Пристрій для вібровипробувань

МПК6 GOIM 7/00 Пристрій для втбровипробунань Винахід відноситься до техніки вібровипробувань , зокрема, до пристроїв для проведення вібраційних випробувань механічних об 'єктгв і може бути використаний при розв'язанні задач вібродіагностики , віброзахисту та розробці нових вібраційних технологій . Відомим є пристрій для вібровипробувань, що містить генератор синусоїдних коливань з блоками компресії та разгортки частоти , під'єднаний через підсилювач до віброзбулжувача, два віброперетворювачі, перший з яких установлено на втброзбуджувачт , а другий - на випробуванному об'єкті, перший та другий супроводжуючі фільтри, кожний з яких підключений сигнальним входом до відповідного віброперетворювача , а керувальним входом - до виходу генератора синусоїдних коливань, блок виміру максимуму, з'єднаний з виходом другого супроводжуючого фільтра, перший ключ, інформаційний вхід якого зв'язаний з кодовим виходом частоти генератора синусоїдних коливань, другий ключ, блок обробки інформації, зв'язаний з виходами першого та другого ключів , та блок індикації, вхід якого зв'язаний з виходами блока обробки інформації (див. ав.св. СССР № І35232І, МПК GOIH 13/00, 1988). Недолік такого пристрою - обмежені функціональні можливості, що обумовлені неможливістю визначення коефіцієнта демпфування для систем, власна частота яких лежить за межею робочого діапазону частот прист рогівнаслтдок відсутності алгоритму , що обумовлює можливість визначення коефіцієнта демпфування без визначення власної частоти , а також блока пам'яті. Найбільш близьким по технічній суті та технічному результату , що отримується, є пристрій для випробувань, що містить задавальний генератор х синусоїдних коливань ё блоками компресії та розгортки частоти, вихід якого під'єднаний через підсилювач ., потужності до входу віброзбуджувача ^, два віброперетворювача 'І3С, перший з яких установлений на втброзбуджувачі -> а другий - на випробуванному І! . - 2 об'єкті, перший та другий супроводжуючі фільтри, вихід першого супроводжуючого фгльтра з'єднаний з керувальним входом підсилювача потужності, сигнальні входи яких з'єднані з виходами відповідних вброперетворювачів, а керувальні входи - з виходами задавального генератора синусоїдних коливань, блок виміру максимуму, вхід якого під'єднаний до виходу другого супроводжуючого фгльтра , вимірювач різниці фаз, входами під'єднаний до виходів першого та другого супро воджуючих фільтрів, перший ключ, сигнальний вхід якого з'єднаний з кодовим виходом частоти задавального генератора синусоїдних коливань . другий ключ, сигнальний вхід якого з'єднаний з виходом вимірювача різнипі фаз, керувальні входи першого та другого ключів під'єднані до входу блока виміру максимума, перший та другий регістри, блок обробки інформації та блок індикації, причому сигнальні входи першого та другого регістрів з'єднані з виходами першого та другого ключів відповідно, виходи першого та другого регістрів під'єднані до сигнальних входів блока обробки інформації, вихід якого з'єднаний з сигнальним входом блока індиканії, блок для виміру різниці фаз, входи РКОГО під'єднані до виходів супроводжуючих фільтрів, а вихід підключений до інформаційного входу другого ключа , керувальний вхід якого підключений до блоку виділиння максимуму (Див. ав.