大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),大功率液壓元件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),大功率,液壓,元件,檢測(cè),實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),設(shè)計(jì) 附錄1 外文翻譯 減震器的高頻第一原理模型及其伺服液壓試驗(yàn)機(jī) 作者：Damian Stawik 摘要 The aim of this paper is to present the model of a complete system,consisting of a 本文的目的是提出一個(gè)完整的系統(tǒng)模型，包括一個(gè)可變阻尼減振器和一個(gè)專(zhuān)門(mén)的伺服液壓試驗(yàn)機(jī)，用于評(píng)估經(jīng)減震器處理后的振動(dòng)水平。這種評(píng)價(jià)在汽車(chē)行業(yè)，作為一種替代車(chē)輛實(shí)際震動(dòng)狀況的測(cè)試，用于研究減振器的性能。這些測(cè)試的目的是量化減震器消除由道路產(chǎn)生的中、高振動(dòng)的能力，通過(guò)懸掛裝置，在車(chē)體上建立第一原理的非線性模型，推導(dǎo)并驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)允許條件的結(jié)果的再現(xiàn)。它還提供了關(guān)于減振器動(dòng)力學(xué)之間的相互作用的結(jié)構(gòu)振動(dòng)方面理解，其基本成分（例如伺服閥系統(tǒng)），安裝元件，和液壓制動(dòng)器。該模型能在很寬的工作范圍捕捉重要的動(dòng)力特性，但只有模型本身中等復(fù)雜。該模型已被證明是能滿足定性和定量分析—基于地準(zhǔn)確進(jìn)行的驗(yàn)證工作，為整個(gè)頻率范圍，即0–700HZ，本研究能滿足工程中對(duì)于開(kāi)發(fā)一種用于高頻減振器優(yōu)化設(shè)計(jì)的仿真工具的要求。 關(guān)鍵詞：減震器 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 伺服閥 震動(dòng) 1、 模型簡(jiǎn)介 一個(gè)減振器的車(chē)輛懸架的工作角色，在某種意義上是矛盾的。首先，理想的減震器應(yīng)保證良好的道路操控性，其次，它必須考慮到耐久性，第三，發(fā)出的噪聲和振動(dòng)應(yīng)盡可能小功率，最后，它應(yīng)保證旅客的舒適度。噪音是土地結(jié)構(gòu)力振動(dòng)的聲音效果，它的大小已經(jīng)成為減振器制造商作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化活動(dòng)的重要指標(biāo)。本系統(tǒng)由于計(jì)算機(jī)控制的可變阻尼系統(tǒng)的出現(xiàn)而凸顯其重要性，現(xiàn)在已經(jīng)在乘用車(chē)市場(chǎng)推出。本系統(tǒng)能將阻尼轉(zhuǎn)化為檢測(cè)道路輪廓和驅(qū)動(dòng)輸入（制動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）的函數(shù)。在優(yōu)化噪聲和震動(dòng)時(shí)本系統(tǒng)需要更多的工作，因?yàn)樽枘崃?huì)隨著道路變化而變化，這種效果是傳統(tǒng)減震器所不具備的。 噪聲和振動(dòng)的評(píng)價(jià)是整車(chē)在公路和實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的。然而，在實(shí)驗(yàn)室條件下也經(jīng)常進(jìn)行復(fù)雜孤立的系統(tǒng)的測(cè)試，比如懸架或減震器的測(cè)試。這種試驗(yàn)方法能夠排除車(chē)身的影響，因此，試驗(yàn)條件可以更精確地控制。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下可以比真實(shí)環(huán)境更好地反復(fù)模擬。它也更容易模擬典型道路演習(xí)和測(cè)量某些信號(hào)，如輪胎力，或使用特殊的測(cè)量設(shè)備。另一方面，基于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試可以降低成本，而且節(jié)省時(shí)間。