Вибростенд

 

ВИБРОСТЕВД, содержащий первьй виброизмернтедьный преобразователь , установленный на вибраторе и подключенный через первый ключ к входу усилителя, связанного выходом с первым входом регистратора уровня вибраций,, последовательно соединенные задающий генератор частоты и усилитель.мощности, а также последовательно соединенные формирователь сигнала управления током подмагничивания и управляемый источник питайия подмагничивания, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и расширения области применения вибростенда, он содержит последовательно соединенные второй виброизмерительный преобразователь , установленный на объекте ... ,i - - ..:л;2 ИЬ Ш&1ШАиспытаний , и второй ключ, последовательно соединенные третий ключ, програмг-iaTop и четвертый ключ, пос-ледовательно соединенные измерительпреобразователь тока подмагничивания , функциональный преобразователь, блок умножения, блок сравнения и нуль-орган, а также пятый, шестой, седьмой ключи и измеритель-преобразователь тока возбуждения, вход которого подключен к выходу усилителя мощности, а выход - к второму входу блока умножения, к первому входу вибратора и через пятый ключ - к первому входу формирователя сигнала управления током подмагничивания, соединенного вторым входом с выхо (Л дом четвертого ключа, вход измерителя-преобразователя тока подмагничивания связан с выходом управляемого источника питания подмагничивания, а выход - с вторым входом вибратора, второй, выход программатора подключен к входу задающего генеСП ратора частоты, а третий выход 00 через шестой ключ - к второму входу блока сравнения и через со со седьмой ключ - к выходу усилителя , выход нуль -органа соединен с вторым входом регистратора уровня вибраций.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 05 D 19j0?

Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР:

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3509401/24-24 (22) 03.11.82 (46) 30.05.85, Бюл. И - 20 (72) 10.П. Щуров (53) 62-50(088.8) (56) Приборы и системы для измерения вибрации, шума, удара. Справочник.

Машиностроение, 1978, т. 2, с. 151, .1 40- 141.

Божко А.Б. Воспроизведение вибраций. Наукова думка, 1975, с. 99100. (54)(57) ВИБРОСТЕНД, содержащий первый виброизмерительный преобразователь, установленный на вибраторе и подключенный через первый ключ к входу усилителя, связанного выходом с первым входом регистратора уровня вибраций,, последовательно соединенные задающий генератор частоты и усилитель мощности, а также последовательно соединенные формирователь сигнала управления током подмагничивания и управляемый источник питания подмагничивания, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности и расширения области применения вибростенда, он содержит последовательно соединенные второй виброизмерительный преобразователь, установленный на объекте

ÄÄSUÄÄ 1158990 А испытаний, и второй ключ, последовательно соединенные третий ключ, программатор и четвертый ключ, пос-. ледовательно соединенные измерительпреобразователь тока подмагничивания, функциональный преобразователь, блок умножения, блок сравнения и нуль-орган, а также пятый, шестой, седьмой ключи и измеритель-преобразователь тока возбуждения, вход которого подключен к выходу усилителя мощности, а выход — к второму входу блока умножения, к первому входу внбратора и через пятый ключ — к первому входу формирователя сигнала управления током подмагничивания, соединенного вторым входом с выходом четвертого ключа, вход измерителя-преобразователя тока подмагничи.— вания связан с выходом управляемого источника питания подмагничивания, а выход — с вторым входом вибратора, второй. выход программатора подключен к входу задающего генератора частоты, а третий выход через шестой ключ — к второму входу блока сравнения и через седьмой ключ — к выходу усилителя, выход нуль -органа соединен с . вторым входом регистратора уровня вибраций.

1158990

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано при лабораторных испытаниях на вибропрочность и виброустойчивость объектов различного наэначе- 5 ния, Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения вибростенда.!

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 8,частоты, усилитель 9 мощности, измеритель-пре— обраэователь 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.!

25

35

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 характеристики системы вибратор — испытываемый объект, например частоте

400 Гц, удаленной от его резонансных частот. При калибровке испольэуется первый ВИП, установленный 55 на безрезонансном приспособлении или непосредственно на рабочем столе рибратора.

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, измеряемого первым 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 сигнала программатора 24. С второго выхода программатора напряжение поступает на второй вход формирователя 18 сигнала управления током подмагничивания, на первый вход которого через ключ 5 подсоединен измеритель-преобразователь 10. Выходной сигнал формирователя 18 поступает на управляющий вход источника 13 питания подмагничивания.

