Устройство для моделирования виброзащитных систем

 

ОП NCAHNK

Н ЗО ВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВПЬСТВУ „ ;

" Ч «,1 с

f (61) Дополнительное к авт. свил-ag— (22) Заявлено 27.06.75 (21) 2149604/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.05.78. Бюллетень № 18 (461 Дата опубликования описания 28.04.78 (5е) М. Кл.

G 06 G 7/48

Гаеударстеенный аеметет

Севета Mwscrpos СССР пе делам юееретеаей и атнрытнй (53) УДК 681.335 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. И. Оржекаускас, К. М. Рагульскис и И. 10. Скучас ! (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВИБРОЗАЩИТНЬИ

СИСТЕМ

"т1зобретение относится к. аналоговой вычисли. тельной технике и может быть использовано в области виброзащиты человека-оператора, а также для оценки влияния вибраций на его организм.

Известно устройство для исследования динамики взаимодействия руки человека с инструментом, содержащее инструмент с укрепленными на его рукоятке датчиками силы, ускорения, перемещения, выходы которых через усилители подключены к регистрирующему прибору (1), Недостатком этого устройства является то, что для динамических исследований используются реальный инструмент, ко. торый ие позволяет варьировать параметрами вибраций, т.е. амплитудой-, частотой, а определение оптимальных виброзащитных средств осуществляется методом механического подбора элементов вибро защиты.

Иввестно также устройство для определения динамических характеристик человека-оператора, содержащее генератор синусоидальных колебаний, выход которого через усилитель мощности подключен к входу возбудителя колебаний, пьезодатчики, установленные на динамических звеньях человекаоператора, рулевое колесо, систему оценки качеств слежения, систему оценки времени реакции, гене- б

2 раторы случаииых колебании и случаиных импульсов, иэмерительньвт усилитель и регистратор 121.

Устройство в основном предназначено для снятия амплитудно-частотных характеристик человека-оператора в различньк рабочих фазах, как например, "сидя", "стоя™ и т.д.По полученным характеристикам можно судить о структуре и некоторых параметрах виброзащитной системы, однако недо статком устройства является то, что оно не поэ. воляет определить оптимальные параметры виброзащитной системы во время эксперимента.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для моделирования виброзащитных систем,. которое содержит возбудитель колебаний с рукояткой, на которой расположены датчики силы и перемещения, блок оптимизации, группа входов которого под. ключена к датчикам ускорений и к датчику силы, и блок сравнения, первый вход которого соединен с датчиком перемещения, а выход через усилитель подключен к входу возбудителя колебаний (3l

Недостатком этого устройтства является то, что оно также не позволяет в процессе динамических

607239 исследований непосредственно определить оптимальные параметры виброзащитных средств.

Мелью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство содержит блоки моделирования инструмента и виброзащиты, фазовращатель и блок сравнения фаз, первый вход которого подсоединен к выходу датчика перемещения, а выход — к первому входу фазовращателя, подключенного выход>м 1р к дополнительному входу усилителя, первые входы и выходы блоков моделирования инструмента и виброзащиты соединены с соответствующими выходами и входами блока оптимизации, второй выход блока моделирования виброзащиты подключен ко вторым входам блока сравнения, фазовращателя и блока сравнения фаз, а его второй и третий входы подсоединены соответственно к датчику силы и ко второму выходу блока моделирования инструмента. 20

На чертеже представлена блок-схема описываь мого устройства для моделирования внброэащитных систем.

Устройство для моделирования виброзащитных систем содержит возбудитель колебаний 1 с рукояткой 2, датчики ускорений 3, расположенные на динамических звеньях руки, датчики силы 4 и перемещения 5, расцоложеннью на рукоятке 2, блок о тимизеции 6, блок 7 моделирования виброзащиты, блок моделирования инструмента 8, блок срав- 30 нения 9, усилитель 10, фаэовращатель 11 и блок

12 сравнения фаэ.

Устройство работает следующим образом.

В блоке 8 модулируются дифференциальные уравнения, описывающие динамику рабочих частей з5 исследуемого инструмента. Результатом решения згих уравнений является функция перемещения корпуса инструмента от времени. Сигнал, пропорциональный этой функции, поступает на вход блока 7, в котором моделируются дифференциальные 4о уравнения, описывающие виброэащитное устройство.

На вход блока 7 поступает сигнал, пропорциональ ньй силе взаимодействия руки с рукояткой, иэ датчика силы 4. Таким образом, на виброзащитюе устройство, моделируемое в блоке 7, действу- 45

er со стороны корпуса инструмента кинематичео. кое и силовое возбуждения, которые в виде электрических сигналов поступают на соответствующий вход. Результатом совместного решения уравнений, моделируемых в блоке 8 и в блоке 7, является 50 функция перемещения рукоятки исследуемого инструмента от времени, сигнал, пропорциональный которой, поступает на выход блока 7.

