Электродинамический вибростенд


 


Владельцы патента RU 2572070:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск (Российская Федерация) (RU)

Использование: испытательная техника, использующая электродинамические вибростенды. Сущность: электродинамический вибростенд предназначен для испытаний многорезонансных изделий синусоидальной вибрацией переменной частоты с использованием автоматического управляющего устройства, содержащего цепь дополнительной отрицательной обратной связи с заграждающим фильтром (9), выполненным в виде последовательно соединенных между собой выделителя основной гармоники (10) с переменной частотой и устройства вычитания (11), выход которого подключен к входу усилителя мощности (3), а входы - соответственно к выходам выделителя (10) и виброизмерительного преобразователя (7), установленного на изделии (6). При испытании изделия (6) из-за нелинейных эффектов возбуждения и передачи синусоидальной вибрации с переменной частотой возникают паразитные высокочастотные гармоники, которые выделяются заграждающим фильтром (9), подаются в противофазе через усилитель мощности (3) в подвижную катушку (4) электродинамического возбудителя и подавляют такие же гармоники, возникающие из-за указанных нелинейностей в механической подсистеме «подвижная часть возбудителя + изделие». Технический результат: существенное уменьшение искажений режимов виброиспытаний многорезонансных изделий. 1 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике, использующей электродинамические вибростенды для воспроизведения синусоидальной вибрации с изменяемой (качающейся) частотой в диапазоне 5-2000 Гц и более.

Известен электродинамический вибростенд для испытаний изделий на синусоидальную вибрацию методом качающейся частоты, который содержит соединенные последовательно задающий генератор синусоидальных колебаний с плавно изменяемой (качающейся) частотой, блок автоматической регулировки уровня вибрации (блок ару) и усилитель мощности, к выходу которого подключена подвижная катушка электродинамического возбудителя (ЭДВ). Каркас подвижной катушки жестко соединен с рабочим столом ЭДВ и в совокупности они образуют подвижную часть ЭДВ. На рабочем столе закрепляют объект испытаний и виброизмерительный преобразователь (ВИП), который через согласующий усилитель подключен к управляющему входу блока АРУ. В совокупности ВИП, согласующий усилитель и блок АРУ образуют цепь главной обратной связи. Блок АРУ по общему сигналу с ВИП осуществляет автоматическое управление уровнем синусоидальных колебаний, поступающих с задающего генератора через усилитель мощности на подвижную катушку ЭДВ. (Кузнецов А.А. Вибрационные испытания элементов и устройств автоматики. М.: Энергия, 1976, с. 16-17).

Недостатком такого электродинамического вибростенда является то, что при испытаниях изделий в широком диапазоне частот 5-2000 Гц и более на рабочем столе вибростенда возникают значительные частотные искажения воспроизводимой синусоидальной вибрации. Это существенно усложняет отработку и проверку вибростойкости радиоаппаратуры и приборов при их испытаниях на электродинамических вибростендах.

Частотные искажения вибрации происходят из-за нелинейности преобразования электрических колебаний в механические колебания (вибрации) в ЭДВ и из-за нелинейных эффектов передачи вибрации от подвижной катушки через рабочий стол к объекту испытаний. Кроме основной гармоники с частотой f возбуждаются малые паразитные гармоники с кратными частотами 2f, 3f и т.д. Если частоты этих паразитных высокочастотных гармоник совпадают с собственными частотами колеблющейся механической подсистемы, состоящей из подвижной части ЭДВ с закрепленным на ней объектом испытаний, то эти гармоники будут усилены механической подсистемой, как резонатором, и в результате объект испытаний будет подвергаться синусоидальной вибрации с большими уровнями частотных искажений.

В многорезонансных колебательных системах, к которым относится механическая подсистема в случае виброиспытаний бортовой радиоаппаратуры и приборов в диапазоне частот 5-2000 Гц и более, энергия воспроизводимой вибрации перераспределяется между гармониками и уровень основной гармоники вибрации существенно уменьшается по сравнению с заданным. (Остроменский П.И. Вибрационные испытания радиоаппаратуры и приборов. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1992, с. 61-76; с. 122-125).

