Электродинамические вибростенды.

Рассмотрим конструкцию вибростенда, работающего на высоких частотах и имеющего электродинамическую подвижную систему.

Конструкция такого вибростенда приведена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Конструкция электродинамического вибростенда

В поле электромагнита, питаемого постоянным током, вибрирует катушка 13, подключенная к сети переменного тока, амплитуда и частота которого может регулироваться. С катушкой жестко связан вибрирующий рабочий стол 7, подвешенный в чугунной станине 1. Круглый стальной корпус магнита 3 установлен на резиновых буферах 2 в подшипнике, где он может поворачиваться на угол до 90. Наличие эластичных прокладок 2 устраняет необходимость в фундаменте. В корпусе магнита 3 на сердечнике помещена катушка возбуждения 10. Вибрирующая катушка 13 находится в воздушном зазоре магнита и соединена ведущим стержнем 9 с фланцем 8. Катушка, стержень и фланец образуют колебательную систему. Четыре плоские пружины 6, по две вверху и внизу, направляют колебательную систему при ее перемещении в зазоре. Для предотвращения возможного резонанса пружины снабжены амортизаторами 5. Испытуемые изделия закрепляются на рабочем столе 7.

К вибрационной системе жестко прикрепляется емкостной датчик ускорения 17, а к корпусу – осциллятор 18 измерителя ускорений. Все вибрирующие и токопроводящие части вибростенда защищены колпаками 4 16. Для защиты от проникновения посторонних тел, металлической стружки и пыли отверстие верхнего колпака 4 закрыто резиновой мембраной. Зажимы 11 удерживают рабочий стол в нужном положении при его наклоне.

В случае продолжительной работы с полной нагрузкой катушку охлаждают, подводя через патрубок 12 с фильтром очищенный сухой сжатый воздух.

Технические характеристики стенда:

- диапазон частот……………………………………….20 – 2000 Гц;

- диапазон амплитуд……………………………………0 –8 мм;

- диапазон ускорений…………………………………...0 – 12 g;

- максимальный вес приборов…………………………..15 кг;

- габариты стола…………………………………………920 х 560 мм.

2.3. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА УДАРНУЮ ПРОЧНОСТЬ

Обычно ударные нагрузки возникают совместно с другими видами механических нагрузок и отличаются от них импульсным характером и кратковременностью действия.

Цель испытаний на ударные нагрузки:

- проверка способности изделий противостоять разрушающему воздействию ударных нагрузок и, если необходимо, выполнять свои функции в процессе воздействия ударов и после окончания воздействия;

- оценка конструктивной прочности изделий;

- демонстрация возможности применения изделий в условиях воздействия ударных нагрузок.

Таким образом, испытания проводят с целью проверки способности изделия противостоять разрушающему действию механических ударов многократного действия и сохранять после их действия свои параметры в пределах значений, указанных в стандартах и ТУ на изделия.

Испытательная установка должна обеспечивать получение механических ударов многократного действия с амплитудой ускорения, соответствующей заданной степени жесткости.

Испытания проводят путем воздействия механических ударов многократного действия.

Если изделия имеют входящие в их конструкцию встроенные элементы защиты (например, амортизаторы), то при выборе длительности действия ударного ускорения учитывают низшую резонансную частоту самого изделия, а не элементов защиты.

Если резонансные частоты изделия не установлены, то длительность действия ударного ускорения указывают в стандартах и ТУ на изделия.

Испытания проводят путем действия ударов поочередно в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений по отношению к изделию. При этом общее количество ударов должно поровну распределяться между направлениями, при которых проходят испытания.

Испытания на ударную устойчивость проводят с целью проверки способности изделий выполнять свои функции в условиях действия механических ударов многократного действия.

Испытания проводят под электрической нагрузкой, характер, параметры и метод контроля которой устанавливаются в стандартах и ТУ на изделия.

Для проверки ударной устойчивости рекомендуется выбирать параметры, по изменению которых можно судить об ударной устойчивости изделия в целом (например, уровень виброшумов, искажение выходного сигнала или изменение его значения, целостность электрической цепи, нестабильность контактного сопротивления и т.д.).

Испытания на воздействие одиночных ударов проводят с целью проверки способности изделий противостоять разрушающему действию механических ударов одиночного действия и выполнять свои функции после воздействия ударов, а также (если это указано в стандартах и ТУ) выполнять свои функции или не допускать ложных срабатываний в процессе воздействия ударов.

