СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01H17/00 

Изобретение относится к исследованиям устойчивости к вибрации и может быть использовано, например, при монтаже оборудования, подверженного вибрационным нагрузкам.

Известен способ монтажа системы виброзащиты оборудования, включающий определение центра масс, выбор места размещения амортизаторов на защищаемом оборудовании, а также подбор амортизаторов исходя из условия обеспечения равенства жесткостных характеристик попарно размещенных амортизаторов.

Известен способ монтажа системы виброзащиты оборудования, выбранный в качестве прототипа, включающий определение массы и центра масс защищаемого оборудования (расчетным или экспериментальным путем), определение координат точек крепления амортизаторов к защищаемому оборудованию, выбор амортизаторов по расчетным весовым нагрузкам исходя из требования соблюдения равного статического прогиба амортизаторов.

Недостатком данного способа является недостаточная эффективность виброзащиты объекта, так как при его реализации не учитывают динамические характеристики элементов крепления бортового оборудования к летательному аппарату, а также характер возбуждения по различным входам многоканальной системы виброзащиты.

Цель изобретения - повышение эффективности виброзащиты оборудования за счет выбора оптимальных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем определение массы и центра масс защищаемого объекта, определения координат точек крепления амортизаторов к нему и выбор амортизаторов, в точках крепления амортизаторов на входах системы виброзащиты, а также в контрольной точке защищаемого объекта (выходе системы виброзащиты), измеряют виброускорения (вибронагрузки), оценивают и выделяют энергетические спектры независимых составляющих вибронагрузок на входах и соответствующие им вибронагрузки на выходе системы виброзащиты, на их основе определяют амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) для каждого из каналов (амортизаторов) системы, после чего путем изменения жесткости или/и диссипации применяемых амортизаторов получают амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) защищаемой системы, отвечающей заданным требованиям.

Анализ технических решений в данной и аналогичных областях техники выявил наличие решений, в которых производят измерения вибрационного воздействия в местах крепления амортизаторов и в контрольной точке на защищаемом объекте и в последующем определяют АЧХ в указанных точках. Однако, при этом не выделяют независимые вибровоздействия, присущие остальным входам, в силу чего оценка возможности виброзащиты объекта обладает значительной погрешностью.

На чертеже изображена схема многомерной (многоканальной) системы виброзащиты объекта.

Реакция многомерной системы амортизации рассматривается в виде частотного разложения
ζ_i(f)= (f)·ζ_k(f)+U_i(f) где ζ(f) - реакция системы амортизации в i конкретной точке;
Φ_ik(f) - передаточная характеристика k-го канала системы виброзащиты относительно i точки;
ζ_k(f) - воздействие по k-му каналу;
Ui(f) - неучтенные помехи (шум аппаратуры, шум на входе и т. п. ).

Решение системы находится в виде
Wil

_ζ(f)= (f)·W_ik(f) после процедуры типа ζ(f) ζ_l(f) (l = 1, 2, . . . , n), где Wil_ζ(f); W_lk(f) - автономные и взаимные спектры.

Используя математический с матричным представлением частотных функций множественной когерентности, решения для Φ_ik(f) находится в следующем виде
(f)= ,
где M_ik(f)= W_ζζ(f)[η²ζ/L_o(f)-η²ζ/L и N_ik(f)= W_ζL_k(f)[1-η²L_ok/L_ok(f)] - соответственно когерентные спектры выхода и входа относительно К^говхода:
η²ζ/L_i(f)_iη²ζ/L_ok(f); η2L

/L_n(f) - полная и усеченные матрицы вибрационных воздействий на входах и выходе системы, основанном на принципе поочередного "затормаживания" вибрационных нагрузок, действующих на входе и выходе каждого учтенного канала многомерной системы виброзащиты. Суть этого принципа состоит в том, что для входного и выходного вибропроцессов данного канала определяются соответствующие когерентные автоспектры, фильтрующие влияние случайных функций по остальным каналам.

В качестве примера конкретной реализации способа служит построение многоканальной системы виброзащиты аэрофотоаппарата на самолете Ту-154.

После изготовления опытного образца аэрофотоаппарата путем взвешивания на весах была определена его масса, которая составила приблизительно 500 кг.

Экспериментальным путем проведено определение центра тяжести методом вывешивания на тросах, при этом взвешивание аэрофотоаппарата выполнено поочередно в направлении трех его координатных осей. Центр тяжести аэрофотоаппарата находят на пересечении продолжения линии натяжения троса.