Также известен электродинамический вибростенд, в котором для стабилизации уровня первой (основной) гармоники в цепи главной отрицательной обратной связи между блоком АРУ и ВИП включен выделитель основной гармоники (Автоматическое управление вибрационными испытаниями /Гетманов А.В., Дехтяренко П.И., Мандровский-Соколов Б.Ю., и др., - М.: Энергия, 1978, с. 54-59). В качестве выделителя основной гармоники в цепи главной обратной связи обычно используют узкополосный сопровождающий фильтр (Малинский В.Д., Бегларян В.Х., Дубицкий Л.Г. Испытания аппаратуры и средств измерений на воздействие внешних факторов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1993, с. 131, 132).

К недостаткам устройства-аналога относится то, что стабилизация уровня основной гармоники с использованием выделителя этой гармоники в цепи главной обратной связи приводит к существенным переиспытаниям объекта испытаний на высоких частотах, кратных основной гармонике. Это вызвано тем, что управление уровнем вибрации ведется в этом случае не по ее общему уровню, которому подвергается объект испытаний, а только по его части - основной гармонике.

В качестве прототипа выбран электродинамический вибростенд (А. с. №1693419, кл. G01M 7/02, 1991), в котором повышение точности воспроизведения основной гармоники вибрации достигается за счет введения дополнительной цепи отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель мощности и колеблющуюся механическую подсистему, состоящую из подвижной части ЭДВ с закрепленным на ней объектом испытаний. Цепь дополнительной отрицательной обратной связи содержит последовательно соединенные ВИП, закрепленный на объекте испытаний или столе ЭДВ, согласующий усилитель и заграждающий фильтр, выход которого подключен к входу усилителя мощности. Частота заграждения фильтра постоянна и равна f=0,5·fp, где fp - частота первого высокочастотного механического резонанса подвижной части ЭДВ.

Основным недостатком прототипа является то, что частотные искажения существенно уменьшаются только на одной фиксированной частоте. Поэтому в случае, когда механическая подсистема является многорезонансной колебательной системой в вибрации с изменяющейся частотой, воспроизводимой ЭДВ, уровни паразитных высокочастотных гармоник существенно уменьшаются только на одной частоте, равной половине частоты первого высокочастотного резонанса ЭДВ.

Задачей изобретения является повышение точности воспроизведения основной гармоники вибрации за счет уменьшения уровней паразитных высокочастотных гармоник во всем частотном диапазоне виброиспытаний.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в предлагаемом электродинамическом вибростенде предусмотрено следующее существенное отличие: в цепь дополнительной отрицательной обратной связи введен заграждающий фильтр с переменной средней частотой заграждения, равной переменной частоте синусоидальных колебаний, возбуждаемых задающим генератором, выполненым в виде последовательно соединенных между собой выделителя основной гармоники из общего сигнала вибрации с переменной частотой и устройства вычитания с выходом, подключенным к входу усилителя мощности, и двумя входами, один из которых соединен с выходом выделителя основной гармоники, а второй вход устройства вычитания подключен параллельно с входом выделителя основной гармоники к ВИЛ через согласующий усилитель. При этом выделитель основной гармоники соединен через дополнительный вход с задающим генератором синусоидальных колебаний с переменной частотой, который управляет изменением средней частоты заграждения и обеспечивает равенство переменной частоты синусоидальных колебаний, создаваемых задающим генератором, и средней частоты заграждения.

Технический результат - уменьшение частотных искажений воспроизводимой синусоидальной вибрации с переменной частотой - достигается тем, что заграждающий фильтр с переменной средней частотой заграждения вырезает из сигнала, передаваемого на его вход через согласующий усилитель от ВИП, основную гармонику, частота которой совпадает с частотой сигнала, возбуждаемого задающим генератором. При этом паразитные высокочастотные гармоники, имеющиеся в воспроизводимой вибрации, передаются в противофазе с помощью устройства вычитания на вход усилителя мощности и затем на подвижную катушку ЭДВ. Эти противофазные гармоники подавляют такие же гармоники в механической подсистеме, возникающие из-за нелинейностей в этой подсистеме.

Техническая сущность и принцип действия предложенного электродинамического вибростенда поясняются чертежом.

