试验目的
观察大型产品的各种功能在振动环境下是否正常。这包括机械功能(如大型自动化生产设备的机械臂运动、大型车辆的悬挂系统和转向系统等)、电气功能(如大型电子设备机柜内的电路板、电器元件之间的信号传输和电力供应等)以及其他特殊功能(如大型医疗设备的成像功能、大型通信设备的信号发射和接收功能等)。确保产品在振动条件下这些功能不受影响或能够在规定的误差范围内正常运行。
大型产品通常由多个部件组成,部件之间的连接部位在振动过程中容易出现问题。试验能够检验连接件(如螺栓、焊接点、铆接处等)的可靠性,确保在振动环境下部件之间不会发生松动、脱落或错位,从而***产品的正常运行。例如,在大型发电机组中,发动机与发电机之间的联轴器连接以及各部件的安装连接在振动环境下的可靠性直接影响整个机组的发电功能。
对于大型产品,其结构的完整性至关重要。振动试验可以检查产品的主体框架、外壳、支撑结构等在振动环境下是否能够承受应力而不发生变形、破裂或松动。例如,大型机床在加工过程中会产生振动,通过试验可以确保机床的床身、立柱等结构在自身振动和外界振动干扰下仍能保持精度和稳定性。
评估整体结构性能
验证部件连接可靠性
测试功能稳定性
试验设备
大型加速度传感器:由于大型产品质量大、振动响应复杂,需要使用量程较大、精度合适的加速度传感器。这些传感器能够准确测量产品在振动过程中的加速度变化,并且能够适应不同频率范围的振动。传感器通常安装在产品的关键部位,如重心位置、结构薄弱点、重要部件连接处等,以全面监测产品的振动响应。
应变片传感器:用于测量产品结构在振动过程中的应变情况,特别是对于大型金属结构产品非常有用。应变片可以粘贴在产品结构的关键受力部位,通过测量结构的应变来评估振动产生的应力是否在材料允许的范围内,防止结构出现疲劳损坏。
远程监测系统:考虑到大型产品试验过程中的安全性和监测便利性,采用远程监测系统可以实时获取传感器数据并进行分析。该系统可以通过有线(如电缆传输)或无线(如 ZigBee、Wi - Fi 等)通信方式将传感器采集的数据传输到远离试验现场的控制中心,方便试验人员在安全位置对试验过程进行监控和数据处理。
液压振动试验台:对于大型产品,液压驱动的振动试验台比较常用。它能够提供较大的激振力,以驱动质量较重的产品。一般激振力范围从数吨到数十吨,能够产生较低频率(通常可以低至 1Hz 以下)到较高频率(可达几百 Hz)的振动。其优点是承载能力强,适合大型和重型产品的振动试验;缺点是频率响应相对电动振动台稍差,且设备维护和运行成本较高。
多轴振动试验台:考虑到大型产品在实际环境中可能受到多个方向的振动,多轴振动试验台能够同时在多个轴向(如 X、Y、Z 三个轴向或者更多轴向组合)对产品施加振动激励。这可以更真实地模拟产品在实际复杂振动环境下的情况,如车辆在行驶过程中同时受到垂直方向的路面颠簸、横向的风力和转向引起的侧向力等多种振动。
扩展台面和支撑系统:为了适应大型产品的尺寸,振动试验台通常配备有可扩展的台面和足够强度的支撑系统。台面尺寸可以根据产品的大小进行定制,以确保产品能够稳固地放置在台面上。支撑系统要能够承受产品的重量和振动过程中产生的动态力,并且要***振动的传递均匀性,避免因局部受力不均而影响试验结果。
大型振动试验台
传感器和监测系统
试验方法
当试验达到规定的时间或条件后,停止振动试验。首先对产品进行外观检查,查看是否有新的裂缝、变形、磨损或部件脱落等情况。然后进行功能测试,检查产品的各项功能是否恢复正常或仍在允许的误差范围内。将试验后的产品状态与试验前进行对比,结合试验过程中记录的数据,评估产品在振动试验后的性能变化情况,确定产品是否符合要求。如果产品出现不符合要求的情况,需要进一步分析是由于振动参数设置不合理、产品设计缺陷还是制造工艺问题等原因导致的,并提出相应的改进措施。
在振动试验过程中,通过传感器和监测系统实时监控产品的振动响应。监测内容包括各关键部位的加速度变化、应变情况、部件之间的相对位移等。同时,观察产品的外观和功能状态,如是否有部件松动、脱落、结构变形、功能异常(如大型设备的报警系统是否触发、电气信号是否中断等)。记录这些异常情况出现的时间、对应的振动参数以及产品的状态变化。对于一些重要的试验数据,如振动峰值、共振频率点等,要进行重点记录和分析。