振動(dòng)試驗(yàn)在液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，可以更好地量化和排列出經(jīng)過(guò)減震器減震后的振動(dòng)的強(qiáng)度?？梢詫y(cè)量結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)，確定目標(biāo)水平以于產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中。麥克風(fēng)和加速度計(jì)測(cè)量已經(jīng)用于在實(shí)驗(yàn)室中。麥克風(fēng)是用來(lái)捕獲減震器在消聲室中產(chǎn)生的聲壓，而加速度計(jì)用來(lái)測(cè)量從減震器桿傳播到伺服液壓測(cè)試儀主要支撐框架頂部的震動(dòng)。本文討論的減振器振動(dòng)評(píng)價(jià)方法采用伺服液壓試驗(yàn)機(jī)使隨機(jī)激勵(lì)的傳遞范圍在0–30Hz以?xún)?nèi)，并使得測(cè)量活塞桿的加速度在0–1000hz的更大范圍內(nèi).這個(gè)過(guò)程需要非常先進(jìn)的仿真數(shù)學(xué)模型，本文先暫不不考慮。在讀本文之前有必要先了解減震器的振動(dòng)及其傳輸機(jī)制，并討論可聽(tīng)到噪聲的產(chǎn)生衰減對(duì)減振器質(zhì)量的影響。本文把主要重點(diǎn)放在通過(guò)機(jī)電液壓系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)傳遞路徑進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。該系統(tǒng)由液壓伺服試驗(yàn)機(jī)和裝備了可以傳送車(chē)身下的道路條件的結(jié)構(gòu)的可變阻尼減震器組成?？勺冏枘釡p震器根據(jù)放在車(chē)體上傳感器的回應(yīng)允許阻尼的變化，當(dāng)然在需要的時(shí)候也可提供一個(gè)平穩(wěn)和牢固的懸掛。 本文提出模型的體系結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)要介紹了模型中的每個(gè)組件。這里所描述的模擬的目的主要是在視覺(jué)上定性的觀察到模擬振動(dòng)的現(xiàn)象，并在模型開(kāi)發(fā)過(guò)程的后期階段允許其相關(guān)的影響可忽略不計(jì)，仿真結(jié)果的應(yīng)用范圍可延伸到多變量敏感性分析，測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，極大地方便了促進(jìn)了應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)步。 該模型在查找表的形式上提供了第一原理方程和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)差值公式形結(jié)合的方法的形式，比如閥的系統(tǒng)特性?？紤]液壓阻尼器（圖 1）的類(lèi)型是由組成的四個(gè)分室，兩個(gè)變量卷 (反彈和壓縮分庭) 還有的固定卷三管類(lèi)型 （第三管和儲(chǔ)備分庭）。各分室由流量限制 (孔和閥) 連接?；钊\(yùn)動(dòng)被迫移動(dòng)里面的壓縮和回彈室，被形成作為一個(gè)圓筒，壓差建立跨活塞和部隊(duì)限制設(shè)在活塞、 缸頭，并且從回彈室的第三個(gè)分室內(nèi)流動(dòng)的液體。本系統(tǒng)存在缺點(diǎn)是，即需要完整的覆蓋操作條件和無(wú)法推斷整個(gè)范圍內(nèi)處理多個(gè)數(shù)據(jù)集最佳擬合曲線的操作條件范圍以外的被測(cè)量的數(shù)據(jù)。 本文的其余內(nèi)容分為四個(gè)部分。2部分和3部分分別論述的減振器模型和液壓伺服試驗(yàn)機(jī)，而第四部分說(shuō)明和討論了這些模型的校準(zhǔn)和驗(yàn)證的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。最后，5部分提出論文的概要。 2、 阻尼減震器的模型 圖1 可變阻尼減振器的工作原理 考慮液壓阻尼器 （圖 1） 的類(lèi)型是由組成的四個(gè)分庭，兩個(gè)變量卷 (反彈和壓縮分庭) 還有的固定卷三管類(lèi)型 （第三管和儲(chǔ)備分庭）。各分庭由流量限制 (孔和閥) 連接?