Электродинамический вибростенд содержит задающий генератор синусоидальных колебаний 1 с изменяющейся частотой, присоединенный к входу блока АРУ 2. Выход блока АРУ 2 подключен к входу усилителя мощности 3, выход которого соединен с подвижной катушкой 4, жестко соединенной с рабочим столом 5 ЭДВ. На рабочем столе 5 закреплен объект испытаний 6 и виброизмерительный преобразователь (ВИП) 7. Жестко соединенные между собой подвижная катушка 4, рабочий стол 5, объект испытаний 6 и ВИП 7 образуют механическую подсистему «подвижная часть ЭДВ+ объект испытаний». АРУ 2, усилитель мощности 3 в совокупности с указанной механической подсистемой охвачены цепью главной отрицательной обратной связи, выполненной в виде электрической цепи из ВИП 7, выход которого через согласующий усилитель 8 присоединен к управляющему входу блока АРУ 2. Кроме того, усилитель мощности 3 с механической подсистемой охвачены дополнительной отрицательной обратной связью, выполненной в виде параллельной электрической цепи из ВИП 7, выход которого через согласующий усилитель 8 и заграждающий фильтр 9 подключена к входу усилителя мощности 3.

Заграждающий фильтр 9 выполнен в виде последовательно соединенных между собой выделителя основной гармоники 10 и устройства вычитания 11, выход которого подключен к входу усилителя мощности 3, а входы соответственно присоединены к входу выделителя основной гармоники 10 и к ВИП 7 через согласующий усилитель 8. Выделитель основной гармоники 10 одним входом соединен с согласующим усилителем 8, а вторым входом подключен к задающему генератору синусоидальных колебаний 1 с изменяемой частотой. В качестве выделителя основной гармоники 10 в заграждающем фильтре 9, предпочтительно, использовать узкополосный сопровождающий фильтр с внешней настройкой по частоте от задающего генератора с изменяемой частотой. Устройство вычитания, предпочтительно, выполнять на линейных операционных усилителях.

Электродинамический вибростенд работает следующим образом. Задающий генератор синусоидальных колебаний 1 передает программный синусоидальный электрический сигнал (основная гармоника) на вход блока АРУ 2, где уровень этого сигнала сравнивается с уровнем сигнала главной обратной связи, поступающего от ВИП 7 через согласующий усилитель 8 на управляющий вход АРУ 2. По результатам сравнения происходит автоматическое увеличение или уменьшение амплитуды основной гармоники. Затем этот сигнал с выхода блока АРУ 2 подается на вход усилителя мощности 3. Усиленный электрический сигнал, соответствующий основной гармонике, с выхода усилителя мощности 3 поступает в подвижную катушку 4 ЭДВ и преобразуется в переменную электродинамическую силу, возбуждающую вибрации механической подсистемы, состоящей из подвижной части ЭДВ с закрепленным на ней объектом испытаний. Из-за нелинейности преобразования электрических колебаний в механические (вибрации) и нелинейных эффектов передачи вибрации от подвижной катушки 4 через рабочий стол 5 к объекту испытаний 6, кроме основной гармоники с частотой f, возбуждаются вибрации с малыми дополнительными паразитными гармониками с частотами 2f, 3f и т.д. При совпадении этих гармоник с соответствующими собственными частотами многорезонансной механической подсистемы, составляющие вибрации с этими частотами будут усилены механической подсистемой как резонатором, и объект испытаний 6 будет подвергаться вибрационному воздействию с большими частотными искажениями. При этом электрическая энергия колебаний основной гармоники после преобразования в вибрацию перераспределится между всеми гармониками и уровень основной гармоники вибрации уменьшится по сравнению с программным уровнем.

ВИП 7 преобразует вибрацию, содержащую как основную, так и кратные гармоники, в электрический сигнал U=U1+U2+U3+…, где U1 - электрическое напряжение основной гармоники, U2, U3, … - напряжения кратных гармоник. Суммарный сигнал U после усиления согласующим усилителем 8 поступает в заграждающий фильтр 9 на вход выделителя основной гармоники 10, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный U1, поступающий на один из входов устройства вычитания 11. Одновременно на второй вход устройства вычитания 11 поступает электрический сигнал от согласующего усилителя 8, пропорциональный U. В результате операции вычитания мгновенных значений сигналов на выходе устройства вычитания 11 формируется электрический сигнал, содержащий только кратные гармоники U1-U=-(U2+U3+…), которые в противофазе с выхода устройства вычитания 11 подаются на вход усилителя мощности 3. Через усилитель мощности 3 на подвижную катушку 4 поступает сигнал, содержащий только основную гармонику с выхода блока АРУ 2, и сигнал с противофазными кратными гармониками с выхода устройства вычитания 11. Противофазные сигналы подавляют паразитные кратные гармоники, что приводит к существенному уменьшению частотных искажений воспроизводимой синусоидальной вибрации.

