模拟运输振动试验技术
作者：
（西安捷盛电子技术有限责任公司） 摘要：运输振动试验用于评定设备在预期的运输和使用环境中的抗振能力，模拟汽车运输振动试验台是一种机械式随机振动模拟器，是较好地再现汽车运输振动的实验室设备。本文通过对汽车实际运输环境振动数据与模拟汽车运输振动试验台振动数据的分析及对比，论证了模拟运输试验科学性，并提出了模拟运输振动的方法，供试验技术人员参考。
关键词：运输振动 宽带随机 等效试验
前言
运输振动试验用于评定设备在预期的运输和使用环境中的抗震能力。运输振动传统用振动、冲击、碰撞来代替试验。这样试验成本昂贵、技术复杂，就我国现有情况来看，还很难普及应用，而用正弦振动来代替随机振动试验的方法欠妥。随着试验水平的提高，试验方法的不断改进，对试验要求也越来越高。这些试验条件远不能满足试验要求。
1 运输振动试验的分析
基本运输试验是作为固紧货物的设备通过陆地、海上或空中运输时都将遇到这种环境。陆上运输环境比海上或空中更为严重，而且所有海上或空中运输的前后都将包括有陆上运输，因此以陆上运输来作为基本运输环境。陆上运输环境包括公路和铁路运输，而公路比铁路运输更为严重，因此，以公路运输来作为运输环境。公路运输的环境是一种宽带振动，它是由于车体的支撑、结构与路面平度的综合作用产生的。通常运输里程范围为1600～2400Km。
通过对大量跑车实测得到汽车运输振动的数据分析和处理、如图一汽车车箱振动的时间历程所示，可得出运输振动具有如此下的特征：
图一、汽车车箱振动的时间历程
a、 汽车运输振动试宽带随机振动，振动的瞬时值基本满足正态分布。
b、 汽车运输振动的能量主要分布在0～200Hz的频率范围内。在0～20Hz频率范围内能量更为集中。
c、 汽车运输振动在不同频率下，自功率谱形状变化不大，总的趋势是随频率增大。自功率谱密度逐渐减小，并在2Hz和10Hz左右各出现峰值。
d、 汽车底板的振动量值（总有效值）因不同位置、不同方向、不同载荷、不同路面、不同车速而异。
2 运输振动试验的等效模拟
就目前的理论水平及技术条件，完全再现这种环境有很多困难，目前国内运输振动试验仅仅是近似的等效模拟试验，该设备是一种机械式随机振动模拟器，是较好地再现汽车运输振动的实验室设备。这种设备采用了分频能量近似的模拟思想，即当把功率谱分成几个频段。高频段中的能量应该近似一致，并且总能量和功率谱的形状也近似相同，这样，就可以为在设备上得到的振动的功率谱与给定的试验功率谱一致。
该运输振动试验设备的力学模型如下图所示:
M1
图二、力学模型
其中： M1为砂箱和传动系统等总质量；
M2为工作台面和试品的总质量；
K1为悬挂簧的总刚度；
K2为四组板簧和胶轮系统总刚度。
图三、运输振动试验设备结构简图
该系统为一个典型的二自由度强迫振动系统，其固有频率特性与汽车相当（不考虑阻尼）。台面的上下振动是随机振动，其随机性由电机转速的不稳定（随机）和鼓轮上凸块之间的相位变化以及胶轮在鼓轮上的撞击来保证。理论分析可以定性说明，台面的振动量级与鼓轮直径成反比，与凸块的高度、宽度成正比。
就目前的理论水平及技术条件，完全再现这种环境有很多困难，而只能是一定近似程度的模拟，在对运输振动环境模拟时应注意以下几个问题：
a．在同一种车型，以同一个速度在同一路面上行驶时，其车箱的随机响应满足平稳和各态历经假设。
b．从环境试验的角度出发，在数据处理时，主要对瞬时值进行统计。
