Испытательный вибростенд Советский патент 1982 года по МПК G01M7/00 G01N3/32 

(54) ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ВИБРОСТЕНД

1

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к вибростендам для резонансных изделий на вибропрочность и усталость.

Известен вибростенд, содержащий последовательно соединенные вибродатчик, фазовращатель, полосовый фильтр, усилитель мощности и вибратор, образующие с испытуемым объектом автоколебательный контур, и цепь отрицательной обратной to связи, включающую интегратор и автоматический регулятор амплитуды колебаний 1 .

Однако этим вибростендом невозможно программировать частоты возбужденных is колебаний..

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является испытательный вибростенд, содержащий последовательно соединенные устройство в виде 20 одного вибродатчика для контроля колебаний испытуемого объекта, фазовращатель полосовый фильтр, усилитель мощности и вибратор, образующие с испытуемым объектом автоколебательный контур, цепь отрицательной обратной связи, включающую интегратор и автоматический регулятор амплитуды колебаний, и программатор, включащий задатчик длительности или числа циклов ступеней программы испытаний, блок управления и подключенный к нему коммутатор, соединенный с задатчиком уровня возбуждения. Этот вибростенд обеспечивает возможность проведения программных испытаний при ступенчатом изменении нагрузки Г2 .

Однако в известном вибростенде не предусмотрена возможность автоматизации процесса перехода от возбуждения колебаний на одной резонансной частоте к возбуждению колебаний на другой резонансной частоте при испытаниях многорезонансных объектов.

Цель изобретения - автоматизация программных испытаний многорезонансных объектов.

