張鵬輝，王 琦，王維娜，張 濤，劉衛(wèi)東

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火工品大量值振動試驗技術(shù)研究及案例分析

張鵬輝，王 琦，王維娜，張 濤，劉衛(wèi)東

（陜西應用物理化學研究所，陜西 西安，710061）

為解決現(xiàn)有振動臺無法滿足火工品大量值振動試驗的需求，設(shè)計一種基于諧振原理的火工品振動放大試驗裝置。在振動臺輸出較小激振力的情況下，在該裝置上依靠諧振放大來滿足試驗需求，并針對具體的案例進行試驗驗證和分析。結(jié)果表明：設(shè)計的振動放大試驗裝置能夠有效滿足試驗需求，振動量值、偏差符合標準要求，可應用在火工品大量值振動考核試驗中。

火工品：振動試驗；諧振放大；偏差

振動是環(huán)境試驗中很重要的一個環(huán)境參數(shù)，在實際的應用中振動可能會導致產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)損壞、工作性能失靈和工藝性能破壞[1]，90%以上的工程產(chǎn)品在研發(fā)及生產(chǎn)過程中都需要進行振動試驗的考核[2]。經(jīng)過科技人員近幾十年的努力，振動試驗技術(shù)得到了長足的發(fā)展，滿足了實驗室對常規(guī)振動試驗的需要。但是，隨著我國航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品應用過程中遇到的振動環(huán)境日趨復雜和嚴酷，甚至個別的振動環(huán)境已不能用現(xiàn)有的振動臺實現(xiàn)模擬。

某電起爆器自主飛行振動均方根加速度要求為139.9g，參考美國UD公司生產(chǎn)的激振力為35kN的SAI60-H560B-16型號振動臺，其動圈質(zhì)量為45kg，夾具與產(chǎn)品質(zhì)量總和取10kg，由牛頓第二定律可得所需最低的激振力為75.406kN，實際應用中振動臺輸出的激振力通常要多出30%的余量[3]，所以需要98.028 kN以上的激振力。由此可見35kN激振力的振動臺無法滿足要求，其他型號的振動臺隨著激振力的增大，動圈質(zhì)量也增大，還需要考慮動圈的耐振能力。并且通常情況下振動臺都限制振動試驗最大加速度在100g以內(nèi)[4]。因此，需要研究大量值振動試驗技術(shù)，以滿足日益提高的火工品振動試驗考核要求。本文設(shè)計了一種基于諧振原理的火工品振動放大試驗裝置，并對其開展研究。

1 諧振放大振動試驗技術(shù)

要滿足某電起爆器均方根加速度量值為139.9g的自主飛行振動試驗考核，需考慮借助基于諧振原理的火工品振動放大裝置予以滿足。

諧振即物理的簡諧振動，物體的加速度在跟偏離平衡位置的位移成正比，且總是指向平衡位置的回復力的作用下的振動。在機械學里，激振頻率為系統(tǒng)固有頻率的整數(shù)倍時，受迫振動的振幅增長到某一極大值，這種現(xiàn)象稱為諧振[5]。在實際的振動試驗中，由于試驗夾具的剛度有限，具有一定的彈性。彈性的存在將在試驗夾具中引入諧振點，從而引發(fā)機械諧振?；谝陨显碓O(shè)計火工品諧振式振動放大裝置，其示意圖如圖1所示。

圖1 火工品諧振振動放大裝置示意圖

圖1中基板通過固定螺釘與振動臺臺面可靠連接，在基板合適位置粘接傳感器并接入測試回路，作為控制通道采集振動信號，振動臺的運動由該傳感器的反饋來控制，以保證基板達到要求的振動量值。諧振板與基板接觸面處通過螺釘緊固，其它位置懸空不加任何約束，諧振板端頭位置粘接傳感器，作為監(jiān)測通道采集振動信號，該信號為試驗所要求的規(guī)定量值?；鸸て吠ㄟ^螺紋連接方式固定在諧振板靠近監(jiān)測傳感器附近的端頭位置。采用加速度響應控制方法對試驗進行控制。在試驗開始時，先施加一個低量級振動，用控制傳感器的反饋信號進行控制，然后在試驗中根據(jù)經(jīng)驗調(diào)節(jié)振動的輸入，測量監(jiān)測傳感器的響應，并與給定的條件做比較，直到監(jiān)測傳感器的振動量級達到規(guī)定的振動量級。

2 案例分析

某起爆器自主飛行振動試驗條件如表1所示。

表1 某起爆器自主飛行振動試驗條件

Tab.1 Test conditions for autonomous flight vibration of some initiator

備注：試驗條件允許采用放大工裝來實現(xiàn)。

利用SAI60-H560B-16型號振動臺，采用圖1所示的振動放大裝置進行試驗，在振動放大裝置諧振板端頭位置分別固定3發(fā)產(chǎn)品。逐漸調(diào)整振動臺的輸出能量級別，直到監(jiān)測傳感器采集的信號滿足試驗要求為止。待監(jiān)測傳感器采集的信號穩(wěn)定后，每隔30s采集數(shù)據(jù)，共采集9個點，利用分貝公式dB加速度=20lg (1/2)計算監(jiān)測傳感器所采集信號1與實際要求值2（2=139.9g/113g）的偏差，數(shù)據(jù)如表2~3所示。

