Вибромашина инерционного действия для возбуждения колебаний, последующего мониторинга и оценки динамических свойств конструкций, зданий и сооружений

Техническое решение относится к области строительства, в частности к испытаниям конструкций, зданий и сооружений на сейсмостойкость, а именно к машинам для генерации искусственных колебаний с целью сбора и анализа интегральных характеристик зданий, сооружений и их конструкций с целью мониторинга их технического состояния и оценки долговечности, уязвимости, остаточного ресурса. Вибромашина инерционного действия, характеризующаяся тем, что она включает основание, корпус, дебалансы, шпиндели дебалансов, электромоторы вращения дебалансов, механизм регулировки эксцентриситета дебалансов, электромотор механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, программируемый комплекс управления, причем дебалансы насажены на шпиндели и имеют ниши и/или отверстия, конфигурация которых обеспечивает возможность поворота дебалансов в вертикальных плоскостях под действием механизма регулировки эксцентриситетов во время вращения шпинделей вибромашины, а программируемый комплекс управления снабжен, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти. Технический результат заключается в повышении надежности и управляемости устройства, обеспечении возможности программирования режимов воздействия машины на испытываемые конструкции, здания и сооружения, обеспечении широкого диапазона воздействия частот колебаний, а также получении интегральных характеристик, характеризующих надежность и безопасность испытываемых конструкций, что позволяет, в том числе выполнять мониторинг технического состояния зданий и сооружений, оценивать резервы их надежности, долговечности, остаточного ресурса, а автоматизация процесса работы вибромашины обеспечивает возможность тонкой подстройки в резонансном режиме испытаний под собственные колебания конструкций, уменьшать влияние погрешностей испытаний, обеспечивать устойчивость к вибрациям программируемого модуля и надежность сохранения результатов за счет использования энергонезависимой памяти. 1 н.з.п.ф., 24 з.п. ф-лы, 2 илл.

Техническое решение относится к области строительства, в частности к испытаниям конструкций, зданий и сооружений на сейсмостойкость, а именно к машинам для генерации искусственных колебаний с целью сбора и анализа интегральных характеристик зданий, сооружений и их конструкций с целью мониторинга их технического состояния и оценки долговечности, уязвимости, остаточного ресурса и иных параметров.

Из уровня техники известен улучшенный вибрирующий сейсмический источник, который может быть установлен на транспортное средство, который включает опорную плиту, гидравлические цилиндры, предназначенные для подъема и понижения опорной плиты, шахту, связанную с опорной плитой U-образным шарниром, вибрирующий и компенсаторный грузы, упруго соединенные между собой, а также связанный с компенсаторным грузом механизм, для размещения вибрирующего груза под заданным углом в шахте ЕР 0382979 А2, G01V 1/053, 22.08.1990.

Из уровня техники также известен вибростенд, содержащий платформу, закрепленную на штоке, связанном с шатуном кривошипно-шатунного механизма, являющегося возбудителем колебаний платформы, устройство для изменения радиуса кривошипа, привод кривошипно-шатунного механизма, снабженного маховиком с радиалъно установленными в маховике винтами, имеющими возможность синхронного вращения за счет зубчатого дифференциала, содержащего два ведомых колеса и одно ведущее, причем ведомые колеса сопряжены с гайками, отличающийся тем, что шток имеет поршень, помещенный в герметичный корпус, соединенный через клапанное устройство с источником высокого давления, радиально установленные в маховике винты имеют соответственно правый и левый шаг нарезки, а гайки жестко связаны с кривошипом кривошипно-шатунного механизма, зубчатый дифференциал привода кривошипно-шатунного механизма содержит второе ведущее колесо, установленное оппозитно первому, а маховик снабжен тормозным устройством RU 2349887 C1, G01M 7/00, 20.03.2009.

Кроме того, из уровня техники известен технический комплекс для исследования сейсмостойкости зданий и сооружений, включающее вибромашину-возбудитель колебаний, систему управления, приборы регистрации колебаний, устанавливаемые на исследуемом объекте, датчики, преобразующие механические колебания в электрический сигнал, аппаратуру регистрации сигналов датчиков. Особенностью данного технического решения является то, что вибромашина-возбудитель колебаний выполнена в виде вибрационно-импульсного источника сейсмических колебаний, устанавливаемого на основание на определенном расстоянии от исследуемого объекта, сейсмоприемников (акселерометров), устанавливаемых на исследуемый объект и соединенных с блоком регистрации сигналов RU 77429 U1, G01M 7/00, 20.10.2008.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение является создание средства отвечающего современным требованиям сейсмостойкого строительства, технологии выполнения испытаний и мониторинга конструкций.

