Стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова
STAND FOR SIMULATING THE OSCILLATORY PROCESSES OF THE ICE COVER

Стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова относится к ледоведению и ледотехнике и предназначена для физического моделирования колебательных и волновых процессов, протекающих в естественном ледяном покрове, а также для тестирования сейсмометров и наклономеров, предназначенных для выявления предикторов разрушения льда при сжатиях, торошениях и волновых воздействиях на дрейфующие ледяные поля и припай.
Из уровня техники известен длинноволновый вибростенд (модель 9155D-779) для поверки и калибровки низкочастотных акселерометров, MEMS (микроэлектромеханические системы) и сейсмических датчиков. Вибростенд позволяет проводить калибровку на частотах от 0,1 Гц до 500 Гц при максимальной массе калибруемого датчика 2 кг [1].
Недостатком такого стенда является ограничение веса датчика двумя килограммами и невозможностью тестирования сейсмометров на частотах ниже 0,1 Гц. Указанный стенд не предназначен для тестирования наклономеров, а также для совместного тестирования нескольких датчиков одновременно.
Известна принятая за прототип специальная гидравлическая платформа, предназначенная для калибровки сейсмометров и наклономеров, которая представляет собой консоль с закрепленным краем. При этом под свободным краем платформы располагаются сильфоны, заполненные гидравлической жидкостью и связанные рукавом с задающим сильфоном, который соединен шатунным механизмом с маховиком, насаженным на вал электродвигателя постоянного тока. Вращательное движение вала электродвигателя стабилизируется маховиком, преобразуется в возвратно-поступательное движение шатунного механизма и передается на задающий сильфон, который воздействует на рабочие сильфоны. При изменении скорости вращения электродвигателя меняется частота колебаний платформы [2].
Недостатком такой гидравлической платформы является невозможность задания статических наклонов и колебаний с частотой ниже 0,1 Гц. Кроме того, на такой платформе практически невозможно избавиться от паразитных поперечных колебаний консоли, которые снижают точность тестирования датчиков.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности тестирования сейсмометров и наклономеров. Указанный технический результат достигается тем, что платформа в виде консоли с зажатым юстировочными винтами краем располагается на поплавке, погруженным в жидкость, налитую в бак, а для устранения поперечных паразитных колебаний к нижней поверхности платформы крепится демпфер (киль) в виде пластины, также находящейся в баке с жидкостью. На свободный конец платформы оказывается воздействие при помощи механического рычажного устройства, одним концом, опирающимся на эксцентрик, насаженный на вал электродвигателя постоянного тока, а другой конец рычага соединен с качающимся барабаном, который при помощи троса связан со свободным краем платформы. При этом длина троса может регулироваться в зависимости от нагрузки на платформу за счет веса тестируемых датчиков. Таким образом, колебания рычажного устройства через качающийся барабан и трос регулируемой длины передаются краю платформы с установленными на ней датчиками. Регистрация перемещений края платформы осуществляется при помощи датчика, соединенного с регистрирующим устройством. Размах колебаний регулируется при помощи перемещений электродвигателя с эксцентриком по основанию устройства и его фиксации в необходимом месте. Кроме того, размах колебаний можно регулировать за счет съемных эксцентриков с разным эксцентриситетом. Вес рычажного устройства компенсируется пружиной с регулируемым натяжением. На платформу можно устанавливать одновременно несколько сейсмометров или наклономеров в любой необходимой комбинации.
Состав устройства показан на фиг. 1. Стенд состоит из следующих элементов:
1 - платформы в виде консольной балки,
2 - зажатый винтами край балки,
3 - поплавок,
4 - бак с жидкостью,
5 - демпфер (киль),
6 - рычажное устройство
7 - эксцентрик,
8 - вал электродвигателя постоянного тока,
9 - качающийся барабан, 10-трос,
11 - сейсмометр,
12 - наклономер,
13 - датчик перемещений,
14 - основание,
15 - пружина.
Указанные части соединены в единое устройство следующим образом. Стенд включает в себя платформу в виде консольной балки 1 с зажатым котировочными винтами краем 2, при этом консольная балка 1 располагается на поплавке 3, погруженном в бак с жидкостью 4. К нижней поверхности балки 1 крепится демпфер (киль) 5 для устранения паразитных поперечных колебаний консольной балки 1. Рычажное устройство 6 опирается одним концом на эксцентрик 7, насаженный на вал электродвигателя постоянного тока 8. Другой конец рычажного устройства 6 соединен с качающимся барабаном 9, связанным со свободным краем консольной балки 1 тросом 10, длина которого регулируется. На платформе располагаются сейсмометр 11 и наклономеры 12. Датчик перемещений 13 соединен кабелем с регистратором (на фиг. 1 не указан) и обеспечивает фиксацию перемещений свободного края консольной балки 1. Электродвигатель 8 с насаженным на его ось эксцентриком 7 при перемещении по основанию 14 обеспечивает изменение размаха колебаний консольной балки 1. Кроме того, изменять размах колебаний свободного края консольной балки 1 можно при замене на валу электродвигателя 8 эксцентриков 7 с разным эксцентриситетом. Пружина 15 с регулируемым натяжением обеспечивает компенсацию веса рычажного устройства 6.
Работа стенда для имитации колебательных процессов ледяного покрова осуществляется следующим образом. На консольную балку 1 с зажатым котировочными винтами краем 2 и опирающуюся на поплавок 3, погруженный в бак с жидкостью 4 с демпфером (килем) 5, который устраняет паразитные поперечные колебаний балки 1, устанавливаются тестируемые сейсмометр 11 и наклономеры 12. Количество и характер датчиков определяется решаемыми задачами. При помощи перемещения вдоль основания 14 и фиксации на нем электродвигателя постоянного тока 8 с эксцентриком 7, насаженным на вал электродвигателя 8, задается необходимый размах колебаний свободного края консольной балки 1. Эти колебания задаются рычажным устройством 6, скрепленным с качающимся барабаном 9, который в свою очередь связан тросом 10 с регулируемой длиной со свободным краем консольной балки 1. Регистрация перемещений свободного края консольной балки 1 осуществляется датчиком 13, соединенным кабелем с регистратором (на фиг. 1 не указан). Перед проведением тестирования датчиков консольная балка 1 устанавливается в горизонтальное положение при помощи троса 10 с регулируемой длиной и котировочных зажимных винтов 2. Контакт рычажного устройства 6 с эксцентриком 7 регулируется при помощи натяжением пружины 15.
Изменение скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока 8 обеспечивает изменение частоты колебаний консольной балки, а также позволяет задавать постоянные или очень медленно меняющиеся наклоны платформы.
Использованные источники из уровня техники
1. ООО "НОВАТЕСТ", (info@novatst.ru. www.novatst.ru), адрес: Россия, 141401, г. Химки, Ленинский пр-т, д.1, корп.2.
2. Смирнов В.Н., Шушлебин А.И, Ковалев С.М., Шейкин И.Б. Методическое пособие по изучению физико-механических характеристик ледяных образований как исходных данных для расчета ледовых нагрузок на берега, дно и морские сооружения. СПб. ААНИИ. 2011, с. 178.