；钊\(yùn)動(dòng)被迫移動(dòng)里面的壓縮和反彈庭，被形成作為一個(gè)圓筒，壓差建立跨活塞和部隊(duì)限制設(shè)在活塞、 缸結(jié)束程序集，并且從反彈分庭的第三個(gè)分庭內(nèi)流動(dòng)的液體。 活塞的行動(dòng)轉(zhuǎn)移桿儲(chǔ)備室周?chē)囊后w，通過(guò)三管腔和外部閥，這是電流基活性調(diào)節(jié)液壓(伺服閥技術(shù))。吩咐當(dāng)前外部閥比例增加流量限制。 儲(chǔ)備室部分充液(石油)和部分填充氣體(氮)。結(jié)合壓縮和回彈腔容積活塞運(yùn)動(dòng)期間更改金額相當(dāng)于插入，或撤回，桿卷。油箱被轉(zhuǎn)移到外部入口閥，在活塞運(yùn)動(dòng)期間，反彈的方向。儲(chǔ)備室對(duì)外出口閥連接。 接下來(lái)，從后備箱的油轉(zhuǎn)移到通過(guò)氣缸端組件位于底部的加壓艙的加壓艙。兩種類(lèi)型的閥門(mén)，攝入量閥和被動(dòng)閥，采用變阻尼減振器，使液流從壓縮室反彈，從壓縮室的反彈. 2.2 相關(guān)的研究調(diào)查工作 常規(guī)和可變阻尼減震器模型在文獻(xiàn)中得到了廣泛應(yīng)用。先進(jìn)的理論和實(shí)踐的觀點(diǎn)是由迪克森，包括在市場(chǎng)的最新技術(shù)，即主動(dòng)、半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的減震器。其他的引用都集中在選定建模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。傳統(tǒng)的減震器的第一性原理的動(dòng)態(tài)模型，討論了郎在他的早期作品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了模型的適用性的假設(shè)，提供準(zhǔn)確的有限頻率高達(dá)20赫茲的激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)。一個(gè)類(lèi)似的模型是創(chuàng)建一個(gè)單管減震器吸收器包括第一原理閥系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。第一原理模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)理解和減少活塞-桿的自激振動(dòng)的影響。該模型是可測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括與改良建設(shè)活塞-桿裝配實(shí)驗(yàn)。旨在優(yōu)化減振器高頻動(dòng)態(tài)行為模型是由克魯斯。在另一方面，雅維瑞阻尼減振器模型，提出了奎植、同信提高在給定負(fù)載力范圍內(nèi)的響應(yīng)時(shí)間。這些模型都傾向于有效期為1一個(gè)特定的減震器配置。他們使用的系統(tǒng)識(shí)別方法調(diào)整使用基于操作力–位移特性的半物理閥系統(tǒng)模型參數(shù)集。其他的工作是由楊和薩克拉門(mén)托和該等人進(jìn)行的。組件模型，特別是閥系統(tǒng)，是由拜爾和俊泰和李秉憲。楊。他們采用了先進(jìn)的測(cè)量和驗(yàn)證方法，配備了激光和壓力傳感器的測(cè)量裝置。 2.3 流模型 控制液壓系統(tǒng)的行為方程可以配制使用（I）的體積或質(zhì)量流量（II）。在這兩種情況下，均應(yīng)用質(zhì)量守恒定律。該定律規(guī)定，所有的質(zhì)量流量為控制量等于所有的質(zhì)量流量的控制量和控制范圍內(nèi)的質(zhì)量變化率的增加量，如下： （1） 其中M，R，V代表控制體積流體的質(zhì)量，密度和體積。若假定在控制體積流體密度不變 assumed to be constant throughout the control volume,then Eq. (1)simplifies as follows: ，則式（1）簡(jiǎn)化如下： （2） q代表體積流量。加入流體體模量K后，上述方程變?yōu)椋? （3） 對(duì)方程（1）（3）的右邊第一個(gè)公式表示當(dāng)體積膨脹或收縮時(shí)不可壓縮流體的變化，例如，活塞–桿組件相對(duì)于管。在方程（1）和（3）右邊第二個(gè)公式是當(dāng)體積的壓力的變化時(shí)可壓縮流體的變化公式。（3）表明，油的密度顯著影響油腔的壓力，但通過(guò)閥門(mén)或限流閥的流量忽略這一變化。通過(guò)參考文獻(xiàn)[ 3 ]可以證明恒定密度的假設(shè)，因?yàn)?