Поставленная задача решается за счет того, что вибромашина инерционного действия, согласно полезной модели, включает основание, корпус, дебалансы, шпиндели дебалансов, электромоторы вращения дебалансов, механизм регулировки эксцентриситета дебалансов, электромотор механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, программируемый комплекс управления, причем дебалансы насажены на шпиндели и имеют ниши и/или отверстия, конфигурация которых обеспечивает возможность поворота дебалансов в вертикальных плоскостях под действием механизма регулировки эксцентриситетов во время вращения шпинделей вибромашины, а программируемый комплекс управления снабжен, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

Механизм регулировки эксцентриситетов дебалансов может включать опорно-силовой каркас, например, в виде рамы, на которой шарнирно закреплены связующие элементы, соединенные с дебалансами, при этом рама выполнена с возможностью перемещения по вертикали под действием электромотора механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов.

Шпиндели дебалансов могут иметь полости, внутри которых размещены связующие элементы, взаимодействующие с дебалансами.

Шпиндели шарнирно могут быть закреплены на основании машины.

Дебалансы насаженные на шпиндели могут иметь, по меньшей мере, одну степень свободы и, предпочтительно, закреплены на шпинделях, например, шарнирно.

Дебалансы могут быть выполнены съемными с возможностью их замены и/или изменения их веса.

Связующие элементы могут быть выполнены в виде жестких штанг и/или гибких тяг.

Корпус может быть установлен на основании, которое выполнено, предпочтительно, плоским и с внутренней стороны имеет опоры, в которые с возможностью вращения установлены шпиндели, внутри шпинделей выполнены полости, в которых вертикально размещены жесткие штанги, с прикрепленными к ним гибкими тягами, причем концы жестких штанг шарнирно закреплены на раме механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, а концы гибких тяг, выведены в отверстия выполненные в шпинделях, сообщенных с упомянутыми полостями, прикреплены к дебалансам и размещены, предпочтительно, внутри ниш или отверстий в дебалансах.

Гибкие тяги могут быть выполнены, предпочтительно, в виде стальных канатов.

Гибкие тяги могут быть запасованы в блоки или пропущены под цилиндрические валки, которые закреплены внутри ниш или отверстий в дебалансах, либо внутри полостей дебалансов.

Электромоторы и/или программируемый комплекс управления могут быть оснащены активной системой охлаждения, например, в виде вентиляторов и/или воздуховодов (условно не показаны).

Программируемый комплекс может включать электрическую и электронную части (условно не показан).

В качестве электромоторов могут быть использованы электродвигатели с мощностью не менее 10 кВт., скоростью вращения вала не менее 5000 об/мин и, предпочтительно, трехфазным питанием от источника тока с напряжением 380 В.

Для питания электромоторов, выполненных в виде двигателей переменного тока, могут быть использованы преобразователи, предпочтительно, «MICROMASTER 440», оснащенные микропроцессорной системой управления и транзисторами в виде IGBT модулей.

Питание электродвигателей и/или программируемого комплекса может быть выполнено от импульсного блока питания, предпочтительно, LOGO! Power 24 VDC /2,5 A, имеющего встроенную защиту от коротких замыканий и перегрузок.

Программируемый комплекс управления может быть выполнен на базе микроконтроллера, предпочтительно, LOGO! 12/24 RC и/или EEPROM.

Микроконтроллер может быть выполнен с возможностью программирования режимов работы машины и сохранения результатов программирования.

Для сохранения результатов программирования микроконтроллер может быть оснащен или соединен с, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

Программируемый комплекс управления может быть оснащен приборной панелью (условно не показана).

Приборная панель может включать, по меньшей мере, один дисплей отображающий, по крайней мере, один параметр работы машины, такие как частота, амплитуда иные параметры.

По меньшей мере, один дисплей может быть выполнен жидкокристаллическим.

Программируемый комплекс управления может быть оснащен приборами регистрации параметров работы машины.

Приборы регистрации параметров работы машины могут быть выполнены с возможностью отслеживания частоты вращения дебалансов.