Испытания могут проводиться как под электрической нагрузкой, так и без нее.

Конкретную форму импульса ударного ускорения устанавливают в стандартах и ТУ на изделие. Рекомендуется полусинусоидальная форма импульса ударного ускорения.

Значение длительности действия ударного ускорения с полусинусоидальной формой импульса выбирают в зависимости от нижних резонансных частот изделия. Если резонансные частоты изделий не установлены, то длительность действия ударного ускорения указывают в стандартах и ТУ на изделия.

Испытания проводят путем воздействия ударов поочередно в каждом из двух противоположных направлений по трем взаимно перпендикулярным осям изделия (6 направлений), если у изделия невозможно выделить плоскости и оси симметрии. В остальных случаях выбор конкретных направлений воздействия проводится следующим образом:

- при наличии оси симметрии испытания проводят вдоль оси симметрии в двух противоположных направлениях и в любом направлении, перпендикулярном к оси симметрии;

- при наличии одной или нескольких плоскостей симметрии направление воздействия выбирают так, чтобы перпендикулярно к каждой плоскости симметрии испытание проводилось в одном направлении.

Изделия, у которых известно одно наиболее опасное направление воздействие, испытывают только в этом направлении.

Конкретное число направлений воздействия указывают в стандартах и ТУ на изделия.

2.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНЫХ УСКОРЕНИЙ

В программу испытанийбольшинства изделий аэрокосмической техники входит проверка их работоспособности после воздействия ударных ускорений.

Существующие установки обеспечивают возможность создания ударных ускорений от 15 до 600g. Ударные ускорения создаются установками в вертикальном направлении при ударе свободно падающего стола с испытуемым изделием об упругие наковальни.

Ударное ускорение нарастает с момента соприкосновения рабочего стола с упругими элементами до максимального значения, когда имеет место наибольший прогиб наковален, после чего ускорение уменьшается до минимального значения. Этот процесс происходит за время, соответствующее длительности импульса.

Ударный импульс характеризуется длительностью, величиной максимального ускорения и формой кривой изменения ускорения.

Установки ударных ускорений характеризуются следующими эксплуатационными параметрами: ударным импульсом, частотой воздействия ударных импульсов и максимальной грузоподъемностью.

Изменения ускорения ударного импульса должны происходить по кривой, близкой к полуволне синусоиды соответствующего периода. Максимальные расхождения экспериментальной кривой ускорения и аппроксимирующей кривой не должны превосходить ±20%.

Основные параметры ударного ускорения должны быть стабильны; их отклонения от установленных значений в течение каждого часа работы не должны превышать по длительности ударного импульса ±15%, по ударному ускорению ±10% и по частоте ±5%. Форма кривой ударного импульса не должна также искажаться под влиянием собственных колебаний отдельных участков рабочего стола. На отдельных участках стола форма кривой ускорений ударного импульса должна быть одинаковой, причем оценка формы производится по длительности импульса, величине максимального значения ударного ускорения и аппроксимирующей кривой.

Калиброванные упругие элементы, являющиеся одной из важных частей установок ударного ускорения, представляют собой обычно пакеты резиновых прокладок, пружины и т.п., рассчитанные на различные величины ударных ускорений

Величину ускорения, возникающего при ударе, можно измерять с помощью различных датчиков (например, пьезоэлектрических) и осциллографа. При этом собственная резонансная частота пьезодатчика должна быть не менее 20000 гц.

Согласование выхода датчика с входом осциллографа осуществляется при помощи электрометрического каскада или катодного повторителя. Чувствительность датчика (мв/g)определяют совместно с согласующим устройством на калибровочном вибростенде в диапазоне частот 50-1000 гц.

Длительность ударного импульса определяют с помощью такого же пьезоэлектрического датчика и электронного осциллографа. Возникающий на осциллографе импульс в момент удара фотографируется.

Существующие отечественные и зарубежные установки ударных ускорений аналогичны как по принципу действия, так и по конструкции. В качестве примера рассмотрим конструкцию установки, представленной на рис. 2.5.

Установка состоит из следующих основных узлов: рабочего стола(платформы) 11 с пазами для крепления испытуемых приборов, двумя направляющими штангами 23, подъемным роликом 10 и двумя ударниками 13; станины 16 с двумя приливами, на которых установлены упругие элементы 17; приводного механизма, включающего в себя электродвигатель 22, редуктор(шкив 5, зубчатые колеса 19 и 20) и подъемный кулачок 18.