При 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 измерителя1158990

50

SS преобразователя 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 раэди4ие 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, при котором 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 вынужденных колебаний стола вибратора с объектом. 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 опорных, ие зависящих от частоты возбуждения уровней выталкивающего усилия вибратора, нагруженного объектом.

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 непосредственн, либо йа безреэонансной приспособле. нии.

Для данного режима испытаний реакция объекта на резонансных частотах не оказывает существенного влия

23

40 ния 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 выходного напряжения 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 уровня сигнала ошибки блока 20 сравнения запускающее напряжение на выходе устройства 23 отсутствует ° Сканирования частоты задающегося генератора 8 и пуска регистратора 21 уровня виброускорения 21 не происходит.

Ключи 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 недоиспытаниям.

° Режим испытаний тяжелых объектов. Ключи 2-6 замкнуты, ключи 1 и

7 разомкнуты. Вместо порвого ВИП

15, установленного на приспособлении в непосредственной близости от точек закрепления объекта, используется второй ВИП 16, который устанавливается в заданной программой испытаний точке объекта. Последнее связано с тем, что в этом режиме испытаний реакция объекта оказывает значительное воздействие на динамику системы вибратор объект.

1158990

Ток возбуждения вибратора на собственных 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 вынуж1 денных 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 переиспытаний 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 осуществ ляется 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 как

F(u))=, K(u))=K„(u)) К, k(O)>z1, .

K(UA где Р— значение выталкивающего е усилия по шкале программатора;

К(ы) — безразмерный коэффициент, зависящий от частоты воз.— буждения;

Э,„

К„(и )= — — коэффициент передачи w

0 канала возбуждения; в

S К, = ----коэффициент относительного изменения поля индукции подмагничивания, не зависящий от частоты возбуждения.

Необходимый уровень усилия F. вибратора устанавливается программатором 24 и воспроизводится посредством реализации на его выходе двух напряжений. Одно из этих напряжений подается на регулирующий вход задающего генератора 8 (управление величиной тока возбуждения 3,„ ), втоо рое — на второй вход формирователя сигнала управления током подмагничивания 18 (управление величиной поля индукции подмагничивания В ).

Соответствующие установленному уровню Р, значения 3, В, являются рабоЩ,э чей точкой опорного:режима возбуждения. При изменении уровня Р оба выходных напряжения программатора изменяются, вызывая .смещение опорного режима по нагрузочной характеристике.

30 На фиг, 2 представлены постоянные значения произведений выходных напряжений программатора для определенных уровней возбуждения, где

1-3 — уровни выталкивающего усилия вибратора по шкале программатора, 4-6 †. нагрузочные прямые, соответствующие различным режимам испытаний, U — управляющее напряжение канала возбуждения, U — управляющее нап4р ряжение канала подмагничивания.

На фиг. 3 представлены зависимос-. ти изменения коэффициентов KÄ(w) и К при постоянном уровне F 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 3ш, Из1158950 менения тока Д3„,приведут к рассогласованию между уровнем F npoо грамматора и его действительным значением.

Действительное значение F(w) стабилизируется на заданном уровне

F посредством изменения коэффициента К за счет изменения поля индукции д8 так, чтобы К(о) = 1.

Изменения д6 осуществляются посредством. изменения тока подмагничивания Яп по цепи обратной свяо зи с измеритель-преобразователя

10 тока возбуждения на управляемый вход источника 13 питания подмагничивания. Стабилизация уровня F

hF т.е. обеспечение 0 в диапаFo зоне изменений + д3,„ и «+ д6, имеет место в каждой из точек нагрузочных прямых фигур 2 и 3., если на резонансных частотах возбуждеД мР д6 ния. «+ — — — — = 2 —.— —. Как покаэа м но 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 (F >< F ), перемещающаяся по диагонали малого квадрата, совпадает с гйтерболической зави-, симостью К(ю) 1.

