Электродинамический вибростенд

 

Предложен электродинамический вибростенд для механических испытаний. Цель - возбуждение колебаний на низких и инфранизких частотах. Электродинамический вибростенд содержит магнитопровод 2, обмотку 3 подмагничивания с источником 4 питания и установленную в кольцевом зазоре магнитопровода подвижную катушку 5 с основанием 6, штоком 7.и однослойной обмоткой возбуждения, длина которой превы да шает высоту кольцевого зазора 9 магнитопровода . Обмотка возбуждения подключена к источнику 15 питания переменного тока через скользящие токоподводы 16 и 17. Для возбуждения колебаний на низких и инфранизких частотах, в качестве источника 4 питания обмотки 3 подмагничивания взят источник переменного тока того же диапазона частот, что и у источника 15 питания переменного тока подвижной катушки. Для повышения точности воспроизведения колебаний стола основание 6 подвижной катушки 5 выполнено упругим в направлении возбуждаемых колебаний, а частоты источников 4 и 15 питания более чем на порядок превышают частоту возбуждаемых колебаний . Для упрощения и удешевления вибростенда в качестве источника переменного тока, подключенного к обмотке подмагничивания , взят импульсный генератор прямоугольных импульсов, первая (нижняя) гармоника которого лежит в диапазоне частот источника питания обмотки возбуждения . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С о 00 Јь СЛ О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4371743/10 (22) 01.02.88 (46) 07.01.91. Бюл. N 1 (71) МГТУ им, Н.Э.Баумана (72) В.П.Григорьев, А.С.Буравов и С.Л.Каттель (53) 534.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 389843, кл. G 01 М 7/00, 1971.

Авторское свидетельство СССР

N 380365, кл. G 01 М 7/ОО, 1971. (54) ЗЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРОСТЕНД (57) Предложен электродинамический вибростенд для механических испытаний, Цель— возбуждение колебаний на низких и инфранизких частотах. Злектродинамический вибростенд содержит магнитопровод 2, обмотку 3 подмагничивания с источником 4 питания и установленную в кольцевом зазоре магнитопровода подвижную катушку 5 c основанием 6, штоком 7.и однослойной обмоткой возбуждения, длина которой превы„„5U ÄÄ 1618456 А1 (я)з В 06 В 1/04, G 01 М 7/00 шает высоту кольцевого зазора 9 магнитопровода. Обмотка возбуждения подключена к источнику 15 питания переменного тока через скользящие токоподводы 16 и 17. Для возбуждения колебаний на низких и инфранизких частотах, в качестве источника 4 питания обмотки 3 подмагничивания взят источник переменного тока того же диапазона частот, что и у источника 15 питания переменного тока подвижной катушки. Для повышения точности воспроизведения колебаний стола основание 6 подвижной катушки 5 выполнено упругим в направлении возбуждаемых колебаний, а частоты источников 4 и 15 питания более чем на порядок превышают частоту возбуждаемых колебаний. Для упрощения и удешевления вибростенда в качестве источника переменного тока, подключенного к обмотке подмагничивания, взят импульсный генератор прямоугольных импульсов, первая (нижняя) гармоника которого лежит в диапазоне частот источника питания обмотки возбуждения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1618456

Изобретение относится к устройствам г,ля возбуждения механических колебаний и может найти применение в низкочастот- ных вибраустановках большой мощности.

Цель изобретения — возбуждение электродинамическим вибростендом колебаний на низких и инфранизких частотах, На фиг, 1 показан электродинамический вибростенд, общий вид, разрез; на фиг. 2 — узел на фиг. 1.

Вибростенд содержит станину 1, на которой установлен шихтованный магнитопровод 2 с обмоткой 3 подмагничивания, подключенной к источнику 4 питания переменного тока, и подвижную катушку 5 с основанием 6, штоком 7 и однослойной обмоткой 8 возбуждения, длина L которой . больше высоты h кольцевого воздушного зазора 9 магнитопровода 2. Подвижная катушка 5 жестко скреплена со столом 10 штоком 7 и установлена в кольцевом зазоре 9 магнитоправода 2 посредством подшипников 11, охватывающих шток 7 и пневматическую систему вывешивания. Пневматическая система вывешивания содержит источник 12 давления, подключенный через канал 13 к камере 14, образованной основанием 6 подвижной катушки 5 и внутренней поверхностью станины !, Обмотка 8 возбуждения подвижной катушки 5 подключена к источнику 15 питания переменного тока через установленные на границах кольцевого зазора 9 скользящие токоподводы 16 и

17, Электродинамический вибростенд работает следующим образом.

