Способ вибрационных испытаний объекта

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при контрольных испытаниях машин или устройств, в частности для определения технико-эксплуатационных характеристик по вибрационным параметрам. Сущность: способ определения вибрационных свойств объектов испытания, включающий измерение динамических характеристик реальных внешних объектов, поочередное нагружение объектов испытания пробными внешними объектами с известными динамическими характеристиками с изменением последних, возбуждение в объекте испытания вибрации, измерение параметров вибрации в точках контакта объекта исследования с внешними объектами с циклическим повторением нагружения, возбуждения и измерения и определение вибрационных свойств объекта испытания, соответствующих реальным условиям, по результатам измерений и введенным в последние значениям динамических характеристик реальных внешних объектов. При этом вибрацию в объекте испытания возбуждают внутренним источником механической энергии в режиме реального функционирования объекта испытания, цикличное нагружение объекта испытания ведут группами пробных внешних объектов во всех n точках контакта объекта испытания с последующим измерением спектров кинематических параметров вибрации в каждом цикле, причем указанные нагружения и измерения повторяют по крайней мере n + 1 раз и после чего определяют виброактивность объекта испытания.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при контрольных испытаниях машин или устройств, в частности для определения технико-эксплуатационных характеристик по вибрационным параметрам.

Известен способ определения вибрационных свойств виброзащитного сиденья, включающий нагружение, т.е. подключение к реальному внешнему объекту, с которым сиденье взаимодействует в процессе реальной работы, или к имитатору динамических характеристик реального внешнего объекта, и измерение в процессе работы объекта испытания средних квадратических значений виброскорости или виброускорения в контрольных точках объекта испытаний (Suggs C.W., Stikeleather L.F., Harrison J.Y., Young R.E. Application of a dynamic simulator in seat testing. - Trans. ASAE, 1970. vol. 13, N 3, pp. 378-381).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ определения коэффициента передачи виброзащитного устройства, включающий предварительное измерение динамических характеристик реальных внешних объектов, поочередное нагружение объекта испытаний пробными внешними объектами с известными динамическими характеристиками с изменением последних, возбуждение в объекте испытаний вибрации, измерение параметров вибрации в точках контакта объекта испытаний с внешними объектами с цикличным повторением нагружения, определение комплексного коэффициента передачи объекта испытаний, соответствующего реальным условиям нагружения по результатам измерений и введенным в последние значения динамических характеристик реальных внешних объектов [1].

Недостатком способа-прототипа является то, что он ограничен определением коэффициента передачи вибрации между двумя точками объекта испытаний и не позволяет осуществлять определение виброактивности объекта испытаний, содержащего внутренний источник энергии, т.е. численно оценивать вибрацию такого объекта испытаний в нескольких его точках.

Цель изобретения - повышение информативности вибрационных испытаний виброактивных объектов путем определения их вибрационных характеристик.

Это достигается тем, что предварительно определяют n зон контакта объекта испытаний с внешней механической нагрузкой, измерение кинематических параметров вибрации объекта испытаний производят в режиме, соответствующем его эксплуатации, механическое нагружение объекта испытаний производят в каждой из его n зон контакта, изменение динамических характеристик механического нагружения и измерение кинематических параметров вибрации производят К раз, где К≥n+1, определяют спектры измеренных вибрационных процессов, по которым судят о виброактивности объекта испытаний.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно определяют динамические характеристики n реальных внешних объектов, с которыми объект испытаний взаимодействует в процессе реальной работы. В качестве динамических характеристик могут быть использованы, например, механический импеданс, динамическая податливость, динамическая масса и т.п. Под числом n понимается количество всех внешних объектов, с которыми объект испытаний взаимодействует при реальной работе.

Затем взамен реальных внешних объектов подключают к объекту испытаний группу из n пробных внешних объектов (например в виде комбинации масс и пружин) с известными динамическими характеристиками, возбуждают вибрацию объекта испытаний внутренним источником механической энергии и измеряют спектры вибрации в точках взаимодействия объекта испытаний с пробными внешними объектами. Потом подключают к объекту испытаний другую группу пробных внешних объектов, также возбуждают вибрацию объекта испытаний и измеряют спектры вибрации в тех же n точках взаимодействия объекта испытаний с новыми пробными объектами. Указанный цикл нагружения n пробными внешними объектами, возбуждения вибрации и измерения спектров вибрации в n точках объекта испытаний повторяют К раз, где К≥n+1.

