为集中。

系统运动时所产生的冲击力的运动和力为冲击激励, 根据此冲击系统不断调整变化运动的冲击相应, 在短时间内收到的冲击作用力为f (t) , 那么冲击力的计算公式可以为:

想得到冲击相应函数与冲击激励函数, 可以在上述公式基础上同时除以k, 并记, 可以得到如下的表达式:

显而易见, 冲击的响应程度是取决于冲击激励函数的形式的, 但最终还是参考系统本身的特征和性能。

激励振动作用的大小要根据一般的具体形势来确定, 有的希望响应程度和信号都有所提高, 所以从信噪入手, 但在这个过程中要注意对设备的保护, 避免损坏使用件。

动压电陶瓷所形成的接近线性的变形, 会导致待测的微结构反映出稳定的自由衰减震动。

2.2 压电陶瓷的振动特性

压电陶瓷材料主要是各种锆钛酸铅陶瓷, 该材料是用来产生高分辨力位移的理想材料。理想情况下, 位移与所施加的场强成正比, 实际应用中, 压电陶瓷将表现出迟滞、非线性和蠕变等现象, 影响输出的位移。

温度变化会对压电陶瓷的位移输出产生影响, 而且情况较为复杂, 如果通过恒温的条件来消除这种影响, 系统的应用范围将受到限制。另外压电陶瓷在位移过程中所受负载发生变化时, 也对其位移输出的精度产生影响。为了减少压电陶瓷特性造成的误差, 目前主要的方法还是对压电陶瓷位移的误差进行软件的补偿。本文将压电陶瓷的变形作为对微结构产生衰减振动的从实验的角度出发, 并不需要压电陶瓷的位移输出达到很高的精度, 但是要求压电陶瓷能够对信号发生器产生的激励信号迅速响应, 并尽可能在压电陶瓷的线性区激发微结构的振动。

综合冲击激励信号的理论分析和压电陶瓷的响应特性, 选择斜波作为冲击激励信号能最大程度满足自由衰减振动试验的要求。

3 理论误差分析

针对很多常用的数据模型来说, 推到公式都只是近似或等效的, 所以不可避免会有一些误差的产生。质量——弹性——阻尼的系统公式同样也有这种问题, 主要来说误差的存在体现在几个方面。

3.1 考虑不周全

结构自由振动测试所研究出的振动效果效果具有单自由度的特性, 考虑范围可以使测试的竖直面内振动, 一旦出现了需要被测量的物件同时存在Z方向的离面振动与X、Y方向的平面振动, 理论上的模型就难以实现数据的对应, 必然会产生误差。被测量的物件在自由振动上即使以Z为方向, 从上往下运动为主, 但是其他方向也有振动存在, 是不能忽视的。

3.2 考虑综合性

结构自由振动计算的方程式运用在测量的过程, 需要把测试品作为单一的黏性阻尼进行综合性研究, 在实际操作中, 振动系统的阻尼并不会单一单方面的存在, 而是会有性质不一的阻尼在同一时间作用, 有粘性阻尼, 还有平方阻尼, 结构阻尼和干摩擦阻尼。其他性质的阻尼, 振动系统呈线性相关, 在方程的求解上会存在一定的困难, 解决这一问题的最佳途径就是通过阻尼的简化, 将同时作用的不同性质阻尼简化成黏性阻尼且具有等效作用。不过在计算的过程中, 为了避免误差, 还会出现更多复杂的情况, 所以实行理论的推到过程需要把各种测试中的阻尼综合起来研究, 并加入黏性阻尼系统进行考虑。这就导致计算的过程中会与实际出现一定的误差。

上面的部分就是利用理论分析来介绍的误差, 目前的力学理论与等效作用中, 只能采用这种方式来计算接近真实振动的情况。所以这就要求我们需要不断完善工作中的理论研究, 不断开发出更适合实际操作, 更具有实际意义的数据模型, 不断提高精准度, 从而满足实际应用需求。

4 结语

具有运动特征的结构自由运动在科学与技术领域有着广泛的应用, 逐步推入产业化结构, 结构自由运动的振动特性不仅对产品的工作性能有决定性作用, 同时还能够为材料力学的稳定性测试提供有效的数据基础。

摘要：具有运动特征的结构自由振动是机电系统的重要组成部分, 结构自由运动的振动特性不仅对几机电的工作性能有决定性作用, 还能够为材料力学的稳定性研究提供基础数据。本文主要介绍了机械结构自由振动的测试方法以及激励信号的冲击反映, 并进一步针对测量中的误差现象进行分析。

关键词：结构自由振动,机电系统,基础,测量

参考文献

[1]吴一辉.微机电系统 (MEMS) 专题文章导读[J].光学精密工程, 2005 (13) .

