Спосіб випробувань об’єкту на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації

УКРАЇНА (19) UA (11) 75080 (13) U (51) МПК (2012.01) G01M 7/00 ДЕРЖАВНА СЛУЖБА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ УКРАЇНИ (12) ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (21) Номер заявки: u 2012 03871 Дата подання заявки: 29.03.2012 (22) (24) Дата, з якої є чинними 26.11.2012 права на корисну модель: (46) Публікація відомостей 26.11.2012, Бюл.№ 22 про видачу патенту: (72) Винахідник(и): Шпачук Володимир Петрович (UA), Нікітіна Ганна Олександрівна (UA), Дудко Вадим Валентинович (UA) (73) Власник(и): ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА, вул. Революції, 12, м. Харків, 61002 (UA) (54) СПОСІБ ВИПРОБУВАНЬ ОБ'ЄКТУ НА ВІБРОНАДІЙНІСТЬ В УМОВАХ ТРИКООРДИНАТНОЇ ПОСТУПАЛЬНОЇ ВІБРАЦІЇ Спосіб випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації, при якому сигнал управління вібростендом формують з урахуванням попередньо виміряної матриці передатних функцій W p , що зв'язує трикоординатні поступальні вібрації платформи Qпл.к.т. і об'єкта випробувань Qоб.к.т. в контрольних точках К пл. і К об. , а в контрольній точці К пл. платформи трикоординатного поступального вібростенда відтворюють вектор заданої * * * вібрації Qпл.к.т.  W 1p  Qоб.к.т. . Вектор Qоб.к.т. заданої трикоординатної поступальної вібрації контрольної точки К об. об'єкту визначають відповідно до заданого співвідношення. UA 75080 U (57) Реферат: UA 75080 U UA 75080 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до способів випробувань об'єктів на вібронадійність в умовах трикоординатного поступального вібронавантаження, коли в контрольній точці об'єкта випробувань відтворюється еліптична траєкторія заданої форми і орієнтації в нерухомому тривимірному евклідовому просторі. При цьому азимут траєкторії (напрямок великої осі) співпадає або з напрямком найменшої жорсткості підвіски об'єкта, або напрямком його найбільшої податливості, або напрямком його найбільшого інерційного механічного навантаження. Відомий спосіб вібровипробувань виробів, відповідно з яким змінюють кут між вектором вібрації, що діє на виріб, і координатними осями виробу шляхом обертання виробу (А.с. РФ № 1556302, МПК G01M7/00, бюл. № 6, 1996). При цьому виріб безперервно обертають, а параметри вібрації змінюють в процесі обертання при досягненні виробом заданих програмою випробувань положень. Недоліком відомого способу є обмежені функціональні можливості, тому що його реалізація не забезпечує випробування об'єкта в режимі, коли азимут траєкторії в контрольній точці об'єкта співпадає або з напрямком найменшої жорсткості підвіски об'єкта, або напрямком його найбільшої податливості, або напрямком його найбільшого інерційного механічного навантаження. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації, при котрому сигнал управління вібростендом формують з урахуванням попередньо виміряної матриці передатних функцій W p , що зв'язує трикоординатні поступальні вібрації платформи Qпл.к.т. і об'єкта випробувань Qоб.к.т. в контрольних точках К пл. і К об. , а в контрольній точці К пл. платформи трикоординатного поступального вібростенду відтворюють вектор заданої вібрації 25 30 35 40 45 * * Qпл.к.т.  W 1p  Qоб.к.т. (A.c. СССР № 1575673, МПК G01M7/00, бюл. № 5, 1987). Недоліком даного способу випробувань є обмежені функціональні можливості, тому що його реалізація не забезпечує випробування об'єкта в режимі відтворення в нерухомій системі координат Oxyz , полюс якої співпадає з контрольною точкою об'єкта, еліптичної траєкторії заданої форми і орієнтації, азимут якої співпадає або із заданим напрямком найменшої жорсткості об'єкта, або заданим напрямком його найбільшої податливості, або заданим напрямком його найбільшого інерційного механічного навантаження. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації, у якому за рахунок відтворення в контрольній точці платформи вектора заданої трикоординатної поступальної вібрації, який визначається з урахуванням попередньо виміряної матриці передатних функцій, що зв'язує трикоординатні поступальні вібрації платформи і об'єкта випробувань, і заданих літакових кутів Ейлера, що визначають орієнтацію системи координат, вісь абсцис якої співпадає з азимутом заданої еліптичної траєкторії контрольної точки об'єкта, досягається можливість проведення випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації в режимі відтворення в нерухомій системі координат Oxyz , полюс якої співпадає з контрольною точкою об'єкта, еліптичної траєкторії заданої форми і орієнтації, азимут якої співпадає або із заданим напрямком найменшої жорсткості об'єкта, або заданим напрямком його найбільшої податливості, або заданим напрямком його найбільшого інерційного навантаження, і розширюються функціональні можливості способу випробування. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації, при котрому сигнал управління вібростендом формують з урахуванням попередньо виміряної матриці передатних функцій W p , що зв'язує трикоординатні поступальні вібрації платформи вібростенда Qпл.к.т. і об'єкта випробувань Qоб.к.т. в контрольних точках К пл. і К об. , а в контрольній точці К пл. платформи трикоординатного поступального вібростенда відтворюють вектор заданої вібрації 50 * * * Qпл.к.т.  W 1p  Qоб.к.т. , згідно з корисною моделлю вектор Qоб.к.т. заданої трикоординатної поступальної вібрації контрольної точки К об. об'єкта визначають відповідно до співвідношення: А х sin * t   x      А y sin  * t   y  , де  А z sin * t   z    1 W p - обернена матриця передатних функцій, * Qоб.к.т.   1 UA 75080 U               * * * * * 2 * * * 2  cos   cos   sin   sin   sin   a   sin   cos   b  A x   2 2    Ay   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin *  a *  cos  *  cos  *  b *  ,    2 2 A z       cos  *  sin *  a *  sin  *  b *       sin  *  cos  *  b *  arcsin 2 2  cos  *  cos *  sin  *  sin *  sin  *  a *   sin  *  cos  *  b *  x   cos  *  cos  *  b *     y    arcsin  2 2  z   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin  *  a *  cos  *  cos  *  b *    sin  *  b *  arcsin  2 2   cos  *  sin *  a *  sin  *  b *                      ,        якщо виконуються умови  sin  *  cos  *  b *  0 , cos  *  cos *  b *  0 і sin *  b *  0 ,    sin  *  cos  *  b *   arccos  2 2  cos  *  cos *  sin  *  sin *  sin  *  a *   sin  *  cos  *  b *   x    cos  *  cos  *  b *    ,  y    arccos 2 2   z   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin  *  a *  cos  *  cos  *  b *      sin  *  b *   arccos   2 2    cos  *  sin *  a *  sin  *  b *   * * * * * * * якщо виконуються умови  sin   cos   b  0 , cos   cos   b  0 і sin   b *  0 .            5     * , a * , b * - задані частота віброзбудження, велика та мала півосі еліпса траєкторії вектора * Qоб.к.т. заданої вібрації контрольної точки К об. об'єкта в нерухомій системі координат Oxyz , 10  * ,  * ,  * - задані літакові кути Ейлера, що визначають відносну орієнтацію осей систем координат Oxyz і Ооб х об у об zоб при нерухомому об'єкті, Ооб х об у об zоб - нерухома система координат, осі якої паралельні відповідним осям нерухомої системи координат Оплхплуплzпл з полюсом в контрольній точці К пл. платформи трикоординатного поступального вібростенда, причому при нерухомому об'єкті полюси О і Ооб систем координат Oxyz і Ооб х об у об zоб співпадають з контрольною точкою К об. , еліпс траєкторії належить площині Оху системи 15 20 25 координат Oxyz , а її вісь Ох співпадає з азимутом заданої еліптичної траєкторії контрольної точки К об. об'єкта. Суть способу ілюструється за допомогою креслення. На кресленні представлено: 1 - платформа трикоординатного поступального вібростенда; 2 - об'єкт випробувань; 3, 4, 5 - пружні елементи, що складають блок пружної підвіски об'єкта 2; 6 еліпс траєкторії контрольної точки К об. об'єкта випробувань з великою a * і малою b * півосями; К пл. - контрольна точка платформи; Оплхплуплzпл - нерухома система координат з полюсом в контрольній точці К пл. ; Oxyz , Ооб х об у об zоб - нерухомі системи координат, полюси яких при нерухомому об'єкті співпадають з контрольною точкою К об. ;  * ,  * ,  * - задані літакові кути Ейлера, що визначають відносну орієнтацію осей систем координат Oxyz і Ооб х об у об zоб при нерухомому об'єкті. При нерухомому об'єкті осі системи координат Ооб х об у об zоб паралельні відповідним осям нерухомої системи координат Оплхплуплzпл . Еліпс 6 траєкторії при нерухомому об'єкті належить площині Оху системи координат Oxyz , a його азимут співпадає з віссю Ох . Віброзбуджувачі і блоки системи вібровипробувань на кресленні не показано. Послідовність реалізації способу випробувань складається з наступних етапів. 