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2015年 12月 机 床 与 液 压 Dec. 2015 第 43 卷 第 23 期 MACHINETOOL 1 HYDRAULICS Vol. 43 No. 23 D O I 10.3969/j. issn. 1001-3881. 2015. 23. 015 一种主动液压激振系统振动信号的试验模态参数识别 禹定臣\张慧贤2苗灵霞2 1.黄淮学院信息工程学院，河南驻马店463000 2 . 洛阳理工学院机械工程学院，河南洛阳471023 摘要为研究一种主动液压激振系统的振动特性， 设计了基于管网激振的弹性板振动控制测试系统。采用三轴加速度 传感器及信号采集卡对弹性板进行了振动测试，通过五点滑动平均法对振动信号进行了预处理并进行了 FFT变换，采用最 小二乘迭代法对弹性板空间方向振动的频响数据进行了试验模态参数的拟合及频域识别，为确定筛体的最佳振动频率提供 了理论依据。 关键词 液压激振；振动特性；弹性板；模态参数识别 中图分类号 O351.2; TP29 文献标志码A 文章编号1001-3881 2015 23-058-4 Experimental Modal Parameter Identification for Vibration Signals of an Active Hydraulic Excitation System YU Dingchen1， ZHANG Huixian2， MIAO Lingxia2 1. Ination Engineering College，Huanghuai University，Zhumadian Henan 463000，China; 2. College of Mechanical Engineering，Luoyang Institute of Science and Technology，Luoyang Henan 471023，China Abstract In order to study vibration characteristics of an active hydraulic excitation system， a vibration control testing system of elastic plate based on pipeline network was designed. The vibration testing was carried out for elastic plate by using a three axis acceler ation transducer and a signal acqusition card. Vibration signal was preprocessed by five- point slippage moving average ，and Fast Fourier Trans FFT was carried out. By using the iterative for least squares， numerical fitting and frequency domain identification were proceeded out tor experimental modal parameter of vibration response in space direction of the elastic plate. So，it provides theoretical basis on howto determine the optimal vibration frequency of the vibrating screen. Keywords Hydraulic excitation； Vibration characteristics; Elastic plate； Modal parameter identification 〇 前言〇 前言 惯性式振动机械由于存在参振质量大及参数不易 调节等问题，因此研究将液压激振波产生的激振力对 筛体进行振动控制的新的液压激振方式，并将其应用 于振动机械的筛分、脱介等场合具有重要的理论意义 与实践意义。PAIDOUSSIS等[1]用线性分析和实验的 方法研究了脉动流激励下的失稳区域和参数共振现 象 ；包日东等[2]研究了充液管道在内流或内外流共同 作用下，不同支承边界条件下的动力学特性。以上研 究大都针对的是管道振动的抑制，而将充液管道中的 激振波进行利用并进行振动控制则研究很少。文献 [ 3 ] 中通过特征线法研究了液压激振下流体的动力 学特性，并 在 文 献 [4-5]中建立了液压激振作用下 充液管道的流固耦合模型，然后通过特征线-有限元 法[ 6 ]雌觀了管道振动的运动学特性并进行了试 验研究。振动机械的筛体近似于弹性板，作为振动系 统的主参振体，分析其在这种新的液压激振机制下振 动筛体的动态特性，对于揭示物料的运动规律，提高 筛分效率并进-步揭示液压激振作用下振动机械的振 动特性非常重要。 因此，文中将在管网液压激振系统的基础上，将 振动筛体简化为普通矩形薄钢板，构建基于管网液压 激振的弹性板振动的液压激振测试系统。在研究管网 激振下弹性板振动控制的基础上，对弹性板的振动信 号进行试验模态分析，通过识别信号中各阶振动模 态 ，从而对振动筛板振动的可控性进行雜，为确定 主振体振动的最佳频率及提高物料的振动筛分效果提 供理论依据。 1激振原理1激振原理 图 1 所示的管网液压激振测试系统由栗、液压 收稿日期 2014-11-09 基金项目国家自然科学基金一河南人才培养联合基金资助项目（U1404513 作者简介禹定臣（ 1970- ） ，男，硕士，畐撤授，主要从事自动化控制、信号采集与处理的研究。E-mail yudingchen 126. com。 通信作者张慧贤，E-m ailhxky2008。 