Вибростенд

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано при лабораторных испытаниях на вибропрочность и виброустойчивость объектов различного наэначе ния,Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения вибростенда. 10 На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого вибростенда; на фиг. 2 и 3 - соответственно механизм управления заданным уровнем выталкивающего усилия и стабилизацию его величины; на фиг. 4 и 5 - зависимости выталкивающего усилия и уровней виброускорений, измеряемый соответственно первым и вторым ВИП при испытаниях тяжелых объектов.Вибростенд содержит ключи 1-7, задающий генератор З,частоты, усилитель 9 мощности, измеритель-преобразователь 10 тока возбуждения, вибратор 11, измеритель-преобразователь 12 тока подмагничивания, управляемый источник 13 питания подмагничиванйя, функциональный преобразователь 14, первый виброиэмерительный преобразователь 15, второй виброизмерительный преобразователь 16, усилитель 17, формирователь 18 сигнала управления током , подмагничивания,. блок 19 умноже-.ния, блок 20 сравйения, регистратор 21 уровня вибраций, нуль-орган 22, пусковое устройство 23, программатор 24, управляемый источник 25 опорного напряжения, регулятор 26 уровня возбуждения, делитель 27 выходных напряжений, показывающий прибор 28. 5 20 30 35 40 тики системы вибратор - испытываемый объект, например частоте400 Гц, удаленной от его резонансных частот. При калибровке испольэуется первый ВИП, установленный 55на безрезонансном приспособленииили непосредственно на рабочем столе рибратора. Вибростенд работает следующим образом.Режим калибровки. Ключи 1, 4, 5 и 7 замкнуты, ключи 2, 3 и 6 разомкнуты. Калибровка осуществляется на любой иэ:частот линейного участка амплитудно-частотной характерис С первого выхода программатора 24 регулируемый уровень напряжения сигнала поступает на управляющий вход задающего генератора 8. Выходное напряжение сигнала переменной частоты генератора 8 поступает на вход усилителя мощности 9, выход . которого подключен через измерительпреобраэователь 10 тока возбуждения на вход подвижной катушки вибратора 11. При наличии поля индукции, создаваемого током управляемого источника 13 питания подмагничивания, протекающим через измеритель-преобразователь 12 тока и катушку, подмагничивания вибратора 11, происходит возбуждение колебаний рабочего стола с объектом. Уровень этих колебаний контролируется по величине ускорения, измеряемогопервым ВИП 15, выход которого подсоединен через ключ 1 на вход усилителя 17, Выходной сигнал усилителя 17 измеряется регистратором 21 уровня вибраций. В режиме калибровки сигнал ускорения, измеряемый регистратором 21, пропорционален величине выходного усилия вибратора, Коэффициент пропорциональности равен приведенной массе системы вибратор - объект, Ускорение, а следовательно, и выталкивающее усилие зависят только от величины напряжения выходного сигна-ла программатора 24. С второго выхода программатора напряжение поступает на второй вход формирователя 18 сигнала управления током подмагничивания, на первый вход которо" го через ключ 5 подсоединен измеритель-преобразователь 10. Выходной сигнал формирователя 18 поступает на управляющий вход источника 13 питания подмагничивания.1При возбуждении колебаний рабочего стола вибратора 11 на выходе блока 20 сравнения появляется сигнал ошибки. Сигнал ошибки представляет собой разность между сигналами выходных напряжений усилителя 17 и блока 19 умножения. Выходной сигнал блока умножения пропорционален произведению сигналов: тска возбуждения с измерителя-преобразователя 10 и индукции магнитного поля - с выхода функционального преобразователя 14 сигнала измерителяпреобразователя 12 тока подмагничивания.Нуль-орган 22, подключенный на выход блока 20 сравнения, определя-. ет величину и знак сигнала ошибки.Причиной возникновения сигнала ошибки при калибровке может быть раэди 4 ие между действительной зависимостью изменения магнитной ин- дукции как функции величины тока подмагничивания для конкретного типа вибратора и ее аппаратурной аппроксимацией.Сигнал ошибки возникает при изменении в.диапазоне управления уров ней выходных напряжений Формирователя 18 сигнала управления и функционального преобразователя 14 выходного сигнала тока подмагничивания.Изменением коэффициентов усиления выходных усилителей блока 19 умножения и блока 20 сравнения добиваются положения, прикотором с изменением токов возбуждения и подмагничивания в диапазоне управления нуль-орган 22 Фиксирует нулевой (минимальный) сигнал ошибки, В этом слУчае сила, приложенная к подвижной системе со стороны электромагни ного поля, трансформируется с коэффициентом, близким к единице, в силу вынуяденных колебаний стола вибратора собъектом. Калибровка уровней сигналов выходных йапряжений программатора осуществляется ручным способом посредством потенциометра 26, регулирующего уровень возбуждения.