表2 某起爆器自主飛行振動X方向振動試驗數(shù)據(jù)

Tab.2 X direction test data of autonomous flight vibration of some initiator

表3 某起爆器自主飛行振動Y方向振動試驗數(shù)據(jù)

Tab.3 Y direction test data of autonomous flight vibration of some initiator

在進行X方向振動試驗時，振動臺輸出能量級別僅為3.6%，即振動臺輸出加速度值為139.9g×3.6%= 5.0364 g時，在諧振板端頭位置即可產(chǎn)生試驗所需的139.9g的加速度均方根值。在進行Y方向振動試驗時，振動臺輸出能量級別為4.0%時，即振動臺輸出加速度值為113g×4.0%=4.52 g，在諧振板端頭位置即可產(chǎn)生試驗所需的113g的加速度均方根值。

由表2~3數(shù)據(jù)可以看出，監(jiān)測傳感器量值與實際要求值偏差范圍在-1.116~0.442dB之間，GJB 150.16 A- 2009 軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第16部分：振動試驗在“6.2.3.2加速度譜密度”中，（c）條“均方根加速度值”中規(guī)定：“均方根值在監(jiān)測振動試驗時是很有用的。……根據(jù)試驗變量和試驗設(shè)備來規(guī)定均方根監(jiān)測值的允差”[6]。GJB 1032 電子產(chǎn)品環(huán)境應力篩選方法中規(guī)定隨機振動總均方根加速度容差為±1.5 dB[7]。該產(chǎn)品試驗大綱同樣規(guī)定隨機振動均方根加速度容差范圍為±1.5dB，可知該放大裝置得出的試驗數(shù)據(jù)是符合試驗要求的，解決了之前利用現(xiàn)有振動臺無法滿足試驗需求的問題。

3 結(jié)語

設(shè)計了基于諧振放大振動技術(shù)的振動試驗裝置，利用該試驗裝置進行試驗前，需要針對不同的試驗條件進行試驗規(guī)律的摸索歸納，以快速有效地利用該試驗裝置滿足不同的試驗條件需求，還需要進行不斷的試驗裝置改進以及大量的試驗數(shù)據(jù)積累。在以后的工作中，可從以下幾個方面進行改進：

（1）積累裝置諧振板不同位置的試驗量值。諧振加速度量值必然和諧振點與振源的距離有關(guān)，測試諧振板不同點加速度的大小，總結(jié)規(guī)律；

（2）改進諧振板與基板的連接方式。比較焊接、螺接、整體切割等不同連接方式的區(qū)別；

（3）利用該諧振裝置進行試驗時，針對不同的試驗條件，振動臺所提供的振動能量級別不同，需要進行大量的試驗進行數(shù)據(jù)積累，建立小型數(shù)據(jù)庫，方便快速有效地利用該試驗裝置滿足試驗需求。

[1] 胡志強編著.環(huán)境與可靠性試驗技術(shù)[M].北京:中國質(zhì)檢出版社,2016.

[2] 編著委員會編.力學環(huán)境試驗技術(shù)[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,2003.

[3] 李國新,程國元,焦清介.火工品實驗與測試技術(shù)[M].北京:北京理工大學出版社,1998.

[4] 盧兆明.道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境試驗方法和要求[M].北京:中國質(zhì)檢出版社,2011.

[5] 楊明,胡浩,徐殿國.永磁交流伺服系統(tǒng)機械諧振成因及其抑制[J].電機與控制學報,2012,16(1):79-84.

[6] GJB 150.16A-2009軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第16部分:振動試驗[S].國防科工委軍標出版發(fā)行部,2009.

[7] GJB 1032 電子產(chǎn)品環(huán)境應力篩選方法[S].國防科工委軍標出版發(fā)行部,1992.

Study and Case Analysis of High Value Vibration Test Technology for Initiators

ZHANG Peng-hui，WANG Qi，WANG Wei-na，ZHANG Tao，LIU Wei-dong

(Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061)

In order to meet the demand of high value vibration test for the initiators, a vibration amplification device based on the principle of resonance was designed, which can meet the test requirements in the case of small output exciting force. Meanwhile, test verification and analysis for specific case was carried out, the results showed that the designed test device is effective, the deviation value of vibration meet the standard requirement, and the device can be used in the high value vibration test for initiators.

Initiators and pyrotechnics；Vibration test；Resonant amplification；Deviation

1003-1480（2018）03-0047-03

TJ450.6

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.03.012

2018-01-23

張鵬輝（1984-），男，工程師，主要從事火工品力學環(huán)境試驗及研究工作。