Устройство для возбуждения колебаний Советский патент 1992 года по МПК B06B1/16 G01M7/00 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для возбуждения резонансных колебаний в стендах для испытаний изделий на усталость, вибропрочность ресурса а также в вибромашинах различного технологического назначения с поддерживанием резонансного режима при изменениях состояния изделий.

Известны испытательные стенды с механическими (инерционными кинематическими) возбудителями колебаний, работающие в вынужденном режиме и снабженные электрическим приводом

Однако их недостатком является необходимость ручной настройки частоты возбуждаемых колебаний в соответствии с резонансными свойствами испытуемого объекта. В связи с тем. что резонансные частоты в ходе испытаний могут изменяться из-за износа элементов объекта появления люфтов, разрушений и т.п приходится периодически подстраивать вручную частоту

возбуждаемых колебаний, что снижает точность поддержания задаваемого программой испытаний резонансного режима и приводит к значительным затратам труда и времени.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для возбуждения колебани/i механических систем содержащее возбудитель колебаний в виде синхронного двигателя переменного тока связанного с механической системой, с цепью обратной связи соединяющей механическую систему и синхронный двигатель и выполненный в виде соединенных последовательно датчика колебаний фазовращателя и усилителя. В устройстве используется положительная обратная связь, создающая замкнутый автоколебательный контур, включающий в себя испытуемую конструкцию Особенностью такого контура является возможность возбуждения (мягкого или жесткого) в нем колебаний на

+

Ј

XJ

W

со

со

VI 00

резонансной частоте испытуемого объекта и автоматическое отслеживание изменений этой частоты в ходе работы устройства.

Известное устройство обладает следующими недостатками, обусловленными применением в качестве привода вибровозбудителя синхронного электродвигателя: ограниченный частотный диапазон воспроизводимых резонансных колебаний испытуемых конструкций; значительная масса, приходящаяся на единицу мощности привода, что не всегда позволяет жестко связывать привод с вибровозбудителем при установке его непосредственно на испытуемую конструкцию (в этом случае синхронный двигатель устанавливается вне испытуемого объекта и связывается с виб ровозбудителем, располагаемым на испытуемом объекте, с помощью гибкого вала): необходимость в применении дополнительного источника энергии - силовой сети переменного трехфазного тока (не удается ограничиться использованием типовых для лабораторий прочностных натурных испытаний гидравлических источников).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для возбуждения колебаний.

Поставленная цель достигается тем. что в устройстве для возбуждения колебаний, содержащем механический вибровозбудитель с приводом и цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных датчика колебаний и усилителя мощности, привод выполнен в виде гидромотора, а в цепь обратной связи введены преобразователь частоты в напряжение, вход которого соединен с выходом датчика колебаний, а выход - с входом усилителя мощности, и сервоклапан. вход которого соединен с выходом усилителя мощности а выход - с входом гидромотора

На чертеже представлена структурная схема устройства для испытательного вибростенда.

Устройство для возбуждения колебаний содержит механический вибровозбудитель 1, действующий на испытуемую конструкцию 2 (например, инерционный или кинема- тический), гидромоторный привод 3 вибровозбудителя, электрогидравлический преобразователь (сервоклапан) 4. датчик 5 колебаний испытуемой конструкции 2 (например, датчик вибрационных смещений, частот или скоростей): полосовой частотный фильтр 6, настройка которого обеспечивает возбуждение колебаний на одной из резо нансных частот испытуемой конструкции (при испытаниях многорезонансных конструкций), а также исключает (или уменьшает)

-

10

15

20

25

влияние возможных внешних помех на колебательный процесс, преобразователь 7 частоты возбуждаемых колебаний в электрическое напряжение или ток (например, на базе конденсаторного частотомера); индикатор 8 частоты возбуждаемых колебаний с пороговым элементом для сигнализации и приведения в действие системы защиты испытательного стендг. при существенных изменениях частоты возбуждаемых колебаний, отслеживающей изменения собственных частот испытуемого объекта в слу- чае значительных его повреждений, усилитель 9 мощности сигнала преобразователя 7 до уровня, обеспечивающего необходимое воздействие на сервоклапан 4, регулируемый источник 10 постоянного напряжения, переключатель 11 для соединения входа сервоклапана 4 с выходом усилителя 9 (при работе в автоколебательном режиме) или с источником 10 напряжения (при работе в вынужденном режиме).

Элементы 1-7 и 9 образуют автоколебательный контур с положительной обратной связью, соединяющей возбудитель 1 и привод 3. Для возбуждения резонансных автоколебаний необходимо обеспечение в рабочем диапазоне частот равенства частоты возбуждения колебаний вибровозбудителем 1 и частоты электрических колебаний на выходе частотного фильтра 6. Это условие выполняется, если

5

- 1,

ПвКпчнКуКскКгм

d U

dfB

вания преобразователя частоты в напряжение.