，例如，?dāng)考慮最大差pressure load of 15 MPa across the valve assembly,the oil density changes by 1%,while for a load of 5 MPa,the change in density is smaller than 0.35% [3]. The change indensity affects the flow rate proportionally to the root square of the inverse density value. 15 MPa的閥組件，壓力負(fù)荷，1%油密度的變化，而載荷為5 MPa，密度的變化小于0.35% 。變化強(qiáng)度影響的流量比例為逆密度值的平方根。 2.4節(jié)中介紹的一種減震器模型，是經(jīng)過(guò)大量質(zhì)量流量模型與體積流量模型的對(duì)比產(chǎn)生的。本文認(rèn)為該模型的制定有利于促進(jìn)油表面暴露于在儲(chǔ)備室空氣中的油氣–乳液模型的多筒式減震器的發(fā)展。由于氣體組分溶解在油中，油性質(zhì)變化對(duì)于乳液模型存在顯著影響（如批量模塊），因而該模型假設(shè)恒定的油溫度。 由于自乳化的影響可以忽略不計(jì)，因而在3節(jié)中介紹的伺服液壓試驗(yàn)臺(tái)模型采用體積流量模型?？紤]到液壓伺服安裝配有蓄電池提供石油和天然氣體積的使用彈性膜片之間的分離，因而，油液性質(zhì)被假定為不會(huì)受到油中氣體成分的存在和在油體模量顯著變化的影響。該模型假設(shè)恒定的油溫度。 3、 伺服液壓測(cè)試儀模型 3.1 運(yùn)行原理 伺服液壓機(jī)裝有位于地面的半消聲室和位于地下室的液壓執(zhí)行器。這種特殊的結(jié)構(gòu)是用于噪聲與振動(dòng)測(cè)試，但是，只有振動(dòng)測(cè)試是在本文考慮的范圍。伺服液壓試驗(yàn)機(jī)的控制器適用于任意電壓波形的控制油流到液壓制動(dòng)器的伺服閥。液壓制動(dòng)器跟隨著控制器設(shè)置的參考電壓波形，反映液壓執(zhí)行器的桿的預(yù)期位置。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是通過(guò)金屬支撐桿轉(zhuǎn)移到減振器的外底部。減振器的桿頂部連接到固定到框架支撐結(jié)構(gòu)上部的安裝元件。半消聲室懸掛在連接到框架的隔振器上，避免與周?chē)h(huán)境的相互作用。供油系統(tǒng)坐落在一個(gè)單獨(dú)的房間，防止噪音，振動(dòng)的影響，并在試驗(yàn)時(shí)保持恒溫。液壓制動(dòng)器（圖2）是由一個(gè)280的桿能為桿提供16千牛的力。最大行程為250毫米，可達(dá)到的最大速度2米/秒的力的載荷不超過(guò)6千牛。液壓伺服系統(tǒng)的主要組成部分是一個(gè)裝配有位于活塞-桿處集成的位移傳感器的液壓致動(dòng)器（IST-Schenk PL16）和公稱(chēng)流量為38升/分鐘的伺服閥（MOOG G761）。 圖2 液壓致動(dòng)器組件：（1）機(jī)油壓力供應(yīng)管路連接，（2）HCM 250液壓控制模塊，（3）MOOG G761伺服閥，（4）供應(yīng)線的蓄壓器，（5）供應(yīng)線回油蓄能器，（6）嵌入式LVDT位移傳感器 圖3 MOOG G761伺服閥和連接到左邊的阻尼節(jié)流閥塊 該致動(dòng)器在油液通過(guò)驅(qū)動(dòng)器室處配備阻尼節(jié)流閥（圖3）。這種旁路的重要功能是為液壓制動(dòng)器提供一個(gè)小阻尼和通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥降低油的共振峰幅度。 測(cè)試環(huán)境的特定的模型是在下面的小節(jié)描述。一般來(lái)說(shuō)，伺服液壓試驗(yàn)臺(tái)的集總參數(shù)模型包括一個(gè)伺服閥的二階模型，對(duì)液壓制動(dòng)器的三階模型，在固定支架二階模型，和PID-FF控制器的四階模型。 4、 驗(yàn)證結(jié)果的討論 4.1 液壓伺服試驗(yàn)機(jī)的模型驗(yàn)證 本節(jié)將展示在Simulink環(huán)境下的伺服液壓試驗(yàn)臺(tái)模型的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證結(jié)果，被調(diào)諧使用試驗(yàn)和錯(cuò)誤的過(guò)程修正的阻尼和剛度系數(shù)的力學(xué)模型。