力錘激勵法在小車固有頻率測試中的應用

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

孫 杰，祁新杰

0 引言

某小車在實際運動規(guī)律中，根據(jù)時間可以分為沖擊信號、加速段信號和勻速段信號。然而，這些運動的成分比較復雜，包含與小車結構有關的振動成分以及壓縮空氣推動小車影響的成分。為了在整體信號中有效剝離與小車結構有關的振動成分，有必要確定小車水平運動方向的固有頻率。其中，力錘激勵法是測定固有頻率時應用最廣泛的試驗方法。

1 試驗方法

力錘上裝有力傳感器，被敲擊物體上裝有加速度傳感器，用錘子敲擊被測物體，被測物體可以產(chǎn)生響應，就可以測得力錘的敲擊和響應信號，通過模態(tài)參數(shù)提取方法對這2路信號進行處理，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，見圖1。

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

力錘錘擊點和傳感器測點的布置示意圖如圖2所示。

圖1 力錘的沖擊脈沖

圖2 測點和錘擊點布置示意圖

在錘擊試驗中，錘擊點和測點都需要遵循一定的原則。一般地，錘擊點布置在結構剛度最大的地方，如小車的前部和尾部；針對小車配重的結構，在小車中部增加錘擊點。相應地，在每個錘擊點都要添加傳感器測點；考慮小車水槽結構，在水槽處再布置1個傳感器測點。因此，布置3個錘擊點和4個傳感器測點。錘擊試驗結構圖見圖3。

圖3 錘擊試驗結構框圖

2 試驗數(shù)據(jù)分析

1組典型的25 t小車的錘擊試驗時域圖見圖4，25 t小車完整的試驗頻譜圖如圖5所示。

圖4 25 t 小車錘擊試驗時域圖

圖5 25 t小車前部測點錘擊試驗頻譜圖

圖6 25 t小車中部測點錘擊試驗頻譜圖

圖5至圖8是同一測點不同錘擊點的綜合，體現(xiàn)了同一測點在不同激勵下的響應。對于同一個測點，3次激勵的整體趨勢相同，且主要頻率成分相同，但由于激勵點位置不同，響應的振幅會有一定變化。整理每個測點的主要頻率成分，見表1。

圖7 25 t 小車后部測點錘擊試驗頻譜圖

圖8 25 t小車水槽處測點錘擊試驗頻譜圖

表1 25 t 小車錘擊試驗不同測點主要頻率

3 結論

文章使用振動數(shù)據(jù)采集儀、振動傳感器構建了一種質量車錘擊試驗系統(tǒng)，通過對小車上同一測點、不同錘擊點錘擊試驗數(shù)據(jù)的時域特性和頻域特性的分析，提取了小車車身不同部位的固有頻率，對小車的結構優(yōu)化具有重要意義。同時，使用該方法提出的小車固有頻率對數(shù)據(jù)雜波的分離具有重要的參考意義。