Этот сигнал через фазовращатель 11 и уснлиS5 тель 10 поступает на вход возбудителя колебаний

1, который трансформирует электрический сигнал в механическое движение и прикрепленная к нему рукоятка 2 имитирует перемещение рукоятки иссле; дуемого инструмента. Сила взаимодействия руки человека-оператора с укрепленной на столе воэбудателя колебании 1 рукояткой 2 регистрируется датчиком щлы 4. Ввиду того, что для имитации перемеще ния рукоятки исследуемого инструмента требуется высокая точность трансформации электрического сигнала, а присоединенная масса руки челове. ка-оператора к рукоятке 2 является переменной величиной, для управления возбудителем колебаний введена обратная связь. Она осуществлена с помощью блока сравнения 9 и блока сравнения фаз 12, фазовращателя 11 и усилителя 10. На входы блока сравнения фаз 12 поступает сигнал, пропорциональный перемещению рукоятки 2 с датчика 5, и задающий сигнал с выхода блока 7. Огклонение, появившееся при сравнении начальных фаз этих сигналов, управляет фазовращателем 11, управляющий вход которого соединен с выходом блока 12. Для поддержания амплитуды перемещения рукоятки 2, соответствующей сигналу с выхо да блока 7, служит блок сравнения 9,входы ко торого соединены с выходом датчика перемещении

5 и с выходом блока 7, а выход с управляющим входом усилителя 10, Блок оптимизации 6 предназначен дпя автоматической настройки параметров жесткости и диссипатнвности по заранее заданному критерию качества работы виброэащиты. Критерием качества работы виброэащиты могут быль наименыпие awппитуды перемещения рукоятки и последующих звеньев руки при ограниченных виброскоростях или наименьшие амплитуды внброускорений нри наличии ограничений на перемещение рукоятки относительно корпуса инструмента.

Таким образом, на входы блока оптямизапии

6 поступает информация о текущих значениях координат иэ датчиков 4, 4, 2, а также значение координаты перемещения корпуса инструмента с выхода блока 8 и некоторые динамические характеристики самой виброзащиты с выхода блока 7.

Пусть моделируемый инструмент описывается системой дифференциальных уравнений; и кооРдината (1ц(1) ЯвлЯетсЯ фУнкцией пеРемещения корпуса инструмента, Если рукоятка была бы прикреплена к корпусу инструмента непосредственно, то и ее движение, соответствовало бы коор. динате Y (4). Однако для снижения уровня виб. рации на рукоятке используется виброзащитное устройство, состоящее из упругих и диссипативных элементов. Система уравнений (1) моделируется в блоке 8 и сигнал, пропорциональный координате (4) с выходов поступает на вход блока 7

1И моделирования виброэащнты и в блок оптимизации

6.

В простейшем случае виброзащитное устройство состоит из упругого элемента жесткости С и демпфера с коэффициентом сопротивления h, и

607239

ЦНИИПИ Заказ 2613/38

Ти раж 826 П<щписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, дифференциальное уравнение, решаемое в блоке мэделирования виброзащигы 7, имеет вид: к;f (x,,.„,c,è,,k) Ю где Х .— выходная координата виброэащитного устройства, т.е. координата перемещения руко. ятки 2, Р— сила взаимодействия руки человекаоператора с рукояткой 2, поступающая из датчика силы 4.

Нестационарность силы Р и обуславливает необходимдсть определения оптимальных параметров

С и Р, В основе алгоритма определения оптимальных параметров может быть, использован метод наискорейшего спуска При этом на максимальные значения координат динамических звеиях руки могут быль наложены ограничения в виде неравенств., После вычисления частных производных критериальной функции по оптимизируемым параметрам и решения уравнений наискорейшего спуска с последующим интегрированием на выходе блока 6 образуются сигналы, пропорциональные параметрам С и h, которые поступают на вход блока 7 и с помощью аналоговых блоков перемноже1кя (на чертеже не показаны) изменяют ве- 25 ичину соответствующих коэффициентов дифференциального. уравнения (2), моделирующего виброзащитное устройство.

В устройстве предусмотрена связь блока опп1ьизации 6 с блоком 3, которая предназначена для щ определения некоторых динамических алрактеристик инструмента, наиболее сильно влияющих на качество работы виброзащитного устройства.

Формула изобретения устройство для моделирования внброэащитных систем, содержащее возбудитель колебаний с рукояткой, на которой расположены датчики силы и пе- 46 ремещения, блок оптимизации, группа входов которого подключена к датчикам ускорений и к датику силы, и блок сравнения, первый вход которого соединен с датчиком перемещения, а выход через усилитель подключен к входу возбудителя колебаний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства. оно содержит блоки моделирования инструмента и виброзащиты, фазовращатель и блок сравнения фаз, первый вход которого подсоединен к выходу датчика перемещения,-а выход — к первому входу фазовращателя, подключенного выходом к дополнительному входу усилителя, первые входы и выходы блоков моделирования инструмента и

Ьиброзащиты соедп1ены с соответствующими выходами и входами блока оптимизации, второй выход блока моделирования виброзащиты подклю«вн ко вторым входам блока сравнения, фаэовращателя v, блока сравнения фаз, à его второй и третий входы подсоединены соответственно к датчику сипы и ко второму выходу блока моделирования инструмента

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Григанов А, С., Фролов К. В. Проблемы оценки влияния вибраций машин н инструментов . на организм человека-оператора. Сб. "Колебания и устойчивость приборов машин и элементов систем управления", М., Изд-во "Наука", 1968.

2. Фролов К, В. Моделирование динамических состояний человека-оператора, подверженного вибрационному воздействию. Труды семинара "Кибернетика электрических систем" по проблеме "Моделирование динамических систем". Вын. 2, Брянск, 1974 с 79 рис. 4

3. Бутковская 3. M. и др. Исследование влияния вибраций машин и инструмента на руки человека-оператора при варьировании начальных усилий. Сб. "Виброизоляция машин и виброзащиты чело. века-оператора", М., "Наука", 1973.