给水泵振动测试分析及处理 第6篇

梅州市嘉诚电力有限公司 (梅县发电厂一期工程) (250MW汽轮发电机组) 4号电动给水泵系沈阳电机厂和沈阳水泵厂出品, 三相异步电机型号为YK16002/990, 给水泵型号为2DG10, 采用齿式联轴器联接, 运行转速为2982r/min。电动给水泵轴系结构如图1所示。

电动给水泵及其附属管道由梅州市嘉诚电力有限公司自行设计、安装, 于1996年10月投运以来, 一直存在给水泵轴承振动超标现象, 经过多次大修、小修、消缺等处理均不能彻底解决给水泵振动问题。

2005年10月19至20日对该给水泵进行了振动及系统参数测试, 诊断振动故障的主要原因为给水泵转子存在一定的一阶质量不平衡, 并进行了现场动平衡试验, 受现场动平衡加重位置的限制, 建议将给水泵转子上平衡台进行平衡、并调整轴瓦的顶隙和侧隙。

梅州市嘉诚电力有限公司将给水泵转子返厂进行动平衡, 回装时并对轴瓦间隙进行了调整, 开机后给水泵振动大幅度降低至优秀水平。至此, 长期困绕梅州市嘉诚电力有限公司的4号给水泵振动问题得以圆满解决。

4号电动给水泵振动试验、振动诊断、动平衡试验、对策及处理结果进行详细总结。

2 测试系统

在电动机转子上粘贴反光带、在电动机定子上安装光电传感器, 即可获得键相信号 (以及转速信号) ;采用美国本特利公司生产的9200系列速度传感器和TK83型振动表, 即可实现电动给水泵振动测量;采用时代集团北京时代之峰科技有限公司的TV300便携式测振仪即可实现实时频谱分析。

3 振动及检修历史

4号电动给水泵自投运以来的振动及检修情况列于表1。

4 本次大修情况

2005年8月13日～25日, 对4号给水泵进行大修, 主要目的还是消除给水泵轴承振动问题 (修前自由端瓦水平振动值为80μm～100μm;传动端瓦水平振动值为60μm～70μm) 。大修内容列于表2。

5 振动测试诊断

2005年10月19日对4号电动给水泵进行了振动试验, 空负荷工况及带负荷工况下振动数据以及系统参数记录列于表3。

分析发现给水泵轴承振动特征如下。

(1) 空负荷工况及带负荷工况下给水泵系统参数正常。

(2) 空负荷工况及带负荷工况下振动较为稳定。

(3) 振动问题主要反映在水平方向。

(4) 实时频谱分析结果表明, 振动主要分量为基频, 并含有少量的低频分量。

(5) 自由端瓦和传动端瓦的基频分量同相, 说明给水泵转子存在一阶质量不平衡, 应在给水泵转子跨内加重 (给水泵转子上无加重位置) 。

(6) 少量的低频分量表明轴瓦稳定性需要改善。

(7) 从安装记录来看, 轴系中心较好;但从振动数据来看, 开机状态下的轴系动态中心较差。

6 动平衡试验

由于给水泵转子内无加重位置, 从现场的实际情况出发, 决定在联轴器上试加重, 测量平衡效应。

10月20日在联轴器对轮上试加重183g∠90°, 开机后给水泵传动瓦水平振动基频分量大幅度降低至10μm左右, 但是给水泵传动瓦垂直振动基频分量和端瓦水平振动基频分量有所增大 (见表3) 。

