Устройство для определения повреждаемости изделий при транспортировке

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()983726 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 22. 07. 81(2!) 3329344/18-24 (ИЗМ.ICn З

G G 7/52 с присоединением заявки ЙоГосударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

)53}Yglt 681 3 (088.8) Опубликовано 231282.Бюллетень Но 47

Дата опубликования описания 231282

С. В. Архангельский, В. И. Крайнов, Ю. И. Щафор .

< A. A. Соловьев, Б. B. Исаев и В. М„ ; Роьйййй)4фЩ р

j ц юхеяя

r ИН ф(gglf 1 ы ин ю1А (72) Авторы изобретения (71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕ)КДАЕМОСТИ

ИЗДЕЛИЙ ПРИ ИХ ТРАНСПОРТИРОВКЕ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к устройствам для определения в реальном масштабе времени статистических характеристик технологического процесса, и предназначено для автономного автоматического контроля и статистического анализа усталостной повреждаемости иэделий при их транспортировке.

Известно устройство для определения величины усталостной повреждаемости изделий при их транспортировке(1 1.

Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные возможности по определению характеристик усталостной повреждаемости изделий при транспортировке (невозможность определения, например, ин.тенсивности усталостной повреждаемости, полученной иэделием в данный момент времени);,а также низкая точность определейия величины Q(t) показателя усталостной повреждаемости иэделий из-за того, что устройство может работать только с определенным типом воздействия на изделие — синусоидального воздействия с медленно меняющимися параметрами синусоиды.

Реально же на транспортируемые иэделия воздействуют более сложные процессы нагружения произвольного вида.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, предназначенное для работы с произвольным типом воздействия на изделие.

Метод, заложенный в конструкцию известного устройства, основан на ,многократном в алгоритмическом цикле использовании Формулы

a(t) = 6 а .п Ь>, r=1 где аг - амплитуда нагружения; щ- количество циклов нагружений с амплитудой а«, Ь вЂ” количество уровней амплитуды 1

m — показатель степени и носит название "Метод полных циклов" f 2 ).

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности по определению характеристик усталостной повреждаемости изделий (интенсивности повреждаемости, т.е. повреждаемости, вносимой напряжениями на транспортиру983726 мых изделиях в данный момент времени), низкая точность определения величины усталостной повреждаемости для возмущения процессов, действующих на транспортируемые изделия, занимающие широкие полосы частот, и сложность конструкции.

Целью изобретения является расшиение функциональных возможностей устройства за счет определения интенсивности усталостной повреждаемости транспортируемых изделий, увеличв. ния точности определения величины усталостной повреждаемости и упрощения конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее группу блоков возведения в степень и сумматор напряжений, введены группа масштабирующих усилителвй, интегратор и анализатор спектра частот, вход которого является входом устройства, а выходы подключены соответственно к входам блоков возведения

s, степень группы, выходы которых через соответствующие масштабирующие усилители группы соединены соответственно с входами сумматора напряжений, выход которого подключен к входу интегратора, выходы интегратора и сумматора напряжений являются соответственно первым и вторым выходами устройства.

20

30 ется по формуле

0(12=У а,. nr(), «) г=а

35 лия, обычно 2 < m 4 17.

40 Показатель Q(t) характеризуется графиком (фиг. 4), где по оси абсцисс отложены значения амплитуд aÄ(r

1, 2, ... L) no оси ординат. — количество пr(t) циклов нагружения ам45 плитудой а г за время t При этом

Q(t) пропорционально площади заштрихованной фигуры. Причем чем меньше значение принимает величина Я() за все время t транспортировки изделия, тем меньше число повреждений, приво50 дящих к окончательной поломке, было накоплено на данном транспортируемом изделии и, следовательно, твм мень55

Понятие усталостной повреждаемос ти изделий при их транспортировке определяется следующим образом. б

Напряжения, появляющиеся на изделиях под действием ускорений ti(t ), возникающие в процессе их транспортировок различными видами транспорта, в большинстве случаев переменны во времени и являются, в общем случае, случайными функциями времени.

Пвременные напряжения на транспортируемых изделиях вызывают в материалах данных изделий процессы постепенного накопления повреждений, при- водящие к образованию трещин, их развитию и окончательному повреждению иэделия. Эти процессы условно называются усталостью, а соответствующие разрушения - усталостными.

