力錘激勵(lì)法在小車(chē)固有頻率測(cè)試中的應(yīng)用

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

孫 杰，祁新杰

0 引言

某小車(chē)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，根據(jù)時(shí)間可以分為沖擊信號(hào)、加速段信號(hào)和勻速段信號(hào)。然而，這些運(yùn)動(dòng)的成分比較復(fù)雜，包含與小車(chē)結(jié)構(gòu)有關(guān)的振動(dòng)成分以及壓縮空氣推動(dòng)小車(chē)影響的成分。為了在整體信號(hào)中有效剝離與小車(chē)結(jié)構(gòu)有關(guān)的振動(dòng)成分，有必要確定小車(chē)水平運(yùn)動(dòng)方向的固有頻率。其中，力錘激勵(lì)法是測(cè)定固有頻率時(shí)應(yīng)用最廣泛的試驗(yàn)方法。

1 試驗(yàn)方法

力錘上裝有力傳感器，被敲擊物體上裝有加速度傳感器，用錘子敲擊被測(cè)物體，被測(cè)物體可以產(chǎn)生響應(yīng)，就可以測(cè)得力錘的敲擊和響應(yīng)信號(hào)，通過(guò)模態(tài)參數(shù)提取方法對(duì)這2路信號(hào)進(jìn)行處理，得到被敲擊物體的傳遞函數(shù)。力錘錘擊產(chǎn)生的沖擊脈沖是寬頻帶脈沖，見(jiàn)圖1。

由此可知，求得的力錘響應(yīng)傳遞函數(shù)中包含了各階模態(tài)的參數(shù)信息，一次錘擊試驗(yàn)就可以激勵(lì)出所有模態(tài)。需要注意的是，錘擊激勵(lì)的頻譜范圍和力錘錘頭有關(guān)。選用不同材料的錘頭，產(chǎn)生不同能量大小的激勵(lì)信號(hào)，就可以激起更寬或更窄的頻譜。本文采用LC-5力錘，其力傳感器響應(yīng)頻率范圍為1～10 kHz，該頻段可以進(jìn)行本次試驗(yàn)內(nèi)容。

力錘錘擊點(diǎn)和傳感器測(cè)點(diǎn)的布置示意圖如圖2所示。

圖1 力錘的沖擊脈沖

圖2 測(cè)點(diǎn)和錘擊點(diǎn)布置示意圖

在錘擊試驗(yàn)中，錘擊點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)都需要遵循一定的原則。一般地，錘擊點(diǎn)布置在結(jié)構(gòu)剛度最大的地方，如小車(chē)的前部和尾部；針對(duì)小車(chē)配重的結(jié)構(gòu)，在小車(chē)中部增加錘擊點(diǎn)。相應(yīng)地，在每個(gè)錘擊點(diǎn)都要添加傳感器測(cè)點(diǎn)；考慮小車(chē)水槽結(jié)構(gòu)，在水槽處再布置1個(gè)傳感器測(cè)點(diǎn)。因此，布置3個(gè)錘擊點(diǎn)和4個(gè)傳感器測(cè)點(diǎn)。錘擊試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3。

圖3 錘擊試驗(yàn)結(jié)構(gòu)框圖

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1組典型的25 t小車(chē)的錘擊試驗(yàn)時(shí)域圖見(jiàn)圖4，25 t小車(chē)完整的試驗(yàn)頻譜圖如圖5所示。

圖4 25 t 小車(chē)錘擊試驗(yàn)時(shí)域圖

圖5 25 t小車(chē)前部測(cè)點(diǎn)錘擊試驗(yàn)頻譜圖

圖6 25 t小車(chē)中部測(cè)點(diǎn)錘擊試驗(yàn)頻譜圖

圖5至圖8是同一測(cè)點(diǎn)不同錘擊點(diǎn)的綜合，體現(xiàn)了同一測(cè)點(diǎn)在不同激勵(lì)下的響應(yīng)。對(duì)于同一個(gè)測(cè)點(diǎn)，3次激勵(lì)的整體趨勢(shì)相同，且主要頻率成分相同，但由于激勵(lì)點(diǎn)位置不同，響應(yīng)的振幅會(huì)有一定變化。整理每個(gè)測(cè)點(diǎn)的主要頻率成分，見(jiàn)表1。

圖7 25 t 小車(chē)后部測(cè)點(diǎn)錘擊試驗(yàn)頻譜圖

圖8 25 t小車(chē)水槽處測(cè)點(diǎn)錘擊試驗(yàn)頻譜圖

表1 25 t 小車(chē)錘擊試驗(yàn)不同測(cè)點(diǎn)主要頻率

3 結(jié)論

文章使用振動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀、振動(dòng)傳感器構(gòu)建了一種質(zhì)量車(chē)錘擊試驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)小車(chē)上同一測(cè)點(diǎn)、不同錘擊點(diǎn)錘擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)域特性和頻域特性的分析，提取了小車(chē)車(chē)身不同部位的固有頻率，對(duì)小車(chē)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義。同時(shí)，使用該方法提出的小車(chē)固有頻率對(duì)數(shù)據(jù)雜波的分離具有重要的參考意義。