св. СССР N* 1620873, МПК GOIM 7/00, 1991 p.). Недолік нього пристрою - обмежені функитональні можливості , що обумовлені можливістю визначення тільки коефіцієнта демпфування для систем, власна частота яких міститься за межами робочого діапазону частот пристрою, а також відсутністю можливості визначення маси , коефіцієнта жорсткості, власних частот консервативної та дисипативної коливальних систем, що відповідають дослтджувально-коливальній системі - моделі випробуванного об'єкту. Вище викладені параметри відомим пристроєм не визначаються, тому що не розроблені алгоритми для визначення цих параметрів і відповідні логічні структури, зокрема в пристрої відсутні блоки та -зелементи, що забезпечують регістрацію частот максимумів обвідних напЬв-розмахїв коливань та різниці фаз при реалізації щонайменше двух режимів при введені пробної маси та без неї, а також блоків комутації та елементів затримки. Таким чином, структурна побудова пристрою - прототипу забезпечує тільки можливість визначення коефіцієнта демпфування для коливальних систем вказанного вище типу. В основу винаходу поставлено завдання створити такий пристрій для вібровипробувань механічних об'єктів, яке за рахунок введення блоків та елементів комутації, формування та затримки, що забезпечує регістраиію різниці фаз між гармонійним сигналом збудження та коливаннями випробуванного об'єкту на резонансній частоті та різниці фаз в випадку, коли на випробуваний об'єкт встановлюється пробна маса, забезпечує визначення як коефіцієнта демпфування , так і коефіцієнту жорсткості та маси, а також особистих частот консервативної та дисипативної коливальних систем - моделей випробуваних об'єктів, що розширює функціональні можливості пристрою . Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для вібровипробуванв:,1який містить задавальний генератор синусоїдних коливань з блоками компресії та розгортки частоти , вихід якого під'єднаний через підсилювач потужності до входу віброзбуджувача, два віброперетворювача, перший з яких установлений на віброзбуджувачі , а другий - на випробуванному об'єкті, перший та другий супроводжуючі фільтри, вихід першого супроводжуючого фільтра з'єднаний з керувальним входом підсилювача потужності, сигнальні входи яких з'єднані з виходами відповідних віброперетворювачів, а керувальні входи - з виходам: задавального генератора синусоїдних коливань , блок виміру максимуму, вхід якого під'єднаний до виходу другого супроводжуючого фільтра, вимірювач ртзнипт фаз, входами під'єднаний до виходів першого та другого супроводжуючих фільтрів, перший ключ, сигнальний вхід якого з*єднаний з кодовим виходом частоти задавального генератора синусоїдних коливань, другий ключ, сигнальний вхід якого з'єднаний з виходом вимірювача різнипі фаз, керувальні входи першого та другого ключів під'єднані до виходу блока виміру максимума, перший та другий регістри, блок обробки інформації та блок індикації, причому сигнальні входи першого та другого регістрів з'єднані з виходами першого та другого ключів відповідно, виходи першого та другого регістрів під'єднані до сигнальних входів блока обробки тнформагтї, вихід якого з'єднаний з сигнальним входом блока індикації, згідно винаходу він додатково містить третій ключ, тригер, формувач імпульсів, елемент "И", перший, другий, третім, четвертий, п'ятий та шостий елементи затримки, причому вихід блока виміру максимума через третій елемент затримки під'єднаний до об'єднаних входу формувача імпульсі?, одного входу елемента "И" та входів "Прийом" першого та другого регістрі в, вихід формувача імпульсів з'єднаний з об'єднаними сигнальним входом третього ключа, та 1^ - входом тригера безпосередньо , входом "Прийом" блоку обробки інформації через другий елемент затримки, а через четвертий елемент затримки - до "Скидання" входів першого та другого регістрів, перший вихід тригера під'єднаний до керувзльного входу третього ключа, а інверсний - до другого входу елемента "И", вихід якого через п'ятий елемент затримки під'єднаний до входу "Обробка" блока обробки інформаттії, а через шостий елемент затримки - до входу "Прийом" блока індикації, вихід третього ключа з'єднаний з кєрувальним входом задавального генератора синусоїдних коливань, вхід "Пуск" під'єднаний до S - входу тригенра безпосередньо, а до керувального входу задавального гератора синусоїдних коливань - через перший елемент затримки. Коливання лінійної механічної коливальної системи з одним ступенем вільності