Под измерением вибрации в точке взаимодействия объекта испытаний с внешним объектом понимается измерение в некоторой локальной зоне в непосредственной близости к точке, в которой происходит указанное взаимодействие. Необходимость повторения указанных выше циклов по крайней мере К раз вытекает из следующих условий.

Динамика взаимодействующего с n внешними объектами линейного объекта испытаний с внутренним источником энергии описывается в частотной области линейными алгебраическими уравнениями, в каждом из которых содержится n+1 коэффициентов, причем в качестве этих коэффициентов выступают комплексные функции частоты, представляющие динамические свойства объекта испытаний с учетом внутреннего источника энергии.

В качестве переменных в этих уравнениях выступают частотные образы (например, преобразования Лапласа) измеряемых вибрационных процессов в точках взаимодействия с внешними объектами (спектры виброскорости, виброускорения и т.д.). Для того, чтобы исключить неизвестные n+1 коэффициенты из каждого уравнения динамики, необходимо знать n+1 решений этого уравнения, что и реализуется в процессе n+1 измерений в данном способе. Для нелинейного объекта испытаний каждое из уравнений динамики содержит более чем n+1 неизвестных коэффициентов, следовательно для их определения необходимо соответственно большее чем n+1 число измерений.

Затем, используя данные измерений спектров вибрации и данные о динамических характеристиках пробных и реальных внешних объектов, рассчитывают виброактивность объекта испытаний, под которой понимаются спектры вибрации, которые соответствуют ситуации взаимодействия объекта испытаний с реальными внешними объектами.

Эта процедура реализуется следующим образом. Строят по крайней мере n+1 систем уравнений, в каждой из которых содержится n уравнений, где в качестве неизвестных выступают комплексные функции, описывающие динамические свойства объекта испытаний с учетом внутреннего источника энергии, а в качестве известных - результаты измерения спектров вибрации при нагружении объекта испытаний пробными внешними объектами.

В результате решения этих систем уравнений находят неизвестные коэффициенты, подставляют их и также известные динамические характеристики реальных внешних объектов и решают полученную систему уравнений относительно искомых спектров вибрации, характеризующих виброактивность объекта испытаний при нагружении его реальными внешними объектами.

Примером применения предложенного способа может служить определение виброактивности ручной машины - пневматического клепального молотка в линейной постановке. При реализации способа сначала определяют механический импеданс правой руки человека в положении, соответствующем обхвату рукоятки. Затем определяют механический импеданс обрабатываемой среды - импеданс пакета, который подвергается клепке. Поскольку в данном случае имеется 2 точки (n = 2) взаимодействия объекта испытаний (клепального молотка) с внешними объектами (правой рукой человека и обрабатываемым пакетом), минимальное число необходимых измерений К = 3.

Объект испытаний нагружают поочередно три раза отличающимися друг от друга группами из двух пробных внешних объектов (например, пружин) с известными механическими импедансами. В результате измерений получают значения спектров виброскорости в точках взаимодействия молотка с пробными внешними объектами для трех циклов испытаний.

Поскольку импедансы нагрузок и спектры виброскорости в данном случае известны, то система уравнений, описывающая динамику взаимодействия клепального молотка с рукой человека, может быть решена относительно ее коэффициентов. После определения коэффициентов и подстановки в систему уравнений значений импедансов рук человека и обрабатываемого пакета из этих же уравнений находят искомые значения спектров виброскорости, которые определяют виброактивность клепального молотка в реальных производственных условиях.

Формула изобретения

СПОСОБ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что кинематические параметры вибрации объекта в контрольной точке, осуществляют механическое нагружение объекта нагрузками с известными динамическими характеристиками, повторяют измерение кинематических параметров вибрации, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности испытаний виброактивных объектов путем определения их вибрационных характеристик, предварительно определяют число n зон контакта объекта испытаний с внешней механической нагрузкой, измерение кинематических параметров вибрации объекта испытаний производят в режиме, соответствующем его эксплуатации, механическое нагружение объекта испытаний производят в каждой из его n зон контакта, изменение динамических характеристик механического нагружения и измерение кинематических параметров вибрации производят k раз, где k≥n+1, определяют спектры вибрационных процессов, по которым судят о виброактивности объекта испытаний.