В результате .калибровки уровни сигналов выходных напряжений програм матора идентифицируются в единицах силы. При проведении испытаний калиброванные уровни используются в качестве программирующих опорныхф не зависящих от частоты возбуждения уровней выталкивающего усилия вибратора, нагруженного объектом. 15 20 25 30 35 40 50 Режим испытаний легких объектов, Ключи 1-6 замкнуты, ключи 2 и 7 разомкнуты (фиг. 1) . Задающий ВИП 15 устанавливается либо на рабочем столе вибратора 11 непосредственно, либо на безреэонансной приспособлении. 5Для данного режима испытаний реакция объекта на резонансных частотах не оказывает существенного влияния на динамику стола вибратора. Выбор динамического диапазона управления по силе на резонансных частотах подвижной системы вибратора осуществляется потенциометром 27, Установленный отенйиометром 26 программатора уровень выталкивающего усилия вибратора может поддерживаться постоянным либо изменяться в зависимости от величины заданного уровня виброускорения. Управление осуществляется автоматически изменением напряжения источника 25 опорного напряжения при изменении выходногонапряжения усилителя 17. Выходное усилие измеряется показывающим прибором 28 при сигнале ошибки, величина которого установлена при калибровке и определяется нуль-органом 22. Цена деления шкалы прибора 28 оп.ределяется при калибровке; При обеспечении этих условий регистратор 21 измеряет уровень виброускорения в точке установки ВИП 15. В случае отличия от заданного значения уров-ня сигнала ошибки блока 20 сравнения запускающее напряжение на выходе устройства 23 отсутствуетСканирования частоты задающего генератора 8 и пуска регистратора 21 уровня виброускорения 21 не происходит.Кпючи 1, 3 и 6 замкнуты, ключи 2, 4, 5 и 7 разомкнуты. Имеет место кинематическое управление, при использовании которого результаты испытаний совпадают с .результатами испытаний в диапазоне частот, исключающем резонансные частоты подвижной системы вибратора. На этих частотах нуль-орган 22 измеряет максимальное значение напряжения сигнала ошибки и фиксируют его знак. Знак "-" соответствует недо- испытаниям, Режим испытаний тяжелых объектов. Ключи 2-6 замкнуты, ключи 1 и7 разомкнуты. Вместо порвого ВИП15, установленного на приспособлении в непосредственной близостиот точек закрепления объекта, используется второй ВИП 16, которыйустанавливается в заданной программой испытаний точке объекта. Последнее связано с тем, что в этомрежиме испытаний реакция объектаоказывает значительное воздействиена динамику системы вибраторобъект.Ток возбуждения вибратора насобственных частотах объекта и системы характеризуется соответственно резонансными и антирезонансными значениями, Поэтому по установленному по программатору 24 постоянному уровню выталкивающего усилия и управлении по ВИП 16 величина виброускорения на резонансной частоте объекта близка к уровню вынужденных колебаний. На частоте возбуждения, равной частоте системы, имеет место возрастание выходного сигнала усилителя 17. Выходной сигнал усилителя 17 по цепи обратной связи стремится уменьшить постоянный уровень выходного напряжения программатора 24, уменьшая тем самым переиспытания на частоте системы. При использовании управления по ВИП 15 вместо ВИП 16 на часто" те системы возникают.недоиспытания, на частоте объекта - переиспытания. Хотя уровень недоиспытаний и пере- испытаний вибростенд снижает, реальные условия эксплуатации более достоверно воспроизводит использование управления по ВИП 16.Как и в случае испытаний легких объектов, выбор динамического диа;пазона управления по силе осуществляется потенциометром 27 программатора 24. Заданная потенциометром 26 величина управляемого усилия определяется показывающим прибором 28 при калиброванной величине сигнала ошибки по нуль-органу.Нри использовании многоканального регистратора 21 уровня, одновременно с измерением ускорения в точке установки ВИП 16 можно синхронно регистрировать уровни выталкивающего усилия вибратора, а также. ускорение в любой точке объекта в зависимости от частоты возбуждения.