根据产品的实际使用环境、运输方式、相关标准或客户要求确定振动试验的参数。这些参数包括振动类型(如正弦振动、随机振动或冲击振动)、频率范围、振幅或加速度幅值、振动时间、振动方向等。
正弦振动:对于大型机械产品,正弦振动频率范围可能根据其运行速度或运输工具的振动频率来确定。例如,对于大型港口起重机,由于其主要振动源是起升和运行机构的运转,正弦振动频率范围可以设定为 0.5Hz - 10Hz,振幅根据实际运行情况设定为几毫米到几十毫米,振动时间可能持续数小时,以模拟一个完整的工作周期或运输过程。
随机振动:在模拟产品在复杂运输环境(如海上运输、铁路运输等)下的振动情况时,随机振动比较合适。用功率谱密度(PSD)来描述随机振动的强度,例如,对于大型电子设备机柜在铁路运输中的振动试验,在 1Hz - 200Hz 的频率范围内,PSD 可以根据铁路轨道不平顺引起的振动情况进行设定,试验时间可能持续数天,以充分考虑长时间运输过程中的振动累积效应。
冲击振动:用于模拟产品在运输过程中可能遇到的碰撞、紧急刹车等突发情况。冲击振动的参数包括冲击加速度、冲击持续时间和冲击波形(如半正弦波、梯形波等)。例如,对于大型精密仪器在搬运过程中的振动试验,冲击加速度可以设定为 10g - 50g(g 为重力加速度),冲击持续时间为几毫秒到几十毫秒,根据实际搬运过程中可能出现的碰撞强度来确定。
将大型产品安全、稳固地安装在振动试验台上。根据产品的形状、底部结构和试验要求,设计合适的固定方式。一般采用高强度螺栓、夹具或定制的安装支架等进行固定。固定过程中要确保产品与试验台台面紧密接触,并且能够有效地传递振动。同时,要注意避免固定方式对产品自身结构产生额外的约束或应力集中,影响试验结果的真实性。例如,对于大型车辆的整车振动试验,需要使用特殊的轮胎夹具或悬挂模拟装置,使车辆在试验台上的安装状态尽量接近实际行驶时的状态。
大型产品在试验前需要进行充分的准备。首先,对产品进行全面检查,包括外观检查(检查是否有初始裂缝、损坏或松动的部件)、功能测试(确保产品在试验前各项功能正常)。记录产品的详细信息,如型号、尺寸、重量、重心位置、主要部件清单等,同时对产品进行编号。对于一些不能直接进行试验的大型产品(如某些大型化工设备由于安全或操作复杂性等原因),可能需要制作缩比模型进行试验,但要确保模型能够真实反映产品的主要结构和振动特性。
试样准备
产品安装和固定
试验参数设定
试验过程监控和记录
试验后检查和评估
试验标准
***:IEC 60068 - 2 - 6《环境试验 第 2 - 6 部分:试验 Fc:振动(正弦)》、IEC 60068 - 2 - 34《环境试验 第 2 - 34 部分:试验 Fh:宽带随机振动》以及 IEC 60068 - 2 - 27《环境试验 第 2 - 27 部分:试验 Ea 和 Eb:冲击》等标准为大型产品的振动试验提供了基本的原理和方法指导。这些标准在规定振动试验设备要求、试验程序、试验条件(包括频率、振幅、时间等参数)以及试验结果评定等方面虽然是通用性的,但对于大型产品试验也具有重要的参考价值。在一些特定行业,如 *** 10816 - 1《机械振动 - 机器振动的测量与评价准则 - 第 1 部分:总则》为大型旋转机械的振动评价提供了行业标准,用于评估这类大型产品在运行过程中的振动性能是否合格。
国内标准:GB/T 2423.10 - 2008《电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Fc:振动(正弦)》、GB/T 2423.56 - 2006《电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Fh:宽带随机振动》和 GB/T 2423.5 - 1995《电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Ea 和 Eb:冲击》等效采用了相应的***,是国内大型产品振动试验的重要依据。同时,不同行业也有自己的行业标准,如汽车行业的 QC/T 476 - 2007《客车防雨密封性限值及试验方法》中涉及到车辆整车振动试验部分内容,用于规范汽车产品在振动环境下的性能测试;大型机械行业的 JB/T 6807 - 2008《液压振动试验台》标准对用于大型产品振动试验的液压振动试验台的技术要求和试验方法进行了规定,确保试验设备的质量和试验结果的准确性。