高铁轨道动力测试激振装置液压系统设计与仿真hydraulicsystem

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1、*高铁轨道动力测试激振装置液压系统设计与仿真万园，曾良才，李为，陈新元，郑飞龙，陈昶龙（武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉，430081）摘要：现有高铁轨道动力测试系统激振装置采用的阀控缸或泵控马达液压激振方式，很难同时满足高振动频率，高激振力和高振幅的要求。针对这些问题，提出一种双环面液压缸，并设计了相应的电液伺服激振系统。根据试验系统参数，建立了液压系统的数学模型。运用Matlab/Simulink对系统进行了理论分析和数字仿真，利用PIDTuner工具调整PID控制器参数，结果表明所设计液压激振系统满足设计要求。关键词：高铁轨道；激振装置；力伺服控制；M

2、atlab/Simulink；PIDTuner中图分类号：TH137；TP273；TP391.9文献标识码：A文献编号：HydraulicSystemDesignandSimulationofExcitationDeviceofHigh-speedRailTrackDynamicTestSystemWANYuan,ZENGLiang-cai,LIWei,ENXin-yuan,ZHENGFei-long,CHENChang-long(CollegeofMachinery&Automation,WuhanUniversityofScienceandTechnolog

3、y,WuhanHubei430081,China)Abstract:Theexistinghydraulicexcitationmodeofvalvecontrolledcylinderorpumpcontrolledmotorusedintheexcitationdeviceofhigh-speedrailtrackdynamictestsystem,isdifficulttomeetthehighvibrationfrequency,highexcitationforceandhighamplituderequirements.Aimedatthesepro

4、blems,putforwardabicyclicsidehydrauliccylinder,anddesignedthecorrespondingelectro-hydraulicservoexcitationsystem.Accordingtothetestsystemparameters，themathematicalmodelofthehydraulicsystemwasestablished.UsingMatlab/Simulinkonthesystemtheoreticalanalysisanddigitalsimulation,andusingth

5、etoolofPIDTunertoadjustthePIDcontrollerparameters,theresultsshowthatthehydraulicexcitationsystemdesignedmeetsthedesignrequirements.Keywords:High-speedrailtrack;Excitationdevice;Forceservocontrol;Matlab/Simulink;PIDTuner0前言置的工况要求：1)激振器输出力：直流分量为200轨道路基动力响应原位试验系统的关键设备kN，交流分量为±100kN；2)激振

6、器主动激振频率：为主动受控激振装置。目前，国内外采用较为先1～40Hz可调；3)激振器主动激振位移：在1Hz进的阀控缸或泵控马达液压激振方式。泵控马达时±20mm，在40Hz时±0.5mm；4)激振波形参数激振系统是由变量液压泵带动液压马达旋转，从能在线程控调整，设计了简单的液压伺服激振测根本上讲还是惯性激振；而阀控油缸激振系统是控系统如图1所示。根据该测控系统框图设计了通过换向阀控制油缸实现激振，它在重载下能启液压系统原理，如图2所示。振，振动频率能达到很高，但负载适应能力差、冲击大，很难同时满足较高振动频率和较高振幅的要求。这两种方式都存在激振力等参数不可控

7、，不能产生能模拟路面各种工况的激振力波形，极大地制约了路基性能参数的有效提取。本文采用电液伺服闭环激振系统解决这一问题，为同时满足高振频和大出力要求，考虑将伺服油缸受控腔设计为具有静压腔和动压腔的结构。静压腔输出静压力，模拟列车静载；动压腔的压力由电液伺服阀控制，构成一闭环力系统，输出波形可调的交变动态力，模拟列车动载。1液压系统设计方案根据模拟列车载荷轨道路基动力响应激振装图1模拟列车载荷激振装置伺服激振测控系统*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51027002）1在力控制系统中，一般不按常规即最大功率传输条件取PL=2/3Ps，而是在阀流量允许的情况下，

8、使PL接近Ps，这有利于