Подъем стола 11 производится поворотом кулачка 18: кулачок получает вращательное движение от электродвигателя 22 через шкив 2, клиноременную передачу 3, шкив 5 и зубчатую передачу 19 и 20. Контакт ролика 10 с поверхностью кулачка обеспечивает подъем стола при повороте вала кулачка. При дальнейшем повороте кулачка его поверхность соприкасается с планками подъемного механизма, при этом ролик входит в паз на поверхности кулачка. Для уменьшения износа кулачок помещен в масляную ванну.

При подъеме стола на максимальную высоту кромка кулачка подходит к кромке планок, после чего стол падает вниз на упругие элементы 17. Высоту падения стола можно регулировать, меняя набор пластин, высоту которого контролируют по шкале 14. Материалом для упругого элемента обычно служит мягкая резина различной толщины, а для получения величины ударного ускорения свыше 100g применяется твердая резина с соответствующим подбором высоты падения стола, которая не превышает 30 мм.

Упругие элементы(амортизаторы из мягкой или твердой резины) представляют собой пакеты, которые предварительно калибруются. В зависимости от заданной величины ударного ускорения и выбранных упругих элементов различной толщины определяется высота падения стола. Для этого используются специальные графики.

Основные технические характеристики:

- диапазон ударных ускорений………………………….1 – 150g;

- частота ударов…………………………………30 – 120 в минуту;

- вес рабочего стола………………………………………50 кг;

- вес испытуемых приборов…………………………..до 50 кг;

- максимальная высота падения……………………….30 мм;

- габаритные размеры стенда…………………..540 х 580 х 1000 мм;

- вес стенда……………………………………………….350 кг.

Рис. 2.5. Конструкция установки для испытания изделий на воздействие ударных ускорений

2.5. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛИНЕЙНЫХ (ЦЕНТРОБЕЖНЫХ) УСКОРЕНИЙ

Испытания проводят с целью проверки способности изделий противостоять разрушающему воздействию линейного ускорения, если это указано в стандартах и ТУ на изделие, а также для проверки структурной прочности изделия в процессе производства.

Устройствами для испытания изделий на воздействие линейных (центробежных) ускорений являются центрифуги. Центрифуги, создающие в горизонтальной плоскости линейные (центробежные) радиально направленные ускорения, характеризуются следующими эксплуатационными параметрами:

- максимальной величиной линейного ускорения;

- скоростью нарастания линейных ускорений;

- допустимой нагрузкой.

С помощью специальных устройств в системе управления центрифуги (тормозное устройство, реостатное управление и др.) обеспечивается определенное увеличение (при разгоне) или уменьшение (при торможении) скорости рабочего стола.

К основным требованиям, предъявляемым к центрифугам, относятся:

1) наличие токосъемного устройства, позволяющего соединять электрические цепи испытуемых изделий с неподвижной частью электрической схемы;

2) возможность подвода в случае необходимости к испытуемым изделиям пневмопитания под заданным рабочим давлением или необходимого вакуума;

3) возможность измерения величины развиваемых центробежных ускорений и скорости их нарастания с помощью специальных измерительных приборов;

4) динамическая уравновешенность вращающихся элементов, обеспечиваемая наличием соответствующих балансов;

5) возможно малое аэродинамическое сопротивление, снижаемое с помощью специального козырька-обтекателя;

6) достаточно большой срок службы (до капитального ремонта), обычно не менее 3000 час.

Зависимость величины амплитуды ускорения, выраженной в единицах ускорения силы тяжести, от интересующих нас факторов можно получить следующим образом.Если учесть, что ,а амплитуда ускорения

,то . (2.1)

Откуда . С помощью номограммы можно найти любую

из трех величин (Ј, n, R) при известных двух.

При испытании изделий на центрифуге изменение амплитуды ускорения достигается двумя способами:

1) изменением скорости вращения n балки центрифуги;

2) перемещением испытуемого изделия вдоль несущей балки, т.е. изменением радиуса вращения R.

