ДИНАМИЧЕСКИЙ МОДЕЛИРУЮЩИЙ СТЕНД

Предполагаемая полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для моделирования в лабораторных условиях режимов эксплуатации испытуемых объектов.
Известен стенд, содержащий станину, на которой установлены четыре концентрически расположенных карданных кольца, каждое из которых выполнено с возможностью поворота с помощью следящей системы с гидроприводом, установленным на соседнем кольце (см., например. Гидравлические и пневматические силовые системы управления. Под редакцией Дж.Блэкборн и др. - М., изд. «Иностранной литературы», 1962, с.с.149-150).
Данный стенд обеспечивает возможность задания многостепенных динамических нагрузок, однако возможности его применения имеют ограничения по частотному диапазону задаваемых режимов.
Наиболее близким аналогом-прототипом является стенд, воспроизводящий в трех координатных плоскостях угловые движения испытуемого объекта (см., например, Чернышев А.В. Проектирование стендов для испытания и контроля бортовых систем летательных аппаратов: Учебник для авиационных специальностей вузов. - М.: Машиностроение, 1983, с.с.85-86) и содержащий платформу, выполненную в виде круглой в плане, с зубьями шестерни по контуру пластины, с закрепленными на ней кронштейнами, на которых на опорах с возможностью поворота вокруг оси, параллельной плоскости этой платформы, установлена первая рама, на которой на опорах с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной оси
поворота первой рамы, установлена вторая рама. При этом стенд содержит также привода поворота платформы и первой и второй рам, а также датчики поворота этой платформы и рам и устройство управления, причем привод поворота платформы связан с ней соответствующей шестерней, привод поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с этой рамой, а привод поворота второй рамы соответственно связан со второй рамой и установлен на первой раме, датчик поворота платформы соответственно связан с платформой, датчик поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с первой рамой, а датчик поворота второй рамы соответственно связан с этой рамой и установлен на первой раме.
Известный стенд обеспечивает возможность задания многостепенных динамических нагрузок, однако его выполнение ограничивает номенклатуру испытуемых объектов, например, функционирующих радиоэлектронных блоков, за счет влияния выступающих деталей стенда, уменьшающих пространство обзора для таких объектов и создающих соответствующие помехи.
Задача полезной модели состоит в разработке динамического моделирующего стенда, обеспечивающего возможность испытаний функционирующей, и в частности радиоэлектронной аппаратуры.
Сущность полезной модели состоит в том, что в динамический моделирующий стенд, содержащий платформу, выполненную в виде пластины, круглой в плане, с возможностью поворота вокруг оси и с зубьями шестерни по контуру, на которой с возможностью поворота вокруг оси, параллельной плоскости этой платформы, установлена первая рама, с размещенной на ней с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной оси поворота первой рамы, второй рамой, при этом стенд содержит также привода поворота платформы и первой и второй рам, а также датчики поворота этой платформы и рам и устройство управления, причем
привод поворота платформы связан с ней соответствующей шестерней, привод поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с этой рамой, а привод поворота второй рамы соответственно связан со второй рамой и установлен на первой раме, датчик поворота платформы соответственно связан с платформой, датчик поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с первой рамой, а датчик поворота второй рамы соответственно связан с этой рамой и установлен на первой раме, введены станина, блоки концевых выключателей и буферные упоры поворота платформы и рам, а также дополнительная платформа, причем дополнительная платформа жестко закреплена на второй раме, привод и датчик поворота платформы закреплены на станине, блок концевых выключателей и буферный упор поворота платформы закреплены на станине и соответственно связаны с платформой, блок концевых выключателей и буферный упор поворота первой рамы размещены на платформе и соответственно связаны с первой рамой, а блок концевых выключателей и буферный упор поворота второй рамы соответственно связаны с этой рамой и установлены на первой раме, при этом электрические входы приводов поворота платформы, и первой и второй рам соединены с соответствующими с первого по третий выходами устройства управления, выходы датчиков поворота платформы, и первой и второй рам подключены к соответствующим с первого по третий входам устройства управления, а электрические выходы блоков концевых выключателей платформы, и первой и второй рам соединены соответственно с четвертого по двенадцатый входами устройства управления, причем первая и вторая рамы выполнены каждая в виде двух параллельно расположенных и жестко соединенных, например, с помощью пластин плоских кольцевых секторов, установленных, например, на роликах, в соответствующих дугообразных направляющих, причем направляющие первой рамы закреплены на платформе, а направляющие второй рамы установлены
на пластине, соединяющей сектора первой рамы, при этом на пластине, соединяющей сектора второй рамы, установлена дополнительная платформа, внешний контур на одном из секторов каждой рамы выполнен в виде части зубчатого колеса, связанного с соответствующей шестерней соответствующего привода, а угловая габаритная величина секторов составляет (30°-270°).
Предложенный динамический моделирующий стенд обеспечивает задание эксплуатационных нагрузок, а за счет конструктивного выполнения, устраняющего возможность перекрытия элементами стенда пространства над платформой, на которой установлен испытуемый объект, практически исключает вероятность появления помех при испытании радиоэлектронного оборудования.
