СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЭС И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
DETERMINATION METHOD OF SPECTRUM OSCILLATING CHARACTERISTICS OF XPS STRUCTURAL ELEMENTS, AND PLANT FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к экспериментально-измерительной технике и может быть использовано для исследования спектральных колебательных характеристик стержней, пластин и прочих конструктивных элементов РЭС различного сечения.
Известен способ Испытания на воздействие вибрации. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий (ГОСТ 30630.1.2-99), согласно которому исследования на стойкость к внешним механическим воздействиям производятся с использованием вибростола.
Недостатком известного способа является ограниченность возможностей измерения спектральных колебательных характеристик конструктивных элементов РЭС, поскольку объект исследования (ОИ) жестко закреплен на столе вибростенда.
Из известных наиболее близким по технической сущности является «Способ измерения резонансных частот» (RU 2377509 С1), согласно которому реализуется бесконтактное измерение резонансной частоты, используя излучение линейного источника света, при этом передача вибрационного воздействия на ОИ осуществляется при помощи вибрационного стола.
Устройство - вибростенд испытательный электромеханический (RU 2419078 С2) содержит основание, электродвигатель и вибрационный стол. При этом важнейшим конструктивным элементом является вибрационный стол с закрепленным на нем ОИ.
Недостатком способа и устройства, взятых за прототип, является то, что непосредственная связь ОИ и стола для передачи возбуждения на котором он закреплен, является их принципиальной особенностью, а поэтому неизбежны и неустранимы значительные трудности при исследовании собственных форм колебаний для отдельных собственных частот и ударного воздействия в произвольной точке поверхности.
Предлагаемая установка свободна от указанных недостатков, т.к. ОИ может быть виброизолирован от основания, вибровозбудителей и вибродатчиков.
Техническим результатом предлагаемого изделия является определение спектральных колебательных характеристик конструктивных элементов РЭС и оценка значения виброскорости.
Это достигается тем, что в способе определение колебательных характеристик объекта исследования, основанном на передаче вибросилового воздействия и оценке значения виброскорости, согласно предлагаемому изобретению определение колебательных характеристик объекта исследования осуществляют путем оценки изменения значения виброскорости точки на поверхности исследуемого объекта по сравнению со значением виброскорости эталонного вибродатчика в установившемся режиме работы.
В установке для определения спектральных колебательных характеристик конструктивных элементов РЭС, основанном на объекте исследования, вибровозбудителях и вибропреобразователях, закрепленных на основании, согласно предложенному изобретению вибровозбудитель и вибродатчик виброразомкнуты от исследуемой системы.
Осуществление ударного воздействия, передача сил вибровоздействия и измерение колебаний могут осуществляться в произвольно выбранных точках поверхности.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема установки для исследования динамических характеристик конструктивных элементов РЭС, на фиг.2 показана модель установки, на фиг.3 изображена конструкция вибровозбудителя, на фиг.4 - регулируемые опоры с различным типом крепления объекта исследования.
Структурная схема установки для исследования динамических характеристик конструктивных элементов РЭС (фиг.1) состоит из трех звеньев: измерительного звена 1, эталонного звена 2 и сравнительного звена 3. Измерительное и эталонное звенья состоят из усилителя мощности 4, 5, необходимого для передачи сигнала на возбуждающую обмотку 6, 7; измерительной обмотки 8, 9; цепи электромеханической обратной связи (ЭМОС) 10, 11, необходимой для снижения влияния ОИ на передаточную функцию вибровозбудителя; исследуемого образца 12 и вибропреобразователя 13, 14. Сравнительное звено состоит из аналого-цифрового преобразователя 15, необходимого для преобразования аналогового сигнала, полученного от вибропреобразователя, с последующей передачей на ЭВМ 16 для сравнительного анализа, и цифроаналогового преобразователя 17 для преобразования в аналоговый сигнал возбуждения с последующей передачей на усилитель мощности.
Предлагаемое устройство (фиг.2) состоит из основания 18, элементов крепления объектов исследования 19, объекта исследования 20, вибровозбудителей 21, 22 и датчиков 23, 24. Датчики закреплены на регулируемой крепежной рейке основания 25, а вибровозбудители на регулируемых штативах 26. При необходимости датчики тоже могут устанавливаться на регулируемых штативах. Объект исследования может быть виброизолирован от основания посредством резиновых амортизаторов, установленных на регулируемых опорах 27 (см. фиг.4(а)). Допускается жесткое и шарнирное крепление (см. фиг.3(б) и 3(в) соответственно).