може бути описане лінійним диференціальним рівнянням другого ступеня, а різниця фаз (^ між вимушеними коливаннями та коливаннями збуджувальної сили визначається співвідношенням 2 Резонансна частота UJfo віброзміщення визначається співвідношенням 2 f) . * де U/Q- частота вгльних коливань ВІДПОВІДНО Ї консервативної системи; П - коефіцієнт демфування. Для визначення коефіцієнта демфування на підставі /І/,/2/ маємо співвідношення І] -= Qfy у-^Ф^ /З/ Для визначення (0о маємо співвідношення, що базується на формулах /4/ ЧастотаУ#}льних коливань дисипативної коливальної системи визнача ється / , z і /яЬ^ На підставі /4/ маемо^систему снтввідношень , що відповідає масі /7? та масі ПО 4- пробна маса Із /б/ маємо такі співвідношення д#я параметрі? /W (Е визначення Таким чином, наведена формулою винаходу сукітність суттєвих ознак пристрою з введеними новими елементами та функціональними зв'язками дозволяє реалізувати наступний технічний алгоритм\/інершино-чсорстких дисипативних параметрів: І/ зафіксувати частоту^макеимума обвідної наптврозмахів коливань статичного резонансного піку АЧХ випробувавшого об'єкта /БО/ та рїзни щ> фаз у^о на частоті uj^o між вимушеними коливаннями БО та коливаннями збуджувальної дії; __ -6 Z/ встановити на ВО при умові жорсткого з'єднання з ВО пробну ма су ЛП) ; З/ зафіксувати частоту UJtyj максимума обвідної напіврозмахтв коли вань статичного резонансного піку АЧХ БО та різницю фаз р ^ на частоті ціло м*ж вимушеними коливаннями БО та коливаннями збудаувальк 4/ виконати функціональні перетворення значень tdtyo по наведеним співвідношенням /3,/4/,/5/,А/,/8/ Вся сукупність суттєвих ознак пристрою забезпечує визначення кое фієнтів жорсткості С f демофування ц та маси /У) , а та.кож власних частот консервативної та дисипативної механічних коливальних систем-/ ЗО при використанні інформації про частоти (J^ ^UJni-j максимумів об відних наптврозмахтв коливань статичних резонансних піків АЧХ та від повідних значень різниці фаз іто ї]т£ поміж збуджувальною дією та вимушеним коливанням БО без присутності пробної маси Дщ та при уста новці на БО пробної маси відповідно . / Алгоритм для визначення коефіцієнта демпфування /7 реалізується блоками регтстрагтї частоти максимума обвідної наптврозмахтв коливань статичного резонансного піку, блоками регтстраитї різнииі фаз між вимушеними коливаннями БО та коливаннями збуджувальної дії, елементами комутації, регістрами та блоком обробки інформації . Алгоритм для визначення коефіцієнта жорсткості С , маси ЇУ\ , власних частот ІОО І &о9 -консервативної та дисипативної коливальних О систем реалізується додатково введеними блоками комутації, формування та елементами затримки. На кресленні наведена структурна схема пристрою для вібровипробувань. Пристрій містить задавальний генератор І синусоїдних коливань з бло ками компресії та розгортки частоти , підсилювач 2 потужності, віброзбуджувач 3, перший та другий втброперетворювачт 4 та 5 відповідно, випробуванний об'єкт 6, перший та другий супроводжуючі фільтри 7,8 відповідно, блок 9 виміру максимуму, перший ключ 10, другий ключ II, блок 12 обробки інформації, блод ІЗ індикації, вимірювач 14 рхзншг фаз, перший та другий регістри 15,16 відповідно, третій кл*ч 17, тригер 18, формувач 19 імпульсів, елемент "И" 20, перший, другий, третій, четвертий, п'ятий, шостий елементи 21,22,23,24,25,26 затримки відповідно, вхід 27 "Пуск". Гла*»г-'іЛ Елементи та блоки пристрою з'єднані таким чином. Вихід задавального генератора І синусоїдних коливань з*єднаний через підсилювач 2 потужності з виходом віброзбуджувача 3. На вхброзбуд-жувачі 3 встановлено випробуваними об'єкт 6 та перший віброперетворювач 4. Другий віброперетворювач 5 установлений на випробуванному об'єкті 6. Виходи першого та другого віброперетворювачів 4 та 5 під'єднані до сигнальних входів першого та другого супроводжуючих фільтрів 7 та 8 