При включении источника 12 давления пневматическая система вывешивает испытуемый обьект и стол 10, жестка скрепленчый с подвижной катушкой 5, в положение, при котором обмотка 8 возбуждения занимает среднее относительно воздушного завара 9 положение. Если источник 15 настроить на частоту ez, а источник 4 на частоту а1 и подключить к обмоткам 8 и 3

"оответственно, то в зоне воздушного зазора 9 возникнет электродинамическая сила, которая на поверхности стола 10 вибростенда будет иметь значение = В1. з!и гг>11 !2 э!и аФ K(co) = I

= —,— В1 iz (К (и1 — а ) cos (в1 — в ) t— — К (в1 + са) cos (й)1 + вг) t), где f — мгновенное значение силы, Н;

В1 — амплитуда индукции магнитного поля в воздушном зазоре 9, наведенного током i1 обмотки 3 подмагничивания, Тл;! — амплитуда тока обмотки 8 возбуждения подвижной катушки 5, C ;

I — длина той части проводника обмотки

8 возбуждения, которая находится под то5 ком iz между скользящими токоподводами

16 и 17 в кольцевом воздушном зазоре 9, м;

К (в)- частотно-зависимый безразмерный коэффициент передачи силы f подвижной катушкой 5, обусловленный жесткостью

10 подвижной катушки 5 в направлении возбуждаемых колебаний и суммарной массой этой катушки и стола 10 вибростенда;

К (в1 — и ) — значения коэффициента передачи силы для разностной и суммарной

15 частот соответственно;

t — текущее значение времени, с, При выполнении неравенства

Щ1 + Щ2 )) !Щ1 В2 (1) коэффициенты передач для разностной и

20 суммарной частот существенно различаются между собой

К(И1 +аа) «К(В! — Са),К(И1 +в ) =О, (2) что обусловлено конечной жесткостью подвижной катушки 5, Можно записать следующее приближенное выражение для силы f:

f =. — В iz i . К (m1 cuz) сов (cu1 сг>2) t. (3)

2

Выполнение основания 6 упругим в направлении возбуждаемых колебаний позволяет расширить диапазон частот, для которых последнее соотношение выполняется с необходимой степенью точности. Жесткость k основания 6 в направлении возбуждаемых колебаний в случае задания точности воспроизведения колебаний стола

10 коэффициентом гармоник Кг может быть определена из условия непропускания час40 таты (щ1 + ) полученным механическим фильтром низких частот, включающим подвижную катушку 5 и стол 10 вибростенда с общей массой m, и жесткость k основания 6 подвижной катушки 5 (CO1 + CuZ) Kã,°, Частоты й)1 и âz могут лежать в диапазоне частот, оптимальном па КПД как для источников питания, так и для материала магнитопровода 2. А так как в магнитопроводе 2 наводится магнитное поле с переменнай индукцией 81э!и а1?, то для повышения

КПД вибростенда магнитопровод 2 может быть выполнен шихтованным.

Для упрощения вибростенда и снижения его стоимости в качестве источника 4 питания взят генератор прямоугольных импульсов, первая нижняя гармоника которых лежит в диапазоне частот источника 15 пи ания, кроме указанных ранее компонент, в

": 618456 этой силе появляется и ряд новых компонент с другими комбинационными частотами, но со значительно меньшими амплитудными значениями (следует из разложения прямоугольной импульсной функции в 5 тригонометрический ряд). На стол 10 наибольшим воздействием из этих дополнительных сил обладает сила с комоинационной частотой (Зв1 — и ) . Однако при выпол. ении неравенства (1) спра- 10 ведливо:

3 в — cuz =2 в +в -cuz =(ж +ш2) +

+(И) йф) =й)1 +Ю2

15 и отсюда с учетом выражения (2) следует

К (3 ш1 — c02) = К (Nl + N2) = 0 . А поскольку амплитуда составляющей тока! на частоте

3 в1, значительно меньше амплитуды составляющей этого тока на частоте в1 (что 20 следует из разложения прямоугольной импульсной функции в тригонометрический ряд), то .составляющая силы с частотой (Зм1 — ж2) оказывает на стол 10 гораздо меньшее воздействие, чем даже составляю- 25 щая с частотой (м +в ) . Таким образом, остается справедливо выражение (3).

Вибростенд позволяет проводить испытания изделий большой массы с амплитудами до 150-200 мм на частотах от десятков герц до десятых долей герца.. Коэффициент гармоник при этом не превышает 5%

Формула изобретения

1. Электродинамический вибростенд, содержащий магнитопровод с обмоткой

1 подмагничивания и источником ее питания, установленную в кольцевом зазоре магнитопровода подвижную катушку с основанием, штоком и однослойной обмоткой возбуждения, имеющей высоту больше высоты кольцевого зазора, и подключенной к источнику переменного тока через скользящие токоподводы, установленные на краях кольцевого зазора магнитопроводг, и стол, жестко скрепленный со штоком подвижной катушки, отл и ч а ю шийся тем,что, с целью расширения диапазона частот возбуждаемых колебаний, в качестве источника питания обмотки подмагничивания использован источник переменного тока, частотный диапазон источников питания более чем на порядок выше частоты возбуждаемых механических колебаний, а основание подвижной катушки в направлении возбуждаемых колебаний выполнено упругим с жесткостью основания, определяемой из выражения

k m (cu> + в Я Кг, где m — общая масса подвижной катушки, стола и объекта испытаний; си1, ж2 — частоты источников питания;

Kr — допустимый коэффициент гармоник.

2. Вибростенд пои. 1, о тл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью упрощения конструкции, в качестве источника переменного тока использован генератор прямоугольных импульсов, первая гармоника которого лежит в диапазоне частот источника питания обмотки возбуждения,