c．本方案主要对载荷2500kg，在碎石路上以速度为35km/h左右的运行状态进行模拟。大量的调查表明，这种振动状态有广泛的代表性。
d．根据模拟试验规范，被试产品做运输跑车试验时，产品应装在车箱的后三分之一位置处。我们工作重点是摸清该点上，下方向的振动。其它点及该点的其它方向以及它们之间的相关性由于受仪器等条件限制，暂不考虑。
5．汽车车箱上一点的上，下方向的振动是宽带随机振动。用机械方式达到较高的再现度有困难。
实测表明，汽车在公路上行驶的环境是异常复杂的，其振动是宽带随机振动，振动的瞬时值服从正态分布。由于汽车结构所致，其功率谱图在2Hz、8Hz左右能量较为集中，形成两个突出的峰。从理论分析证明，两个功率谱相似的随机振动，对经受此振动的产品有等效的损伤能力。我们采用分频段接近的思想来模拟宽带随机振动。分段带宽的选择考虑了汽车结构的固有频率，以每一频段里包含一个固有频率点为原则。各频段的功率谱密度应当满足：
δi台=δi汽
其中：
δi台 是模拟运输台台面一点的加速度在第i频段的均方根值；
δi汽 汽车车箱上一点的加速度在相应频段的均方根值。
这里顺便指出：有些技术文件里，关于运输振动技术指标的提法，如振动频率4Hz，最大振幅26mm等是不科学的，汽车颠簸既然是宽带随机振动，其技术指标应该用描述随机振动的参数来叙述。不能把它和单一正弦振动混淆起来。
3 总结
模拟运输振动试验的等效模拟试验设备是力图用机械方式将汽车在公路上跑车的振动环境在实验室内再现。实测表明，这种试验完全可以模拟运输车在真实路面上的实际状况。
参考文献：
（1）、 《力学环境试验技术》 西北工业大学出版社出版
（2）、 《电子及电气元件试验方法》中华人民共和国国家军用标准
GJB 360A-96
模拟运输振动试验技术
作者：
（西安捷盛电子技术有限责任公司） 摘要：运输振动试验用于评定设备在预期的运输和使用环境中的抗振能力，模拟汽车运输振动试验台是一种机械式随机振动模拟器，是较好地再现汽车运输振动的实验室设备。本文通过对汽车实际运输环境振动数据与模拟汽车运输振动试验台振动数据的分析及对比，论证了模拟运输试验科学性，并提出了模拟运输振动的方法，供试验技术人员参考。
关键词：运输振动 宽带随机 等效试验
前言
运输振动试验用于评定设备在预期的运输和使用环境中的抗震能力。运输振动传统用振动、冲击、碰撞来代替试验。这样试验成本昂贵、技术复杂，就我国现有情况来看，还很难普及应用，而用正弦振动来代替随机振动试验的方法欠妥。随着试验水平的提高，试验方法的不断改进，对试验要求也越来越高。这些试验条件远不能满足试验要求。
1 运输振动试验的分析
基本运输试验是作为固紧货物的设备通过陆地、海上或空中运输时都将遇到这种环境。陆上运输环境比海上或空中更为严重，而且所有海上或空中运输的前后都将包括有陆上运输，因此以陆上运输来作为基本运输环境。陆上运输环境包括公路和铁路运输，而公路比铁路运输更为严重，因此，以公路运输来作为运输环境。公路运输的环境是一种宽带振动，它是由于车体的支撑、结构与路面平度的综合作用产生的。通常运输里程范围为1600～2400Km。
通过对大量跑车实测得到汽车运输振动的数据分析和处理、如图一汽车车箱振动的时间历程所示，可得出运输振动具有如此下的特征：
图一、汽车车箱振动的时间历程
a、 汽车运输振动试宽带随机振动，振动的瞬时值基本满足正态分布。
b、 汽车运输振动的能量主要分布在0～200Hz的频率范围内。在0～20Hz频率范围内能量更为集中。
