СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ И ОБОБЩЕННОЙ МАССЫ ИСПЫТЫВАЕМОГО ОБЪЕКТА, ИСКЛЮЧАЮЩИЙ ВЛИЯНИЕ ПОДВИЖНЫХ МАСС ВИБРАТОРА НА ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
BENCH TO DEFINE FREQUENCIES OF INTERNAL OSCILLATONS AND GENERALISED MASS OF TESTED OBJECT, ELIMINATING IMPACT OF MOVABLE MASSES OF VIBRATOR AT DETERMINED CHARACTERISTICS

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к частотным испытаниям механических конструкций, обеспечивает экспериментальное определение величин обобщенных масс и собственных частот испытываемых конструкций, свободных от влияния испытательного оборудования и может быть использовано в машиностроении, ветроэнергетике и т.д.
Известные стенды частотных испытаний («Вибрации в технике», справочник в 6-ти томах под ред. М.Д.Генкина, Москва, «Машиностроение», 1981. том 5, стр.341…348) содержат устройство (силовую стойку, разгрузочную ферму) для размещения испытываемого объекта, устройство для мягкой подвески или стыковки испытываемого объекта с силовой стойкой, комплект электродинамических вибраторов (ЭДВ), переходные упругие элементы для соединения испытываемого объекта с подвижными частями ЭДВ, управляющий и измерительно-вычислительный комплекс (УИВК). Все данные признаки присутствуют (являются общими) и в предлагаемом техническом решении.
Недостатком принятых в качестве прототипов стендов является то, что определяемые на таких стендах динамические характеристики являются характеристиками системы, состоящей из испытываемого объекта, совокупности подвижных частей ЭДВ и устройств, соединяющих объект испытаний с подвижными частями ЭДВ, что особенно существенно для объектов малой массы.
Предлагаемым изобретением решается задача экспериментального определения динамических характеристик (частот и обобщенных масс) собственно испытываемого объекта.
Для достижения названного технического результата стенд для определения частот собственных колебаний и обобщенной массы испытываемого объекта, содержащий разгрузочную ферму или силовую стойку, систему мягкой подвески или устройство для стыковки объекта испытаний с силовой стойкой, комплект ЭДВ, комплект переходных упругих элементов для соединения испытываемого объекта с подвижными частями ЭДВ, управляющий и измерительно-вычислительный комплекс, доукомплектовывается набором добавочных грузов для установки на подвижных частях ЭДВ или дополнительным комплектом ЭДВ с другими массами подвижных частей.
Отличительным признаком предлагаемого стенда является наличие в его составе набора добавочных грузов для установки на подвижных частях ЭДВ или дополнительного комплекта ЭДВ с другими массами подвижных частей.
Благодаря наличию указанного отличительного признака в совокупности с известными приобретается возможность экспериментального определения величин собственных частот и обобщенных масс непосредственно испытываемого объекта, свободных от ошибок, вносимых испытательным оборудованием.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации решений, содержащих аналогичные признаки, не обнаружено.
Таким образом, можно сделать заключение о том, что предложенный стенд неизвестен на уровне техники и, следовательно, соответствует критерию «патентоспособности».
Предложенное решение может найти применение везде, где требуется определение собственных частот колебаний и соответствующих им обобщенных масс объектов, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
Общее устройство стенда поясняется на фиг.1 структурной схемой, где схематически показаны устройство 1 для размещения испытываемого объекта 2 (силовая стойка или разгрузочная ферма), система мягкой подвески 3, электродинамические вибраторы 4 с усилителями мощности 5, управляющий и измерительно-вычислительный комплекс, состоящий из системы управления возбуждением 6, генераторов гармонических сигналов 7, система измерения и анализа 8, датчики первичной информации (акселерометры, датчики скоростей или перемещений с предусилителями) 9, упругие элементы 10 с крепежом для соединения испытываемого объекта с подвижными частями 11 ЭДВ.
i
i
r1
r1
i
r2
r2
i
s
s
r1
r2
r1
i
r2
i
Работа стенда осуществляется следующим образом: испытываемый объект с помощью системы мягкой подвески подвешивают на разгрузочной ферме или с помощью технологического стыковочного приспособления жестко крепят на силовой стойке. Измеряют массы подвижных частей ЭДВ, упругих элементов и крепежа, предназначенного для соединения каждого ЭДВ с испытываемым объектом. В выбранных точках B(i==1,…n) к испытываемому объекту через упругие соединительные элементы подсоединяют ЭДВ и датчики первичной информации, подключив их к системе измерения и анализа. Для каждого ЭДВ определяют подвижную массу µ как сумму масс подвижной части ЭДВ, переходных упругих элементов, крепежа и грузов, установленных на подвижной части ЭДВ. Возбуждают испытываемый объект гармоническими силами с единой для всех ЭДВ последовательно пошагово изменяемой частотой и постоянными для каждого ЭДВ амплитудами сил, измеряют отклики, определяют резонансные частоты f r-ого тона колебаний и соответствующие амплитуды колебаний точек возбуждения u(B). По формуле  определяют обобщенные подвижные массы, отнесенные к выбранной точке возбуждения В. Отсоединяют ЭДВ от испытываемой конструкции. Устанавливают на подвижных частях ЭДВ дополнительные грузы и в тех же точках подсоединяют ЭДВ к испытываемой конструкции. Или в тех же точках испытываемой конструкции подсоединяют ЭДВ с другими массами подвижных частей. Повторяют испытания и определяют резонансные частоты f, амплитуды u(B) и обобщенные подвижные массы  Для каждого тона колебаний находят собственные частоты f и обобщенные массы m(B) испытываемого объекта, приведенные к выбранной точке возбуждения B, перемещение которой приняты за обобщенные координаты, как комбинацию резонансных частот f и f и амплитуд u(B) и u(B) по формулам:
,
.
1
2
r1
r2
r1
r2
s
s
S
S
SS
SS
2
В качестве иллюстрации рассмотрим испытания на предлагаемом стенде трапециевидной пластины переменной толщины со свободными краями (фиг.2), закрепленной по оси вращения. Масса пластины М=10,8 кг. Возбуждение осуществлялось последовательно с точки В (фиг.2) ЭДВ с подвижными массами µ=0,44 кг и µ=1,06 кг. Получены два первых тона колебаний с частотами f и f и узловыми линиями I-I и II-II соответственно. По приведенным формулам для каждого тона колебаний рассчитаны обобщенные подвижные массы Δm(B) и Δm(В), собственные частоты f и обобщенные массы пластины m(В), приведенные к точке возбуждения В. По формуле C=m(В)η , где η - расстояния от точки возбуждения до соответствующей узловой линии, рассчитаны величины Cs, являются обобщенными массами пластины, при выборе в качестве обобщенных координат углов поворота пластины относительно узловых линий. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
ПараметрТон колебаний S.
f<sub>r1</sub>, Гц
f<sub>r2</sub>, Гц
f<sub>s</sub>, Гц
C<sub>s</sub> кг·м
1
44,6
37,6
49,9
0,191
2
120,8
117,5
127,8
0,052