第 23期 禹 定 臣 等 一种主动液压激振系统振动信号的试验模态参数识别 59 * 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 时间/s a平滑前 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 时间/s b平滑后 图3轴向％ 振动波形的平滑处理 10「 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 时间/s 。 （ a平滑前 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 时间/s b平滑后 图2横向y振动波形的平滑处理 20「 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 时间/s ⑷平滑前 高频干扰。从振动波形的形状来看，x 泵额定转速为1 500 r/m in，额定压为 31. 5 MPa，公 排 为 63 m iy r； 矩形板尺寸为500 mmx300 mmx6 mm; 三轴加速度传 感器通过积分信号调理器与采集卡相连进行振动测 量 ；激波器电动机磁极对数为3 , 功率为1.5 kW; 变 频器功率为3 kW。 2振动试验2振动试验 三轴加速度传感器BZ1191安装在图1 所示弹性 板的中心测点处，测点在空间x、1、h 3 个方向的振 动信号通过BZ2703信 号 调 理 器 （ 1〜 5V 与P C I采 集卡3 个通道相连。为使试验模态参数的识别能反映 出振动体的真实特性，须首先对振动信号进行预处 理。首先采用最小二乘法消除振动信号趋势项，然后 采用五点滑动平均法对振动信号中的随机干扰信号及 高频信号进行平滑处理。以系统压力为4. 5 MPa，变 频器频率32 H z为激振条件，弹性板中心测点处横向 y振动波形的实测时程曲线如图2 a 所示，通过 以上算法编程平滑后的波形如图2 b 所示。 图 2 表明平滑后的振动波形较好地消除了高频干 扰，对揭示弹性板真实的振动特性具有很好的效果。 图3 4 为相同激振条件下，弹性板中心测点处轴向 x及垂向2 振动信号的预处理过程。图2、3 和图4 表 明五点滑动平均法能较好地消除振动信号的趋势项及 5 0 - 5 U I U I/馨騰 UIUI/I5 UIUI/I5 U I S/蜜膽 o - 5 ss/ 馨骣 60 * 机床与液压 第 4 3 卷 [ |⑴ 0、|⑴ 0和| * 0分别为结构的位移响应、 速度响应和加速度响应向量。对 式 ⑴ 两 边 进 行 拉 氏变换并采用实模态理论对方程解耦[8]可 得D点激 励、点位移响应的频响函数为 3 q S 6-2 -2 . p 6 _ 222/ 2 k6_ 222/ 2- 2 式中（ 为结构的6 介模态频率；/为 结 构 的 6 介模 态阻尼比。 根据以上比例阻尼系统模态参数模型的频响函数 方程，即可实现对结构动力特性参数的实模态频域识 别。为从测试所得的振动信号数据中确定振动系统模 态参数的估计，将 图 2 4 平滑处理后的时程信号进 行FFT变换，然后采用最小二乘迭代法对频响数据 进行数值计算拟合。保持变频器频率32 H z不变，通 过变化系统压力来改变激振工况。图 5 7 为系统压 力分别为3、4.5和 6 M Pa时，各工况下的实测振动 信号经平滑处理并进行FFT变换后，采用最小二乘 迭代法拟合出的虚频特性。 图5横向y试验模态 通过最小二乘迭代法提取出了图57 不同工况 下弹性板中心测点处横向1、轴向x及垂向h 3 个方 图6轴向 式验模态 向的前3 阶试验模态参数，如表1所示。 表1最小二乘迭代法模态参数的频域识别 Hz 方向 前3 阶 模态 不同系统压力/MPa 34.56 1阶模态 4. 575 60.778 00.768 1 横向12 阶模态 9.601 78.914 37.437 3 3 阶模态24.195 420.320 414.769 9 1阶模态 4.626 30.997 90.307 2 轴向x2 阶模态8.953 78.710 86.457 3 3 阶模态22.476 920.162 919.079 4 1阶模态 3.356 94.092 23.458 6 垂向H2 阶模态7.821 98.629 69.268 8 3 阶模态18. 360 518.193 621.506 3 由于第1 阶模态频率较低，在工程上没有应用价 值，因此图8 为不同系统压力下弹性板空间振动的第 2 阶、3 阶模态频率的对比。表明弹性板横向1、轴 向x方向的固有频率随系统压力的增大而减小，而垂 第 23 期 禹 定 臣 等 一种主动液压激振系统振动信号的试验模态参数识别 61 * 向H勺固有频率与系统压力没有明确的对应关系。 对一般机械设备来讲，一般要求系统的各阶固有 频率远离工作频率，从而避免激振起某-阶模态振动 的情况发生，使之不影响机械设备的正常工作。而对 于本液压激振系统来说，设法使弹性板的实际工作频 率工作在固有频率或接近固有频率点上，可大幅提高 振动效果及降低能耗。表 1所示的弹性板中心测点处 空间方向的试验模态参数识别，为确定主振体空间不 同方向振动的最佳频率及提高物料的振动筛分效果提 供了理论依据。 4结论 ⑴为研究液压激振下弹性板的振动控制，设 计了基于管激振增单性板振动测试系统；以弹性板 的中心点为测点，采用三轴加速度传感器进行了振动 测试，采用五点滑动平均法对振动信号进行了平滑预 处理； 2 将平滑后的振动信号进行了 FFT变换，采 用最小二乘迭代法对频响函数数据进行了拟合及频域 识别，提取出了弹性板空间3 个方向振动的前3 阶试 验模态参数； 3 通过不同系统压力下弹性板空间振动的第2 阶、3 阶模态频率的对比，发现弹性板横向1轴向 x方向的固有频率随系统压力的增大而减小，而垂向 H勺固有频率与系统压力没有明确的对应关系。以此 可确定主振体空间不同方向振动的最佳频率，以提高 物料的振动筛分效果。 参考文献参考文献 1 ] PAIDOUSSIS M P，ISSID N T. 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