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橡胶钢丝绳复合隔振器的试验

发布日期:2014-05-09 14:07:55  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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橡胶钢丝绳复合隔振器的试验

                              橡胶钢丝绳复合隔振器的试验 
                               王江涛, 唐 斌, 薛冬新, 宋希庚
                    (大连理工大学内燃机研究所 大连, 116024)
    摘要:使用电动振动试验台对新型橡胶钢丝绳复合隔振器的隔振性能进行了试验研究。分析不同隔振质量、激励幅值和橡胶材料对复合隔振器传递率的影响,比较了复合隔振器和钢丝绳隔振器在共振频率时的动态特性曲线。研究表明,随着隔振质量、激励幅值和橡胶阻尼的增加,复合隔振器隔振区的频带变宽,且传递率下降明显。通过与钢丝绳隔振器的动态特性曲线比较表明,复合隔振器在共振区可以吸收更多振动能量,隔振效果较钢丝绳隔振器有所改善。
    关键词:橡胶钢丝绳 复合隔振器 传递率 动态特性
    中图分类号 TB535+.1  O328
    引 言
    仪器设备的功率越大,转速越快,振动的危害也越突出[1]。工程实际中应用的减振器主要有金属弹簧隔振器、钢丝绳隔振器、橡胶隔振器、空气弹簧隔振器、液压阻尼器和气液组合减振器等[2]。橡胶隔振器既可以使用在压缩状态,也可以使用在剪切状态。橡胶隔振器具有足够的内阻尼,适用于静态位移小而动态位移虽短暂但很大的情况,并且可以硫化成各种形状,以适应空间的要求。但是橡胶隔振器容易老化,产生蠕变且低频时隔振性能差,主要用于隔离高频振动。钢丝绳隔振器是利用个股钢丝绳之间的干摩擦阻尼吸收且耗散振动能量的隔振器。它可以产生很大的动态位移,可以衰减强烈的冲击,同时吸收和耗散大量的低频和高频振动。但是钢丝绳隔振器干摩擦阻尼较小,共振时的隔振效果较差[3-5]。本文设计了一种既能抑制高、低频振动,又具有较宽隔振频域,有较大承载能力且能有效改善共振、隔振效率的隔振器——橡胶钢丝绳复合隔振器。
    1·试验台架及测试系统设计
    橡胶钢丝绳复合隔振器由鼓型钢丝绳和硫化橡胶组成。钢丝绳部分采用鼓型钢丝绳隔振器,橡胶部分采用25 mm×25 mm、邵氏硬度为60 A的天然橡胶。将橡胶直接硫化在鼓型钢丝绳隔振器的上、下夹板上,其结构如图1所示。
              
    隔振器的振动传递率表征了其隔振的效果,是评价隔振系统性能的重要品质指标。传递率越小,表明通过隔振器传给设备的振动越小,隔振效果越好。为了检测复合隔振器的隔振效果,本文设计了一套振动测试系统对复合隔振器的传递率进行了测试。该系统可以测得复合隔振器在不同工况下的频率-传递率曲线。通过改变负载质量、激振幅值和橡胶材料等因素,分析了在不同振动环境下复合隔振器的隔振效果。为了对比复合隔振器和钢丝绳隔振器在共振幅值下的阻尼特性,本文还对二者的动态特性曲线进行了测试。
    为了准确测试复合隔振器的传递率以及动态特性,本文采用了如图2所示的振动测试系统。设计试验台架时,为了防止隔振器产生横向位移会对试验结果产生影响,设计并加工了夹具,将其用螺栓固定在激振头上。同时设计并加工一托盘以放置负载质量块,为了防止振动过程中质量块不发生偏移和翻倒,在托盘上加工了固定质量块的螺杆及可上下滑动的导杆,导杆与固定在刚性横梁上的滑道配合。

    本测试系统所选用的是B&K公司生产的TV50101型号振动台;加速度传感器为B&K公司生产的4368加速度传感器,共3只,一只位于质量块下方,用于采集质量块的位移,另外两只位于激振器上方,用于采集激振器的位移和作为反馈信号控制振动台的振动。力传感器采用美国朗斯公司生产的LC0501压电石英力传感器,置于隔振器与质量块之间,用于测试恢复力信号。传感器采集的信号分别输送到B&K公司的两个2635型电荷放大器和一个国产15-A型电荷放大器,经过放大的信号输入到美国NI公司的DAQPad-6070E信号采集转换器,然后通过1394卡把数据输入计算机。采集的数据在计算机中通过基于LabVIEW软件设计的数据分析系统进行分析处理[6-8]。
    2· 传递率及动态特性测试方法
    影响传递率的因素主要有环境温度、激励振幅幅值和隔振器的配重等。本测试是在室温下进行,激励振幅分别为0.5 mm,1.0 mm,1.5 mm,2.0 mm和2.5mm;配重质量块分别为7.6kg,6.4kg,5.2kg和4.0kg。采用正弦波位移激励法,频率从5 Hz到等振幅下激振仪最高激振频率变化(5 Hz到10Hz,间隔为1Hz;共振频率附近的频率间隔为1 Hz,其他频率范围内间隔为5 Hz)。在不同激振位移和配重质量下,通过安装在激振器和质量块上的加速度传感器,将加速度信号输入到电荷放大器,并将电荷放大器调到位移挡,输出的信号即为激振台的位移信号和质量块位移信号。通过输出的位移信号计算传递率的值并绘制曲线。传递率定义为TR=x1/x2,其中,x1和x2分别为质量块的响应位移和激振台位移[9]。
    当振幅为1 mm,质量块质量为5.2 kg,激振频率为50 Hz时,橡胶钢丝绳复合隔振器质量块的响应位移和激振器激励源位移曲线如图3所示。此时的传递率TR=x1/x2=0.3/0.5=0.6。
               