根据影响系数计算发现, 现场在联轴器对轮上加重不能同时将给水泵传动端瓦和自由端瓦水平振动降低至合格水平。

7 对策

(1) 将给水泵转子在平衡台上进行精细动平衡, 改善转子平衡状态, 进一步降低轴系扰动力, 有助于降低运行状态下振动水平。

(2) 研磨轴瓦中分面, 将顶隙调整到下限;修刮轴瓦两侧, 将侧隙调整到上限。改善轴瓦稳定性, 提高轴系阻尼。

(3) 回装给水泵时, 应严格按照厂家工艺要求进行, 保证检修质量。

8 检修结果

梅州市嘉诚电力有限公司将给水泵转子返厂进行动平衡 (对多级叶轮进行打磨) 后, 在回装时将轴瓦顶隙调整到下限、将侧隙调整到上限。

12月15日开机后给水泵振动大幅度降低至优秀水平 (表4) 。至此, 长期困绕梅州市嘉诚电力有限公司的4号给水泵振动问题得以圆满解决。

摘要：4号给水泵一直存在轴承振动超标现象, 经过多次大修、小修、消缺等处理均不能彻底解决给水泵振动故障。现场测试分析振动及系统参数后, 诊断振动故障的主要原因为给水泵转子的一阶质量不平衡。建议将给水泵转子上平衡台进行平衡、并调整轴瓦的顶隙和侧隙, 提高振动稳定性。给水泵转子返厂动平衡、回装过程调整轴瓦间隙后, 给水泵振动大幅度降低至优秀水平。

地铁和城铁引起地表振动的测试分析 第7篇

大型仪器设备是开展科学研究和技术创新的基础条件,仪器设备装备水平是衡量一个国家科技发展水平的重要标志。随着人类社会的发展,科学技术与社会经济之间更加融合,促进科学技术的发展,使得数量众多、专业化更强、技术指标更高的大型仪器设备进入到科学研究领域的方方面面。

我国是发展中国家,在国力和财力十分有限的情况下,近年来逐步加大对科技的投入,特别是在国家科技计划和项目的支持下,我国高校和科研院所的大型贵重仪器水平有了大幅度提高。

随着城市的现代化、城市交通的快速发展对大型贵重仪器的影响也日益显现。地铁或轻轨的建设,将显著改变铁路沿线地区环境振动背景的现状[1,2],将给沿线地区高精尖的科研设备带来威胁,甚至影响到这些仪器设备的正常工作。即使采取一定的轨道隔震措施,轨道对环境的影响也是不能还原的[3,4]。以北京地铁四号线为例,它将穿过北京大学东门理科学群地区(包括物理学院、化学学院、信息学学院、地空学院等),各学院放置着众多大型仪器设备,如电子显微镜、微电子光刻设备、原子力显微镜及大型核磁等设备,这些大型贵重仪器对环境振动有很高的要求,地铁经过时引起的地面振动,可能会导致重金购置的大型贵重仪器不能发挥作用,延缓或搁浅正在进行的科学研究计划。

出于对上述问题的关注,对北京地铁二号线、城铁十三号线的特定地段上列车通过时引起的地面振动进行多次测试,并由此对地铁列车通过时引起的振动信号的特点、振动信号随距离衰减规律、减震措施对振动信号的作用等基本情况有初步的了解,为评估此类振动对大型仪器设备的影响提供参考。

1 振动测试仪及测试地点的选择

1.1 振动测试仪的选择

考虑到上述测试任务的特点,在选择振动测试仪上,直接使用大型仪器设备安装场地振动测试的专用设备美国FEI公司提供的HP 3560 动态信号分析仪和振动响应探头(见图1)。该设备可以提供水平方向和垂直方向的振动信号测试。图2是由该设备提供的Tecnai F30场发射透射电镜对环境振动的要求曲线。

横坐标为频率(Hz)的对数坐标,纵坐标为振动加速度(μg)的1/3倍频程(以下测试数据均以此为坐标单位)。仪器安装时环境振动低于图中I区则满足仪器使用要求,振动超出III区仪器不能正常工作。