При испытании изделий на центрифуге рекомендуется следующая очередность работ:

1) надежно закрепить изделие при помощи специальных приспособлений и уравновесить его подбором противовесов: разность весов противовеса и испытуемого изделия не должна превышать 100 г. Иногда в качестве противовеса используют изделие, подобное испытуемому. При этом изделие должно быть закреплено таким образом, чтобы расчетное ускорение приходилось на геометрический центр испытуемой системы. Разность радиусов центров тяжести противовесов и изделия не должна превышать 20 мм, а разность положений центров тяжести по высоте над балкой или столом – 50 мм;

2) подключить электрические провода к испытуемому изделию;

3) повернуть балку центрифуги на 360º, убедиться в наличии зазора между выступающими частями испытуемого изделия и кожухом центрифуги;

4) пользуясь пультом управления, установить параметры испытаний, в соответствие с ТУ на изделие, и запустить центрифугу;

5) изделие во включенном состоянии подвергают воздействию линейного ускорения в каждом направлении по оси Х. При этом производят контроль за работой изделия;

6) снижая скорость вращения, остановить центрифугу и отключить изделие от сети.

Центрифуга должна быть закрыта защитным ограждением из толстого (18-20 мм) железа, усиленного сварным каркасом. Высота ограждения не менее 1,4-1,5 м. Пульт управления располагается на расстоянии 3-4 м от центрифуги. Безопасность обеспечивается специальной блокировкой дверей кабин с центрифугами. Блокировка проверяется ежедневно.

2.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛИНЕЙНЫХ (ЦЕНТРОБЕЖНЫХ) УСКОРЕНИЙ.

Применяемые в настоящее время для испытания авиационных приборов центрифуги имеют один и тот же принцип действия, но весьма существенно отличаются по конструкции.

Конструкция центрифуги приведена на рис. 2.6.

Центрифуга включает в себя электродвигатель 1, червячный редуктор 2, несущую балку 3, на которой закрепляются испытуемые приборы, коллектор 4 для коммутации вращающихся испытуемых приборов, сварную раму 5, устанавливаемую на бетонном основании, а также пульт управления центрифугой со щитом подключения испытуемых приборов.

Основные технические характеристики:

- диапазон создаваемых ускорений………………………3 – 50g;

- максимальный вес испытуемых приборов на одном плече..30 кг;

- число оборотов рабочего стола…………………….20 – 240 об/мин;

- длина одного плеча…………………………………..1,25 м.

На рис. 2.7 представлена конструкция специальной центрифуги, предназначенной для создания линейных ускорений величиной до 100 g, изменяющихся по гармоническому закону.

Рис. 2.6. Конструкция центрифуги

Жесткая рама, представляющая собой кривошип или хобот 2 и несущая на себе нижнюю и верхнюю опоры шатуна 1, вращается на неподвижной колонке 4, жестко связанной с основанием установки. По нижнему и верхнему поясам хобота расположены отверстия для крепления опор шатуна при различных амплитудах.

Рис. 2.7. Конструкция центрифуги сложного вращения

При амплитуде А = 1м опоры шатуна должны занимать крайнее левое положение, тогда как при амплитуде А = 0,5 м крайнее правое положение. При необходимости изменить амплитуду нужно, вынув пальцы из верхней и нижней опор шатуна и надев рукоятку на валик 5, поворачивать его до установки опор в требуемом положении.

На нижней опоре шатуна расположены открытая и закрытая зубчатые передачи. В верхней опоре шатуна, кроме подшипника, расположен пластинчатый тормоз, предназначенный для компенсации момента, возникающий из-за неуравновешенности. Затягиванием гайки можно регулировать величину тормозного момента. К вертикальным стенкам хобота прикреплены противовесы.

Основные технические характеристики:

- максимальная амплитуда движения рабочего стола…………1 м;

- максимальный ход рабочего стола…………………………….2 м;

- максимальный вес испытуемых изделий………………………5 кг;

- максимальный размер основания испытуемых изделий..200 х 200 мм

- максимальная высота центра тяжести испытуемых изделий.100мм;

- диапазон ускорений………………………………………….10 –300g.

2.7. ИСПЫТАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ УСКОРЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ

Для испытания изделий аэрокосмической техники на воздействие ускорений, возникающих при транспортировании в кузовах грузовых автомашин, движущихся по грунтовым, булыжным или асфальтовым дорогам с различной скоростью, служат установки, имитирующие подобные ускорения.

Конструкция установки представлена на рис. 2.8.

Для этого рабочему столу установки 2, с закрепленными на нем испытуемыми приборами 1, с помощью кулачков 3 сообщается периодическое скачкообразное движение. Грузоподъемность установки обычно составляет не менее 100 кг, размеры рабочего стола – 1500х1000 мм. Рабочий стол установки получает вибрационные и ударные ускорения величиной до 50g.

Рис. 2.8. Конструкция установки для испытания изделий при транспортировании