Устройство для воспроизведения динамических нагрузок в ударных системах диагностики

1

УДК 621.883

устройство для воспроизведения динамических нагрузок в ударных системах диагностики

Папшев В.А., Шуваев В.Г.

Самарский государственный технический университет

В статье рассмотрены методики воспроизведения ударного импульса с заданными характеристиками. Представлена ударная установка, технические характеристики которой обеспечивают воспроизведение заданного ударного нагружения.

Ключевые слова: контроль, диагностика, жесткость конструкции, частотные характеристики, ударные нагрузки

MECHANISM FOR DYNAMIC FORCE SIMULATION IN IMPACTOR

DIAGNOSTIC SYSTEMS

Papshev V.A., Shuvaev V.G.

Samara State Technical University

The article deals with methods of shock-pulse simulation with specified data. Impact machine is described here. Its technical features produce the simulation of pre-set impact loading.

Key words: control, diagnostics, structural strength, frequency-response, impact loads.

Многие современные приборы и устройства в реальных условиях эксплуатации подвергаются воздействию ударных нагрузок. Воздействие удара на объект проявляется либо в нарушении механической прочности объекта, либо в функциональном отклонении его эксплуатационных характеристик. Традиционно оцениваются ударопрочность конструкции (способность выдерживать заданный уровень ударного воздействия) и удароустойчивость (способность нормально функционировать во время и после воздействия ударной нагрузки). Эти два показателя определяют основные виды ударных испытаний, проводимых на различных стадиях промышленного производства и эксплуатации различных объектов [1].

Для воспроизведения ударных импульсов при испытаниях необходимо иметь характеристики ударного воздействия в реальных условиях. Поэтому должны быть разработаны методики воспроизведения ударного импульса с заданными характеристиками, также должны быть созданы ударные

2

установки, технические характеристики которых обеспечивают воспроизведение заданного ударного нагружения. В зависимости от характера испытаний различают ударные стенды для испытаний объектов на прочность, для воспроизведения заданного ударного нагружения, для проведения модельных испытаний объектов, для определения частотных характеристик объектов методом ударного возбуждения. В зависимости от вида воспроизводимого ударного нагружения стенды принято разделять на следующие основные группы: стенды для воспроизведения одиночных ударных импульсов; стенды для воспроизведения многократных ударных нагрузок; стенды для воспроизведения сложных видов ударного нагружения; стенды для воспроизведения специфических условий соударения.

При определении частотных характеристик наиболее удобной количественной оценкой является логарифмический декремент, показывающий темп затухания возбужденных ударным импульсом свободных колебаний [2].

Л = h * T =

2pb » pb

y/4ac - b2 yfac

Не менее важны и такие показатели, как жесткость конструкции, амплитуда и частота колебаний.

Предлагаемое устройство относится к испытательной технике, конкретно к генераторам ударов, служащим для воспроизведения динамических нагрузок. Целью данной разработки является обеспечение стабильности параметров ударных воздействий и исключение повторных несанкционированных ударов [3].

Данный генератор ударов отличается тем, что он дополнительно снабжен вторым датчиком скорости с пороговым устройством, анализатором направления движения ударника.

Сущность его работы заключается в возбуждении тарированных ударных воздействий с помощью колебательной системы с ударником, раскачиваемым до удара на резонансной частоте, а освобождаемым при достижении заданной скорости в заданном направлении и исключении повторного несанкционированного удара с помощью устройства остановки ударника.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема предлагаемого генератора ударов, на рисунке 2 - временные диаграммы работы блока анализа направления движения ударника.

Г енератор ударов содержит возбудитель колебаний 1, связанную с ним колебательную систему в виде маятника 2 с ударником 3, подвижную платформу 4, установленную с возможностью взаимодействия с ударником 3, первый (основной) датчик скорости 5 ударника 3, подключенное к выходу датчика 5 пороговое устройство 6, второй (дополнительный) датчик скорости 7 ударника 3, подключенное к выходу датчика 7 пороговое устройство 8, блок анализа направления движения 9 ударника 3.

3

К выходу порогового устройства 6 подключен формирователь импульсов 10 заданной длительности (например, одновибратор из серии микросхем К155АГ1), а к выходу порогового устройства 8 подключен формирователь импульсов 11 заданной длительности. Выходы формирователей импульсов 10 и 11 связаны с двумя входами логического элемента 12, выполняющего логическую функцию «И».

Выход логического элемента 12 связан со входом формирователя импульсов 13 заданной длительности, выход которого связан с муфтой 14. В

4

качестве возбудителя колебаний 1 использован источник угловых колебаний, охваченный положительной обратной связью, состоящей из датчика 15 и усилителя 16. Устройство остановки ударника содержит установленный на подвижной платформе 4 вибрационный датчик 17 (например, КД-35), своим выходом связанный с блоком управления 18 электромагнита 19, содержащего амортизирующий элемент 20.

