Устройство для возбуждения колебаний

 

Изобретение относится к вибрационной технике Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения частотного диапазона и упрощения процесса установки. Сигнал с датчика 5 колебаний через полосовой фильтр 6 поступает на вход преобразователя 7 частоты в напряжение, который при изменении частоты вырабатывает сигнал рассогласования . Этот сигнал управляет работой гидравлического привода 3 через сервоклапан 4 что обеспечивает автоколебательный режим работы вибропреобразователя 1. 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ЕДЕРаЛЬЧЬД

ПРО,"."ЫШЛ

СОбС Г сс "-. --.

0 ДЕЛЕ ИС

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4720420/28 (22) 19,07.89 (46) 07,06.92. Бюл. N 21 (71) Научно-исследовательский институт строительных конструкций Госстроя СССР (72) В.И.Литвак (53) 620.178 (088,8) (56) Литвак B.È. Автоматизация усталостных испытаний натурных конструкций. — М.:

Машиностроение. 1972. с. 132

Авторское свидетельство СССР

М 1199298, кл. В 06 В 1/16. G 01 М 7/00.

1985, Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для возбуждения резонансных колебаний в стендах для испытаний изделий на усталость, вибропрочность ресурса. а также в вибромашинах различного технологического назначения с поддерживанием резонансного режима при изменениях состояния изделий.

Известны испытательные стенды с механическими (и не рцион н ыми. кинематическими) возбудителями колебаний. работающие в вынужденном режиме и снабженные электрическим приводом.

Однако их недостатком является необходимость ручной настройки частоты возбу>кдаемых колебаний в соответствии с резонансными свойствами испытуемого объекта. В связи с тем. что резонансные частоты в ходе испытаний могут изменяться из-за износа элементов объекта. появления люфтов, разрушений и т.п,. приходится периодически подстраивать вручную часто1у

5U 1738378 А1 (я)л В 06 В 1 /16, G 01 M 7/00 Я аб ЙМ (54) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ

КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к вибрационной технике, Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения частотного диапазона и упрощения процесса установки. Сигнал с датчика 5 колебаний через полосовой фильтр 6 поступает на вхор преобразователя 7 частоты в апряжение, который при изменении часто гы вырабатывает сигнал рассогласования, Этот сигнал управляет работой гидравлического привода 3 через сервоклапан 4, что обеспечивает автоколебательный режим работы вибропреобразователя 1. 1 ил. возбуждаемых колебаний. что снижает точность поддержания задаваемого программой испытаний резонансного режима и приводит к значительным затратам труда и времени.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для возбуж- Ю дения колебани и механических систем (ф2 содержащее возбудитель колебаний в виде синхронного двигателя переменного тока, QQ связанного с механической системой, с цепью обратнои сеяал. соединяющеи меха- ) ническую систему и синхронный двигатель

Ъ и выполненный в виде соединенных последовательно датчика колебаний. фазовраща-теля и усилителя. B устройстве используется положительная обратная связь, создающая замкнутый автоколебательный контур. включающий в себя испытуемую конструкцию. Особенностью такого контура является возможность возбуждения (мягкого или жестко о) в нем колебаний на

1738378 резонансной частоте испытуемого объекта и автоматическое отслеживание изменений этой частоты в ходе работы устройства.

Известное устройство обладает следующими недостатками, обусловленными применением в качестве привода вибровозбудителя синхронного электродвигателя: ограниченный частотный диапазон воспроизводимых резонансных колебаний испытуемых конструкций; значительная масса. приходящаяся на единицу мощности привода, что не всегда позволяет жестко связывать привод с вибровозбудителем при установке его непосредственно на испытуемую конструкцию (в этом случае синхронный двигатель устанавливается вне испытуемого объекта и связывается с вибровозбудителем, располагаемым на испытуемом объекте, с помощью гибкого вала): необходимость в применении дополнительного источника энергии — силовой сети переменного трехфазного тока (не удается ограничиться использованием типовых для лабораторий прочностных натурных испытаний гидравлических источников).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства для возбуждения колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для возбуждения колебании. содержащем механический вибровозбудитель с приводом и цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных датчика колебаний и усилителя мощности, привод выполнен в виде гидромотора, а в цепь обратной связи введены преобразователь частоты в напряжение, вход которого соединен с выходом датчика колебаний, а выход — с входом усилителя мощности, и сервоклапан. вход которого соединен с выходом усилителя мощности. а выход — с входом гидромотора.

На чертеже представлена структурная схема устройства для испытательного вибростенда.

Устройство для возбуждения колебаний содержит механический вибровозбудитель

1, действующий на испытуемую конструкцию 2 (например. инерционный или кинематический), гидромоторный привод 3 вибровозбудителя, электрогидравлический преобразователь (сервоклапан) 4. датчик 5 колебаний испытуемой конструкции 2 (например, датчик вибрационных смещений. частот или скоростей): полосовой частотный фильтр 6, настройка которого обеспечивает возбуждение колебаний на одной из резо нансных частот испытуемой конструкции (при испытаниях многорезонансных конструкций), а также исключает (или уменьшает) влияние возможных внешних помех на колебательный процесс, преобразователь 7 частоты возбуждаемых колебаний в электрическое напряжение или ток (например, на базе конденсаюрного частотомера); инди5 катар 8 частоты возбуждаемых колебаний с пороговым элементом для сигнализации и приведения в действие системы защиты испытательного стенда при существенных изменениях частоты возбуждаемых колебаний, отслеживающей изменения соб10 ственных частот испытуемого объекта в случае значительных его повреждений, усилитель 9 мощности сигнала преобразователя 7 до уровня, обеспечивающего необходимое воздействие на сервок15 лапан 4, регулируемый источник 10 постоянного напряжения, переключательь 11 для соединения входа сервоклапана

