Устройство для испытания на случайные вибрации

 

Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий на прочность и может применяться в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является повышение достоверности испыганий объектов с нелинейными свойствами за счет управления формой спектральной плотности в области низких частот, общей дисперсией и спектральным моментом. Сигнал с вибродатчика через блок дифференцирования поступает на измеритель спектрального момента, после чего сравнивается в блоке сравнения спектрального момента с заданным значением , при пресьшшнии которого на выходе однополярного интегратора вырабатьшается сигнал, определяющий коэффициент передачи из блока дифференцирования через y ffloжитeль и сумматор в цепь обратной связи. 4 ип. (Л to ьр

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

rsu4 С 01 М 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6Ь йг, —ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3819798/25-28 (22) 30.11.84 (46) 30,04.86. Бюл. ¹ 16 .(71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Ю.И.Беглов, А.H.Гвоздев, А.А.Кощеев, Ю.А.Степанов .и В.А.Чер ньппев (53) 620.178.5(088.8) (56) Гешманов А.Г. и др. Автоматизированное управление вибрационными испытаниями. M., Энергия, 1978, с. 12.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1089443, кл. G 01 М 7/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА СЛУЧАЙНЫЕ ВИБРАЦИИ (57) Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий на проч„„Я0„„1227963 А 1 ность и может применяться в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является повышение достоверности испытаний объектов с нелинейными свойствами за счет управления формой спектральной плотности в области низких частот, общей дисперсией и спектральным моментом. Сигнал с вибродатчика через блок дифференцирования поступает на измеритель спектрального момента, после чего сравнивается в блоке сравнения спектрального момента с заданным значением„при превьш ении которого на выходе однополярного интегратора вырабатывается сигнал, определяющий коэффи- ф циент передачи из блока дифференцирования через умножитель и сумматор в цепь обратной связи, 4 ил. С:

1227963 Я

ЗО

Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий на прочность и может применяться в различных отраслях машиностроения.

Целью изобретения является повышение достоверности испытаний объектов с нелинейными свойствами за счет управления формой спектральной плотности в низкочастотной области, общей дисперсией и спектральным момен- 10 том.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 частотная характеристика последовательно включенных блока дифференци- 15 рования и блока умножения1 на фиг.3— спектральная плотность, сформированная предлагаемым устройством", на фиг, 4 — спектральные плотности, полученные на базовом устройстве и 20 устройстве-прототипе.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор 1 белого шума, многоканальный формирователь, каждый канал которого 25 включает последовательно соединенные формирующий узкополосный фильтр

2 v. регулируемый усилитель 3, после— довательно соединенные первый сумматор 4, входы которого подключены к выходам усилителей 3, усилитель 5 мощности, возбудитель 6 колебаний, последовательно соединенные вибродатчик 7, механически связанный с возбудителем 6 колебаний, измеритель

8 общей дисперсии, блок 9 сравнения общей дисперсии, первый одн.ополярный интегратор 10, первый умножитель 11, второй вход которого соединен с выходом вибродатчика 7, 4О второй сумматор 12 и образующий цепь обратной связи многоканальный анализатор, каждый канал которого выполнен в виде последовательно соединенных анализирующего узкополосного фильтра 13, измерителя 14 дисперсии и блока 15 сравнения, а также задатчика .16 дисперсии, выход кото-рого соединен с вторым входом блока

15 сравнения, выход которого связан с управляющим входом соответствующего регулируемого усилителя 3, задатчик 17 общей дисперсии, выход которого соединен с вторым входом блока

9 сравнения общей дисперсии, после!

).1 довательно соединенные блок 18 дифференцирования, вход которого соединен с выходом вибродатчика 7, измеритель 19 спектрального момента, блок 20 сравнения спектрального момента, второй однополярный интегратор 21 и второй умножитель 22, второй вход которого соединен с выходом блока 18 дифференцирования, а выход — с вторым входом сумматора

12, и задатчик 23 спектрального момента, выход которого соединен с вторым входом блока 20 сравнения спектрального момента.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал генератора 1 разделяется на N полос (число полос равно числу каналов формирователя) формирующими узкополосными фильтрами 2, с выхода которых узкополосные сигналы поступают на вход регулируемых усилителей 3. Коэффициент усиления усилителей 3 устанавливается по сигналам с вьг:ода блоков 15 сравнения, формирующих сигнал рассогласования между сигналом задатчика 16 дисперсии и измеренным сигналом. Сигналы с выходов усилителей 3 суммируются сумматорами 4, усиливаются у-силителем

5 мощности и подаются на вход возбудителя 6 колебаний, где измеряются вибродатчиком 7„ За счет нелинейности характеристики испытываемой конструкции возбуждаются вибрации с

-частотами, выходящими за рабочий диапазон. Наличие высокочастотных составляющих приводит к возрастанию общего уровня возбуждения и эффектив;ой частоты. Сигнал с вибродагчика

7 поступает на измеритель 8 общей дисперсии. Значение общей дисперсии сравнивается в блоке 9 сравнения общей дисперсии с заданным значением, поступающим с задатчика 17 общей дисперсии, Разностный сигнал через однополярный интегратор 10 подается на первый вход умножителя 11, устанавливая на нем коэффициент передачи по второму входу, на который поступает сигнал с вибродатчика 7, и таким образом за счет изменения уровня сигнала, идущего с вибродатчика

7 через умножитель 11 и сумматор 12 в цепь обратной связи, изменяются сигналы ошибки в блоке 15 сравнения и, следовательно, коэффициенты усиления усилителей 3. В результате изменяется уровень вибрации во всем рабочем диапазоне. Изменение уровня происходит до тех пор, пока общая дисперсия не будет равна заданной

1227963

55 задатчиком 17 общей дисперсии, т.е. пока сигнал на входе однополярного интегратора 10 не будет равен нулю.