В соответствии с заданными по конструктивным соображениям координатам точек крепления четырех виброизоляторов, расположенных в горизонтальной плоскости, произведен расчет и выбор типоразмеров виброизоляторов для каждой заданной точки их установки. Расчет несущей нагрузки на виброизоляторы сделан по следующим зависимостям
Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄ = G
Z₁P₁ + Z₂P₂ + Z₃P₃ + Z₄P₄ = 0
Х₁Р₁ + Х₂Р₂ + Х₃Р₃ + Х₄Р₄ = 0
Х₁Х₁Р₁ + Х₂Z₂P₂ + Х₃Z₃P₃ + Х₄Z₄P₄ = 0 где Р_k - несущая нагрузка на k-тый виброизолятор;
X_k, Y_k и Z_k - координаты крепления k-го виброизолятора Y_k = Y₁ = Y₂= Y₃ = Y₄
В соответствии с расчетной нагрузкой проведен подбор типоразмеров виброизоляторов, так для двух точек крепления использовано по одному виброизолятору ДКУ-120 с несущей способностью 120 кг, а для двух других - по одному виброизолятору ДКУ-120 и по два виброизолятора АПНМ-6 (с несущей способностью по 12 кг каждый).

Аэрофотоаппарат был установлен на самолете Ан-12 и в местах крепления виброизоляторов на фюзеляже, а также в контрольной точке на аэрофотоаппарате закреплены вибродатчики ускорения ВДВ-8. Самолет оборудован контрольно-записывающей аппаратурой, содержащей многоканальный магнитный регистратор 14СЧМ-3Б, а также многоканальный пьезовиброаппаратурой ПВА-3, позволяющими одновременно и синхронно регистрировать вибрационные нагрузки в местах размещения вибродатчиков на аэрофотоаппарате. На различных режимах (взлетах, горизонтальных режимах полета, посадках) производилось измерение и регистрация аналоговых реализаций вибронагрузок.

Полученные вибронагрузки одновременно и синхронно со стойки воспроизведения 14СЧМ-1Н введены в ЭВМ типа ЕС-1055, где по специализированным программам подвергнуты статистической обработке.

Вычислены автономные энергетические спектры по алгоритму. Если x(nΔ t) - выборочная реализация аналоговой реализации, то Х(ХΔ t) - является амплитудным спектром этой реализации, полученной с помощью БПФ, причем
X (kΔf) = Σ x (nΔt) l^2πkn/N где t = n Δt Δt = T/N;
f = KΔ f
K - объем выборки внутри реализации;
n, K = 1, . . . , N-1.

Исходя из этого энергетические спектры
W_xx(f) = 2T X(K_Δ f)²
Графики полученных спектров входных вибронагрузок приведены на фиг. 2-5, а спектр реакции амортизирующей опоры - на фиг. 6.

По реализациям входных вибронагрузок Х(t) и реакции опоры Y(t) с использованием функций множественной когерентности находят когерентные спектры входов.

По отношению соответствующих когерентных спектров определены частные амплитудно-частотные характеристики отдельных каналов виброзащиты, зависящие в основном от эффективности используемых виброизоляторов.

При анализе полученных результатов принималось решение о доработке системы амортизации аэрофотоаппарата для снижения уровня угловых виброускорений и виброскоростей на частотах до 50 Гц. Для этого производилась замена виброизоляторов на тех каналах, у которых были худшие частные амплитудно-частотные характеристики (коэффициент динамичности - наибольший и высокие резонансные частоты), ими оказались каналы, содержащие виброизоляторы АПНМ-6.

Использование предлагаемого способа позволяет доработать систему виброзащиты (путем изменения жесткостных диссипативных характеристик амортизаторов для отдельных каналов или изменения мест крепления этих амортизаторов) и добиться оптимальной защиты бортового оборудования с учетом индивидуальных характеристик элементов крепления и интенсивности передаваемой через него вибронагрузки. (56) Справочник по судовой акустике. Л: Судостроение, 1978, с. 398-400.

Использование: изобретение относится к приборо- и машиностроению. Сущность: способ заключается в определении массы и центра масс защищаемого объекта, а также координат точек крепления к нему амортизаторов и выбор амортизаторов. В точках крепления амортизаторов на входах системы виброзащиты, а также в контрольной точке защищаемого объекта измеряют вибронагрузки, оценивают и выделяют энергетические спектры независимых составляющих вибронагрузок на входах и соответствующие им вибронагрузки. На выходе системы виброзащиты определяют амплитудно-частотные характеристики для каждого из каналов, затем путем изменения жесткости или диссипации применяемых амортизаторов получают АЧХ системы виброзащиты, отвечающей заданным требованиям. 6 ил.

СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ, заключающийся в том, что регистрируют параметры вибрации на входе каждого канала виброзащиты оборудования, определяют амплитудно-частотные характеристики каждого канала виброзащиты, по которым судят о ее эффективности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки виброзащиты, регистрируют параметры вибраций в контрольной точке объекта, выделяют энергетические спектры независимых составляющих параметров вибрации на входе каждого канала виброзащиты и соответствующих им независимых составляющих параметров вибраций в контрольной точке объекта, а амплитудно-частотные характеристики каждого из каналов виброзащиты определяют по зарегистрированным энергетическим спектрам.