Пусть функция ускорений (нагружений) 6(t) имеет вид синусоидального сигнала с относительно медленно из- . меняющимися амплитудой a(t), частотой м (1) и фазой . М(й), т.е.

ts(t) - e(t) s1n(t) t + q(t)

Огибающую a (t) назовем амплитудой нагружений. Пусть максимально возможное значение амплитуды нагружений равно а„, „ . Диапазон значений амплитуды разобьем на L одинаковых участков, размер которых равен пронумеруем эти участки, r-ым участком будем называть участок ma»

L (r- ), где r = 1, 2 ..., L.

Величину — назовем r-ым уровнем аман

L амплитуды и обозначим ; .

Через n„(t ) обозначим количество периодов синусоиды, приходящееся на

10 те промежутки времени, когда амплиту да а(t) удовлетворяет неравенства а, q a(t).< а, На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2 — вариант выполнения анализатора спектра частот, на фиг. 3-5 — временйые диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит анализатор 1 спектра частот, группу блоков 2 возведения в степень, группу масштабирующих усилителей 3, сумматор 4 напряжений, интегратор 5.

Анализатор спектра. частот может быть выполнен по любому иэ,известных. алгоритмов построения параллельных анализаторов. В качестве примера на фиг. 2 приведена схема анализатора, содержащая полосовые фильтры б, квадратичные детекторы 7 и усреднители 8.

Показатель усталостной поврвждаемости Q(t) для этих условий вычислягде в - показатель степени, значенив которого устанавливается исходя из свойств материала и конструкции иэдешей повреждаемостью будет обладать изделие после его транспортировки.

Покажем, что данное техническое решение позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства по определению характеристик усталостной повреждаемости изделий при их транспортировке, а именно позволяет определять интенсивность усталостной повреждавмости транспорти« руемого изделия, увеличить точность.определения величины усталостной пов65 реждаемости для произвольных процес-

98372б сов воздействия на транспортируемые изделия, и упростить конструкцию устройства в целом.

Процессы, вызывающие усталостные явления в транспортируемых иэделиях, относятся к процессам произвольного вида и характеризуются следующими свойствами.

1. Произвольный процесс A(t) может быть представлен как сложномодулированный суперпроцесс, состоящий 10 из суммы м простых модуляционных процессов (фиг. 5), т.е.

A(tl = ) A; (t), (2)

1=1 !5

Ai(e)=c; (t). v, (t), 1) ; (t) = Sin (Eui t t @-), (3) где A;(t) — i-й модуляционный процесс; 20

C; (t) — функция, характеризующая изменение во времени амплитуды i-ro модуляционного процесса;

4 ;(t) — модулируемая функция, 25 имеющая постоянную частоту w;- и фазу 4 ; колебания.

На фиг. 5,а показан произвольный 30 процесс, который разложен на три со-. ставляющие, условный вид которых изображен на фиг. 5,б. Свойства данных простых модуляционных процессов

A;(t) (i. = 1, ..., М) совпадают со 35 свойствами процесса (фиг. З,а), для которых выведена величина Q(t) усталостной повреждаемости изделия.

2. Спектр функции С„(t) является 40 узкополосным.

3. Модуляционные процессы Ai(t) (i = 1, ..., М) суперпроцесса A(t) могут быть разбиты на временные непересекающиеся участки длительностью 45 (= 1, 2, ° ..), где амплиту-. ды колебаний можно считать постоянными (фиг. 5,б).

Иэ этих свойств суперпроцесса

A(t) следует, что усталостные явления в транспортируемых иэделиях вызываются М гармоническими составляющими Ч>;(t) (i = 1, ..., М), у которых амплитуда медленно меняется со временем. Причем поскольку частота колебаний i-ro модуляционного процесса A(t) выражения (3) постоянна, то величина и„ (t) выражения (1) нагружений транспортируемого изделия данным процессом пропорциональна . 60 частоте fi. Откуда следует, что величина показателя усталостной повреждаемости изделия от воздействия 1-lo модуляционного процесса эа все время транспортировки с учетом выражения 65 (1) определяется из следующего соотношения

При n t(» o Q i(t) определится из следующего соотношения

0 ®= (1 ).f; di, (6) о где а;() — спектральная огибающая

i-го модуляционного процесса;

Ф - текущее время транспортировки.