    动态特性曲线测试时,通过安装在隔振器和质量块托盘之间的力传感器测试恢复力信号。用测得的质量块位移与激振台位移相减,得到相对位移波形。当振幅为1 mm,质量块质量为5.2 kg,激振频率为50 Hz时,相对位移波形以及激振力波形如图4和图5所示。将相对位移波形与恢复力波形输入到基于LabVIEW软件设计的数据拟合模块,得到隔振器的动态特性曲线。图6为该工况下复合隔振器的动态特性曲线。
             
              
    3·测试结果分析
    3.1 负载质量对复合隔振器传递率的影响
    图7是激励振幅为1 mm,质量块质量分别为4.0 kg,5.2 kg,6.4 kg和7.6 kg工况下,复合隔振器的传递率-频率曲线。可见,随着隔振质量的增加,传递率的峰值向左移动,隔振系统的共振频率下降,隔振频带变宽且隔振区传递率下降明显。隔振质量增加的同时,传递率幅值先是略有增大,然后有所下降,但是幅值相差不大,说明本试验所用复合隔振器具有较宽的隔振质量。因此在设计隔振系统时应该充分考虑隔振质量的影响。
               
    3.2 激励幅值对复合隔振器传递率的影响
    图8为质量块质量为5.2 kg,激励振幅分别为0.5 mm,1 mm,1.5 mm,2.0 mm和2.5 mm工况下,复合隔振器的传递率-频率曲线。可见,随着激励振幅的增大,传递率的峰值向左移动,使得隔振器的隔振频带加宽。激振幅值增大使传递率的峰值明显增加,但在隔振区内传递率减小且隔振区域变大,因此即使激励振幅增大,只要隔振设备的使用频率远离隔振系统的共振频率,复合隔振器的隔振效果也会十分理想。同时,图中显示隔振系统具有明显的非线性,这主要是由于复合隔振器所用隔振材料橡胶和钢丝绳都具有较强的非线性所造成的。
               
    3.3 橡胶材料对传递率的影响
    为了研究不同橡胶材料对复合隔振器隔振效果的影响,对复合隔振器中橡胶部分采用了阻尼更大的乙丙橡胶(EPDM)[10]。图9为振幅为0.5 mm、隔振质量为5.2 kg,分别采用天然橡胶(NR)和乙丙橡胶(EPDM)时的复合隔振器传递率-频率曲线。可见,当加大橡胶阻尼采用乙丙橡胶时,传递率-频率曲线峰值向左移动,共振频率明显变大,但是峰值基本没有变化,说明采用天然橡胶可以达到良好的隔振效果。当需要改变共振区频率时,可以通过改变橡胶材料以避开共振。
              
    3.4 动态曲线分析
    图10为振幅为0.5 mm、隔振质量为5.2 kg时,钢丝绳隔振器和复合隔振器在共振频率时的动态迟滞回线图。根据传递率测试结果,在该工况下钢丝绳隔振器和复合隔振器的共振频率分别为23Hz和30 Hz。可以看出,复合隔振器的迟滞回线包围的面积明显大于钢丝绳隔振器。滞后回线包围的面积代表消耗的能量,滞后环包围的面积越大,表示隔振器内阻尼消耗的能量越多。因此,本试验所用复合隔振器在共振时消耗的能量明显大于钢丝绳隔振器,说明新型复合隔振器在共振时的隔振效率要强于钢丝绳隔振器。
             
    4·结束语
    通过本文设计的台架试验进行了橡胶钢丝绳复合隔振器的隔振性能的测试。在不同试验工况下,对复合隔振器的传递率-频率曲线进行了测试,分析了不同试验因素对复合隔振器传递率的影响。试验结果表明,复合隔振器在不同的试验工况下均有一定的隔振效果。同时,本文也进行了一系列的动态特性测试,得到了共振频率下复合隔振器和钢丝绳隔振器的恢复力-位移曲线。通过比较二者曲线,结果表明复合隔振器在共振时的隔振效果较钢丝绳隔振器有所改善。
参考文献
[1] 王彬.振动分析及应用[M].北京:海潮出版社,1992.
[2] 王建国,汪玉.减振抗冲技术现状和发展方向浅论[J].噪声与振动控制,2006,26(3):11-13.
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[4] 冯进技,杜馗,贺永胜.钢丝绳隔振器静力测试台研制[J].振动、测试与诊断,2006,26(3):212-216.
[5]Den Hartog J P. Mechanical vibrations[M]. 4th ed.New York: McGraw-Hill, 1956.
[6] 韩德宝,宋希庚.橡胶隔振器刚度和阻尼本构关系的试验研究[J].振动与冲击,2009,28(1):156-160.
[7] 康从会,韩德宝,宋希庚,等.基于LabVIEW的橡胶动态特性的测试系统研究[J].振动、测试与诊断,2008,28(1):69-74.
[8] 郝文璐.基于虚拟仪器技术的扭转试验机的改造[J].振动、测试与诊断,2004,24 (3):226-228.
[9] 勃劳希J T.机械振动和冲击测量[M].沈小白,石沅,译.上海:同济大学出版社, 1993.
[10]梁威,杨青芳,薛丹,等.减震用橡胶材料及其应用[J].合成橡胶工业, 2006, 29 (4): 313-316.


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作者:佚名
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