Устройство для динамических испытаний изделий Советский патент 1992 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при вибропрочностных, ресурсных испытаниях и для исследования динамических характеристик объектов в машиностроении.

Известно устройство для динамических испытаний сложных конструкций с многоточечным возбуждением, содержащее задающий генератор, многоканальный возбудитель

нагрузки, каждый канал которого включает последовательно соединенные усилитель мощности, электродинамический вибратор, вибродатчик и измерители амплитуды и фазы, блоки управления амплитудой и фазой вибраторов.

Устройство позволяет проводить испытания сложных изделий, однако при длительных ресурсных испытаниях использование известного устройства приводит к большим затратам, обусловленным низким КПД устройства.

Недостатком этого устройства также является ручное регулирование фазой колебаний каждого возбудителя с целью создания синфазных колебаний возбуждаемых точек конструкции испытуемой конструкции. Для обеспечения автоматической подстройки фазы (синхронизации колебаний вибраторов используют специальные сложные приборы - синхронизаторы колебаний, представляющие собой автоматически управляемые фазовращатели, обеспечивающие совпадения фаз всех возбудителей в рабочем диапазоне частот, а также многофазные сложные управляющие генераторы. В синхронизаторах колебаний применяется принцип измерения квадратурной составляющей вектора колебаний, которая используется для подстройки фазы.

Такая система автоматической подстройки фазы удорожает стоимость аппаратуры, усложняет проведение испытаний и не позволяет проводить испытания по усложненным схемам нагружения, возбуждения колебаний, например программным изменением сдвига фаз во времени при воспроизведении реальных условий нагружения испытуемых объектов. Кроме того, применяемая аппаратура в этом устройстве является аналоговой, что затрудняет применение получаемых широкое распространение в настоящее время цифровых систем автоматического управления с ЭВМ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для динамических испытаний изделий, содержащее регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределитель импульсов, подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый канал которого включает коммутатор, подключенный к соответствующим выходам кольцевого распределителя импульсов, электродинамический вибратор с двумя обмотками, два полупроводниковых управляемых триода, каждый из которых подключен последовательно с соответствующей обмоткой электродинамического вибратора, регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам электродинамического вибратора, последовательно соеди- ненные вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого подключен к управляющему входу источника питания из- меритель фаз, включающий ключ, подключенный к нему счетчик, формирователь импульсов. Информационные входы ключей измерителей фаз всех каналов подключены к выходу задающего генератора, открывающие входы ключей измерителей фаз всех каналов подключены к выходу первой ячейки колцевого распределителя импульсов, а запирающие входы этих ключей подключены через формирователь импульсов к вибродатчику соответствующего канала.

Это устройство имеет высокий КПД, од0 нако в нем применено ручное регулирование фазой колебаний каждого возбудителя, что сужает область применения.

Целью изобретения является расширение области применения путем автоматиза5 ции отслеживания задаваемого сдвига фаз параметров колебаний испытуемого изделия.

Цель достигается тем, что устройство для динамических испытаний изделий, со0 держащее регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределитель импульсов, подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый канал которого

5 включает коммутатор, электродинамический или электромагнитный вибратор с двумя обмотками, два полупроводниковых управляемых триода, каждый из которых включен последовательно с соответствую0 щей обмоткой вибратора, регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам вибратора, последовательно соединенный вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого подключен к управляющему

5 входу источника питания, измеритель фаз, включающий счетчик, формирователь импульсов, ключ, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора, первый управляющий вход - к

0 выходу первой ячейки кольцевого распределителя импульсов, второй, управляющий вход - к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к вибродатчику, снабжено в каждом канале блоком задания

5 требуемой фазы в цифровой форме и блоком сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика измерителя фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу устройства задания фазы, а выходы

0 к входам прямого и обратного счета счетчика коммутатора канала, при этом входы прямого счета счетчиков коммутатора всех каналов подключены к выходу задающего генератора.

5 Выполнение коммутаторов каналов в виде кольцевых распределителей импульсов, состоящих из реверсивного счетчика и дешифратора, входы которого подключены к входам счетчика, введение в каждый канал устройства задания требуемой фазы в числовом виде и устройства сравнения в числовом воде, один вход которого подключен к выходу счетчика измерения фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу устройства задания фазы, а выходы к входам прямого и обратного счета счетчика коммутатора канала, подключение входов прямого счета счетчиков всех каналов к выходу задающего генератора позволяет расширить функциональные возможности устройства - позволяет задавать требуемые сдвиги фаз в числовом представлении от цифровых программных устройств, например, от управляющего ЭВМ непосредственно, вести испытания с программным регулированием сдвигов фаз во времени.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема подсоединения электродинамических вибраторов к контролируемому изделию.