1.2 测试地点的选址

测试目的是了解地铁列车经过时引起地面振动的基本特点及采取减震措施后对振动影响的改善等情况,并通过环境类比将此测试结果与北京大学目前大型仪器设备对环境振动要求进行比对,得出地铁四号线通车后可能对北京大学大型仪器设备产生的 影响。因此在测试地点的选址上,选择以下几个测试点:第一测点是北京大学物理大楼,测量该点可以大体了解目前北大东门地区的振动现状。在第二测点的选择上,考虑到地层对地面振动的作用,查阅北京大学东门地带地质层结构资料,了解到该地区的“第四纪松散层”(土层)厚度为180～230m。根据这个特点,我们对北京地区地铁沿线土层结构进行对比,发现北京地铁二号线通过的西直门外大街58号院附近的地层结构与北京大学东门地区相似,测试此处地铁通过时引起地面振动,会对定性估计“地铁四号线”经过北大东门可能产生的振动影响将提供有用的借鉴。第三测点为西直门城铁指挥中心(西直门城铁站)。从“北京市地铁集团有限公司”了解到,地铁四号线北京大学东门地段将要采用“钢弹簧浮置板道床”减震措施,这与“西直门城铁指挥中心”的轻轨站所采用的减震措施相同,在此测试可以直接了解 “钢弹簧浮置板道床”的减振作用。第四测点为东直门-柳芳地段。该地区有城铁十三号线穿过两栋高层居民大楼,为缓解地铁振动对居民大楼产生影响,在该路段轨道上也采用“钢弹簧浮置板道床”减震措施。该减振措施在埋深约20m处,这一埋深与地铁四号线在北京大学东门地段接近,该处测试数据将有更直接的参考价值。

2 测试结果与分析

2.1 北京大学物理大楼地区环境振动测试结果与分析

在北京大学物理楼电子显微镜实验室放置测点,测点距离西边“白颐路”约40m。图3给出白天工作时间的测试结果,从图3中可以看出,目前北京大学物理大楼电镜室在5～8Hz范围的垂直方向的环境振动处于仪器工作要求的临界、垂直方向的其它频段以及南北方向和东西方向在所有频段环境振动低于仪器对环境要求。

图中b1曲线为垂直方向的振动曲线;b2曲线为南北方向的振动曲线;b3曲线为东西方向的振动曲线;a曲线为美国FEI生产的F30场发射透射电子显微镜在安装前对垂直方向环境振动所要求曲线。

2.2 西直门外大街58号地区测试结果与分析

北京西直门外大街58号院附近的地层结构与北京大学东门地区非常相似,而且地铁二号线通过该地区,地铁埋深也与北京大学东门四号线相近,通过该测点的测试,了解在有地铁列车通过时沿横断面方向不同位置振动波随距离衰减的关系。图4给出测点位置示意图,我们在地铁沿线横截断面距马路边35m、55m、75m和106m处分别测试,分析振动的衰减情况。实测中考虑到测试布点在地铁行驶路段北侧,因此,只测试“积水潭站”开往“西直门站”方向的地铁引起的振动。

图5中可以看出,当有地铁列车通过时,10Hz以上频率分量基本被地层吸收,而10Hz以下的频率分量地层难以吸收,它超出测点背景振动两个数量级(100倍)。在有地铁列车通过时,对横断面方向沿不同距离(35m、55m、75m、106m、)测试结果表明:10Hz以下频率分量在100m范围内几乎没有任何衰减。

图5中a-b代表不同距离的测量曲线。其中a为35m、b为55m、c为75m处、d为106m(处在一座25层住宅大楼后面),每组曲线有上、下两条,上面一条曲线表示有地铁列车通过时的情况,下面一条曲线表示无地铁列车通过时情况。

2.3 西直门城铁指挥中心测试结果与分析

城铁在西直门站进出站时要穿过西直门城铁指挥中心大楼,为缓解振动对大楼的影响,在穿过指挥中心大楼附近的轨道上采用“钢弹簧浮置板道床”(钢弹簧抗震垫)减震措施。图6为该地区的示意图,对测点1和2进行对比测试,通过对比测试,了解采用“钢弹簧浮置板道床”减震措施和未采用减震措施的作用。