На фиг.1 представлен общий вид динамического моделирующего стенда, на фиг.2 приведен вид стенда в разрезе по А-А, на фиг.3 показан вид стенда сверху (по стрелке Б), на фиг.4 приведен вид стенда сбоку (по стрелке В), на фиг.5 показан вид стенда в разрезе по Г-Г, на фиг.6 приведен вид стенда в разрезе по Д-Д, на фиг.7 представлена функциональная блок-схема стенда.
Динамический моделирующий стенд (фиг.1) содержит станину 1, выполненную, например, в виде усеченного конуса цельносварной конструкции, по оси которой с возможностью поворота на валу 2 в подшипниках (на фиг. не пронумерованы), установлена платформа 3, выполненная в виде пластины, круглой в плане с выполненными по контуру зубьями 4 шестерни, и предназначенная для задания перемещений по каналу курса (см., например, Чернышев А.В. Проектирование стендов для испытания и контроля бортовых систем летательных аппаратов: Учебник для авиационных специальностей вузов. - М.: Машиностроение, 1983, с.86).
На платформе 3 жестко закреплен кронштейн 5 с установленными на нем опорными роликами 6 и 7. На роликах 6 установлены жестко соединенные с помощью пластины 8 кольцевые
сектора 9 первой рамы 10. При этом ролики 6 обеспечивают возможность поворота первой рамы 10 вокруг оси, параллельной плоскости платформы 3, а ролики 7 обеспечивают фиксацию рамы 10 от сдвига в боковом (по оси рамы 10) направлении.
На пластине 8, в средней части и поперек первой рамы 10 закреплен кронштейн 11 с установленными на нем опорными роликами 12 и 13. На роликах 12 установлены жестко соединенные, например, сваркой с помощью пластины 14 кольцевые сектора 15 второй рамы 16, при этом на пластине 14 закреплена дополнительная платформа 17, предназначенная для установки испытуемого объекта (на фиг. не показан). Ролики 12 обеспечивают возможность поворота второй рамы 16 вокруг оси, перпендикулярной оси поворота первой рамы 10, а ролики 13 обеспечивают фиксацию рамы 16 от сдвига в боковом (по оси рамы 16) направлении.
1
1
Угловая габаритная величина секторов 9 и 15 составляет (30°-270°), причем внешние контура секторов 9 и 15 выполнены в виде соответствующих по длине дуг частей зубчатых колес (на фиг. не пронумерованы). Выбор величин секторов зависит от требований к условиям испытаний (величине обзора) функционирующего объекта.
1
1
4
4
На станине 1 установлен привод 18 поворота платформы 3, выполненный в виде бесколлекторного серводвигателя (на фиг не пронумерован) B2.SM.001-6400 с сервоусилителем (на фиг не пронумерован) 10. S4 сервосистемы КЕВ COMBIVERT S фирмы КЕВ (см., например, каталог COMBIVERT S КЕВ Antriebstechnik, 2000, с.с.4-12) и с помощью шестерни (на фиг. не пронумерована), установленной на выходном валу серводвигателя привода 18, связанный с зубьями выполненными, как уже указывалось ранее, по контуру платформы 3.
2
1
На платформе 3 установлен привод 18 поворота первой рамы 10, аналогичный приводу 18 поворота платформы 3 и соответственно с помощью соответствующей шестерни (на фиг. не пронумерована),
2
1
установленной на выходном валу серводвигателя привода 18, связанный с зубьями на внешнем контуре сектора 9.
1
1
3
3
Соответственно на кронштейне 11 установлен также аналогичный приводу 18 поворота платформы 3 и соответственно связанный с зубьями на внешнем контуре сектора 15 привод 18 поворота второй рамы 16 с помощью соответствующей шестерни (на фиг. не пронумерована), установленной на выходном валу серводвигателя привода 18.
1
1
На станине 1 установлен также датчик 19 угла, предназначенный для определения фактического углового положения платформы 3, выполненный, например, в виде многооборотного цифрового датчика положения фирмы Heidenhain ROQ-425 (см., например, каталог Code-Drehgeber Katalog, 1997) и через закрепленную на валу датчика 19 люфтовыбирающую (см., например, В.А.Панов и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. 3-изд., Л.: Машиностроение, Ленингр. Отделение, 1980, с.511) шестерню 20 введенный в зацеплении с зубьями, выполненными, как уже указывалось ранее, по контуру платформы 3.
1
2
3
2
3
2
3
1
1
Выполненные аналогично датчику 19 угла и предназначенные для определения фактического углового положения соответственно первой и второй рам 10 и 16 датчики 19 и 19 угла установлены соответственно на кронштейнах 5 и 11 и через закрепленные на валах датчиков 19 и 19 люфтовыбирающие шестерни 20 и 20 (см., например, В.А.Панов и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. 3-изд., Л.: Машиностроение, Ленингр. Отделение, 1980, с.511), введенные в зацеплении с зубьями на внешнем контуре секторов 9 и 15 соответственно.