Устройство (фиг.1) содержит задающий генератор 1, подключенный к его выходу кольцевой распределитель 2 импульсов, на выходах которого импульсы появляются в строгой очередности, многоканальный возбудитель нагрузки (не показан), каждый канал которого состоит из коммутатора 3, управляемого источника 4 питания, электродинамического вибратора 5 (фиг.2) с обмотками 6 и 7 (фиг.1 и 2) и якорем 8 (фиг.2), вибродатчик 9, подключенный к его выходу измеритель 10 амплитуды, выход которого соединен с управляющим входом источника 4 питания. Последовательно с обмотками 6 и 7 включены соответственно полупроводниковые управляемые триоды 11 и (тиристоры). Одни концы обмоток б и 7 объединены и подключены к одному полюсу источника 4 питания, другие концы обмоток 6 и 7 через соответствующие управляемые триоды 11 и 12 подключены к второму полюсу источника 4 питания. Для шунтирования обратных напряжений на обмотках 6 и 7 к ним параллельно подключены цепочки из резисторов 13 и 14 и диодов 15 и 16. Для обеспечения коммутации триодов 11 и 12 к их входам подключен конденсатор 17. Для исключения разряда конденсатора 17 при питании от источника 4 последовательно с обмотками 6 и 7 подключены диоды 18 и 19. Параллельно источнику 4 питания включен диод 20 в обратном направлении. Для нагружен ия испытуемого изделия 21 якори 8 вибраторов 5 соединены с изделием 21 с помощью тяг 22 (фиг.2).

Измеритель 23 фаз каждого из каналов (фиг. 1) возбуждения содержит ключ 24, счетчик 25, вход которого подключен к выходу ключа, формирователь 26 управляющих импульсов, подключенный выходом к запирающему входу ключа 24. Информационные входы ключей 24 всех каналов подключены к выходу задающего генератора 1, открывающие входы всех ключей 24 подключены к

выходу первой ячейки кольцевого распределителя 2 импульсов, а входы формирователей 26 управляющих импульсов подключены к вибродатчику 9 соответствующего канала. Коммутаторы каналов 3 выполнены в ви0 де кольцевых распределителей импульсов, состоящих из реверсивного счетчика 27 и. дешифратора 28, входы которого подключены к выходам счетчика. На выходе дешифраторов 28 импульсы появляются

5 поочередно в строгой последовательности в соответствии с числом на выходе счетчиков. Выходы прямого счета счетчиков подключены к выходу генератора 1 импульсов.

Кольцевой распределитель 2 импульсов

0 выполнен аналогично коммутаторам 3 и содержит счетчик 27, вход прямого счета которого подключен к выходу генератора 1 и дешифратора 28, входы которого подключены к выходам счетчика.

5 Входы устройства 29 задания требуемой фазы в числовом виде всех каналов возбуждения для синхронизации во времени подключены к выходу задающего генератора 1 и к выходу первой ячейки кольцевого

0 распределителя 2, а выходы к одному входу устройств 30 сравнения в числовом виде, второй вход которых подключен к выходам счетчиков 25, измерителе 23 фаз, при этом один выход устройств 30 сравнения подклю5 чен к выходу прямого счета, а второй выход к входу обратного счета счетчиков 27, коммутаторов 3.

В простейшем случае устройство 29 задания фазы может содержать электронный

0 ключ 31, информационный выход которого подключен к входу прямого счета счетчика 32, выход которого подключен к входу дешифратора 33 и к первому входу устройства 30 сравнения. Информационные входы клю5 чей всех каналов возбуждения подключены к выходу генератора 1 импульсов, открывающие входы ключей к выходу первой ячейки кольцевого распределителя 2, а закрывающие входы через переключатели 34 к одно0 му входу дешифратора 33,

В многоканальном варианте в качестве устройства задания фазы может быть применен ЭВМ.

Устройство работает следующим обра5 зом.

Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы, частоту следования которых устанавливает оператор. Импульсы с выхода генератора 1 поступают на входы счетчиков 27 кольцевого распределителя 2 и кольцевых распределителей 3 (коммутаторов каналов), на выходах дешифратора 28 которых в опреде- ленной последовательности появляются импульсы с частотой меньшей, чем частота генератора 1 в число раз, равное числу выходов дешифраторов 28, распределителей 2 иЗ.

