Устройство для динамических испытаний изделий

(51)5 6 01 М 7/02 ИСАНИЕ О Т Я ТЕЛЬСТВУ Изоб ной техн вибропри для ис ристик о нагрузки, каждый последовательно мощности, электр вибродатчик и изм зы, блоки управле вибраторов.Устройство по ния сложных издел ресурсных испыта стного устройства канал соеди одина ерите ния а которого включает ненные усилитель мический вибратор, ли амплитуды и фамплитудой и фазой воляе ий, одн иях и приво проводить испытаако при длительных пользование изведит к большим заГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ С(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1328704, кл. 6 01 М 7/00, 1984,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ57) Устройство для динамических испытаний изделий относится к испытательной технике и может быть использовано длявибропрочностных ресурсных испытаний идля исследования динамических характеристик обьектов в машиностроении. Цель изобретения - расширение областиприменения путем автоматизации отслеживания задаваемого сдвига фаз параметровколебаний. Устройство содержит регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределитель импульсов,подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый канал которого включаеткоммутатор, электродинамический илиэлектромагнитный вибратор с двумя обмотретение относится к испытательике и может быть использовано приочностных, ресурсных испытанияхследования динамических характебъектов в машинос 1 роении. Известно устроиство для динамических испытаний сложных конструкций с многоточечным возбуждением, содержащее задающий генератор, многоканальный возбудитель ками, два полупроводниковых управляемых триода, каждый из которых включен последовательно с соответствующей обмоткой вибратора, регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам вибратора, последовательно соединенные вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого подключен к управляющему входу источника питания, измеритель фаз, включающий счетчик, формирователь импульсов, ключ, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора, открывающий вход - к выходу первой ячейки кольцевого распределителя импульсов, а запирающие входы через формирователь импульсов - к вибродатчику. Введение в каждый канал устройства блока задания требуемой фазы в цифровой форме и блока сравнения в цифровой форме, первый вход которого подключен к выходу счетчика измерителя фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу устройства задания фазы, а выходы - к входам прямого и обратного счета счетчика коммутатора канала, а также подключение входов прямого счета счетчиков коммутаторов всех каналов к выходу задающего генератора позволяет достичь указанную цель. 2 ил.4550 тратам, обусловленным низким КПДустройства,Недостатком этого устройства также является ручное регулирование фазой колебаний каждого возбудителя с целью создания синфазных колебаний возбуждаемых точек конструкции испытуемой конструкции. Для обеспечения автоматической подстройки фазы (синхронизации колебаний вибраторов используют специальные сложные приборы - синхронизаторы колебаний, представляющие собой автоматически управляемые фазовращатели, обеспечивающие совпадения фаз всех возбудителей в рабочем диапазоне частот, а также многофазные сложные управляющие генераторы. В синхронизаторах колебаний применяется принцип измерения квадратурной составляющей вектора колебаний, которая используется для подстройки фазы,Такая система автоматической подстройки фазы удорожает стоимость аппаратуры, усложняет проведение испытаний и не позволяет проводить испытания по усложненным схемам нагружения, возбуждения колебаний, например программным изменением сдвига фаз во времени при воспроизведении реальных условий нагружения испытуемых объектов, Кроме того, применяемая аппаратура в этом устройстве является аналоговой, что затрудняет применение получаемых широкое распространение в настоящее время цифровых систем автоматического управления с ЭВМ,Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для динамических испытаний изделий, содержащее регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределитель импульсов, подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый канал которого включает коммутатор, подключенный к соответствующим выходам кольцевого распределителя импульсов, электродинамический вибратор с двумя обмотками, два полупроводниковых управляемых триода, каждый из которых подключен последовательно с соответствующей обмоткой электродинамического вибратора, регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам электродинамического вибратора, последовательно соединенные вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого подключен к управляющему входу источника питания измеритель фаз, включающий ключ, подключенный к нему счетчик, формирователь импульсов. Информационные входы ключей измерителей фаз всех каналов под 5 10 15 20 25 30 35 40 ключены к выходу задающего генератора, открывающие входы ключей измерителей фаз всех каналов подключены к выходу первой ячейки колцевого распределителя импульсов, а запирающие входы этих ключей подключены через формирователь импульсов к вибродатчику соответствующего канала.Это устройство имеет высокий КПД, однако в нем применено ручное регулирование фазой колебаний каждого возбудителя, что сужает область применения,Целью изобретения является расширение области применения путем автоматизации отслеживания задаваемого сдвига фаз параметров колебаний испытуемого изделия.Цель достигается тем, что устройство для динамических испытаний изделий, содержащее регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределитель импульсов, подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый канал которого включает коммутатор, электродинамический или электромагнитный вибратор с двумя обмотками, два полупроводниковых управляемых триода, каждый из которых включен последовательно с соответствующей обмоткой вибратора, регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам вибратора, последовательно соединенный вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого подключен к управляющему входу источника питания, измеритель фаз, включающий счетчик, формирователь импульсов, ключ, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора, первый управляющий вход - к выходу первой ячейки кольцевого распределителя импульсов, второй. управляющий вход - к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к вибродатчику,снабжено в каждом канале блоком заданиятребуемой фазы в цифровой форме и блоком сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика измерителя фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу устройства задания фазы, а выходы к входам прямого и обратного счета счетчика коммутатора канала, при этом входы прямого счета счетчиков коммутатора всех каналов подключены к выходу задающего генератора.Выполнение коммутаторов каналов в виде кольцевых распределителей импульсов, состоящих из реверсивного счетчика идешифратора, входы которого подключены к входам счетчика, введение в каждый канал устройства задания требуемой фазы в числовом виде и устройства сравнения в числовом воде, один вход которого подключен к выходу счетчика измерения фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу устройства задания фазы, а выходы к вхо дам прямого и обратного счета счетчика коммутатора канала, подключение входов прямого счета счетчиков всех каналов к выходу задающего генератора позволяет расширить функциональные возможности 10 устройства - позволяет задавать требуемые сдвиги фаз в числовом представлении от цифровых программных устройств, например, от управляющего ЭВМ непосредственно, вести испытания с программным 15 регулированием сдвигов фаз во времени,На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема подсоединения электродинамических вибраторов к контролируемому изделию. 20Устройство (фиг,1) содержит задающий генератор 1, подключенный к его выходу кольцевой распределитель 2 импульсов, на выходах которого импульсы появляются в строгой очередности, многоканальный воз будитель нагрузки (не показан), каждый канал которого состоит из коммутатора 3, управляемого источника 4 питания, электродинамического вибратора 5 (фиг.2) с обмотками 6 и 7 (фиг.1 и 2) и якорем 8 (фиг.2), 30 вибродатчик 9, подключенный к его выходу измеритель 10 амплитуды, выход которого соединен с управляющим входом источника 4 питания, Последовательно с обмотками 6 и 7 включены соответственно полупровод никовые управляемые триоды 11 и 12 (тиристоры), Одни концы обмоток 6 и 7 обьединены и подключены к одному полюсу источника 4 питания, другие концы обмоток 6 и 7 через соответствующие управляемые 40 триоды 11 и 12 подключены к второму полюсу источника 4 питания. Для шунтирования обратных напряжений на обмотках 6 и 7 к ним параллельно подключены цепочки из резисторов 13 и 14 и диодов 15 и 16. Для 45 обеспечения коммутации триодов 11 и 12 к их входам подключен конденсатор 17. Для исключения разряда конденсатора 17 при питании от источника 4 последовательно с обмотками 6 и 7 подключены диоды 18 и 19, 50 Параллельно источнику 4 питания включен диод 20 в обратном направлении. Для нагружения испытуемого изделия 21 якори 8 вибраторов 5 соединены с изделием 21 с помощью тяг 22 (фиг.2). 55Измеритель 23 фаз каждого из каналов (фиг.1) возбуждения содержит ключ 24, счетчик 25, вход которого подключен к выходу ключа, формирователь 26 управляющих импульсов, подключенный выходом к запирающему входу ключа 24. Информационныевходы ключей 24 всех каналов подключенык выходу задающего генератора 1, открывающие входы всех ключей 24 подключены квыходч первой ячейки кольцевого распределителя 2 импульсов, а входы формирователей26 управляющих импульсов подключены квибродатчику 9 соответствующего канала,Коммутаторы каналов 3 выполнены в виде кольцевых распределителей импульсов,состоящих из реверсивного счетчика 27 и.дешифратора 28, входы которого подключены к выходам счетчика, На выходе дешифраторов 28 импульсы появляютсяпоочередно в строгой последовательности всоответствии с числом на выходе счетчиков.Выходы прямого счета счетчиков подключены к выходу генератора 1 импульсов.Кольцевой распределитель 2 импульсоввыполнен аналогично коммутаторам 3 и содержит счетчик 27, вход прямого счета которого подключен к выходу генератора 1 идешифратора 28, входы которого подключены к выходам счетчика.Входы устройства 29 задания требуемой фазы в числовом виде всех каналов возбуждения для синхронизации во времениподключены к выходу задающего генератора 1 и к выходу первой ячейки кольцевогораспределителя 2, а выходы к одному входуустройств 30 сравнения в числовом виде,второй вход которых подключен к выходамсчетчиков 25, измерителе 23 фаз, при этомодин выход устройств 30 сравнения подключен к выходу прямого счета, а второй выходк входу обратного счета счетчиков 27, коммутаторов 3.В простейшем случае устройство 29 задания фазы может содержать электронныйключ 31, информационный выход которогоподключен к входу прямого счета счетчика32, выход которого подключен к входу дешифратора 33 и к первому входу устройства30 сравнения. Информационные входы ключей всех каналов возбуждения подключенык выходу генератора 1 импульсов, открывающие входы ключей к выходу первой ячейкикольцевого распределителя 2, а закрывающие входы через переключатели 34 к одному входу дешифратора 33,В многоканальном варианте в качествеустройства задания фазы может быть применен ЭВМ.Устроиство работает следующим образом,Задающий генератор 1 вырабатываетимпульсы, частоту следования которых устанавливает оператор. Импульсы с выхода генератора 1 поступают на входы счетчиков 27кольцевого распределителя 2 и кольцевых рас1725079пределителей 3 (коммутаторов каналов), на ячеек кольцевого распределителя 2 имп львыходах дешифратора 28 которых в опреде- сов. Например, если число ячеек распределенной последовательности появляются лителя 2 импульсов равно 36 то имп ль ыту с с частотои меньшеи, чем частота единице счетчиков соответствует 10 сдвига генератора 1 в число раз, равное числу вы фазы, При увеличении числа ячеек распре- ходов дешифраторов 28, распределителей 2 делителя 2 до 360 единице счетчика сооти . ветствует один градус сдвига фазы.Импульсы с выходов дешифраторов 28, Синхронизация работы и установка трекоммутаторов 3 подаются на управляющие буемой фазы возбуждаемой силы осуществвходы управляемых триодов 11 и 12 и источ ляется следующим образом. Импульсы с ников 4 питания, выполненных в виде пре- выхода первой ячейки распределителя имобразователей постоянного напряжения с пульсов 2 подаются на входы устройств заширотно-импульсной модуляцией, Для син- дания требуемой фазы 29 каждого канала, хронизации работы и установки требуемой которые от момента поступления этого имфазы возбуждаемой силы вибраторов 5 раз пульса отсчитывают число импульсов, поличных каналов управляющие входы трио- ступающих с выхо 1, ов 11 и 12 по клвыхода генератора 1, дов и подключаются к одним и тем же соответствующих заданному сдвигу фаз и выходам дешифраторов 28 во всех каналах. подают на один вход числового сравнительПри этом сигналы коммутаторов 3 подклю- ного устройства 30, Так, например, запирачают в определенном порядке поочередно 20 ющий вход ключа 31 с ича с помощью обмотки 6 и 7 к источникам 4 питания. Ис- переключателя 34 подключается оператоточники 4, управляемые коммутаторами 3, ром вручную к соответствующему выходу вырабатывают напряжения заданной фор- дешифратора 28 в зависимости от требуемы (например синусоидальной). Таким об- мой фазы, Импульс с выхода первой ячейки разом, вибраторы 5 возбуждают 25 распределителя 2 открывает ключ 31 и имсинхронизированные друг с другом сдвину- пульсы с выхода генератора 1 через ключ 31 ые пос етые по фазе силы требуемой формы, кото- проходят на вход прямого счета ч 32, р р дством тяг 22 (фиг.2)Счетчик 32 суммирует поступающие имприкладываются к испытуемому изделию. пульсы до тех пор, пока на соответствую- Сигналы с вибродатчиков 9(фиг.1) поступа щем выходе дешифратора 32 к к т ютна вх ыоды измерителеи 10 амплитуды. через переключатель 34 подключен запираСигналы обратной связи с выходов измери- ющий вход 31 появ стелей 10 амплитуды поступают на входы уп- закрывает ключ 31. Просуммированное чисравления источников 4 питания и лоимпульсов,соответствующеезадаваемой поддерживают первоначально заданный 35 фазе,с выхода счетчика 32 по а т я УР овень наг рузки или амплитуды колебаний вход числового сравнивающего устройства виброперемещений виброускорений, виб. На второй вход числового сравнивающероскоростей (в зависимости от типа вибро- го устройства 30 подается числовое значедатчиков и измерителей амплитуд). ние измеренного сдвига фаИзме енизмерение сдвига фазы колебаний то измерителя фазы 23, При равенстве значечек контролируемого изделия осуществля- ний заданного и измеренного сдвига фазы ется таким образом. Передний фронт на выходахсравнивающегоустройствасигвыходного импульсного сигнала с выхода налы будутотсутствовать. При превышении первой ячейки кольцевого распределителя измеренного значения сдвига ф ы 2 имп льс в тя двига фазы над залей 23 а ву о открываетключи 24 измерите данным на одном выходе срах де сравнивающего леи фаз всех каналов одновременно. Че- устройства 30 появится импульс, который рез открытые ключи 24 на счетные входы подается навходпрямогосчетасчетчика 27, счетчиков 25 начинают поступать импульсы с коммутатора 3, который сдвигает состояние задающего генератора 1, которые суммиру- дешифратора 28 на одну ступень вперед. ются в счетчиках 25, Сигналы от вибродатчи При превышении заданного значения сдвиков 9 поступают на входы формирователей 26 га фазы над измеренным, на втором выходе импульсов. При этом прохождении поступаю- сравнивающего устройства 30 появится имщего сигнала через нулевое значение соот- пульс, который подается на вход обратного ветствующий формирователь 26 счета счетчика, который сдвигает состояние вырабатывает импульс, закрывающий ключ 55 дешифратора 28 на одну с . В, и счетчик 25 прекращает счет. В зависимо- соответствии со сдвигом состояний дешифсти от величины сдвига фаз количества про- ратора 28, коммутаторов каналов 3 по относуммированных импульсов у разных шению к состоянию ф 28 счетчиков пропорциональны этим сдвигам. распределителя 2 изменится и фаза возбужЦена импульса в градусах зависит от числа даемой силы, В момент включения устрой1725079 10 45 50 55 ства кольцевой распределитель 2 импульсов и кольцевые распределители каналов 3 начинают работать синхронно, т.е, импульсы на соответствующих выходах дешифраторов 28 появляются синхронно. С началом работы устройства задания фазы 29 счетчика и дешифраторы каждого канала начинают сдвигаться по отношению к счетчику и дешифратору кольцевого распределителя 2 по отношению друг к другу и через несколько циклов работы распределителя 2 возбуждающие силы или параметры колебаний испытуемого объекта (виброускорение, скорость, перемещение) установятся в соответствии с заданным сдвигом фазы и при дальнейшем процессе заданные фазы по всем каналам будут отслеживаться и поддерживаться при любых изменениях частоты колебаний, внешних и внутренних параметров испытываемого объекта. При применении в качестве устройств 29 задания сдвига фаз многоканального программного устройства управления, например управляющей ЭВМ, задающего с течением времени или в соответствии с изменением параметров испытуемого объекта, внешней среды, требуемые сдвига фаз в цифровом виде на входы сравнивающих устройств 30, обеспечивается возможность изменения состояния сдвига фаз каждого канала возбуждения и колебаний точек испытуемого объекта во времени и в пространстве,Предлагаемое устройство позволяет автоматизировать процесс установки требуемого .сдвига фаз на всем диапазоне исследуемых частот независимо от влияния резонансных явлений, перекрестных связей и взаимного влияния различных точек возбуждения конструкции, так как в нем фазы возбуждающих сил вибраторов автоматически перестраиваются для возбуждения колебаний точек конструкции с требуемым сдвигом фаз.Формула изобретения Устройство для динамических испыта ний иэделий, содержащее регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределиель импульсов, подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый ка нал которого включает коммутатор,электродинамический или электромагнитный вибратор с двумя обмотками, два полупроводниковых управляемых триода, каждый из которых включен последователь но с соответствующей обмоткой вибратора,регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам вибратора, последовательно соединенные вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого под ключен к управляющему входу источникапитания, измеритель фаз, включающий счетчик, формирователь импульсов, ключ, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора, первый уп равляющий вход - к выходу первой ячейкикольцевого распределителя импульсов, второй управляющий вход- к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к вибродатчику, отл и ча ю щ ее ся тем, 30 что, с целью расширения области применения путем автоматизации отслеживания задаваемого сдвига фаз параметров колебаний испытуемого изделия, оно снабжено в каждом канале блоком задания тре буемой фазы в цифровой форме и блокомсравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика измерителя фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу блока задания фазы, а выходы - соответст венно к входам прямого и обратного счетакоммутатора канала, входы прямого счета счетчиков коммутаторов всех каналов подключены к выходу задающего генератора.1725079иг.1Составитель Э,федорова едактор В.Бугренкова Техред М,Моргентал Корректор Н,Коро каз 1170 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводствен.ло-издагельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101