4 с выходом усилителя 9 (при работе в автоколебательном режиме) или с источником 10 напряжения (при работе в вынужденном ре20. жиме), Элементы 1-7 и 9 образуют автоколебательный контур с положительной обратной связью. соединяющей возбудитель 1 и привод 3. Для возбуждения резонансных автоколебаний необходимо обеспечение в

25 рабочем диапазоне частот равенства частоты возбуждения колебаний вибровозбудителем 1 и частоты электрических колебаний на выходе частотного фильтра 6. Это условие выполняется, если

Пв пчп уКскКпл = 1, где Кпчн = — — коэффициент преобразоdU ц fâ вания преобразователя частоты в напряже35 ние. y = — коэффициент преобразоваd!

dU ния усилителя;

40 K = < — коэффициент преобразоd0 вания серваклапана;

d fi>

Kf M = — — — - крутизна скоростей хаdQ

45 рактеристики гидромотора;

П, = — — коэффициент, характеризую в

Ь щий конструктивные особенности вибровозбудителя и его связей с гидромотором (например, наличие и характеристики редуктора на валу гидромотора) и определяемый числом перисдов возбуждаемых колебаний на один оборот привода, 4 — частота возбуждаемых колебаний (на выходе частотного фильтра);

1738378

15

f — частота вращения привода вибровозбудителя;

U — напряжение на выходе преобразователя 7;

I — ток на выходе усилителя 9, являющийся управляющим для сервоклапана 4;

Q — расход рабочей жидкости через сервоклапан.

Выполнение указанного условия может быть достигнуто за счет установки соответствующего значения коэффициента Ку или

Клчн при заданных характеристиках сервоклапана, гидромотора и вибровозбудителя.

Необходимые для эффективной работы устройства фазовые соотношения в автоколебательном контуре обеспечиваются с помощью дополнительных элементов (не показан) для регулировки сдвига между фазой ротора вибровозбудителя и фазой колебаний испытуемого объекта (например, путем углового смещения дебаланса в инерционном центробежном вибровозбудителе. регулировкой параметров переходных процессов в системе при запуске и др.).

Устройство для возбуждения колебаний работает следующим образом.

В положении I переключателя 11 устройство работает в вынужденном режиме.

B зависимости от величины напряжения (или тока), прикладываемого к управляю. щим цепям сервоклапана 4 от источника 10 и определяющего расход жидкости. поступающей к гидромотору. устанавливается частота возбуждаемых колебаний (резонансных или нерезонансных). Частота контролируется по индикатору 8, Амплитуда возбуждаемых колебаний испытуемой конструкции 2, зависящая от частоты. устанавливается смещением дебаланса инерционного вибровозбудителя на то или иное расстояние от оси вращения или изменением радиуса кривошипа в кинематическом вибровозбудителе, Автоколебательному режиму работы устройства соответствует положение li переключателя 11. При нарушении равновесия испытуемой конструкции 2 тем или иным способом (например. за счет начального толчка или разгона вибровозбудителя в вы нужденном режиме до скорости. соответствующей резонансной частоте. с последующим переводом переключателя 11 в положение II) испытуемая конструкция 2 начинает совершать колебания с собственными частотами.

Эти колебания воспринимаются датчиком

5, выходные электрические сигналы которого проходят через частотный фильтр 6. пропускающий лишь частоты. соответствующие выбранному режиму возбуждаемых колебаний. B преобразователе 7 сигналы с выхода фильтра 6 преобразуются в электрический сигнал, напряжение которого пропорционально частоте входного сигнала.

После усиления в усилителе 9 до уровня, обеспечивающегс выполнение указанного условия, сигнал с выхода преобразователя

7 направляется в управляющие цепи сервоклапана 4, питающего гидромотор 3. Последний приводит во вращение вибровозбудитель 1 со скоростью. cooTBGT" ствующей частоте резонансных колебаний, Незатухающие колебания поддерживаются за счет положительной обратной связи, по цепи которой поступает энергия, компенсирующая потери энергии в колебательной системе. При изменениях собственной частоты испытуемой конструкции 2. например, за счет появления и развития в ней усталостных трещин, люфтов и других повреждений автоколебательная система автоматически изменяет частоту возбуждения, обеспечивая выход в новое резонансное состояние.

При значительных разрушения отдельных элементов испытуемого объекта. происходящих обычно после исчерпания определяемого в процессе испытаний ресурса. что приводит. в частности. к значительным изменениям резонансных частст. срабатывает пороговый элемент индикатора 8, отключающий устройство (связь ин,.",. :— катора 8 с цепями включения и отключени:. устройства не показана).

Устройство для возбуждения колебаний обладает расширенными функциональными возможностями за счет расширения частотного диапазона Bo=-буждаемых резоначсных колебаний испытуемых объектов и создания условий для установки вибровозбудителя совместно с достаточно легким гидромоторным приводом непосредственно на испытуемом объекте.

Формула изобретения

Устройство для возбуждения колебаний, содержащее механический вибровозбудитель с приводом в цепь обратной связи, включающую последовательно соединенные датчик колебании и полосовой фильтр, и усилитель мощности. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью оасширения эксплуатационных возможностей путем расширения частотного диапазона и упрощения процесса установки устройства. оно снабжено преобразователем частоты в напряжение, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход — с зходом усилителя мощности. и сервоклапаном, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, а выход — с входом привода, выполненного в виде гидромотора.

1738378

Составитель В,И.Литвак

Редактор О,Головач Техред М,Моргентал КорректорЗ.Лочакова

Заказ 1954 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101