Заявленное устройство в сравнении с прототипом повышает точность воспроизведения синусоидальной вибрации с изменяемой частотой за счет уменьшения уровней паразитных высокочастотных гармоник во всем частотном диапазоне виброиспытаний.

Электродинамический вибростенд, содержащий последовательно соединенные задающий генератор синусоидальных колебаний с изменяемой частотой, блок автоматической регулировки уровня вибрации, усилитель мощности с электродинамическим возбудителем, охваченные цепью дополнительной отрицательной обратной связи, содержащей последовательно соединенные виброизмерительный преобразователь, установленный на рабочем столе электродинамического возбудителя, и заграждающий фильтр, выход которого подключен к входу усилителя мощности, отличающийся тем, что заграждающий фильтр выполнен в виде последовательно соединенных между собой выделителя основной гармоники с переменной частотой и устройства вычитания, выход которого подключен к входу усилителя мощности, а входы - соответственно к выходу выделителя основной гармоники и виброизмерительному преобразователю, при этом выделитель основной гармоники соединен через дополнительный вход с задающим генератором синусоидальных колебаний с изменяемой частотой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Устройство содержит основание, на котором посредством, по крайней мере, трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Испытательный стенд для исследовательских и доводочных работ по оценке влияния внешнего воздействия дождя на виброакустику автомобиля содержит установку имитации дождя, состоящую из четырех регулируемых по высоте телескопических стоек с установленным на них дождевальным устройством, устройство подачи воды с расходомером и запорной арматурой, измерительную и анализирующую виброакустическую аппаратуру, установленную в салоне исследуемого ТС, размещенного под дождевальным устройством.

Изобретение относится к вибрационной технике. Способ предполагает использование вибратора, в котором пьезоэлемент выполняют в виде пакета пьезокерамических колец, при этом внутри колец располагают цилиндрическую оправку.

Способ проверки затяжки сердечника статора электрической машины, содержащей сердечник (2) статора и ротор (3), образующие воздушный зазор (5) между собой, причем способ включает в себя этапы, на которых вводят контрольно-измерительный прибор (12), который соединен с подвижной опорой (10), в воздушный зазор (11), вводят пластину (21) между стальными листами (5) сердечника статора и приводят пластину (21) во вращение, располагают локально контрольно-измерительный прибор (12) и осуществляют локальную проверку определенных зон сердечника (2) статора генератора.

Изобретение относится к области измерительной технике и касается оптико-электрического преобразователя механических волн. Преобразователь механических волн содержит осветитель, водяную емкость с зеркальным узлом и стойку, поддерживающую светочувствительный элемент.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на вибрацию в трех взаимно перпендикулярных положениях прицела, при воздействии условий внешней среды.

Изобретение относится к области механики сплошных сред и предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния объектов механических систем. Способ заключается в измерении пространственной вибрации, накапливании массива векторных величин деформаций и воспроизведении пространственного годографа измерительной точки.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано в различных отраслях промышленности для испытания изделий на виброустойчивость в трех взаимно перпендикулярных положениях.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям и датчикам вибрации, и служит для решения задачи виброконтроля в условиях вибрационных нагрузок больших электрических машин (турбогенераторы, гидроэлектрические насосы/генераторы, электродвигатели, силовые трансформаторы).