驗(yàn)證測(cè)量一種粉紅噪聲激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行的（圖4）。窄帶粉紅噪聲信號(hào)的最大峰值的振幅為10毫米，是用來(lái)激發(fā)一個(gè)類(lèi)似的道路條件的范圍在0–1000赫茲的寬頻帶振動(dòng)的減振器，在實(shí)際范圍內(nèi)的噪聲通常被限制到500赫茲。響應(yīng)信號(hào)測(cè)量桿的液壓執(zhí)行器沒(méi)有安裝減震器，而使用一個(gè)加速度計(jì)。全頻率范圍在圖5顯示如何模型捕獲高頻該試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，這也是與液壓系統(tǒng)的非線性的較低頻率范圍相關(guān)。 該模型的性能通過(guò)一個(gè)情節(jié)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，和皮爾森積矩相關(guān)系數(shù)–獲得的測(cè)量值和模擬曲線值來(lái)評(píng)價(jià)。其結(jié)果為，在0–1千赫范圍內(nèi)，相關(guān)性精度評(píng)價(jià)系數(shù)為0.94。 液壓伺服試驗(yàn)臺(tái)在模擬中使用的參數(shù)在表1中給出，而數(shù)據(jù)處理參數(shù)在表2和表3給出了。一個(gè)液壓制動(dòng)器器的共振影響的功率譜在80–120赫茲。如果關(guān)閉節(jié)流閥這個(gè)頻率范圍內(nèi)的振幅是顯著較高的。如果節(jié)流閥是適度的打開(kāi)，液壓致動(dòng)器的腔之間的泄漏流QAB較高和制動(dòng)器在瞬態(tài)條件（更多的液壓阻尼力）下工作更順利。圖6顯示的在調(diào)整過(guò)程中，導(dǎo)致在液壓致動(dòng)器的頻率響應(yīng)水平顯著降低。 圖4 一個(gè)粉紅噪聲激勵(lì)信號(hào)的功率譜 圖5 模擬和實(shí)測(cè)的適度打開(kāi)節(jié)流閥的液壓制動(dòng)器加速度響應(yīng) 圖6 測(cè)量液壓執(zhí)行器在節(jié)流閥開(kāi)，中間，閉合三個(gè)位置的加速度響應(yīng) 5、 總結(jié) 本論文制定，推導(dǎo)，驗(yàn)證的模型，能夠針對(duì)伺服液壓試驗(yàn)機(jī)和減振器參數(shù)對(duì)減振器評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行研究。液壓伺服試驗(yàn)機(jī)對(duì)最終試驗(yàn)結(jié)果有重要影響重要因素。因此，伺服液壓試驗(yàn)臺(tái)派生的第一原理模型反映了測(cè)試工程師在實(shí)驗(yàn)室中用到的所有重要操作設(shè)施。例如，在旁路增加了起穩(wěn)流作用的液壓制動(dòng)器，能夠提供所需阻尼的液壓伺服系統(tǒng)，此外還有減少了工作中液壓制動(dòng)器的共振頻率范圍的影響。另一方面，包括油乳化作用的減震器模型為減震器的設(shè)計(jì)和快速成型優(yōu)化提供了借鑒和參考。整個(gè)模型提供了一種從液壓制動(dòng)器（激勵(lì)），通過(guò)減震器的底部到活塞-桿組件，最后到頂部（響應(yīng)）這一過(guò)程的數(shù)學(xué)模型描述。對(duì)模型進(jìn)行的敏感性分析提高了對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為調(diào)整減震器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)提供了指導(dǎo)方針。如果是由它產(chǎn)生有害的力量的過(guò)程是已知的，然后修改機(jī)制可能導(dǎo)致更少的激勵(lì)在可聽(tīng)頻率，產(chǎn)生較低的振動(dòng)水平。實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)表明，調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)的關(guān)鍵是，（I）旁路（可控泄漏）執(zhí)行器液壓室之間的流動(dòng)，（II）固定工具的質(zhì)量/剛度，和（III）PID設(shè)置。可變阻尼減振器和試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的組合模型已被證明在工作需要的頻率范圍（0–700赫茲）是定性和定量準(zhǔn)確的。該模型產(chǎn)生的加速度信號(hào)的功率譜的頻率與實(shí)驗(yàn)觀察相比較為接近。 附錄2 外文原文