Приборы регистрации параметров работы машины могут быть выполнены с возможностью непосредственного измерения частоты вынужденных колебаний конструкций, подвергаемых воздействию колебаний генерируемых машиной.

Программируемый комплекс управления могут быть оснащен и/или соединен с датчиками для установки на объекты, подвергаемые воздействию динамических колебаний генерируемых машиной.

Технический результат заключается в повышении надежности и управляемости устройства, обеспечении возможности программирования режимов воздействия машины на испытываемые конструкции, здания и сооружения, обеспечении широкого диапазона воздействия частот колебаний, а также получении интегральных характеристик, характеризующих надежность и безопасность испытываемых конструкций, что позволяет, в том числе выполнять мониторинг технического состояния зданий и сооружений, оценивать резервы их надежности, долговечности, остаточного ресурса, а автоматизация процесса работы вибромашины обеспечивает возможность тонкой подстройки в резонансном режиме испытаний под собственные колебания конструкций, смещающиеся от диапазона колебаний вибромашины, что снижает трудозатраты и уменьшает влияние погрешностей испытаний за счет создания режимов, в которых частоты и амплитуды колебаний динамически изменяются, кроме того, обеспечена устойчивость к вибрациям программируемого модуля и надежность сохранения результатов за счет использования энергонезависимой памяти.

Техническое решение поясняется чертежами, иллюстрирующими частную форму выполнения устройства и никоим образом не ограничивающими другие возможные формы выполнения в пределах представленной формулы полезной модели.

На фиг.1 изображен продольный разрез А-А на фиг.2

На фиг.2 изображен поперечный разрез Б-Б на фиг.1

Вибромашина инерционного действия, включает основание 1, корпус 2, дебалансы 3, шпиндели 4 дебалансов, электромоторы вращения небалансов 5, механизм 6 регулировки эксцентриситета дебалансов 3, электромотор 7 механизма 6 регулировки эксцентриситетов дебалансов, программируемый комплекс 8 управления. Дебалансы насажены на шпиндели и имеют ниши и/или отверстия 9, конфигурация которых обеспечивает возможность поворота дебалансов 3 в вертикальных плоскостях под действием механизма регулировки эксцентриситетов во время вращения шпинделей 4 вибромашины. Программируемый комплекс 8 управления снабжен, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти (условно не показан).

Механизм регулировки эксцентриситетов дебалансов 6 включает опорно-силовой каркас, в виде рамы 10, на которой шарнирно закреплены связующие элементы 11, соединенные с дебалансами 3, при этом рама 10 выполнена с возможностью перемещения по вертикали под действием электромотора 7 механизма 6 регулировки эксцентриситетов дебалансов.

Шпиндели дебалансов имеют полости 12, внутри которых размещены связующие элементы 11, взаимодействующие с дебалансами 3, а сами шпиндели 4 шарнирно закреплены на основании 1 машины.

Дебалансы выполнены съемными, имеют, по меньшей мере, одну степень свободы и шарнирно закреплены на шпинделях.

Связующие элементы 11 выполнены в виде жестких штанг 13 и/или гибких тяг 14. Корпус 2 вибромашины установлен на основании 1, которое выполнено по большей части плоским и с внутренней стороны имеет опоры 15, в которые с возможностью вращения установлены шпиндели 3, внутри шпинделей выполнены полости 12, в которых вертикально размещены связующие элементы 11 - жесткие штанги 13, к которым прикреплены гибкие тяги 14, причем концы жестких штанг шарнирно закреплены на раме 10 механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, а концы гибких тяг 14, выведены в отверстия 16 выполненные в шпинделях, сообщенных с упомянутыми полостями 12, прикреплены к дебалансам 3 и размещены, предпочтительно, внутри ниш или отверстий 9 в дебалансах 3.

Гибкие тяги 14 выполнены в виде стальных канатов и пропущены под блоки 17 или под цилиндрические валки, которые закреплены внутри полостей дебалансов.

Для обеспечения теплоотвода и беспербойной работы вибромашины ее электромоторы и/или программируемый комплекс управления оснащены активной системой охлаждения, например, в виде системы вентиляторов и воздуховодов (условно не показаны).