Показатель усталостной повреждаемости Я(1) от воздействия М простых модуля)1ионных процессов вида (3) o11-. ределяется как

М

a(t)= & с . (ъ)- f, д в. (6)

i-=1

1 о

Меняя в выражении (6) порядок выполнения операций, получим окончательное выражение для показателя усталостной повреждаемости изделия при транспортировке в следующем виПосколькУ Q (t ) — непрерывная функция времени, то ее можно дифференцировать. Дифференцируя обе части соот, ношения (7), найдем

М

g(t),.

i=1

Последняя функция (8) характеризует величину интенсивности усталостной повреждаемости, полученной транспортируемым изделием в данный момент времени

Соотношения (7) и (8), характеризующие параметры усталостной повреждаемости (показатель и интенсивность усталостной повреждаемости), выведены для произвольного вида процесса, воздействующего на транспортируемое изделие и вызывающее в нем усталостные явления.

Устройство реализовано в соответствии с приведенными функциями (7) и (8) и работает следующим образом.

Разложение процесса A(t), вызывающего в транспортируемом изделии усталостные явления, на простые узкополосные модуляционнне процессы и нахождение амплитуд ct; (t) этих процессов осуществляет анализатор 1 спектра частот.

Блоки 2 возведения в степень осуществляют возведение в степень сигналов на выходах данного анализатора.

983726

Формула изобретения

Устройство для определения повреждаемости изделий при их транспортировке, содержащее группу блоков возведения в степень и сумматор напряжений, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей эа счет определения интенсивности усталостной повреждаемости транспортируемых изделий, увеличения точности и упрощения конструкции, оно дополнительно содержит группу масштабирующих усилителей, интегратор и анализатор спектра частот, вход которого является входом устройства, а выходы подключены соответственно к входам. блоков возведения в степень группы, выходы которых через соответствующие масштабирующие усилители группы соединены соответст венно с входами сумматора напряжений, выход которого подключен к входу интегратора, выходы интегратора и сумматора напряжений являются .соответственно первым и вторым выходами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Наумов В. А. Основы надежности и долговечности в машиностроении.

Омск, 1972, с. 133-151.

2. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М, "Машиностроение", 1977, с. 137-139 (прототип).

Масштабирующие усилители 3 осуществляют умножение сигналов с выходов блоков возведения в степень на постоянные коэффициенты, пропорциональные частоте f< (8). На выходе сумматора 4, являющегося первым вы» 5 ходом предлагаемого устройства, формируется величина q(t) (8) интенсивности усталос1ной повреждаемости.

На выходе интегратора 5, являющегося вторым выходом устройства, вы- 10 числяется величина усталостной повреждаемости Q(t) транспортируемых изделий в момент времени

Таким образом, Устрсйство обладает широкими функциональными возможнос- 35 тями по определению характеристик процессов транспортировок грузов, поскольку позволяет определять интенсивность усталостной повреждаемости в данный момент времени и величины усталостной повреждаемости эа все время транспортировки изделий, а также высокой точностью определения характеристик усталостной повреждаемодти иэделий при транспортировке, не 25 зависящей от величины полосы спектра возмущающих воздействий, поскольку более широкополосный сигнал разлагается на простые модуляционные процессы. Кроме того, предлагаемое З0 устройство отличается простотой конструкции, поскольку в нем отсутствуют логически сложные блоки.

Использование устройства для сбора статистики. Усталостиых повреждений при транспортировках позволит правильно рассчитать минимальный запас прочности у перевозимых изделий, необходимый на их транспортировку по заданному маршруту, что в свою очередь позволит существенно снизить стоимость изделия в целом, так как усложнение конструкции изделия, с целью увеличения запаса по прочности, прямо влияет на величину стойкости последнего. Устрой- 45 ство позволит также увеличить степень неповреждаемости иэделий во время транспортировки благодаря предварительной выдаче рекомендаций по условиям их перевозок (методы крепления изделий в вагоне, или платформе, выдерживание скорости на отдельных участках и т.д.) по каждому из маршрутов на бсновании полученных из устройства статистических данных, а также благодаря оперативной выдаче предупреждающих сигналов машинисту, ведущему состав (последнее :.- при условии наличия канала связи с машинистом).

9Ц3726

Р-й

ЯМОВ и

Составитель В. Фукалов

Редактор Н. Лазаренко Техред Л.Пекарь Корректор О. Билак

Заказ 9927/59 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4