При использовании нагрузочной прямой 4 и возникновении возмущений тока 3, приводящих к значительному отличию коэффиента К(и>) от 1, одновременно с изменениями, дХ„, и д8 изменяется уровень и в точке установки задающего ВИП. Эти

Ф изменения по цепи обратной связи с .задающего ВИП на вход программатора приведут к изменению напряжений U и U> а следовательно, уровня. F и относительных значений дэба 66

- — — -и-— Ю "о

В результате рабочая точка переходного режима стремится к опорному режиму F, где 6F 0 и F = аа

О1Из изложенного следует, что стабилизированная величина выталкиваю- щего усилия вибратора является функцией уровня перегрузки

F (n ) -y (U „(n )7 S (Uß (пф)) е

Разложив функцйю F (n<) в ряд .

S о степеням и, можно показать, что на резонанснои частоте возбуждения вблизи значений Я „= 3, 6 =6 и)оэ О вибростенд обеспечивает в первом приближении постоянство произведе10 ния величин Р п, где с — покаЫ еO затель степени. Значения показателя о, который может быть любым целым или дробным числом, определяется законом изменения выходных напряжений программатора: при разомкнутой цепи обратной. связи с задающего ВИП Ы= 0 и Р = 1, при линейной зависимости между U,,U

1 2 ип с =,1иР=Гп

Фо

Так как управление относитель 6о ной величиной — — — имеет. место эа бо счет изменения относительной велидЗ„, чины — — —, обеспечение линейности

"о 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

М

X«,з"„

"1 где а; — постоянные коэффициенты; и — четные и нечетные 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

SO может быть выполнен из следующих последовательно соединенных стандартных узлов: детектора, усилителя, генератора пилы, порогового и выходного устройств. Формирователь может иметь один или два управляюМ щих входа и управлять соответственно периодом следования и амплитудой выходных импульсов. В вибростенде

1158990

При калибровке регистратор 21 переводится в режим автономного пуска.

На фиг. 4 представлены зависимости выталкивающего усилия и уровней использован формирователь с двумя управляющими входами. По первому входу формирователя 18 осуществляется управление периодом следования выходных импульсов по закону измене- 5 ния сигнала измеритель-преобразователя 10 тока возбуждения. По второму входу формирователя осуществляется управление амплитудой выходных импульсов по закону изменения

1О вьжодного сигнала второго канала программатора 24.

С целью упрощений конструктивного исполнения программатор 24 может быть выполнен в виде последовательно соединенных управляемого источника 25 опорного напряжения, калибруемого регулятора уровня возбуждения 26 и двух делителей 27 .выходных напряжений, соединенных между собой параллельно, на вход которых подключен показывающий прибор 28. Для уменьшения динамической погрешности испытаний эа счет конечного значения постоянной-времени канала подмагничивания входное напряжение первого канала формирователя 18 изменяется по закону изменения огибающей сигнала тока возбужцения, а величина выталкиваю- Зр щего усилия вибратора, определяемая по показывающему прибору 28, измеряется при нулевом сигнале ошибки по нуль-органу 22.

При нулевом сигнале ошибки срабатывает пусковое устройство 23, дистанционно управляющее силовым приводом регистратора 21 уровня вибраций. Пусковое устройство состоит из диодного моста и управляе- щ мого ключа. Одновременно с включением силового привода осуществляет ся запуск развертки частоты генератора 8 и измерение уровня виброускорения в точке установки задающего ВИП. При отличном от нуля сигнале ошибки пусковое устройство 23 . не срабатывает. Подбором величин скоростей развертки частоты и компрессии задающего генератора 8 сигнал ошибки можно уменьшить и осуществить пуск регистратора 21. виброускорения, 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 и< заданный программой иса пытаний, 3 — изменение выталкивающего усилия в окрестности резонансных Г и антирезонансных f„ частот системы вибратор — объект устройством управления вибростенда, 4 уровень ускорения при изменении выталкивающего усилия в соответствии с зависимостью 3.

На фиг. 5 представлены зависимос- . ти 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 резонансных частотах в заданной точке объекта. Вибростенд обеспечивает управление произведением величин Р п . При испытаниях двух массовых систем и управлении произведением величин пе реиспытания или недоиспытания ни.— же, чем при управлении величиной .Р, Р . 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

1158990

Составитель Л. Цаллагова

Техред Ii,AñYàëîø Корректор И.Муска

Редактор М. Нецолуженко

Заказ 3587/47 Тираж 863

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-33, Раув!скан наб., д. 4/5

Подписное

Филиал IIIIII "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4 с