对高铁轨道动力测试激振装置液压系统设计与仿真

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1、2012年11月机床与液压NOV．2012第40卷第21期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．40No．21DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．21．026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，建立液压系统的数学模型

2、。运用MATLAB／Simulink对系统进行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，所设计的液压激振系统满足设计要求。关键词：高铁轨道；激振装置；力伺服控制中图分类号：TH137；TP273；TP391．9文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)2l一094—5DesignandSimulationforHydraulicSystemofExcitationDeviceofHigh-speedRailTrackDynamicTestSystemWANYuan，ZENGLiangcai，LIWei，CHENXiny

3、uan，ZHENGFeilong，CHENChanglong(CollegeofMachinery＆Automation，WuhanUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei430081，China)Abstract：Theexistinghydraulicexcitationmodeofvalvecontrolledcylinderorpumpcontrolledmotorusedintheexcitationde—viceofhigh—speedrailtrackdynamictestsystem，isdificul

4、ttomeetthehighvibrationfrequency，highexcitationforceandhighampli—tuderequirements．Aimingattheseproblems，abicyclicsidehydrauliccylinderwasputforward，andthecorrespondingelectro-hydrau—licseroexcitationsystemwasdesigned．Accordingtothetestsystemparameters．themathematicalmodelofthehydrauli

5、csystemwasestablished．MATLAB／Simulinkwasusedtomaketheoreticalanalysisanddigitalsimulation．ThetoolofPIDTunerwasusedtoadjustthePIDcontrollerparameters．Theresultsshowthatthedesignedhydraulicexcitationsystemmeetsthedesignrequirements．Keywords：High—speedrailtrack；Excitationdevice；ForceseⅣo

6、control轨道路基动力响应原位试验系统的关键设备为主动受控激振装置。目前，国内外采用较为先进的阀控缸或泵控马达液压激振方式。泵控马达激振系统是由变量液压泵带动液压马达旋转，从根本上讲还是惯性激振；而阀控油缸激振系统是通过换向阀控制油缸实现激振，它在重载下能启振，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，不能产生能模拟路面各种工况的激振力波形等缺点，极大地制约了路基性能参数的有效提取。作者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

7、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。收稿日期：2011—11—07基金项目：国家自然科学基金资助项目(51027002)作者简介：万园(1986一)，男，硕士研究生，主要研究方向为电液伺服系统与智能控制。E—mail：longsir2010@foxmail．com。第21期万园等：高铁轨道动力测试激振装置液压系统设计与仿真·95·交流分量为±100kN；(2)激振器主动激振频率：1．2系统主要参数计算1～40Hz可调；(3)激振器主动激振位移：在1Hz采用

8、类比法，选