Импульсы с выходов дешифраторов 28, коммутаторов 3 подаются на управляющие входы управляемых триодов 11 и 12 и источников 4 питания, выполненных в виде преобразователей постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Для синхронизации работы и установки требуемой фазы возбуждаемой силы вибраторов 5 различных каналов управляющие входы триодов 11 и 12 подключаются к одним и тем же выходам дешифраторов 28 во всех каналах. При этом сигналы коммутаторов 3 подключают в определенном порядке поочередно обмотки 6 и 7 к источникам 4 питания. Источники 4, управляемые коммутаторами 3, вырабатывают напряжения заданной формы (например синусоидальной). Таким образом, вибраторы 5 возбуждают синхронизированные друг с другом сдвинутые по фазе силы требуемой формы, которые посредством тяг 22 (фиг.2) прикладываются к испытуемому изделию. Сигналы с вибродатчиков 9 (фиг.1) поступают на входы измерителей 10 амплитуды. Сигналы обратной связи с выходов измерителей 10 амплитуды поступают на входы управления источников 4 питания и поддерживают первоначально заданный уровень нагрузки или амплитуды колебаний виброперемещений виброускорений, виброскоростей (в зависимости от типа вибродатчиков и измерителей амплитуд).

Измерение сдвига фазы колебаний точек контролируемого изделия осуществляется таким образом. Передний фронт выходного импульсного сигнала с выхода первой ячейки кольцевого распределителя 2 импульсов открывает ключи 24 измерителей 23 фаз всех каналов одновременно. Через открытые ключи 24 на счетные входы счетчиков 25 начинают поступать импульсы с задающего генератора 1, которые суммируются в счетчиках 25. Сигналы от вибродатчиков 9 поступают на входы формирователей 26 импульсов. При этом прохождении поступающего сигнала через нулевое значение соответствующий формирователь 26 вырабатывает импульс, закрывающий ключ 24, и счетчик 25 прекращает счет. В зависимости от величины сдвига фаз количества просуммированных импульсов у разных счетчиков пропорциональны этим сдвигам. Цена импульса в градусах зависит от числа

ячеек кольцевого распределителя 2 импульсов. Например, если число ячеек распределителя 2 импульсов равно 36, то каждой единице счетчиков соответствует 10° сдвига

фазы. При увеличении числа ячеек распределителя 2 до 360 единице счетчика соответствует один градус сдвига фазы.

Синхронизация работы и установка требуемой фазы возбуждаемой силы осуществ0 ляется следующим образом. Импульсы с выхода первой ячейки распределителя импульсов 2 подаются на входы устройств задания требуемой фазы 29 каждого канала, которые от момента поступления этого им5 пульса отсчитывают число импульсов, поступающих с выхода генератора 1, соответствующих заданному сдвигу фаз и подают на один вход числового сравнительного устройства 30. Так, например, запира0 ющий вход ключа 31 с помощью переключателя 34 подключается оператором вручную к соответствующему выходу дешифратора 28 в зависимости от требуемой фазы. Импульс с выхода первой ячейки

5 распределителя 2 открывает ключ 31 и импульсы с выхода генератора 1 через ключ 31 проходят на вход прямого счета счетчика 32. Счетчик 32 суммирует поступающие импульсы до тех пор, пока на соответствую0 щем выходе дешифратора 32, к которому через переключатель 34 подключен запирающий вход 31, появится импульс, который закрывает ключ 31. Просуммированное число импульсов, соответствующее задаваемой

5 фазе, с выхода счетчика 32 подается на один вход числового сравнивающего устройства 30. На второй вход числового сравнивающего устройства 30 подается числовое значение измеренного сдвига фаз от выхода

0 измерителя фазы 23. При равенстве значений заданного и измеренного сдвига фазы на выходах сравнивающего устройства сигналы будут отсутствовать. При превышении измеренного значения сдвига фазы над за5 данным на одном выходе сравнивающего устройства 30 появится импульс, который подается на вход прямого счета счетчика 27, коммутатора 3, который сдвигает состояние дешифратора 28 на одну ступень вперед.

