力锤激励法在小车固有频率测试中的应用

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

孙 杰，祁新杰

0 引言

某小车在实际运动规律中，根据时间可以分为冲击信号、加速段信号和匀速段信号。然而，这些运动的成分比较复杂，包含与小车结构有关的振动成分以及压缩空气推动小车影响的成分。为了在整体信号中有效剥离与小车结构有关的振动成分，有必要确定小车水平运动方向的固有频率。其中，力锤激励法是测定固有频率时应用最广泛的试验方法。

1 试验方法

力锤上装有力传感器，被敲击物体上装有加速度传感器，用锤子敲击被测物体，被测物体可以产生响应，就可以测得力锤的敲击和响应信号，通过模态参数提取方法对这2路信号进行处理，得到被敲击物体的传递函数。力锤锤击产生的冲击脉冲是宽频带脉冲，见图1。

由此可知，求得的力锤响应传递函数中包含了各阶模态的参数信息，一次锤击试验就可以激励出所有模态。需要注意的是，锤击激励的频谱范围和力锤锤头有关。选用不同材料的锤头，产生不同能量大小的激励信号，就可以激起更宽或更窄的频谱。本文采用LC-5力锤，其力传感器响应频率范围为1～10 kHz，该频段可以进行本次试验内容。

力锤锤击点和传感器测点的布置示意图如图2所示。

图1 力锤的冲击脉冲

图2 测点和锤击点布置示意图

在锤击试验中，锤击点和测点都需要遵循一定的原则。一般地，锤击点布置在结构刚度最大的地方，如小车的前部和尾部；针对小车配重的结构，在小车中部增加锤击点。相应地，在每个锤击点都要添加传感器测点；考虑小车水槽结构，在水槽处再布置1个传感器测点。因此，布置3个锤击点和4个传感器测点。锤击试验结构图见图3。

图3 锤击试验结构框图

2 试验数据分析

1组典型的25 t小车的锤击试验时域图见图4，25 t小车完整的试验频谱图如图5所示。

图4 25 t 小车锤击试验时域图

图5 25 t小车前部测点锤击试验频谱图

图6 25 t小车中部测点锤击试验频谱图

图5至图8是同一测点不同锤击点的综合，体现了同一测点在不同激励下的响应。对于同一个测点，3次激励的整体趋势相同，且主要频率成分相同，但由于激励点位置不同，响应的振幅会有一定变化。整理每个测点的主要频率成分，见表1。

图7 25 t 小车后部测点锤击试验频谱图

图8 25 t小车水槽处测点锤击试验频谱图

表1 25 t 小车锤击试验不同测点主要频率

3 结论

文章使用振动数据采集仪、振动传感器构建了一种质量车锤击试验系统，通过对小车上同一测点、不同锤击点锤击试验数据的时域特性和频域特性的分析，提取了小车车身不同部位的固有频率，对小车的结构优化具有重要意义。同时，使用该方法提出的小车固有频率对数据杂波的分离具有重要的参考意义。