где К,

пчн

- коэффициент преобразоKv

d I

d U

- коэффициент преобразова

ния усилителя; „ dQ

ск - j |

коэффициент преобразования сервоклапана; dfn

Кг

dQ

крутизна

рактеристики гидромотора; fn

Пв -г- - коэффициент, характеризуюТп

щий конструктивные особенности вибровозбудителя и его связей с гидромотором

(например, наличие и характеристики редуктора на валу гидромотора) и определяемый числом перисдов возбуждаемых колебаний на один оборот привода,

fe - частота возбуждаемых колебаний

(на выходе частотного фильтра):

fn - частота вращения привода вибровозбудителя;

U - напряжение на выходе преобразователя 7;

I - ток на выходе усилителя 9, являю- щийся управляющим для сервоклапана 4;

Q - расход рабочей жидкости через сер- воклапан.

Выполнение указанного условия может быть достигнуто за счет установки соответствующего значения коэффициента Ку или Кпчн при заданных характеристиках сервоклапана, гидромотора и вибровозбудителя.

Необходимые для эффективной работы устройства фазовые соотношения в автоколебательном контуре обеспечиваются с помощью дополнительных элементов (не показан) для регулировки сдвига между фазой ротора вибровозбудителя и фазой коле- баний испытуемого объекта (например, путем углового смещения дебаланса в инерционном центробежном вибровозбудителе, регулировкой параметров переходных процессов в системе при запуске и др.).

Устройство для возбуждения колебаний работает следующим образом.

В положении I переключателя 11 устройство работает в вынужденном режиме. В зависимости от величины напряжения (или тока), прикладываемого к управляющим цепям сервоклапана 4 от источника 10 и определяющего расход жидкости, поступающей к гидромотору, устанавливается частота возбуждаемых колебаний (резонансных или нерезонансных). Частота контролируется по индикатору 8. Амплитуда возбуждаемых колебаний испытуемой конструкции 2, зависящая от частоты, устанавливается смещением дебаланса инерционного вибровозбудителя на то или иное расстояние от оси вращения или изменением радиуса кривошипа в кинематическом вибровозбудителе.

Автоколебательному режиму работы устройства соответствует положение I переключателя 11. При нарушении равновесия испытуемой конструкции 2 тем или иным способом (например, за счет начального толчка или разгона вибровозбудителя в вы нужденном режиме до скорости соответствующей резонансной частоте, с последующим переводом переключателя 11 в положение II) испытуемая конструкция 2 начинает совершать колебания с собственными частотами. Эти колебания воспринимаются датчиком 5, выходные электрические сигналы которого проходят через частотный фильтр 6 пропускающий лишь частоты, соответствующие выбранному режиму возбуждаемых колебаний. В преобразователе 7 сигналы с

выхода фильтра 6 преобразуются в электрический сигнал, напряжение которого пропорционально частоте входного сигнала. После усиления в усилителе 9 до уровня, обеспечивающего выполнение указанного условия, сигнал с выхода преобразователя 7 направляется в управляющие цепи сервоклапана 4, питающего гидромотор 3. Последний приводит во вращение вибровозбудитель 1 со скоростью, соответствующей частоте резонансных колебаний Незатухающие колебания поддерживаются за счет положительной обратной связи, по цепи которой поступает энергия, компенсирующая потери энергии в колебательной системе. При изменениях собственной частоты испытуемой конструкции 2. например, за счет появления и развития в ней усталостных трещин, люфтов и других повреждений автоколебательная система автоматически изменяет1 частоту возбуждения, обеспечивая выход а новое резонансное состояние.

При значительных разрушения отдельных элементов испытуемого объекта, происходящих обычно после исчерпания определяемого в процессе испытаний ресурса, что приводит, в частности, к значительным изменениям резонансных частот. срабатывает пороговой элемент индикатора 8, отключающий устройство (связь катора 8 с цепями включения v отключена устройства не показана).

Устройство для возбуждения колебаний обладает расширенными функциональными возможностями за счет расширения частотного диапазона возбуждаемых резонансных колебаний испытуемых объектов v создания условий для установки вибровозбудителя совместно с достаточно легкие гидромоторным приводом непосредственно на испытуемом объекте.

Формула изобретения

Устройство для возбуждения колебаний, содержащее механический вибровозбудитель с приводом в цепь обратной связи. включающую последовательно соединенные датчик колебаний и полосовой фильтр, и усилитель мощности, отличающееся тем, что, с целью оасширения эксплуатационных возможностей путем расширения частотного диапазона и упрощения процесса установки устройства, оно снабжено преобразователем частоты в напряжение, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход -с зходом усилителя мощности, и сервоклэпаном, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, а выход - с входом привода, выполненного в виде гидромотора.

Ю

Изобретение относится к вибрационной технике Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения частотного диапазона и упрощения процесса установки. Сигнал с датчика 5 колебаний через полосовой фильтр 6 поступает на вход преобразователя 7 частоты в напряжение, который при изменении частоты вырабатывает сигнал рассогласования. Этот сигнал управляет работой гидравлического привода 3 через сервоклапан 4 что обеспечивает автоколебательный режим работы вибропреобразователя 1. 1 ил

2

Gf

47

1,Р V

//

7