Поставленная цель достигается тем, что в испытательном вибростенде, содержащ| м последовательно соединенные уст ройство для контроля колебаний испьпуемого объекта, фазовращатель, полосовой фильГр, усилитель мощности и вибратор, образующие с испытуемым объектом автоколебательный контур, цепь отрицательной обратной связи, включающую интегратор и автоматический регулятор амплитуды колебаний, и программатор, включающий задатчик длительности или числа циклов ступеней программы испытаний, блок управления и псдключенный к нему коммутатор, соединенный с эадатчиком уровня возбуждения, устройство для контрсшя колебаний содержит несколько устанавливаемых на различных элементах испытуемого объекта датчиков, соединенных с фазовращателем и интегратором через коммутатор, а выходы последнего подклю чены к управляющим входам фазовращателя и полосового фильтра. На чертеже представлена блок-схема описьшаемого вибростенда. Вибростенд содержит вибратор 1, усилитель 2 мощности, фазовращатель 3, полосовой фильтр 4, устройство 5 для конт роля колебаний испытуемого объекта 6, включаклцее в себя несколько датчиков 7 (например, датчиков скоростей, ускорений перемещений или деформаций), установлен ных на различных элементах испытуемого объекта 6, интегратор 8, выделяющий огибающую выходного сигнала датчиков 7 автоматический регулятор 9 амплитуды колебаний, связанный с органами установ ки коэффициента усиления усилителя 2 мсяцности и снабженный задатчиком 1О уровня возбуждения, программатор 11 для программного ступенчатого изменения амплитуд и частот возбуждаемых колебаний в функции числа циклов нагружения или времени. Элементы, обозначенные по зициями 1-7 образуют автоколебательный контур, а позициями 7 - 1О - цепь отрицательной обратной связи. Программатор 11 включает формирователь 12 входных сигналов, соединенный с усилителем 2 мощности или другим ис.точником импульсных сигналов, вырабатываемых при создании каждого цикла нагружеиия (при использовании задатчи- ков длительности .степеней программы связь входа программатора с усилителем 2 отсутствует), делитель 13 частоты (пересчетное устройство), триггерный двоично-десятичный счетчик 14, состоящий из нескольких декад (на чертеже показан счетчик из четырех декад), диодные матрицы 15, преобразующие двоично десятичный код в десятичный, Задатчики 16 числа циклов каждой из N ступеней программы, блоки 17 совпадения, в которых подключены выходы задатчиков 16, блок 18 управления, осуществляющий переключение на следующий этап, сбрасывая счетчик в исходное состояние, коммутатор 19, подключенный к блоку 18 и вьтолненный, например, в виде набора многоконтактных реле по числу стуценей реализуемой программы испытаний. Полосовый фильтр 4, .фазовращатель3 -и задатчик 10 регулятора 9 имеют по несколько переключаемых цепочек ({яксированной настройки соответственно полосы пропускания и фазового. сдвига, определя щих частоту возбужааемых колебаний и коэффициента усиления усилителя 2, определяющего амплитуду возбуждаемых коле баний. Управляющие входы фильтра 4, фазовращателя 3 и задатчика 1О подключены к выходам коммутатора 19, через который датчики 7 включены в автоколебательный контур и цепь отрицательной обратной связи, Вибростенд работает следующим об- Перед началом испытаний экспериментально по предварительно полученным ориентировочным данным программы произво- дится установка датчиков 7 и регулировка цепей фиксированной настройки фильтра 4, фазовращателя 3 и регулятора 9, обеспечивающая получение колебаний на за- данных резонансных частотах испытуемого объекта 6 с заданными амплитудами. Ширина полосы пропускания фильтра 4, устанавливаемая при настройке, должна быть достаточной для того, чтобы небольшие изменения резонансных частот испытуемого объекта в процессе испытаний, обусловленные изменениями его жесткости ных и демпфирующих характеристик, не связанными с серьезными разрушениями, не приводили к срыву автоколебаний. Настройка фазовращателя 3-должна обеспечивать для резонансных частот (и при указанных вьпне небольших их изменениях) оптимальные фазовые соотношения между колебаниями испытуемого объекта 6 и вое- мущающими воздействиями вибратора 1, при которых энергетические затраты для получения заданных амплитуд колебаний минимальны. При нарушении равновесия испытуемой многорезонансный объект 6 начинает совершать колебания с собственными частотами. Эти колебания восприни- маются датчиками 7 и преобразуются в . электрические сигналы, которые после усиления в усилителе 2 мощности используются для питания вибратора 1. Незатухающие колебания поддерживаются за сче положительной обратной связи, по цепи которой поступает энергия, компенсирующая потери энергии в колебательной системе. В выходном сигнале устройства 5 для контроля колебаний содержатся составляло щие с частотами практически всех собст венных колебаний испытуемого объекта 6 Автоколебания в контуре автоматически , устанавливаются на одной из собственных частот, для которой амплитуда составляющей сигнала в цепи положительной обратиной связи максимальна. Для обеспечения преобладания амплитуды той или иной составляющей при программировании частотного режима вибростенда используется зависимость амплитуд составляющих от мест установки датчиков 7 на объекте, настройки фильтра 4 и фазовращателя 3. На выходе интегратора 8, подключаемого коммутатором 19 на определенных ступенях программы к соответствующему датчику 7, вырабатывается электрический сигнал, пропорциональный амплитуде контролируемого параметра (смещения, скорос ти или ускорения) возбуждаемых колебаний. Этот сигнал используется для осуществления отрицательной обратной связи в регуляторе 9 амплитуды колебаний. При наличии рассогласования между заданным и действующим значениями амплитуды колебаний (например, при изменениях резонансных частот вследствие изменений жесткостных характеристик испыту мого объекта) исполнительный орган регулятора 9 воздействует на орган настрой ки коэффициента усиления усилителя 2 обеспечивая устранение рассогласования. Электрические импульсы с выхода усилителя 2 после каждого цикла нагружения поступают на формирователь 12 входных сигналов программатора 11. После ot счета заданного задатчиком 16 для данной ступени программы количества циклов блок 18 управления воздействует на коммутатор 19, который вьшолняет следующие операции, связанные с переходом на очередную ступень программы: переклю чает датчики 7, используемые в цепях обратной связи автоколебательного контура и регулятора 9 амплитуды; переключает дискретные элементы фиксированной настройки частотного фильтра 4, фазовращателя 8, а также задатчика 1О регулятора 9 амплитуды. В зависимости от характера варьируемых параметров возбуждаемых нагрузок переход от этапа к этапу программы может осуществляться как путем одновременного пе1 еключения всех перечисленных цепей, так и путем переключения только некоторых из них. При существенных изменениях резонансных частот испытуемого объекта, вызванных разрушениями отдельнб1х элементов и происходящих обычно после исче{ пания определяемого ресурса, испытания прекращаются. Изобретение позволяет расширить область воспроизводимых испытательных программ, благодаря чему обеспечиваеч ся возможность имитации при испытаниях условий, близких к эксплуатационным, и повышение достоверности результатов испытаний. Формула изобретения Испытательный вибростёнд, содержащий последовательно соединенные устройство для контроля колебаний испытуемого объекта, фазовращатель, полосовой фильтр, усилитель мощности и вибратор, образующие с испытуемым объектом автоколебательный контур, цепь отрицательной обратной связи, включающую интегратор и автоматический регулятор амплитуды колебаний, и программатор, включающий зада тчик длительности или числа циклов ступеней программы испытаний, блок управления и подключенный к нему коммутатор, соединеннъ1Й с задатчиком уровня возбуждения, отличающий-с я тем, что, с целью автоматизации программных испытаний многорезонансных объектов, устройство для контроля колебаний содержит несколько устанавливаемых на различных элементах ккпытуемого объекта датчиков, соединенных с фазовращателем и интегратором через коммутатор, а выхяды последнего подключенъг к управляющим входам фазовращателя и полосоого фильтра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Максимов В. П., Мамулащвили Г. А. Автоматический регулятор амплитуды механических колебаний деталей мащин. Материалы семинара Вибрационная техника, сборник 2, М., МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского, 1967, с. 29-35. 2.Авторское свидетельство СССР N9464795. кл. Q 01 М 7/00, 1973 (прототип).