c、 汽车运输振动在不同频率下，自功率谱形状变化不大，总的趋势是随频率增大。自功率谱密度逐渐减小，并在2Hz和10Hz左右各出现峰值。
d、 汽车底板的振动量值（总有效值）因不同位置、不同方向、不同载荷、不同路面、不同车速而异。
2 运输振动试验的等效模拟
就目前的理论水平及技术条件，完全再现这种环境有很多困难，目前国内运输振动试验仅仅是近似的等效模拟试验，该设备是一种机械式随机振动模拟器，是较好地再现汽车运输振动的实验室设备。这种设备采用了分频能量近似的模拟思想，即当把功率谱分成几个频段。高频段中的能量应该近似一致，并且总能量和功率谱的形状也近似相同，这样，就可以为在设备上得到的振动的功率谱与给定的试验功率谱一致。
该运输振动试验设备的力学模型如下图所示:
M1
图二、力学模型
其中： M1为砂箱和传动系统等总质量；
M2为工作台面和试品的总质量；
K1为悬挂簧的总刚度；
K2为四组板簧和胶轮系统总刚度。
图三、运输振动试验设备结构简图
该系统为一个典型的二自由度强迫振动系统，其固有频率特性与汽车相当（不考虑阻尼）。台面的上下振动是随机振动，其随机性由电机转速的不稳定（随机）和鼓轮上凸块之间的相位变化以及胶轮在鼓轮上的撞击来保证。理论分析可以定性说明，台面的振动量级与鼓轮直径成反比，与凸块的高度、宽度成正比。
就目前的理论水平及技术条件，完全再现这种环境有很多困难，而只能是一定近似程度的模拟，在对运输振动环境模拟时应注意以下几个问题：
a．在同一种车型，以同一个速度在同一路面上行驶时，其车箱的随机响应满足平稳和各态历经假设。
b．从环境试验的角度出发，在数据处理时，主要对瞬时值进行统计。
c．本方案主要对载荷2500kg，在碎石路上以速度为35km/h左右的运行状态进行模拟。大量的调查表明，这种振动状态有广泛的代表性。
d．根据模拟试验规范，被试产品做运输跑车试验时，产品应装在车箱的后三分之一位置处。我们工作重点是摸清该点上，下方向的振动。其它点及该点的其它方向以及它们之间的相关性由于受仪器等条件限制，暂不考虑。
5．汽车车箱上一点的上，下方向的振动是宽带随机振动。用机械方式达到较高的再现度有困难。
实测表明，汽车在公路上行驶的环境是异常复杂的，其振动是宽带随机振动，振动的瞬时值服从正态分布。由于汽车结构所致，其功率谱图在2Hz、8Hz左右能量较为集中，形成两个突出的峰。从理论分析证明，两个功率谱相似的随机振动，对经受此振动的产品有等效的损伤能力。我们采用分频段接近的思想来模拟宽带随机振动。分段带宽的选择考虑了汽车结构的固有频率，以每一频段里包含一个固有频率点为原则。各频段的功率谱密度应当满足：
δi台=δi汽
其中：
δi台 是模拟运输台台面一点的加速度在第i频段的均方根值；
δi汽 汽车车箱上一点的加速度在相应频段的均方根值。
这里顺便指出：有些技术文件里，关于运输振动技术指标的提法，如振动频率4Hz，最大振幅26mm等是不科学的，汽车颠簸既然是宽带随机振动，其技术指标应该用描述随机振动的参数来叙述。不能把它和单一正弦振动混淆起来。
3 总结
模拟运输振动试验的等效模拟试验设备是力图用机械方式将汽车在公路上跑车的振动环境在实验室内再现。实测表明，这种试验完全可以模拟运输车在真实路面上的实际状况。
参考文献：
（1）、 《力学环境试验技术》 西北工业大学出版社出版
（2）、 《电子及电气元件试验方法》中华人民共和国国家军用标准
GJB 360A-96