0 При превышении заданного значения сдвига фазы над измеренным, на втором выходе сравнивающего устройства 30 появится импульс, который подается на вход обратного счета счетчика, который сдвигает состояние

5 дешифратора 28 на одну ступень назад. В соответствии со сдвигом состояний дешифратора 28, коммутаторов каналов 3 по отношению к состоянию дешифратора 28 распределителя 2 изменится и фаза возбуж- даемой силы. В момент включения устройства кольцевой распределитель 2 импульсов и кольцевые распределители каналов 3 начинают работать синхронно, т.е. импульсы на соответствующих выходах дешифраторов 28 появляются синхронно. С началом работы устройства задания фазы 29 счетчика и дешифраторы каждого канала начинают сдвигаться по отношению к счетчику и дешифратору кольцевого распределителя 2 по отношению друг к другу и через несколь- ко циклов работы распределителя 2 возбуждающие силы или параметры колебаний испытуемого объекта (виброускорение, скорость, перемещение) установятся в соответствии с заданным сдвигом фазы и при дальнейшем процессе заданные фазы по всем каналам будут отслеживаться и поддерживаться при любых изменениях частоты колебаний, внешних и внутренних параметров испытываемого объекта.

При применении в качестве устройств 29 задания сдвига фаз многоканального программного устройства управления, например управляющей ЭВМ, задающего с течением времени или в соответствии с изменением параметров испытуемого объекта, внешней среды, требуемые сдвига фаз в цифровом виде на входы сравнивающих устройств 30, обеспечивается возможность изменения состояния сдвига фаз каждого канала возбуждения и колебаний точек испытуемого объекта во времени и в пространстве.

Предлагаемое устройство позволяетав- томатизировать процесс установки требуемого сдвига фаз на всем диапазоне исследуемых частот независимо от влияния резонансных явлений, перекрестных связей и взаимного влияния различных точек возбуждения конструкции, так как в нем фазы возбуждающих сил вибраторов автоматически перестраиваются для возбуждения

колебаний точек конструкции с требуемым сдвигом фаз.

Формула изобретения Устройство для динамических испытаний изделий, содержащее регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределитель импульсов, подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый канал которого включает коммутатор, электродинамический или электромагнитный вибратор с двумя обмотками, два полу- проводниковых управляемых триода, каждый из которых включен последовательно с соответствующей обмоткой вибратора, регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам вибратора, последовательно соединенные вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого подключен к управляющему входу источника питания, измеритель фаз, включающий счетчик, формирователь импульсов, ключ, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора, первый управляющий вход - к выходу первой ячейки кольцевого распределителя импульсов, второй управляющий вход- к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к вибродатчику, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем автоматизации.отслеживания задаваемого сдвига фаз параметров колебаний испытуемого изделия, оно снабжено в каждом канале блоком задания требуемой фазы в цифровой форме и блоком сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика измерителя фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу блока задания фазы, а выходы - соответственно к входам прямого и обратного счета коммутатора канала, входы прямого счета счетчиков коммутаторов всех каналов подключены к выходу задающего генератора.

Устройство для динамических испытаний изделий относится к испытательной технике и может быть использовано для вибропрочностных ресурсных испытаний и для исследования динамических характеристик объектов в машиностроении. Цель изо- бретения - расширение области применения путем автоматизации отслеживания задаваемого сдвига фаз параметров колебаний. Устройстзо содержит регулируемый задающий генератор импульсов, кольцевой распределитель импульсов, подключенный к выходу задающего генератора, многоканальный возбудитель нагрузки, каждый канал которого включает коммутатор, электродинамический или электромагнитный вибратор с двумя обмотками, два полупроводниковых управляемых триода, каждый из которых включен последовательно с соответствующей обмоткой вибратора, регулируемый источник питания, подключенный к обмоткам вибратора, последовательно соединенные вибродатчик и измеритель амплитуды, выход которого подключен к управляющему входу источника питания, измеритель фаз, включающий счетчик, формирователь импульсов,ключ, информационный вход которого подключен к выходу задающего генератора, открывающий вход - к выходу первой ячейки кольцевого распределителя импульсов, а запирающие входы через формирователь импульсов - к вибродатчику. Введение в каждый канал устройства блока задания требуемой фазы в цифровой форме и блока сравнения в цифровой форме, первый вход которого подключен к выходу счетчика измерителя фазы соответствующего канала, второй вход - к выходу устройства задания фазы, а выходы - к входам прямого и обратного счета счетчика коммутатора канала, а также подключение входов прямого счета счетчиков коммутаторов всех каналов к выходу задающего генератора позволяет достичь указанную цель. 2 ил. сл С з О NJ ю