2 UA 75080 U 5 Етап визначення (ідентифікації) матриці передатних функцій W p . Перед початком випробувань на платформі 1 трикоординатного поступального вібростенду через пружні елементи 3-5 закріплюють об'єкт випробувань 2. В контрольних точках К пл. , К об. платформи і об'єкта встановлюють трикоординатні вібровимірювальні перетворювачі (місця розташування контрольних точок визначаються нормативним документом), осі чутливості яких співпадають з осями систем координат Оплхплуплzпл та Ооб х об у об zоб відповідно. В контрольній точці платформи К пл.  відтворюють  системою вібровипробувань ' хід ; уід ; zід , пл пл пл ід трикоординатну поступальну вібрацію Qпл  одночасно вимірюють виникаючу при цьому 10  ід Qоб  х ід ; у ід ; zід об об об а в контрольній точці К об. трикоординатну поступальну вібрацію  об'єкта випробувань. Закон зміни за часом і тривалість дії вектора ' ідентифікації (індекс "ід") матриці передатних функцій ід Qпл W p визначається нормативним ід документом. З урахуванням отриманих векторів Qпл і Q ід виконують ідентифікацію матриці об передатних функцій, що зв'язує трикоординатні поступальні вібрації платформи 1 W p 15 20 вібростенда і об'єкта 2 в контрольних точках К пл. , і К об. (Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя: Пер. с англ. / Под ред. Я.З. Цыпкина. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. - 432 с.). Для матриці W p визначають обернену матрицю W 1p (Гусак А.А. и др. Справочник по высшей математике/ А.А. Гусак, Г.М. Гусак, Е.А. Бричикова. - Мн.: ТетраСистемс, 1999. - С. 109114). Етап визначення заданої трикоординатної поступальної вібрації Qпл.к.т. контрольної точки К пл. платформи вібростенда в системі координат Оплхплуплzпл . Формують вектор 25  *  *    x * t  a sin  t  2       Q *   y * t    b * sin * t    0   0           заданої вібрації контрольної точки К об. об'єкта в системі координат Oxyz , де  * , a * , b * задані частота віброзбудження, велика та мала півосі еліпса траєкторії (визначаються нормативним документом). В системі координат Oxyz траєкторією контрольної точки К об. об'єкту є еліпс з великою a * і малою b * півосями і азимутом, що співпадає з віссю Ох . Відповідно до заданих кутів Ейлера  * ,  * ,  * (визначаються нормативним документом) визначається орієнтація осей системи координат Oxyz відносно системи координат 30 35 Ооб х об у об zоб . Одночасно кути Ейлера визначають також співпадіння осі Ох , а виходить і азимуту еліптичної траєкторії, або з напрямком найменшої жорсткості підвіски об'єкта, або з напрямком його найбільшої податливості, або напрямком його найбільшого інерційного механічного навантаження (тип співпадіння визначається нормативним документом). * Визначається вектор Qоб.к.т. заданої трикоординатної поступальної вібрації контрольної точки К об. об'єкта в системі координат Ооб х об у об zоб відповідно до співвідношення    x * t  A sin * t   x  об.к.т.   x * Qоб.к.т.  Мпер  Q *   y об.к.т. t   A y sin * t   y z *   *  об.к.т. t   A z sin  t   z    де 3   ,  UA 75080 U cos  *  cos *  sin  *  sin *  sin *  Mпер  sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin *   cos *  sin *    sin  *  cos * cos  *  cos * sin * cos  *  sin *  sin  *  cos *  sin *   sin  *  sin *  cos  *  cos *  sin *   cos *  cos *   , - перетворювальна матриця, яка через задані кути Ейлера  * ,  * ,  * , перетворює вектор Q * 5 * заданої вібрації контрольної точки К об. об'єкта в системі координат Oxyz у вектор Qоб.к.т. заданої вібрації контрольної точки К об. об'єкта в системі координат Ооб х об у об zоб [Лурье А.И. Аналитическая механика. - М.: Физ-мат. лит, 1961. - С. 53-54], A x , A y , A z - амплітуди сигналів x об.к.т. t  , y об.к.т. t  , zоб.к.т. t  , які розраховуються за виразом   10             * * * * * 2 * * * 2  cos   cos   sin   sin   sin   a   sin   cos   b  A x   2 2    Ay   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin *  a *  cos  *  cos  *  b *  ,    2 2 A z       cos  *  sin *  a *  sin  *  b *      x ,  y ,  z - зсуви фаз сигналів x об.к.т. t  , y об.к.т. t  , zоб.к.