Вибростенд осуществляет управление выталкивающим усилием вибратора и его стабилизацию. Действительное значение вьггалкивающего усилия можно представить какцы)=, к(ц:кы к, )М)1,К(,Фгде Р - значение выталкивающегофусилия по шкале программатора;К ы) - безразмерный коэффициент,зависящий от частоты воз. - буждения; 1158990Э,К м)= в вкоэффициент передачимОканала возбуждения;ввоК, = коэффициент относительногоизменения поля индукцииподмагничивания, не зависящий от частоты возбуждения.1 О Необходимый уровень усилия Рвибратора устанавливается программатором 24 и воспроизводится посредством реализации на его выходе двухнапряжений, Одно из этих напряженийподается на регулирующий вход задающего генератора 8 управление величиной тока возбуждения 3, ), втоо фрое - на второй вход формирователясигнала управления током подмагни чивания 18 (управление величинойполя индукции подмагничивания В).Соответствующие установленному уровню Р, значения 2, В, являются рабо Юфчей точкой опорного:режима возбужден ния. При изменении уровня Р оба выходных напряжения программатора изменяются, вызывая. смещение опорногорежима по нагрузочной характеристике.ЭО На фиг, 2 представлены постоянные значения произведений выходныхнапряжений программатора для определенных уровней возбуждения, где1-3 - уровни выталкивающего усилиявибратора по шкале программатора,4-6 в . нагрузочные прямые, соответствующие различным режимам испытаний,У - управляющее напряжение каналавозбуждения, У - управляющее нап 4 р ряжение канала подмагничивания.На фиг. 3 представлены зависимости изменения коэффициентов К(и) и .К при постоянном уровне Р прог-, рамматора в зависимости от величины внешних возмущений, где 1-3 - значения величины возмущений коэффициента К (ш)., 4-5 - нагрузочные прямые возбуждения для различных режимов испытаний.Пусть при заданном по программатору 24 уровне Р за счет изменения электрического и механического импедансов на резонансных и антирезонансных частотах связанной коле-. бательной системы объект - вибра-, тор имеют место изменения коэффициента передачи канала.возбуждения, а следовательно, тока 2 ш, Изменения тока ДЯ,приведут к рассогласованию между уровнем Г проо грамматора и его действительным значением.Действительное значение Ры) стабилизируется на заданном уровне Р посредством изменения коэффициента К за счет изменения поля Индукции датах, чтобы К(Со) = 1. Изменения дб осуществляются посредством. изменения тока подмагничивания 3 п по цепи обратной свяози с измеритель-преобразователя 10 тока возбуждения на управляемый вход источника 13 питания подмагничивания, Стабилизация уровня ГО гЬЕт,е. обеспечение О в диапаЕозоне изменений + ь 3, и + ЬВ , имеет место в каждой из точек нагрузочных прямых фигур 2 и 3., если на резонансных частотах возбуждеЬм)Ьбния. + ---- = й - . -- , Как показавно на фиг; З,требование условия стабилизации можно представить графически как отношение площадей заштрихованных квадратов (для нагруэочной прямой 4 - прямоугольника и квадрата), вершины которых сопряжены и лежат на нагрузочной прямой. При обеспечении стабилизации отношение площадей стремится к нулю, а рабочая точка переходного режима возбуждения (ГГ ), перемещающаяся по диагонали малого квадрата, совпадает с гиперболической зави-, симостью К(ю) 1.При использовании нагрузочной прямой 4 и возникновении возмущений тока М , приводящих к значительному отличию коэффиента К(ы) от 1, одновременно с изменениями, ЬХ, и Ьв изменяется уровень и вточке установки задающего ВИП. ЭтиС изменения по цепи обратной связи с .задающего ВИП на вход программатора приведут к изменению напряжений Ю, и П , а следовательно, уровня. Г и относительных значений Ь..В- -- -и- -Ю "оВ результате рабочая точка переходного режима стремится к опорному режиму Г где д" О и Г = ивО 1Из изложенного следует, что стабилизированная величина выталкиваю-щего усилия вибратора является функцией уровня перегрузкиГ( о ) АЗ С 01 (и )3 В ГБ 2 (п)3 еРазложив функцйю Г (пг.) в ряд . 5 но степеням и , можно показать, что на резонанснои частоте возбуждения вблизи значений Я= Л , 6 =6и)оф о вибростенд обеспечивает в первом приближении постоянство произведе ния величин Р п , где с - пока%о затель степени. Значения показателя е, который может быть любым целым или дробным числом, определяется законом изменения выходных напряжений программатора: при разомкнутой цепи обратной. связи с задающего ВИП Ы= О и Р = 1, при линейной зависимости между У , 01 ф 2 ипо=,1 иГ=ГпФо Так как управление относительг бо ной величиной --- имеет. место эаВо счет изменения относительной велиЬЗ, чины --- , обеспечение линейностидо калибровки выходных напряжений программатора 24 по силе осуществляется посредством изменения. уровней входного напряжения второго канала 30 формирователя 18 сигнала управления током подмагничивания и выходного напряжения функционального преобразователя 4 по одинаковым, но обратным по величине законам:полиномиальной зависимости типа Мн где а; - постоянные коэффициенты; и - четные и нецетньге числа,в том числе и равные 1;- ток подмагничивания.Чтобы исключить вклад в индукцию поля подмагничивания нелинейностей, возникающих при управлении углом 4 отпирания тириеторов, выходное напряжение формирователя 18 сигнала управления током подмагничивания изменяется по косинусоидальному закону. функционально формирователь 18 Ф может быть выполнен из следующих последовательно соединенных стандартных узлов: детектора, усилителя, генератора пилы, порогового и выходного устройств. Формирователь может иметь один или два управляю щих входа и управлять соответственно периодом следования и амплитудой выходных импульсов. В вибростендеиспользован формирователь с двумяуправляющими входами. По первомувходу формирователя 18 осуществляется управление периодом следования. выходных импульсов по закону изменения сигнала измеритель-преобразователя 10 тока возбуждения. По второму входу формирователя. осуществляется управление амплитудой выходных импульсов по закону изменения1 Овыходного сигнала второго каналапрограмматора 24.С целью упрощений конструктивного исполнения программатор 24 может быть выполнен в виде последовательно соединенных управляемогоисточника 25 опорного напряжения,калибруемого регулятора уровня возбуждения 26 и двух делителей 27выходных напряжений, соединенныхмежду собой параллельно, на входкоторых подключен показывающий прибор 28. Для уменьшения динамической погрешности испытаний эа счетконечного значения постоянной времени канала подмагничивания входное напряжение первого канала формирователя 18 изменяется по законуизменения огибающей сигнала токавозбужцения, а величина выталкивающего усилия вибратора, определяемая по показывающему прибору 28,измеряется при нулевом сигнале ошибкипо нуль-органу 22,При нулевом сигнале ошибки срабатывает пусковое устройство 23,дистанционно управляющее силовымприводом регистратора 21 уровнявибраций. Пусковое устройство состоит из диодного моста и управляе- щмого ключа. Одновременно с включением силового привода осуществляется запуск развертки частоты генератора 8 и измерение уровня виброускорения в точке установки задающего ВИП. При отличном от нуля сигнале ошибки пусковое устройство 23не срабатывает. Подбором величинскоростей развертки частоты и компрессии задающего генератора 8сигнал ошибки можно уменьшить иосуществить пуск регистратора 21. При калибровке регистратор 21 переводится в режим автономного пуска.На фиг. 4 представлены зависимости выталкивающего усилия и уровней авиброускорения, измеряемых первым ВИП 15 от частоты возбуждения при использовании вибростенда для режима испытаний тяжелых объектов, где 1 - виброускорение, измеряемое первым ВИП при стабилизации выталкивающего усилия вибратора на постоянном уровне, 2 - уровень виброускррения п , заданный программой исапытаний, 3 - изменение выталкивающего усилия в окрестности резонансных Г и антирезонансных Г частот системы вибратор - объект устройством управления вибростенда, 4 уровень ускорения при изменении выталкивающего усилия в соответствии с зависимостью 3.На фиг. 5 представлены зависимости выталкивающего усилия и уровней виброускорения, измеряемых вторым ВИП 16 от частоты возбуждения при использовании вибростенда для режима испытаний тяжелых объектов, ;де обозначения аналогичны фиг. 4.Как видно из зависимостей (фиг. 4 и 5), вибростенд обеспечивает увеличение точности результатов испытаний эа счет ослабления взаимного влияния импедансов объекта и вибратора посредством стабилизации изменений тока возбуждения противофазными изменениями тока подмагиичивания, величина которого не зависит от частоты возбуждения, и управлением по каналам возбуждения и подмагничивания по закону, обратному изменению уровня виброускорения на резонансньж частотах в заданной точке объекта. Вибростенд обеспечивает управление произведением величин Р п . При испытаниях двух массовых систем и управлении произведением величин переиспытания или недоиспытания ни. - же, чем при управлении величиной .Р, Г . Экспериментальная проверка функционирования вибростенда показала, что совпадение между расчетными значениями и результатами испытаний при воспроизведении управляемого силового воздействия с уровнем перегрузки, заданным программой испытаний, в диапазоне частот 30-2000 Гц при испытаниях как легких, так и тяжелых относительно массы подвижной системы вибратора объектов на 402 ближе к расчетным, чем при кинематическом управлении.1158990 Заказ 3587/47 Тираж 863ВНИИПИ Государственного, комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035) Москва, Ж, Раущская наб., д,писк филиал П 1 П 1 "Патент", г. Ужгород,роектная,Составитель Л. Цаллаговаедактор М. Нецолуженко Техред И.лсталощ Корректор И.Муск