Временные диаграммы (рисунок 2) характеризуют: a - моменты времени запуска формирователя импульсов 11, при прямом и обратном ходе ударника (где tj - время между моментами запуска формирователя импульсов 11 и 10 обусловлено скоростью движения ударника и расстоянием между датчиками);

b - моменты времени запуска формирователя импульсов 10, при прямом и обратном ходе ударника;

5

c - момент формирования и продолжительность (t2) действия импульса на выходе формирователя импульсов 11;

d - момент формирования и продолжительность (t3) действия импульса на выходе формирователя импульсов 10;

e - момент формирования импульса на выходе логического элемента 12; g - момент формирования и продолжительность (t4) действия управляющего импульса на выходе формирователя импульсов 13.

Устройство работает следующим образом.

Возбудитель периодических колебаний 1 при включенной муфте 14 раскачивает колебательную систему в виде маятника 2 с ударником 3. Вследствие положительной обратной связи амплитуда колебаний возрастает. От датчиков 5 и 7 на входы пороговых устройств 6 и 8 поступают сигналы пропорциональные скорости движения ударника 3. При превышении заданного значения скорости, соответствующего уровню срабатывания пороговых устройств 6 и 8, последние выдают импульсы на формирователи импульсов заданной длительности 10 и 11, последовательность выдаваемых пороговыми устройствами 6 и 8 импульсов зависит от направления движения ударника 3. При осуществлении заданного направления движения («прямого хода») ударника 3, а именно, в сторону подвижной платформы 4, и достижении заданной скорости, блок анализа направления движения 9 ударника 3 сработает следующим образом. Первым сигнал выдает датчик 7, по этому сигналу сработает пороговое устройство 8 и выдаст сигнал на формирователь импульсов 11, который сформирует импульс заданной длительности: длительность выбирается таким образом, чтобы за время действия этого импульса ударник 3 успел достичь зоны действия датчика 5 и тот выдал сигнал на пороговое устройство 6, которое выдает импульс на вход формирователя импульсов 10 и последний выдает короткий импульс (рис. 2). Таким образом, на входах логического элемента 12 появляется одновременно (совпадут по времени) два импульса, вследствие чего реализуется логическая функция «И» и на его выходе появится импульс, запускающий формирователь импульсов 13 заданной длительности (t4); длительность выбирается исходя из условий затухания колебаний ударника 3. Импульс с формирователя импульсов 13 поступает на исполнительный элемент муфты 14 (на рисунке не показан), которая выключается на время действия импульса и отсоединяет возбудитель колебаний 1 от оси маятника 2. Ударник 3, совершая свободное движение в сторону подвижной платформы 4, производит удар по последней, возбуждая в ней затухающие колебания. Колебания воспринимаются вибрационным датчиком 17, закрепленным на подвижной платформе 4. Вибрационный датчик 17 выдает электрический сигнал на блок управления 18 электромагнита 19. Блок управления 18 выдает сигнал на включение электромагнита 19 и выдвижение при этом амортизирующего элемента 20, исключающего возможность повторного несанкционированного удара. Длительность выданного блоком управления 18 сигнала выбирается исходя из условий затухания возбужденных в подвижной платформе 4 колебаний.

6

При противоположном направлении движения ударника 3 («обратный ход») (см. рисунок 2) и достижении заданной скорости первым выдает сигнал датчик скорости 5 и, следовательно, первым, на входе логического элемента 12 появится короткий импульс, выдаваемый формирователем импульсов 10. Как видно из диаграммы на рисунке 2 («обратный ход») время действия короткого импульса (t3) не совпадет с моментом появления на другом входе логического элемента 12 импульса, выработанного формирователем импульсов 11, и, следовательно, логическая функция «И», подразумевающая одновременное наличие двух сигналов на входах, не реализуется, логический элемент 12 импульс не вырабатывает. Отключение муфты 14 при этом не произойдет и, как следствие, возбудитель колебаний 1 не отсоединится от оси маятника 2.

Таким образом, управление моментом освобождения маятника 2 с ударником 3 обеспечивает стабильность параметров ударных воздействий, а наличие устройства остановки ударника 3 исключает возможность нанесения повторного несанкционированного удара.

Литература

1. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. В 2-х кн. Кн. 2 / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1978. - 439 с.

2. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. - М.: Наука. Главная редакция физикоматематической литературы, 1980. - 272 с.

3. Патент на полезную модель РФ № 100 617 МПК G01M 7/00 Генератор ударов. / В.А. Папшев, В.Г. Шуваев, Опубликовано: 20.12.2010 Бюл. № 35.