т. t  , які визначаються за співвідношенням     sin  *  cos  *  b *   arcsin  2 2  cos  *  cos *  sin  *  sin *  sin  *  a *   sin  *  cos  *  b *   x    cos  *  cos  *  b *    ,  y    arcsin 2 2   z   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin  *  a *  cos  *  cos  *  b *      sin  *  b *   arcsin   2 2    cos  *  sin *  a *  sin  *  b *   * * * * * * якщо виконуються умови  sin   cos   b  0 , cos   cos   b  0 і sin *  b *  0 ,                  sin  *  cos  *  b *   arccos  2 2  cos  *  cos *  sin  *  sin *  sin  *  a *   sin  *  cos  *  b *   x    cos  *  cos  *  b *    ,  y    arccos  2 2   z   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin  *  a *  cos  *  cos  *  b *      sin  *  b *   arccos   2 2    cos  *  sin *  a *  sin  *  b *   * * * * * * * якщо виконуються умови  sin   cos   b  0 , cos   cos   b  0 і sin   b *  0 .            15    * Визначається вектор Qпл.к.т. заданої трикоординатної поступальної вібрації контрольної точки К пл. платформи вібростенда в системі координат Оплхплуплzпл за виразом * * Qпл.к.т.  W 1p  Qоб.к.т. . Етап випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації. 20 25 * В контрольній точці К пл. платформи системою випробувань відтворюють вектор Qпл.к.т. заданої вібрації. При цьому об'єкт випробувань проходить випробування на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації. Застосування способу випробувань забезпечує проведення випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації в режимі відтворення в нерухомій системі координат Oxyz , полюс якої співпадає з контрольною точкою К об. об'єкта, еліптичної траєкторії заданої форми і орієнтації, азимут якої співпадає або із заданим 4 UA 75080 U напрямком найменшої жорсткості підвіски об'єкта, або заданим напрямком його найбільшої податливості, або заданим напрямком його найбільшого інерційного механічного навантаження. В результаті розширюються функціональні можливості способу випробувань. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб випробувань об'єкта на вібронадійність в умовах трикоординатної поступальної вібрації, при якому сигнал управління вібростендом формують з урахуванням попередньо виміряної матриці передатних функцій W p , що зв'язує трикоординатні поступальні вібрації платформи Qпл.к.т. і об'єкта випробувань Qоб.к.т. в контрольних точках К пл. і К об. , а в контрольній точці К пл. платформи трикоординатного поступального вібростенда відтворюють вектор заданої вібрації 15 * * Qпл.к.т.  W 1p  Qоб.к.т. , який відрізняється * Qоб.к.т. тим, що вектор заданої трикоординатної поступальної вібрації контрольної точки К об. об'єкта визначають відповідно до співвідношення:  А х sin * t   x    * Qоб.к.т.   А y sin  * t   y  , де  А z sin * t   z      W 1p - обернена матриця передатних функцій,               * * * * * 2 * * * 2  cos   cos   sin   sin   sin   a   sin   cos   b  A x   2 2    Ay   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin *  a *  cos  *  cos  *  b *  ,    2 2 A z       cos  *  sin *  a *  sin  *  b *       sin  *  cos  *  b *  arcsin 2 2  cos  *  cos *  sin  *  sin *  sin  *  a *   sin  *  cos  *  b *  x   cos  *  cos  *  b *     y    arcsin  2 2  z   sin  *  cos *  cos  *  sin *  sin  *  a *  cos  *  cos  *  b *    sin  *  b *  arcsin  2 2   cos  *  sin *  a *  sin  *  b *              20         ,        якщо виконуються умови  sin  *  cos  *  b *  0 , cos  *  cos *  b *  0 і sin *  b *  0 ,   arccos   x       y    arccos  z          cos  sin   sin  *  cos  *  b * *     sin   cos *  sin  *  sin *  sin  *  a * 2 *  cos  *  b * *  cos  *  b * cos  *  cos  *  b * *    cos   cos *  cos  *  sin *  sin  *  a * arccos 2 sin  *  b *  cos   sin   a   sin   b  * * * 2 * * 2  2  2      ,        якщо виконуються умови  sin  *  cos  *  b *  0 , cos  *  cos *  b *  0 і sin *  b *  0 ;  * , a * , b * - задані частота віброзбудження, велика та мала півосі еліпсу траєкторії вектора * Qоб.к.т. заданої вібрації контрольної точки К об. об'єкта в нерухомій системі координат Oxyz , 25  * ,  * ,  * - задані літакові кути Ейлера, що визначають відносну орієнтацію осей систем координат Oxyz і при нерухомому об'єкті, Ооб х об у об zоб - нерухома система координат, осі 5 UA 75080 U якої паралельні відповідним осям нерухомої системи координат Оплхплуплzпл з полюсом в контрольній точці К пл. платформи трикоординатного поступального вібростенда, причому при нерухомому об'єкті полюси О і Ооб систем координат Oxyz і Ооб х об у об zоб співпадають з контрольною точкою К об. , еліпс траєкторії належить площині Оху системи координат Oxyz , а її 5 вісь Ох співпадає з азимутом заданої еліптичної траєкторії контрольної точки К об. об'єкта. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6