1
2
3
При этом, на станине 1 и кронштейнах 5 и 11 и соответственно на платформе 3 и рамах 10 и 16 установлены элементы блоков 21 концевых выключателей (соответственно 21, 21 и 21), выполненных в виде оптодатчиков 22, например, оптодатчиков ОРВ 625 (см.,
1к1
1к2
1c
2к1
2к2
2c
3к1
3к2
3с
например, RS каталог 2005 г., P/N 455-0868-RS) и предназначенных для контроля за угловым положением относительно среднего значения соответственно платформы 3 и рам 10 и 16, причем каждый блок 21 концевых выключателей содержит комплект из трех оптопар 22, размещенных на краях и посредине выбранной дистанции перемещения соответственно платформы 3 и первой и второй рам 10 и 16 (соответственно 22, 22 и 22 - для оптопар, контролирующих положение платформы 3, 22, 22 и 22 - для оптопар, контролирующих положение первой рамы 10 и 22, 22 и 22 - для оптопар, контролирующих положение второй рамы 16).
Кроме того, на станине 1 и кронштейнах 5 и 11 и соответственно на платформе 3 и рамах 10 и 16 установлены элементы буферных упоров 23, предназначенных для гарантированного останова платформы 3 и первой и второй рам (10 и 16, соответственно) в заданном положении.
1
2
3
Электрические (управляющие) входы приводов 18 поворота платформы 3 (привод 18) и первой и второй рам 10 и 16 (соответственно привода 18 и 18) соединены соответственно с первого по третий выходами устройства 24 управления, выполненного в виде компьютера IBM PC в корпусе промышленного исполнения типа Pentium IY 3000/512 MBRAM/HDD80GB/CD-RW/AsusV9520TD128MB (см., например, Краткий каталог продукции фирмы Advantech 7.0, 2003 г., с.29) и предназначенного для организации позиционных контуров следящих систем (на фиг не показаны) стенда.
1
2
3
1к1
1к2
1c
1
Первый, второй и третий входы устройства 24 управления подключены к выходам датчиков 19, 19 и 19 угла соответственно, с четвертого по шестой входы устройства 24 управления соединены с выходами соответственно с первой по третью оптопары (соответственно 22, 22 и 22) блока 22, с седьмого по девятый входы устройства 24 управления подключены к выходам
2к1
2к2
2с
2
3к1
3к2
3с
3
соответственно с первой по третью оптопары (соответственно 22, 22 и 22) блока 22, а с десятого по двенадцатый входы устройства 24 управления соединены с выходами соответственно с первой по третью оптопары (соответственно 22, 22 и 22) блока 22.
Буферные упоры 23 выполнены содержащими нажимное устройство 25, выполненное в виде, например, рычага (на фиг. не показано) и подпружиненный упор 26, причем нажимные устройства 25 установлены на платформе 3 и первой и второй рамах 10 и 16 с дву сторон соответствующей дистанции их перемещения, а подпружиненные упоры 26 установлены также с двух сторон соответствующих дистанций перемещения соответственно на станине 1 и кронштейнах 5 и 11.
Динамический моделирующий стенд работает следующим образом:
Предварительно на дополнительном управляющем компьютере (на фиг. не показан) формируют математическую модель, например, самолета (см., например, Г.М.Петров и др. «Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах». Изд. «Машиностроение», М., 1975, с.с.82-116).
1
2
3
Испытываемый аппаратурный блок (на фиг. не показан), реагирующий на действие угловых возмущений (например, блок гироскопических датчиков навигационной системы самолета) устанавливают на дополнительной платформе 8 стенда, после чего подвижные узлы стенда (платформу 3, и первую и вторую рамы (соответственно 10 и 16) с помощью компьютера 24 и соответствующих приводов 18, 18 и 18) устанавливают в нулевом положении.
1
2
3
Затем на соответствующие входы (22, 22 и 22) компьютера 24 подают оцифрованные сигналы, соответствующие текущим значениям углов поворота самолета по курсу (фиг.1, ось 1-1), крену (фиг.1, ось II-II) и тангажу (фиг.1, ось III-III). На соответствующие входы
1
2
3
компьютера 24 подают сигналы датчиков 19, 19 и 19, соответствующие фактическим угловым положениям (сигналы обратной связи) подвижных узлов стенда (платформы 3, и первой и второй рам (соответственно 10 и 16). Компьютер 24 определяет разности задаваемого и фактически отработанного углов поворота соответствующих подвижных узлов стенда и формирует сигналы ошибки, соответствующие (например, пропорциональные) полученным разностям, которые далее суммирует с корректирующими, пропорциональными задаваемым скоростям и ускорениям соответствующих каналов стенда сигналами.
1
2
3
Эти суммарные сигналы усиливают с помощью усилителей мощности (на фиг. не показаны) и подают на соответствующие цифровые следящие привода (18, 18 и 18), отрабатывающие заданные углы поворота.
В результате испытуемый аппаратурный блок совершает пространственные угловые движения, соответствующие определенным на вышеуказанной математической модели угловым движениям самолета.
При этом сигналы датчиков исследуемой аппаратуры передают (на фиг. не показано) на дополнительный управляющий компьютер (на фиг. не показан), например, для замыкания контура системы управления реализуемой модели.