відповідно, вихопи яких під'єднані до входів вимірювача 14 різниці фаз, вихід якого з'єднаний з сигнальним входом другого ключа II, сигнальний вхід першого ключа 10 з'єднаний з кодовим виходом частоти задавального генератора І синусоїдних коливань. Керувальні входи першого та другого ключів 10 та II об'єднані та під'єднані до виходу блока 9 втт-ру максимуму, вхід якого з'єднаний з виходом другого супроводжуючого фільтра 8. Кєрувальний вхід підсилювача 2 потужності з'єднаний з виходом першого супроводжуючого фільтра 7. Виходи першою та другого ключів 10 та II з'єднані з виходами першого та другого регістрів 15 та 16 відповідно, виходи яких під'єднані до сигнальних входів блока 12 обробки інформації, вихід якого під'єднаний до сигнального входу блока ІЗ індикації . Вихід блока 9 виміру максимума під'єднаний через третій елемент 23 затримки до об'єднаних входу формувача 19 імпульсів, одного входу елемента "И" 20 та входів "Прийом" першого та другого регістрів 15 та 16. Вихід формувача 19 імпульсів з'єднаний з об'єднаними сигнальним входом третього ключа 17 та 3^ - входом тригера 18 безпосередньо, входом "Прийом4 блока 12 обробки інформації через другий елемент^затримки , а а через четвертий елемент 24 затримки - до входів "Зброс" першого та другого регістрів 15,16, прямий вихід триге^-ра 18 під'єднаний до керувального входу третього ключа 17, а інверсний - до другого входу елемента "И" 20, вихід якого через п'ятий елемент 25 затримки під'єднаний до входу "Обробка" блока 12 обробки інформації', а через шостий елемент 26 затримки - до входу "Прийом" блока ІЗ індикації, вихід третього ключа 17 з'єднаний з керувальним входом задавального генератора І синусоїдних коливань, вхід 27 "Пуск" під'єднаний до & - входу тригера 18 безпосередньо, а до керувального входу задавального генератора І синусоїдних коливань - через перший елемент 21 затримки. Пристрій для вібровипробовувань щЙіює таким чином. Коли на вхід 27 "Пуск" подається сигнал, який через перший елемен т 21затримки надходить на керувальний вхід задавального генератора І синусоїдних коливань, то генератор функціонує в режимі сканування ча стоти UO збуджувальної дії Р заданому діапазоні частот. Сигнал з виходу задавального генератора І синусоїдних коливань піс ля підсилення підсилювачем 2 потужності перетворюється втброзбудхувачем 3 в механічні коливання, які діють на випробуваними об'єкт 6. Величина механічних коливань стабілізується ланцюгом компресії і : віброзбуджувач 3 - перший віброперетворювач 4 - перший супроводжуючий фільтр 7 - кєрувальний вхід підсилювача 2 потужності. Сигнал з виходу другого віброперетворювача 5 через другий супроводжуючий фільтр 8 подається на вхід блоку 9 виміру максимуму та на перший вхід вимірювача 14 різниці фаз, на другий вхід якого подається сигнал з виходу першого віброперетворювача 4 після проходження через перший супроводжувальний фільтр 7. В момент часу проходження максимуму обвідної напіврозма^сів коливань резонансного піку випробувавшого об'єкту б / при умові щонайменше одного резонансного піку в досліджувальному частотному діапазоні/ на виході блока 9 виміру максимуму формується імпульсний сигнал, що подається на керувальні входи першого та другого ключів 10 та II безпосередньо, а на входи"Прийом" першого та другого регістрів 15,16 - через -9 _ третій елемент 23 затримки. При иьому перший регістр 15 записується код частоти Ц)то , який подається на сигнальний вхід пертого ключа 10 з кодового виходу частоти задавальнorо генератора І синусоїдних коливань. Відповідний кодовий сигнал різнипї фаз з виходу вимірювача 14 різниці фаз подається на сигнальний вхід другого ключа II та записується в другий регістр 16. Окрім того, імпульсний сигнал з виходу блока 9 виміру максимуму подається через третій елемент 23 затримки та формувач 19 імпульсів на сигнальний вхід третього ключа. 