Программируемый комплекс 8 включает электрическую и электронную части. Электрическая часть включает в качестве электромоторов электродвигатели с мощностью не менее 10 кВт., скоростью вращения вала не менее 5000 об/мин и, предпочтительно, трехфазным питанием от источника тока с напряжением 380 В, а также преобразователи «MICROMASTER 440», оснащенные микропроцессорной системой управления и транзисторами в виде IGBT модулей. Электронная часть включает программируемый комплекс управления, выполненный на базе микроконтроллера LOGO! 12/24 RC и/или EEPROM.

Микроконтроллер выполнен с возможностью программирования режимов работы машины и сохранения результатов программирования. В качестве информационного накопителя для сохранения результатов программирования микроконтроллер оснащен модулями энергонезависимой памяти.

Установка современной энергонезависимой памяти позволяет работать в условиях повышенной вибрации, т.к. модули памяти в отличие от таких накопителей как жесткие диски не имеют в своем составе движущихся частей, кроме того энергонезависимая память позволяет сохранять результаты работы в случае внезапного отключения подачи электроэнергии или скачков напряжения, обеспечивая при этом достаточную скорость обмена данными.

Программируемый комплекс управления оснащен современной приборной панелью (условно не показана), оснащенной жидкокристаллическими led дисплеями отражающими параметры работы машины.

Питание электродвигателей и/или программируемого комплекса выполнено от импульсного блока питания LOGO! Power 24 VDC /2,5 A, имеющего встроенную защиту от коротких замыканий и перегрузок.

Программируемый комплекс управления оснащен приборами регистрации параметров работы машины, в том числе частот вращения дебалансов. Приборы регистрации параметров работы машины выполнены с возможностью непосредственного измерения частоты вынужденных колебаний конструкций, зданий и сооружений, подвергаемых воздействию колебаний генерируемых машиной.

Программируемый комплекс управления оснащен и/или соединен с датчиками для установки на здания, сооружения и их фрагменты, подвергаемые воздействию колебаний генерируемых машиной.

Вибромашина работает следующим образом. Оператор вибромашины, взаимодействуя с панелью управления программируемого комплекса, загружает в микропроцессор из интегрированной в машину энергонезависимой памяти один из требуемых режимов работы, после чего с панели управления программируемого комплекса подает питание на электромоторы дебалансов, роторы которых сообщают через редукторы 18 вращательное движения шпинделям, вращающимся вместе с дебалансами, насаженными на шпиндели. Для изменения эксцентриситетов и частот колебаний, создаваемых вибромашиной, программа исполняемая микропроцессором, либо оператор вручную посредством панели управления подает питание на механизм регулировки эксцентриситетов дебалансов, который начинает поворачивать дебалансы в вертикальных плоскостях, меняя положение их центров тяжести, таким образом, обеспечивая различные частоты вынужденных колебаний, изменяя инерционные нагрузки при испытаниях.

В случае, когда механизм регулировки эксцентриситетов дебалансов состоит из рамы и закрепленных на ней связующие элементы, выполненных в виде жестких штанг к которым закреплены гибкие тяги, последние размещены в полостях, выполненных в шпинделях и по команде оператора и/или микропроцессора могут перемещаться внутри полостей под действием электромотора через редуктор 19 и передачу 20 поднимающую или опускающую раму 10. Гибкие тяги 11 действуют на дебалансы 3, которые поворачиваются в вертикальных плоскостях во время вращения шпинделей 4, смещая центры тяжестей дебалансов относительно осей вращения шпинделей и тем самым изменяя частоты колебаний, генерируемых вибромашиной.

Дебалансы могут быть выполнены съемными с возможностью их замены и/или изменения их веса. Изменение веса дебалансов также позволяет изменять инерционные нагрузки при испытаниях

Вибромашина успешно прошла испытания, которые подтвердили ее надежность и универсальность, что в сочетании с ее относительно небольшими габаритами делает ее уникальным средством для проведения испытаний на сейсмостойкость и мониторинга конструкций зданий и сооружений.

1. Вибромашина инерционного действия, характеризующаяся тем, что она включает основание, корпус, дебалансы, шпиндели дебалансов, электромоторы вращения дебалансов, механизм регулировки эксцентриситета дебалансов, электромотор механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, программируемый комплекс управления, причем дебалансы насажены на шпиндели и имеют ниши и/или отверстия, конфигурация которых обеспечивает возможность поворота дебалансов в вертикальных плоскостях под действием механизма регулировки эксцентриситетов во время вращения шпинделей вибромашины, а программируемый комплекс управления снабжен, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

2. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что механизм регулировки эксцентриситетов дебалансов включает опорно-силовой каркас, например, в виде рамы, на которой шарнирно закреплены связующие элементы, соединенные с дебалансами, при этом рама выполнена с возможностью перемещения по вертикали под действием электромотора механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов.

