一、名称由来和基本结构
“跑马式”:这个名称非常形象地描述了其工作方式。想象一下马在奔跑时,马蹄不断交替、有节奏地踏击地面。这种振动台通过多个独立的作动器(类似于“机械马蹄”) ,按照特定的时序和规律来“敲击”或“顶升”一个巨大的平台,从而模拟出车辆在连续起伏不平的路面上行驶的感觉。
基本结构:
大型平台:一个坚固的钢制平台,用于放置被测车辆(如整车、车轴、悬挂系统等)。
多个作动器(Actuator):这是核心执行部件,通常是液压或电动式,垂直安装在地基和平台之间。数量根据台面大小和承载力决定,从几个到几十个不等。
控制系统:高精度的计算机控制系统,用于精确协调每个作动器的运动(幅度、频率、相位),以合成所需的复杂路面波形。
二、主要工作原理与特点
多通道协调激励:与传统的单一振动台不同,跑马式振动台的多个作动器并非同步运动。控制系统通过编程,让它们按照一定的相位差依次动作。例如,当前排作动器开始回缩时,中排作动器正在顶升,后排作动器则达到顶点。这种“波浪式”的动作,模拟了车辆驶过连续不平路面的状态。
模拟复杂路谱:可以输入真实采集的路面谱数据(例如比利时路、搓板路、坑洼路等),或者标准的试验谱(如ISO 8608中定义的不同等级路面)。系统将这些数据解算为每个作动器的控制指令,从而在实验室里高保真地复现真实道路环境。
六自由度能力:虽然主要模拟垂直方向的振动,但通过精密的控制算法和多作动器的协同,高级的跑马式振动台也能产生一定程度的纵向(前后)、横向(左右)的平移和旋转运动,实现多自由度耦合激励。
三、主要用途
跑马式振动台是车辆研发和可靠性测试中的设备,主要用于:
整车耐久性测试:模拟数十万公里的道路行驶,在短时间内考核车辆结构、底盘、车身、连接件等的疲劳寿命。
悬挂系统开发与验证:测试悬挂系统(弹簧、减震器、控制臂等)的性能和可靠性。
零部件测试:对发动机、车桥、油箱、电池包(对于电动车至关重要)等关键部件进行振动环境下的考核。
轨道交通车辆测试:同样广泛应用于火车、地铁车辆的转向架和车体测试。
NVH(噪声、振动与声振粗糙度)研究:分析车辆在振动环境下的异响和舒适性问题。
四、与其他振动台的区别
与传统单轴/三轴振动台:传统振动台通常用于较小的试件(如电子设备、小型部件),在一个固定点上进行单轴或多轴振动。而跑马式振动台台面巨大,能支撑整个车辆,并模拟空间分布的、连续的路面激励。
与道路模拟机:这是更高级、更复杂的设备。道路模拟机通常使用四立柱(每个车轮一个作动器),可以更精确地独立控制每个车轮的六自由度运动,不仅能模拟路面不平,还能模拟转弯、制动等动态载荷。跑马式振动台可以看作是道路模拟机的一种简化或前身形式,更侧重于模拟连续路面的垂直激励。
总结
跑马式振动台本质上是一个由计算机控制的、多作动器协调工作的“可编程道路”。 它通过在实验室中重现真实世界的严苛振动环境,极大地加快了车辆及其零部件的开发周期,降低了实车路试的成本和风险,是汽车、轨道交通等行业进行可靠性工程的核心装备。