17 та на Д вхід тригера 18, який установлюється в нуль. При ньому значення частоти задавального генератора І синусоїдних коливань установлюється рівним нижній частоті досліджувального діапазону частот т знову починається разгортка частоти з постійною швидкістю в сторону її збіль шення. Значення затримки третього елементу 23 затримки береться достатні*1 для того, щоб установити на випробуваними об'єкт 6 пробну масу / на кресленні не показана та не визначена /. Сигнал з виходу формувача 19 імпульсів через другий елемент 22 затримки подається на керувальний вхіл "Прийом" блока 12 обробки інформації, тому інформація, що міститься в регістрах 15 та 16 подається в в блок 12 обробки інформації. Той же сигнал через четвертий елемент 24 затримки подається на входи "Скидання" першого та другого регістрів 15 та 16 та установлює їх в нуль. При установленні тригера 18 в нуль на одному вході елемента "И" 20 формується високий потенптал , а треттй ключ 17 розмикається. В момент часу проходження частоти максимума обвідної напіврозмахів яоливань резонансного піка випробуванного об'єкту 6 з установлен ною на ньому пробною масою А/7/на виході блока 9 виміру максимуму повторно формується імпульсний сигнал , що подається на керувальні входи першого та другого ключів 10 та II. При цьому в перший та другий регістри 15 та 16 записуються коди частоти та різниці фаз з кодового виходу задавального генератора І синусоїдних коливань та виходу -вимірювача 14 різниці фаз відповідно. Імпульсний сигнал з виходу блока 9 виміру максимуму через третій елемент 23 затримки подається на об'єднаний вхід формувача 19 імпульсів, елемента "И" 20 та входи "Прийом" першого та другого регістрів 15 та 16, При ньому сигнал з виходу формувача 19 імпульсів не подається на керувальний вхід задавального генератора І синусоїдних коливань, а подається на вхїд"йрийом" блока 12 обробки інформації через другий елемент 22 затримки, а через четвертий елемент 24 затримки - на входи "Скидання" регістрів 15 та 16. Окрім того, сигнал з виходу формувача 19 імпульсів подається на R -вхід тригера 18, підтверджуючи його нульовий стан. На виході елемента "И" 20 формується також сигнал, який через п'ятий елемент 25 затримки подається на вхід "Обробка" блока 12 обробки інформації, а через шостий елемент 26 затримки- на вхід "Прийом" блока ІЗ індикації, який фіксує результати обчислень блока 12 обробки інформації. Запропонований пристрій для вібровипробувань застосовується для систем , власна частота яких знаходиться за межею робочого діапазону частот пристрою та дозволяє визначити як коефіцієнт демпфування, так і коефіцієнт жорсткості та масу випробуванного об'єкта, а також власні частоти відповідних консервативної та дисипативної коливальних систем - моделей випробуванного об'єкту, що розширює функціональні можливості пристрою тим,що вимірюються частоти максимумів обвід - ^ них напіврозмахів коливань резонансного піку та різниці фаз між коли ваннями випробуванного об'єкту та коливаннями збуджувальної дії при відсутності, ЯййбЙ0І>*8&си та при її установленні на випробуванному об'єкті, - - ' Найменування елементів пристрою І» задававший генератор синусоїдних коливань 2- підсилювач потужності Зт віброзбуджувач 4- перший віброперетворювач 5- другий віброперетворювач 6- випробувавшій об'єкт 7-перший супроводжуючий фільтр 8- другий супроводжуючий фільтр 9- блок виміру максимума 10- перший ключ 11- другий ключ 12- блок обробки інформації, 13- блок індикації 14- вимірювач різниці фаз 15- перший регістр 6б- другий регістр І7-третій ключ 18- тригер 19- формувач імпульсів 20- елемент "И" 21- перший елемент затримки 22- другий елемент затримки 23- третій елемент затримки 24- четвертий елемент'затримки 25- п'ятий елемент затримки 26- шостий елемент затримки 27- вхід "Пуск" Прцстріц для 4>i&pQ$unpo8yBcftfb 8 -я 5ft б І __ ^г A Л 11 ------------І 16 k D п 23 Л 21 ASrr?Opl/: fl\J3t>KO I, A. /SopocrB,A.