3. Вибромашина по п.2, отличающаяся тем, что шпиндели дебалансов имеют полости, внутри которых размещены связующие элементы, взаимодействующие с дебалансами.

4. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что шпиндели шарнирно закреплены на основании машины.

5. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что дебалансы, насаженные на шпиндели, имеют, по меньшей мере, одну степень свободы и предпочтительно закреплены на шпинделях, например, шарнирно.

6. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что дебалансы выполнены съемными с возможностью их замены и/или изменения их веса.

7. Вибромашина по п.2, отличающаяся тем, что связующие элементы выполнены в виде жестких штанг и/или гибких тяг.

8. Вибромашина по п.2, отличающаяся тем, что корпус установлен на основании, которое выполнено предпочтительно плоским и с внутренней стороны имеет опоры, в которые с возможностью вращения установлены шпиндели, внутри шпинделей выполнены полости, в которых вертикально размещены жесткие штанги, с прикрепленными к ним гибкими тягами, причем концы жестких штанг шарнирно закреплены на раме механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, а концы гибких тяг выведены в отверстия, выполненные в шпинделях, сообщенных с упомянутыми полостями, прикреплены к небалансам и размещены предпочтительно внутри ниш или отверстий в небалансах.

9. Вибромашина по п.8, отличающаяся тем, что гибкие тяги выполнены, предпочтительно, в виде стальных канатов.

10. Вибромашина по п.8, отличающаяся тем, что гибкие тяги запасованы в блоки 17 или пропущены под цилиндрические валки, которые закреплены внутри ниш или отверстий в дебалансах, либо внутри полостей дебалансов.

11. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что электромоторы и/или программируемый комплекс управления оснащены активной системой охлаждения, например, в виде вентиляторов и/или воздуховодов.

12. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что программируемый комплекс включает электрическую и электронную части.

13. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электромоторов использованы электродвигатели с мощностью не менее 10 кВт, скоростью вращения вала не менее 5000 об/мин и предпочтительно трехфазным питанием от источника тока с напряжением 380 В.

14. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что для питания электромоторов, выполненных в виде двигателей переменного тока, использованы преобразователи предпочтительно «MICROMASTER 440», оснащенные микропроцессорной системой управления и транзисторами в виде IGBT модулей.

15. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что питание электродвигателей и/или программируемого комплекса выполнено от импульсного блока питания предпочтительно LOGO! Power 24 VDC /2,5 А, имеющего встроенную защиту от коротких замыканий и перегрузок.

16. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что программируемый комплекс управления выполнен на базе микроконтроллера предпочтительно LOGO! 12/24 RC и/или EEPROM.

17. Вибромашина по п.16, отличающаяся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью программирования режимов работы машины и сохранения результатов программирования.

18. Вибромашина по п.16, отличающаяся тем, что для сохранения результатов программирования микроконтроллер оснащен или соединен с, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

19. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что программируемый комплекс управления оснащен приборной панелью.

20. Вибромашина по п.19, отличающаяся тем, что приборная панель включает, по меньшей мере, один дисплей, отображающий, по крайней мере, один параметр работы машины, такой как частота, амплитуда.

21. Вибромашина по п.20, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один дисплей выполнен жидкокристаллическим.

22. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что программируемый комплекс управления оснащен приборами регистрации параметров работы машины.

23. Вибромашина по п.22, отличающаяся тем, что приборы регистрации параметров работы машины выполнены с возможностью отслеживания частоты вращения дебалансов.

24. Вибромашина по п.22, отличающаяся тем, что приборы регистрации параметров работы машины выполнены с возможностью непосредственного измерения частоты вынужденных колебаний конструкций, подвергаемых воздействию колебаний генерируемых машиной.

25. Вибромашина по п.1, отличающаяся тем, что программируемый комплекс управления оснащен и/или соединен с датчиками для установки на здания, сооружения и их фрагменты, подвергаемые воздействию колебаний генерируемых машиной.