通过对本地段测试结果的分析可以看到以下的一些特点(见图7):首先,对测点1采用减震措施点和未采用减震措施点城铁列车通过时振动的三次重复测量,可以看出城铁列车通过时它们各自的信号大小差异明确而且相当稳定。此外,通过对b1、b2、b3(Navy)曲线组与c1、c2、c3曲线组的比较,可以看出采用减震措施比未采用减震措施在各个频段上都有一定的衰减作用,10Hz以上的信号衰减量近一个量级(10倍),1～10Hz信号衰减量近5倍,其总趋势是7～20Hz隔振效能较为显著,随着频率离开7～20Hz隔振效果下降。这一结果说明采用“钢弹簧浮置板道床”对地铁振动的衰减作用是有限的,特别是在精密仪器对环境振动要求较高的1～7Hz的低频段作用不大。

测试结果(见图7)。图7中b1、b2、b3三条曲线为测点2(未采用减震措施点)有城铁列车通过时的垂直向振动曲线(三次测量);c1、c2、c3三条曲线为测点1(采用减震措施点)有城铁列车通过时的垂直向振动曲线(三次测量);a曲线为测点1(采用减震措施点)无城铁列车通过时的垂直向振动曲线。

2.4 东直门-柳芳地段测试结果与分析

东直门-柳芳段环境复杂,城铁从埋深约20m穿过两栋高层居民大楼,为缓解列车振动对居民大楼产生的影响,在该路段(地下)轨道上也采用“钢弹簧浮置板道床”减震措施。在距城铁约200m处有地铁二号线通过,因此在这点测试的结果可以与西直门指挥中心采用的地表“钢弹簧浮置板道床”减震措施结果比较,同时也可以进行城铁与地铁在同一测点进行比较。图8给出测点位置示意图,测试点选在距离采用“钢弹簧浮置板道床”减震装置距轨道50m处,距地铁二号环线约150m。

图9给出测试结果。从图9中可以看出,当地下有地铁列车通过时,10Hz以上频率分量在测试点基本被地层吸收,而10Hz以下频率分量地层难以吸收,超出测点背景振动一到两个数量级(10～100倍),这一结果与在西直门外大街58号测试的结果吻合。此外,尽管二号线地铁离测试点更远,但是其引起地表的低频振动仍大于城铁,这可能与城铁采取减振措施有关,此外也可能与两种机车质量不同有关。

图中c曲线为测点测得背景振动;b曲线为测点处城铁(13号线)通过时垂直方向振动(三次测量);a曲线为测点处地铁(2号线)通过时垂直方向振动(两次测量)。

3 结论

将以上各测试点的多次测试数据取平均后得到图10,根据上述测试结果,可以得出以下主要结论:(a)地铁列车通过引起的地表振动,在低频段(1～10Hz)振动信号是无地铁通过时的30～100倍。(b)地铁列车通过引起的地表振动,低频段(1～10Hz)信号在100m范围内几乎没有衰减,这将意味着这类低频段振动信号将会传播得很远。(c)地铁轨道上采用"钢弹簧浮置板道床"减震装置后,在低频段(1～10Hz)信号有一定的减弱,但仍然超出无地铁通过时振动信号的10倍以上。

以电子显微镜对环境振动的要求为例,地铁列车通过时1～10Hz频段的振动信号将超标10～100倍,这样的环境振动对于绝大多数对环境振动有严格要求的大型精密仪器的正常工作都会产生致命影响。问题的严重性希望引起各方面专家的关注和重视。

图中e曲线是北京大学物理楼测得的垂直方向振动的平均值曲线;d曲线是德胜门外大街58号处地铁通过时测得的垂直方向振动的平均值曲线;b1、b2曲线是西直门城铁指挥中心轻轨通过时,采用"钢弹簧浮置板道床"减震措施(b2曲线)和无减震措施(b1曲线)情况下城铁通过时测得的垂直方向振动的平均值曲线;c1、c2曲线是东直门-柳芳段地铁通过(c1曲线)和轻轨通过(c2曲线)时测得的垂直方向振动的平均值曲线;a曲线是F30电子显微镜对环境垂直方向振动的要求。

参考文献

[1] Sheng X,et al.Acomparison of a theoretical model for qua-si-statically and dynamically induced environmental vibra-tion from train with measurements.Journal of Sound and Vi-bration,2003,267:621~635

[2] Madshus C.Kaynia A.High speed railway lines on softground:dynamic behavior at critical train speed.Journal ofSound and Vibration,2000,231:689~-701

[3]雷晓燕,圣小珍.铁路交通噪声与振动,北京:科学出版社,2004