一、名稱由來和基本結構
“跑馬式":這個名稱非常形象地描述了其工作方式。想象一下馬在奔跑時,馬蹄不斷交替、有節奏地踏擊地面。這種振動臺通過多個獨立的作動器(類似于“機械馬蹄") ,按照特定的時序和規律來“敲擊"或“頂升"一個巨大的平臺,從而模擬出車輛在連續起伏不平的路面上行駛的感覺。
基本結構:
大型平臺:一個堅固的鋼制平臺,用于放置被測車輛(如整車、車軸、懸掛系統等)。
多個作動器(Actuator):這是核心執行部件,通常是液壓或電動式,垂直安裝在地基和平臺之間。數量根據臺面大小和承載力決定,從幾個到幾十個不等。
控制系統:高精度的計算機控制系統,用于精確協調每個作動器的運動(幅度、頻率、相位),以合成所需的復雜路面波形。
二、主要工作原理與特點
多通道協調激勵:與傳統的單一振動臺不同,跑馬式振動臺的多個作動器并非同步運動。控制系統通過編程,讓它們按照一定的相位差依次動作。例如,當前排作動器開始回縮時,中排作動器正在頂升,后排作動器則達到頂點。這種“波浪式"的動作,模擬了車輛駛過連續不平路面的狀態。
模擬復雜路譜:可以輸入真實采集的路面譜數據(例如比利時路、搓板路、坑洼路等),或者標準的試驗譜(如ISO 8608中定義的不同等級路面)。系統將這些數據解算為每個作動器的控制指令,從而在實驗室里高保真地復現真實道路環境。
六自由度能力:雖然主要模擬垂直方向的振動,但通過精密的控制算法和多作動器的協同,高級的跑馬式振動臺也能產生一定程度的縱向(前后)、橫向(左右)的平移和旋轉運動,實現多自由度耦合激勵。
三、主要用途
跑馬式振動臺是車輛研發和可靠性測試中的設備,主要用于:
整車耐久性測試:模擬數十萬公里的道路行駛,在短時間內考核車輛結構、底盤、車身、連接件等的疲勞壽命。
懸掛系統開發與驗證:測試懸掛系統(彈簧、減震器、控制臂等)的性能和可靠性。
零部件測試:對發動機、車橋、油箱、電池包(對于電動車至關重要)等關鍵部件進行振動環境下的考核。
軌道交通車輛測試:同樣廣泛應用于火車、地鐵車輛的轉向架和車體測試。
NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)研究:分析車輛在振動環境下的異響和舒適性問題。
四、與其他振動臺的區別
與傳統單軸/三軸振動臺:傳統振動臺通常用于較小的試件(如電子設備、小型部件),在一個固定點上進行單軸或多軸振動。而跑馬式振動臺臺面巨大,能支撐整個車輛,并模擬空間分布的、連續的路面激勵。
與道路模擬機:這是更高級、更復雜的設備。道路模擬機通常使用四立柱(每個車輪一個作動器),可以更精確地獨立控制每個車輪的六自由度運動,不僅能模擬路面不平,還能模擬轉彎、制動等動態載荷。跑馬式振動臺可以看作是道路模擬機的一種簡化或前身形式,更側重于模擬連續路面的垂直激勵。
總結
跑馬式振動臺本質上是一個由計算機控制的、多作動器協調工作的“可編程道路"。 它通過在實驗室中重現真實世界的嚴苛振動環境,極大地加快了車輛及其零部件的開發周期,降低了實車路試的成本和風險,是汽車、軌道交通等行業進行可靠性工程的核心裝備。