Page 222 - 《振动工程学报》2026年第2期

538 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

间隔 10 Hz，交流电流幅值设定为 1~2 A，间隔 0.5 A， 17 16.90
占空比为 30%~50%，间距 10%。输入不同的参数，分 16 16.24
15.58
别对耐火砖进行贯入，设置耐火砖的掘进时长为 1 min， 15 14.92
14.26
用游标卡尺测量掘进的深度。 冲击贯入速率 / (mm·min −1 ) 14 13.60
12.94
采样试验贯入效果如图 24 所示。试验过程中， 13 12.28
两机具以高频交错方式冲击模拟月壤水冰，使其表 12 11.62
10.96
面发生瞬时破碎，从而实现机具贯入。随着贯入深 11 50 10.30
10
度的增加，可以明显观察到经高频冲击破碎的模拟 30 40 45
40 35
月壤颗粒通过机具外表面的锯齿结构不断排至掘进 占空比 / % 50 30 工作频率 / Hz
25
孔外，并在机具周围形成堆积。
图 26 1.5 A 电流条件下占空比与频率对冲击贯入速率的影响
Fig. 26 Influence of different duty cycles and frequencies on
impact penetration rate at a current of 1.5 A

18.30
冲击贯入速率 / (mm·min −1 ) 16 15.30
17.55
18
16.80
17
16.05
15
14.55
13.80
14
13.05
13 12.30
12
11.55
图 24 采样试验贯入效果图 11 10.80
Fig. 24 Effect diagram of sampling test penetration 10 45 50
30 40
40 35
采样器对模拟样砖进行冲击贯入，破坏样品颗 占空比 / % 50 30 工作频率 / Hz
25
粒之间的内聚力，使其呈颗粒状。可以看到，机具两
内腔均装满月壤，并且容腔内颗粒之间有一定粘结 图 27 2 A 电流条件下占空比与频率对冲击贯入速率的影响
力，不会发生滑落。 Fig. 27 Influence of different duty cycles and frequencies on
impact penetration rate at a current of 2 A
不同电流下，采样器的贯入速率与占空比、工作
频率的关系如图 25~27 所示。通入不同的电流幅值 率最高，为 16.9 mm/min；电流幅值为 2 A，占空比为
会改变驱动力的大小，影响采样器的贯入效率，电流 40% 时 ， 工 作 频 率 为 30 Hz 的 贯 入 速 率 最 高 ， 为
越大，驱动力越大，采样器贯入速率越高。不同的占 18.3 mm/min。而采样器线圈衔铁间的气隙限制了驱
空比和不同的频率组合会影响采样器的工作步调， 动功率的进一步增加。继续增大电流后，衔铁碰撞
从而影响实际的贯入效果。 变得频繁，采样器振动变得不稳定，冲击贯入速率随

之下降。因此可以得到，2 A 电流幅值、40% 占空比和

13.70 30 Hz 工作频率为最优激励参数。
冲击贯入速率 / (mm·min −1 ) 12 12.41 4 结 本文设计了一款磁力驱动式双体振贯采样器，
13.27

12.84
13
11.98

论
11.55
11.12
11
10.69
10.26
10
9.40
9
计，不具备采样返回能力，所以该采样器质量较小。
30 40 45 50 9.83 其质量为 0.878 kg。由于是针对在轨采样探测而设
40 35
50 30 工作频率 / Hz 本文提出的双体振贯采样掘进原理，对巡视器的反
25
占空比 / %
力理论上为 0，可实现以仅 的质量，破碎
0.878 kg 40 MPa
图 25 1 A 电流条件下占空比与频率对冲击贯入速率的影响 耐火砖。主要的工作及结论如下：
Fig. 25 Influence of different duty cycles and frequencies on
（1）本文设计的磁力驱动式双体振贯采样器，具
impact penetration rate at a current of 1 A
有质量轻、出力大和反力低等优点。
电流幅值为 1 A，占空比为 50% 时，工作频率为 （3）建立了采样器系统工作模型，并通过 Simulink
50 Hz 的贯入速率最高，为 13.7 mm/min；电流幅值为 仿真得到了采样器的工作状态。
1.5 A，占空比为 40% 时，工作频率为 40 Hz 的贯入速 （2）对关键零部件进行了详细设计分析，对电磁