Изобретение относится к области акустики и предназначено для создания акустических волн в газовой среде. Способ генерирования акустических волн осуществляется путем образования колебательного тела из облака ионизированного газа в электростатическом поле с последующим моделированием колебательного тела высокочастотным электрическим полем, при этом в качестве электростатического поля используется переменное электрическое поле.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к методам сейсмических испытаний опор конструкций линий электропередач. Способ включает установку, по меньшей мере, одной опоры линии электропередач в грунтовой лоток сейсмоплатформы, заполненный грунтом или имитирующей грунт смесью с плотностью, соответствующей плотности грунта, для установки в который предназначена испытуемая опора линии электропередач, закрепление на одной или нескольких траверсах опоры линии электропередач, грузов, вес которых соответствует весу проводов и/или волоконно-оптического кабеля между опорами линий электропередач, для сооружения которой предназначена испытуемая опора линии электропередач, приведение грунтового лотка в колебательное движение с одним или несколькими выполняемыми последовательно режимами с соблюдением определенных условий, извлечение испытуемой опоры линии электропередач из грунтового лотка после его остановки и проверка сохранения целостности составляющих ее элементов и/или их соединений. Технический результат заключается в обеспечении моделирования условий реального землетрясения и реальных условий закрепления в грунте и нагружения опоры линии электропередач. 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области испытаний изделий на случайную вибрацию и может быть использовано при определении вибронадежности машин, приборов и аппаратуры. Устройство содержит цепи формирования, каждая из которых включает первый генератор шума (ГШ), подключенный к его выходу первый фильтр низких частот (ФНЧ), выход которого подключен к управляемому частотно-модулированному генератору (ЧМГ), выход которого соединен с сигнальным входом соответствующего регулируемого усилителя (РУ). Также содержит сумматор, к входам которого подключены выходы РУ, возбудитель колебаний, к входу которого подключен выход сумматора, вибродатчик, а также цепи анализа, каждая из которых включает анализирующий полосовой фильтр (АПФ), который выполнен в виде модулированного фильтра, модулирующий вход которого подключен к выходу соответствующего первого ФНЧ. Амплитудный детектор (АД) и блок сравнения (БС), которые соединены с АПФ. Индикаторное устройство, к входам которого подключены выходы АД. При этом каждая цепь формирования дополнительно содержит последовательно соединенные ГШ, второй ФНЧ, перемножитель, а каждая цепь анализа дополнительно содержит усилитель анализируемого сигнала, который подключен к вибродатчику и соединен с соответствующим вторым ФНЧ и соответствующим АПФ. Причем в каждой цепи анализа БС соединен с соответствующим перемножителем каждой цепи формирования, который соединен с соответствующим РУ. Технический результат заключается в обеспечении возможности воспроизведения случайной нестационарной вибрации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях. Установка содержит индукционный нагреватель, включающий водоохлаждаемую катушку в виде спирали, выполненной с возможностью соосного размещения объекта испытаний (ОИ) внутри нагревателя, опоры для ОИ, нагружающее устройство, устройство охлаждения, соединенное с протоками охлаждения тоководов нагревателя, контрольно-измерительную аппаратуру, соединенные последовательно пульт управления, соединенный с контрольно-измерительной аппаратурой, преобразователь частоты, батарею конденсаторов, последовательно-параллельно подключенную по крайней мере к одной паре соосно установленных водоохлаждаемых катушек индукционного нагревателя в виде спиралей. Нагружающее устройство выполнено в виде вибровозбудителя, а опоры для ОИ установлены на скользящем столе вибровозбудителя. Устройство охлаждения, пульт управления, преобразователь частоты, батарея конденсаторов могут быть расположены на дистанции от вибровозбудителя с размещенным на его скользящем столе ОИ внутри катушек индукционного нагревателя, а устройство охлаждения снабжено независимым пультом управления подачей охлаждающей воды. Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки, сокращение времени выхода на заданный температурный режим, снижение теплопотерь, массы и габаритов, повышение температуры испытаний до 1400°C и выше, в повышении КПД установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для градуировки датчиков аэродинамического угла летательных аппаратов. Способ заключается в контроле вибраций датчика, превышение которых свыше определенного уровня происходит в результате изменений динамической характеристики, вызванных поврежденными или изношенными механическими компонентами датчика. Система использует компьютерную обработку сигналов вибраций для выявления повреждений датчика. Технический результат заключается в возможности обнаружения ухудшения рабочих характеристик и повреждений устройства непосредственно в процессе его использования. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для оценки виброустойчивости компонента регулирующего клапана текучей среды. Сущность изобретения заключается в том, что в изобретении раскрыты способы и устройства для оценки виброустойчивости компонента регулирующего клапана текучей среды. Типичный способ, раскрываемый здесь, включает в себя выбор компонента регулирующего клапана текучей среды и расположение датчика относительно выбранного компонента. Способ также включает в себя механическое возбуждение выбранного компонента, определение резонансной частоты выбранного компонента и выполнение корректирующих мер, основанных на резонансной частоте выбранного компонента. Технический результат: обеспечение возможности оценки виброустойчивости компонента регулирующего клапана текучей среды. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх