【国家标准(GB)】 液压伺服振动试验设备 特性的描述方法

中华人民共和国国家标准
液压伺服振动试验设备
特性的描述方法
Servo-hydraulic test equipment for generatingvibration-Method of describing characteristics1主题内容与适用范围
1.1生题内容
本标准规定了液压伺服振动试验设备特性的描述方法。GB 10179 88
本标准中，术语“液压”的含义指由液压源供给液压油并经电液控制装臂单，或多环路控制作用在液压缸上产生振动。
液压伺服振动试验设备（以下简称\液压试验设备\)示意图与典型结构图如附录A（补充件）中的图A1、A2所示，具体构成如下：
整个液压振动发生器系统（液压振动发生器、伺服阀控制装置、液压源系统）；a.
控制台：
辅助台；
d.其他辅助设备。
注：控制台与辅助台将分别出相应的标准子以规定。为了比较不同制造生产的试验设备，本标准做了如下规定：a．特性览表；
b．获得某些特性的标准方法。
本标准对试验设备特性规定了两级描述：a.A级描述；
b．B级描述。
通过用户与制造厂协商确定采用某一级描述。本标准给出了由制造厂广在其投标书中提供的特出猫述一览表和随机文件清单。制造的技术文件中应至少包含A级特性描述。1.2适用范围
本标准适用于产生直线振动的液压试验设备，并用作设备选择的指南。本标准应用于：液压振动发生器【液压缸、伺服阀、位置控制装置的整体或局部，或配有重力补偿装置（见第、a.
6、7章)；
b．伺服阀控制装置（见第5、6、8章）；液源系统（见第5、6、9章）；
d.整个液压振动发生器系统（见第5、6、10章）。第7、8、9章对液压伺服振动试验系统各独立功能单元特性进行了描述，口的在于使用门能对来自不同制造厂的各独立功能单元特性做出规定，以便组成一个究整的振动试验系统。如果用户要从某制造厂购置一个完整的液压伺服振动试验系统，则应根据筑5、6、10章规定其特准中华人民共和国机械电子工业部1988-10-15批准1989-07-01实施
的描述。
2引用标准
GB 1031
表面粗糙度参数及其数值
GB 2298
机械振动冲击名词术语
GB 3766
液压系统通用技术条件
GB 10179-88
噪声源声功率级的测定
GB 3768
简易法
3符号
有效横截面积；
加速度；
随机振动方均根值加速度的最大值；无控制信号且信号源阻抗由-等效阻抗替代时，放大器输入端产生的背景噪声加速度；额定加速度：
粘性阻尼；
纵波声速【见附录C(补充件)}；总失真度（见5.5.10.1条）；
额定总失真度（见5.5.10.4条）；试验负载直径；
纵向弹性模量（杨氏模量）；
频率；
基频；
最低工作频率；
最高工作频率；
试验负载最小模态频率［见附录C（补充件)】；标称液压固有频率（见5.5.6条）；额定正弦激振力（见5.5.7.4条）；额定宽带随机激振力（见5.5.7.5条）；Fm不同试验负载下最大正弦激振力（见5.5.7.3条，下标t表示不同的试验负载）；Fat
静态力（见5.5.7.1条）；
自内落体标准重力加速度；
液压传递函数；
恒流下加速度的频率响应特性；伺服阀输入电流；
伺服阀输入端的额定正弦方均根值电流；直线运动液压刚度；
试验负载高度【见附录C(补充件))；运动部件质量（见5.5.5条）；
试验负载（t=0、1、2、3、4、5）供洲压力；
最大供油压力
伺服阀流量；
qvn-—液压源系统流量；
一拉普拉斯算子；
S——-动态放大系数；
GB 10179-88
U-—位置环放大器输入端的控制电压；U—一伺服阀输入端的额定正弦方均根值电压；—速度；
-—随机振动位移方均根值；
—横向收缩系数【泊松比.见附录C（补充件))；-—衰减阻尼系数；
V—-模态频率；
—工作噪声；
Φ()加速度功率谱密度（加速度PSD)；8(T)—-位移功率谱密度（位移PSD)。4单位
制造厂或用户给出本标准所规定的参数值时，采用法定计量单位，并说明是方均根值、峰值或峰-峰值。
5术语
本标准仅对部分所用术语给出定义，通用术语定义见GB2298。5.1液压振动发生器hydraulic vibrationgenerator通过作用在活塞上的液体压力使工作台或力输出端产生直线振动的装置。附录A（补充件)中的图A2示出了配备工作台与力输出端的液压振动发生器典型结构图。液压振动发生器由第5.1.1到第5.1.3条规定的部件构成。5.1.1运动部件movingelement
运动部件应包括活塞杆和活塞，以及配备的：工作台；
活塞杆与力输出端不是一体时两者之问的连接件；位置传感器的运动件；
防止旋转的运动件。
5.1.2 底座 pedestal
将液压缸缸体连接到基础、反作用质量或者基板上的部件。5.1.3重力补偿装置gravitycompensationdcvice安装在液压振动发生器上用以抵消试验中试件重力的附加装置。5.2伺服阀控制装置）servovalve control device具有下述功能的装置：
静态与动态下适调控制信号：
保持运动部件中心位置\；
使谐波失真影响因素减至最低限度”注：1）本装置也可备有个非线性元件用以校正伺服阀的非线性。2）在某些情况下或者对某些伺服阀，阀可以不带有液压机械式位置传感器，但控制系统应其备保持运动部件心位留的功能。
3）为使谐波失真影响因素减小到最低限度，本装置除馈送振动信号和伺服阀滑阀位数据外，还可以馈送加速度.速度或压力数据。
5.3液压源hydraulic power supplyGB10179--88
将液压油馈送给液压振动发生器所必需的成套设备。附录A（补充件）中的图A3示出了液压源工作原理图。为液卡振动发生器供油面设计的液压源--般应包括第5.3.1到第5.3.8条规定的1作介质情部件，
5.3.1液油hydraulic fluid
液压源与液压振动发生器之闻液动力传递的介质。5.3.2油箱reservoir
储存液压油的容器，其容积般取决于液压泵的最大流量。5.3.3液用泵hydraulie pump
供给液压振动发生器一定流量与压力的液压油的设备，其流量可以是恒定或是可变的。5.3.4压力调节器pressure regulaton保持压力在液压振动发生器制造规定的某一极限范围内的装置。压力调节证以是比例式的或者开关式的
5.3.5滤系统fiitration system根据伺服阀使用要求，为保持液压管路中油的清洁度而安装在油箱排油与回油管路中：·系列滤油器构放的系统，
5.3.6热交换器heat exchangers保持油箱中液压油温度在制造厂规定的温度范围内的装置。热交换器可以采用其他种类液体或气体(如窄气)介质进行热交换。
5.3.7蓄能器accumulator
储存压力油以补偿液压回路（出油与回油)中压力波动和减小液压系统中压力冲击的容器。5.3.8辅设备auxiliary equipment由附属装置、信息提供装置、安全保护系统（见10.3.2条)构成的设备。5.4试验负载 m， test masses m由制造厂选定并用于液压振动发生器性能试验的一系列纯质量负载。注：关于试验负载形状、尺寸、平面度、表面粗糙度和安装要求.由附录C(补充件)给出：5.4.1试验负载mtest mass mo
试验负载为零(空载)的特殊情况。5.4.2试验负载mltest mass ml免费标准bzxz.net
正弦振动时允许加速度峰值约1的试验负载。5.4.3试验负载 mztest mass mz正弦振动时允许加速度峰值约4g的试验负载。5.4.4 试验负载 m: test mass m3正弦振动时允许加速度峰值约10g的试验负载。5.4.5 试验负载m test mass ma正弦振动时允许加速度峰值约20g的试验负载。5.4.6试验负载mtcstmas5ms
正弦振动时允许加速度峰值约40g的试验负载。5.5量值
5.5.1供灿力psupplypressurep
液源系统在流量为m时液压油所产生的压强。供油压力在液压源系统出口处测址，单位为Pa。GB10179---88
5.5.2液压源系统流量qnflow rate of the hydraulic system q液压源系统在供油压力为力时能够输送的最大流量，流量在液压源系统山口处測其、单位为I./min。
5.5.3行程
5.5.3.1额定行程 rated travel振动发生器的运动部件正常工作的行程范围。额定行程之外制造！不再保证振动发生器的生能5.5.3.2限位器的行程travel belwetn stops额定行程与限位器制动的安全问距之和。5.5.4额定速度·rated velocity正弦振动时，运动部件在作共振利试验负载为m。条件下能产生的最大速度，5.5.5运动部件质量 mmass of ihc moving elcment m.第5。1.1条定义的运动部件的质量。运动部件质量以干克(kg)为单位给出。江：运动部件质量m不包括选动的液正油质量。5. 5.6 标称液H固有频率 Joh frequency of the normal hydraulic model ful标称液压固有频率由式（1)定义：foh
2元Nm.+m.
实际，液床振动发生器的特性同具有如下参数的单自由度运动系统的特性相似：总运动质量为(me十m)：
h．液床刚度Kh。
注：粘性阻尼6可略而不计。
5.5.7激振力excitation forcc
出液压振动发生器产生的力，并能传递到安装在工作台面或力输出端的负载上。激振力以小顿（N）或千牛顿(kV)为单位给出。
5.5.7.1静态力Fastatic forceF运动部件静止时作用在其上的力。它等于供油压力力与有效横截面积A之积：Fu A
注：本定义对备有重力补偿装置的情况仍然适用，5.5.7.2动态力dynamic force
般情况下动态力是下述两个主要变量的函数；a.频率；
b．作用在运动部件上的负载。
实际负载可包括弹性力和阻尼力，或两者中的-种。它们对振动发生器的性能有影响，通·银据本标准描述的试验负载对液压振动发生器特性做出规定，制造厂应根据需要给出液正振动发生器纯蝉性负载特性或纯阻尼负载特性。5.5.7.3相应-f给定试验负载m.的最大正弦激振力Fomtmaxinum forreFforsporificinass m, under sinusoidal conditions不借助任何共振效应而出下式导出的相应于试验负载m的正核激振力最人值：GB 10179 -88
Fornt -- muc
额定加速度α。的确定同所用试验负载（见第5.4条）有关。额定加速度a。对应的频率范围称为相应于试验负载m的额定频率范围。
5.5.7.4额定正弦激振力F，rated force under sinusoidal conditions F。应于各试验负载m：的所有最大正弦激振力Fm中的最大值。注：额定正弦激振力F。可能不同于静态力Fs，但不应使液压缸产生疲劳破坏。5.5.7.5额定宽带随机激振力FabratedbroadbandrandomforceFab相应于各试验负载m：的宽带随机激振力的最小值。该力与于到了。频带内的均勾加速度功率谱密度（见5.5.8，5.5.9条和图5）相对应。5.5.8随机振动位移与加速度功率谱密度(PSD）对用于实际试验的液压伺服振动试验设备，加速度功率谱密度Φ（f)和相关的位移功率谱密度9()都具有重要意义。
5.5.8.1加速度功率谱密度 @(f)acceleration power spectral density @(f)加速度功率谱密度由式（4)定义：(f)= lim
式中:u.\-
随机振动方均根值加速度，加速度波形幅值具有高斯分布；以频率「为中心的频带。
Φ(f)通常以单位m°/s表示。
5.5.8.2位移功率谱密度（/）displacementpowerspectraldensity(f)位移功率谱密度由式(5)定义：
(f）=lim.
武中.r-
-随机振动方均根值位移，位移波形幅值具有高斯分布；A—以频率为中心的频带。
9(f)常以单位m2s表示。
（4）
（5）
加速度与位移功率谱密度函数曲线图可以根据最低工作频率f1、位移-速度交越频率f、速度-加速度交越频率了、截止频率了、第二截止频率」、如果要求)和最高工作频率于。来确定。f和之间的位移功率谱密度是常数，f，和f，之间的加速度功率谱密度是常数。表1列出了不同频带内位移与加速度功率谱密度值。表1
位移PSD
加速度PSD
Q() :0
f fsfe
表中0，与更。的关系为
5.5.9位移与加速度的方均根值
GB10179-88
位移PSD
(2)7,。
5.5.9.1位移方均根值ar.m.s.valueofdisplacement位移方均根值由式(7)给出：
加速度psn
xh =1/2
5.5.9.2加速度方均根值abr.m.s，valueofacceleration加速度方均根值由式（8)给出：at -s(- )+
(ff)+(f-)
5.5.9.3略去特殊频带时，上面的公式可以简化。例如，当最高工作频率了。低于第一截止频率/时，公式简化为：
(-)+(5)
[5(( -) +
a @/2
注：①峰值因数应不小于3。
GB 10179-88
②额定行程（见5.5.3.1条）应至少为位移方均根值与峰值因数之积的两倍，以避免接触机械限位器5.5.10总失真度d（见图1）totaldistortion总失真度有下述两种不同的定义公式，且总失真度值亦不同：d
式中a与a的说明见第5.5.10.1条。如果考虑工作噪声Φ，总失真度则由式（13)定义：,-afi
Gx(f)df+
m*Gx(f)df
式中：Gx（f)---信号的功率谱密度（PSD)；f—-信号的基频。
总失真度义称失真度。
总失真度d
Gxx(f)df
加速度a(m/s\)
图1固定频率下总失真度与加速度的函数关系acceleration distortion
5.5.10、1加速度失真度
个加速度信号α可视为--系列分量构成：+++++a
式中：
α加速度方均根值；
a\…相应于基频了的加速度分量方均根值，通常要求的唯分量；(11）
GB 10179 ---88
相应于频率2F、3F、…n的谐波分量，n包含了所有有意义的分量；β—-工作噪声（见5.5.11.2条）。总失真度d为全部不希望有的加速度分量同所需要的加速度分量α,之比：7
g+α+a++a
5.5.10.2速度失真度velocitydistortiona
加速度信号积分成速度信号时，速度失真度南式（16)定义：odrl
[2元了
1/2元
（15）
(16）
通常，速度谐波分量比速度噪声分量大得多，因此速度失真度比加速度失真度小些。如果要求的是速度尖真度，则应加下标注明。5.5.10.3位移失真度displacementdistortion速度信号积分成位移信号时，位移失真度由式(17)定义：dx
Jedda) +(a)
a1/4r2f2
在有些情况下，位移谐波分量要比位移噪声大一些。如果要求的是位移失真度，则应加下标注明。5.5.10.4额定总失真度d。ratedtotaldistortiond在额定频率范围内和额定加速度下，对给定的试验负载测得的失真度最大值（见图2)。总失真度d
图2额定加速度下的总失真度与频率的函数关系（试验负载给定）5.5.11噪声
任何不需要的下扰声或其频谱不能用确定的频率分量米描述的一般具有随机特性的借号。噪击是由测量系统和控制系统产生的。5.5.11.1背景噪声background noiseGB 10179-88
在给定的频带内，控制系统输入信号为零时残留的振动量值。通常采用背景噪声加速度的厅均根值或峰-峰值描述。
注：在伺服阀控制装置输入端并联一个同信号源阻抗相等效的阻抗条件下，调节控制装置处于最佳工作状态，然活测定背景加速度 。
5.5. 11.2 工作噪声 Φ operational noise p在给定的频带内，控制信号存在时振动运动的非谐波分量，通常采用“噪声”的方均根值或与加速度有关的非谐波分量描述。
工作噪声$·--般由下述因素引起：外界下扰信号进入伺服阀控制回路；a
h．伺服阀和液压缸启动与停止过程中产生的摩擦；受试件中松动部件的撞击；
d．流对伺服阀挡板控制作用的影响。5.5.11.3信噪比 signal-to-noise ratia佛噪比由式（18)定义并以分贝表示：20lg g
式中：α-—在最大激振力Fm与试验负载m。（空载）条件下允许的最大正弦振动加速度：αg背景噪声加速度（见5.5.11.1条）。5.5.12抖动信号dither signal
（18）
为使何服阀过零区线性化，减小伺服阀和液压缸中的摩擦或提高其灵敏性，而输入到伺服阀控制装臀的高频信号。
5.5.13横向加速度比transverse acceleration ratio横向加速度与轴向如速度之比。该比值与试验负载和频率有关。5.5.74负载下中心位置偏移meanpositiondeflectionunderload初始中心位置在加载下产生的偏移，偏移与位置控制回路的特性有关。伺服阀开口使活塞两侧产生乐力差以静平衡外力。因此，伺服阀开口大小取决于需要平衡的负载、泄漏流量和活塞中心位臀偏移，初始中心位置由中心位置控制回路进行控制。6制造厂提供的特性
本标准采用的两级特性描述不直接涉及试验设备产品质量与尺寸。对大型高质量的试验设备可采用A级描述，然而对某些情况需要采用B级描述，例如小型中等质量的试验设备。
描述级别的选择一般取决于试验设备使用目的与场合。本标准也给出「适合于振动发生器系统各不同组成部分的相关特性。表2～表5中标注“×”记号的特性是制造厂应提供的特性。经制造厂与用产协商，可提供没有标注“×”记号的特性以满足特殊需要。注：规定这些特殊的特性能使试验设备的造价提高，在询问与定货时必须子以考虑。第7、8、9和110章仅对表2～表5中列出的特性进行说明而没有规定其描述级别。附录13（补充件）描述了某些特性的测量方法。
一般特性
供油要求
伺服阀特性
静态力
额定速度
额定频率范围
正弦振动特性的限制
随机振动特性的限制
最大正弦激振力Fant
额定宽带随机激振力Fch
工作台面加速度均匀度
T.作台面横向运动
特性的限制
运动部件
额定行程
电气安全装置间的行程
限位器间的行程
标称液压固有频率
液压刚度
重力补偿装置
最大横向力
额定静态横问力
横向静态刚度
运动部件的静摩擦
工作台面尺寸
试验时负载或试件的固定方法
工作台面上螺纹衬套或紧固件的推荐扭矩螺纹衬套或紧固件允许的最大轴向力工作台面的平面度
螺纹衬套相对于台面的垂直度
台面相对于活塞杆轴线的垂直度GB 1017988
表2振动发生器
对应章条
捕述级
轴线的同轴度（力输出端）
辅助台的连接要求
辅助设备
振动发生器轴向位置传感器
压力、力、速度或加速度传感器冷部系统
安全保护系统
行程终端
液压缸中的压力
轴承温度
油的流量
过滤器的阻塞
软管与电缆
安装要求
一般要求
振动发生器质量
振动发生器底座
定位装置
动态特性
固定要求
辐射噪声的声功率级
工作台面温度
环境与工作条件
工作场所
综合试验
技术文件
伺服阀控制装置
非调制输人特性
调制输入特性
GB 10179 -88
续表2
对应章条
7.3. 1. 1
表3控制系统
对应章条
摧述级
描述级
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