Включение в контур управления дисперсией однополярного интегратора 10 делает систему астатической по дисперсии. Такой контур позволяет по сравнению с прототипом не только уменьшать уровень возбуждения в рабочем диапазоне частот, но и увеличивать его, что бывает необходимо при совместной работе каналов по управлению общей дисперсией и спектральным моментом. Сигнал с вибродатчика 7 поступает также на блок 18 дифференцирования. Измеритель 19 спектрального момента измеряет спектральный момент процесса, которыи сравнивается в блоке 20 сравнения спеКтрального момента с заданным эадатчиком 23 спектральным моментом, значение которого вычисляется согласно требуемой эффективной частоте и требуемой общей дисперсии, кото рые определяются следующим образом:

00 нг Й

uî д (j s„(v) u dpi) > х

О„ о где SÄ(

:C*„=J5,(û1ы ы-первьй спектральный мсо мент этого воздействия.

Как видно из определения, спектральный момент это есть дисперсия производной сформированного воздействия. Общая дисперсия и эффективная частота являются аналогами амплитуды и частоты колебаний при гармоническом воздействии.

Если измеренный момент превосходит заданный, то на выходе однополярного интегратора 21 (на его выходе может появиться только положи» тельный сигнал) появляется сигнал, поступающий на умножитель 22 и определяющий коэффициент передачи rro каналу с вибродатчика через блок

18 дифференцирования, умножитель 22 и сумматор 12 в цепь обратной связи.

Как видно из характеристики канала (фиг. 2), этот канал повышает уровень процесса в обратной связи

50 на высоких частотах и уменьшает коэффициенты усиления усилителей 3 в высокочастотной части рабочего диапазона, тем самым понижая уровень возбуждения объекта на этих частотах.

Наибольший вклад в спектральный момент вносят высокочастотные колебания и снижение их уровня позволяет добиться необходимого его значения.

Степень подавления высоких частот в возбуждающем сигнале определяется частотой среза и, (фиг. 2). Эта частота при работе устройства эа счет сигнала рассогласования с блока 20 сравнения спектрального момента сдвигается влево до тех пор, пока спектральный момент не будет равен заданному, т.е. пока сигнал на входе однополярного интегратора 21 не станет равен нулю. Форма спектральной плотности в высокочастотной части отличается от заданной, но эффективная частота и общая дисперсия с учетом составляющих, возникающих из-за нелинейных свойств тракта, будут равньь(и требуемым. На фиг. 3 показана спектральная плотность процесса, сформированная предлагаемым устройством при испытаниях нелинейного объекта (пунктиром показан требуемый спектр), На фиг. 4 для сравнения показаны спектры, сформированные на этом же объекте системой без дополнительных каналов (сплошная линия) и с каналом управления общей дисперсией (штрих-пунктирная линия).

Повышение достоверности при испытаниях на прочность объясняется тем, что в устройстве поддерживаются требуемые значения общей дисперсии и эффективной частоты с учетом возникающих из-за нелинейности высокочастотных вибраций за рабочим диапазоном. Эти параметры процесса определяют число циклов нагружения и величину- напряжения конструкции при воздействии на нее случайной вибрации.

Получение более достоверных характеристик нагружения изделия позволяет обеспечить заданный уровень надежности иэделия при менее жестких .требованиях к его конструктивным параметрам.

Формула изобретения

Устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор белого шума, подключенный к нему

79бЗ

Ф 122 многоканальный формирователь, каждый канал которого выполнен в ниде последовательно соединенных формирующего узкополосного фильтра и регулируемого усилителя, последовательно соединенные первый сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей, усилитель мощности и возбудитель колебаний, последовательно соединенные вибродатчик, измеритель общей дисперсии и блок сравнения общей дисперсии, задатчик общей дисперсии, выход которого подключен к второму входу блока сравнения общей дисперсии, и последовательно подключенные умножитель, первый вход которого соединен с выходом вибродатчика, второй сумматор и образующий цепь обратной связи многоканальный анализатор, каждый канал которого выполнен в виде задатчика дисперсии и последовательно соединенных анализирующего фильтра, вход которого является входом канала анализатора, измерителя дисперсии и блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика дисперсии, а выход — c управляющим входом соответствующего регулируемого усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности испытаний, оно снабжено последовательно соединенными блоком дифференцирования, вход которого соединен с выходом внбродатчика, из10 мерителем спектрального момента и блоком сравнения спектрального момента,. задатчиком спектрального момента, выход которого соединен с вторым входом блока. сравнения спектрального момента, вторым умножителем, вход которого соединен с выходом блока дифференцирования, а выход — с вторым входом второго сумматора, первым и вторым однополярными интеграторами, входы которых соединены соответственно с блоком сравнения общей дисперсии и блоком сравнения спектрально.го момента, а выход — с вто2 рыми входами соответствующих умножителей.

1?2796 1

МО ЧОО 800 Ю ЗЯЯ /Е5

5D уЦГц

О.f

Ф

Ieger

Я t д

Редактор Т.Парфенова

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2280/42

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ЗО

20

20 40 0 1О Л5 ИО/Л Р5 Ю !О N 10 аб г5 И ОО МО епа 800 f.6 зЯЕЗ г.5

Составитель Ю.Круглов

Техред И.Верес Корректор Е.Сирохман