谐振式高频电液疲劳试验机的关键技术研究

传统的电液疲劳试验机受伺服阀频宽限制，工作频率处于较低的水平，采用2D阀控制电液激振器实现高频电液疲劳试验的设计方案，可以将工作频率大幅度提高。但随着激振频率的提高，输出载荷的幅值急剧衰减，存在激振频率和振动幅值难以兼顾的问题。为此提出变谐振式疲劳试验机的设计方案，通过改变单出杆液压缸容积来调节系统谐振频率，使工作频率与谐振频率一致，在谐振点利用谐振能量提高振动输出载荷，使试验机效率大大提高；同时，也可以进一步通过提高2D阀的工作频率在使载荷幅值不变的情况下提高工作频率至6000Hz以上，乃至更高的水平；为使谐振频率可变，提出变谐振频率控制技术，通过升降保持液压缸改变单出杆液压缸无杆腔容腔的体积，来改变液压系统的固有频率，使其可控；为提高疲劳试验机进行高频疲劳试验时的载荷精度，研究检测载荷的方法和载荷闭环控制技术。通过以上的研究工作将疲劳试验技术提高到一个新的水平。

受激振伺服阀（一般主阀为滑阀结构）固有频率的限制，现有电液激振系统的激振频率在一定程度上难以提高，为此提出转阀结构的2D激振阀控制液压缸进行激振，通过提高转阀的转动速度提高电液激振系统的激振频率。研究过程中发现：随着激振频率的提高，激振力的幅值急速衰减，激振频率和激振力的幅值两者之间存在矛盾，需要在保证激振力幅值输出的前提下提高激振频率，使得激振频率的提高存在实际意义。通过对激振系统的理论分析表明：当激振频率在系统固有频率附近工作时，受系统谐振作用，输出激振力的幅值大幅度提高，与频率较低时的激振力幅值基本持平，保证了较高激振频率下的幅值输出，解决高激振频率和低激振力幅值之间的矛盾；为此提出了变谐振式2D阀控液压缸电液疲劳试验系统的研究方案。建立了2D阀控单出杆液压缸和双出杆液压缸的数学模型，运用MATLAB进行数值求解和分析，研究激振频率在谐振频率处和非谐振频率处的幅频特性曲线，频率-流量特性和频率-压力特性曲线，理论分析表明随着激振频率（在非谐振处工作）的提高，幅值快速降低；但是，当激振频率在谐振处或附近工作时，幅频特性曲线的幅值有较大幅度的提升，从曲线上有明显的突起。同时，从频率-压力特性上来看，激振在谐振处工作时，液压缸容腔内的压力或高于系统压力大概5%左右，且从频率-流量特性曲线上看，激振在谐振处工作时，存在流量“倒灌”会系统的情况（类似于提供能源），形成非常独特的“谐振回流”现象。建立疲劳试验机，通过实验研究也能验证以上提到的“谐振回流”现象和谐振处的压力高于系统压力等现象。通过改变双出杆液压缸的初始位置或者单出杆液压缸无杆腔里面的长度可以改变液压固有频率，进而改变系统的谐振频率，变谐振频率的范围还有进一步提高的空间。由于系统阻尼比不为零，使得谐振时系统的输出力载荷是可控的，通过改变激振阀的开口可以改变输出载荷，与阻尼比为零时的幅值不可控存在对比。整个研究项目的研究目标基本达到，研究相关课题毕业的博士3名，硕士2名，发表文章8篇，其中SCI2篇，EI3篇，专利一项。后续另有实验数据整理中，有待发表。