Во время работы вибровозбудители входят в точечный контакт с объектом исследования посредством стержневых толкателей 28, осуществляющих необходимое нажатие на поверхность. Амплитуда сил вибровоздействия для систем с малыми потерями в несколько раз меньше инерционных сил, поэтому они в расчете необходимой силы прижатия толкателя не являются определяющими. Таким образом, взаимодействие ОИ с внешней средой осуществляется лишь статическими силами и силами инфранизких частот, обеспечивающими пространственную стабилизацию положения системы. Для сил частот исследуемого диапазона система оказывается виброизолированной, что обеспечивается наличием во всех взаимодействующих с системой устройствах упругого промежуточного звена с малой жесткостью, практически полностью отражающего колебания.
В предлагаемой установке применяются вибровозбудители электродинамического типа. Наряду с массой достоинств, таких как простота конструкции, высокая надежность, хорошие показатели силового воздействия, частотные свойства вибровозбудителей этого типа оставляют желать лучшего, особенно в области частот основного резонанса.
Для увеличения частотной линейности и снижения влияния ОИ на передаточную функцию вибровозбудителя в данной работе использован известный и хорошо зарекомендовавший себя метод ЭМОС.
Конструкция электродинамического вибровозбудителя (фиг.3) состоит из магнитной и подвижной систем, соединенных с помощью крепежных элементов. Магнитная система состоит из двух постоянных магнитов 29 и магнитопровода 30 с воздушными зазорами. Подвижная система состоит из двух катушек медного провода 31 и 32, намотанных на бумажных каркасах 33, подвесов подвижной системы 34, стержневого толкателя 28 для передачи вибрационного воздействия. Измерительная обмотка (ИО) 31 находится на одном каркасе с возбуждающей (ВО) 32, т.о. она является частью единой подвижной системы датчика. Однако магнитные системы у возбуждающей и измерительной частей собственные. Использование сигнала ЭМОС позволяет значительно снизить частотные искажения и как следствие общую погрешность измерения.
В предлагаемой установке применяются индукционные вибропреобразователи прямого действия, предназначенные для измерения скорости вибросилового воздействия линейных и угловых перемещений. Выходной сигнал вибропреобразователя может быть проинтегрирован или продифференцирован во времени с помощью электрических интегрирующих или дифференцирующих устройств. После этих преобразований сигнал становится пропорциональным соответственно перемещению или ускорению. Однако присутствие массы датчика на поверхности исследуемого объекта искажает измеряемую величину. Кроме того, крепление датчика или его подвижной части на небольшой и легкой детали может привести к локальному увеличению жесткости, что искажает амплитуды и частоты резонансов. Кроме малой массы датчик должен обладать малой опорной поверхностью по сравнению с поверхностью исследуемого объекта.
Отличительной особенностью используемых вибропреобразователей является внешнее закрепление по отношению к ОИ, способствующее снижению влияния массы и упругости подвижной системы на точность измерения.
Учитывая особенности измерительных вибропреобразователей индукционного типа прямого действия при внешнем закреплении, используется сравнительный метод измерения, основанный на оценке изменения значения параметра вибрации по сравнению с предварительно установленным эталонным значением в установившемся режиме работы эталонного звена вибровозбудитель-виброприемник, работающих непосредственно друг на друга. Таким образом, при определении резонансных частот объекта частотные нелинейности преобразователей взаимно вычитаются, не оказывая влияния на измеряемую величину вибрации.
Процесс исследования возможно проводить как в ручном, так и в автоматизированном режиме. Однако использование технологии «виртуальных приборов» на сегодняшний день является оптимальной формой экспериментирования.
Для получения наиболее точной картины частотного спектра возможно использование нескольких вибровозбудителей либо возбуждение колебаний поочередно в нескольких скалярных каналах. Кроме того, для элементов сложного сечения возможна модернизация по приему виброскорости не только в разных каналах, но и в разных направлениях. Для определения форм собственных колебаний необходимо, последовательно устанавливая датчик на интересующих участках поверхности, произвести измерение амплитуды вибрации и фазы колебаний. Избавиться от субъективизма и ошибок лаборантов можно путем установки нескольких вибропреобразователей либо оснащением установки устройством автоматического перемещения по оси ОИ, тем самым значительно сокращая время процесса исследования. Особенно привлекательна в данной установке возможность исследования вибрации в местах крепления конструктивного элемента, т.о. изучить взаимное влияние элемента и основания, а также демпфирующие свойства различных крепежных элементов.