Устройство для управления циклическим нагружением при прочностных испытаниях

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социапнстнчесинм

Республик 1и943758 (6l ) Дополнительное к авт, свид-ву (22)»" 8 «о 11.07. 79 (21) 2796696/18-24 (51) М. Кл. с присоединением заявки РЙ

6 06 G 7/26

3ваудэрстненный квинтет

СССР ао делен нзебретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.82. Бюллетень Xi. 26

Дата опубликования описания 15.07 ° 82 (53) УД К681. 325 (088.8) Ф(, 1ч(Ц у g

6,ф. Гуков, IO.М. Еремеев, Ю.А.Свирский и А.Я терлись, «% в ч

11 Хит

1 (72) Авторы изобретения

Д j. if л:, "л н4тьнФ О д;.. (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИМ

НАГРУЖЕНИЕМ ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и предназначено для использования преимущественно в системах для прочностных усталостных испытаний ави5 ационных конструкций. Оно может быть использовано также в различных областях экспериментальной техники, где испытываемый объект подвергается циклическому воздействию по какому" 1о либо механическому параметру сила, давление, деформация, перемещение, скорость, ускорение и т.д.) по заданной программе испытаний.

Известно устройство для управле" >s ния циклическим нагружением при прочностных испытаниях 1 ).

Недостатком этого устройствб является зависимость точности воспроизведения фактических экстремальных значений параметра нагружения от динамических характеристик следующей системы, что снижает его точность и надежность.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для управления циклическим нагружением при прочностных ис" пытаниях, содержащее программный задатчик, датчик нагрузки, подключенный к входу устройства, и включенные последовательно интерполятор и следящий исполнительный блок, соединенный с выходом устройства (2).

Недостатком такого устройства является невысокая точность, обусловленная зависимостью экстремальных значений воспроизводимого параметра нагружения, например силы от динамических характеристик следящей системы.

Слядящая система осуществляет нагружение испытываемой конструкции в соответствии с величиной управляющего сигнала. Однако вследствие инерционности следящей системы возникают ошибки воспроиЪведения экстремальных значений нагрузки и фазовое запазды3 94375 вание при воспроизведении заданного закона нагружения. Зти ошибки возрастают с увеличением частоты нагружения. При ресурсных испытаниях достоверност ь резул ьт атов испытаний определяется точностью воспроизведения экстремальных значений нагрузки на каждой ступени программы и не зависит от отставания по фазе. С целью повышения точности ограничивают частоту нагружения или повышают быстродействие следящей системы. Уменьшение частоты нагружения приводит к увеличению продолжительности испытаний. В ряде случаев испытание необходимо проводить в сбласти высоких частот для определения динамических характеристик испытываемой конструк- ции, где не обеспечивается заданная точность нагружения. Быстродействие

20 родейст вующие электрогидравлические следящие системы обеспечивают точность воспроизведения экстремальных значений нагрузки 13 в диапазоне частот не выше 2-3 Гц.

Цель изобретения - повышение точности.и надежности устройства при воспроизведении экстремальных значений параметра нагружения и расширеЭО ния частотного диапазона при программных циклических испытаниях конструкций путем обеспечения независимости точности воспроизведения от динами ческих характеристик следящей системы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления циклическим нагружением при прочностных испытаниях, содержащее программный задатчик, датчик нагрузки, подключенный к входу устройства, и

40 включенные последовательно интерполятор и следящий исполнительный блок, соединенный с выходом устройствавведены блок определения экстремума и две параллельные цепи, каждая из которых состоит иэ включенных после45 довательно компаратора, накопителя и сумматора, подключенного выходом к соответствующему входу интерполято50 ра, причем первые входы компараторов соединены с другими входами соответствующих сумматоров и подключены к первым выходам программного задатчика, второй выход которого соединен с другими входами обоих накопителей, а выход дат чи ка на груз ки подключен

55 следящей системы ограничено техническими возможностями. Современные быст8 4 через блок определения экстремума к вторым входам компараторов.

При этом максимальные и минимальные значения управляющего сигнала на входе в следящую систему формируются по следующей зависимости:

1-j „= (,„+ > (<è-Ч ), Ф=1 где Я - соответствующее экстремаль1 ное значение управляющего сигнала;

Хи - задаваемое на каждой ступени программы экстремальное значение параметра нагружения;

У,„ - фактическое экстремальное значение параметра нагружения, измеренное am-ом цикле .ступени программы.

При переходе к новой ступени программы производят сброс суммы разностей, определенных в циклах предыдущей ступени.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - графики изменения управляющего сигнала при переходе с одной ступени на другую при способе автоматического управления, реализуемом известным (а 7 и описываемым (б ) устройствами.

Устройство содержит программный задатчик (блок задания ступеней нагружения ) 1, имеющий три выхода: выходы максимального (X„ и минимального (Х,ъ,;) значений ступени нагружения и выход сигнала окончания ступени. Выходы экстремальных значений ступени блока 1 подключены соответственно к входам параллельных цепей коррекции максимумов и минимумов, состоящих соответственно из последовательно соединенных компаратора (блока сравнения) 2 максимумов, накопителя 3 разности мак" симумов и сумматора 4, последовательно .соединенных компаратора (блока сравнения) 5 минимумов, накопителя б разности минимумов и сумматора 7.

Выходы максимального и минимального значений ступени блока задания ступени нагружения 1 подключены к вторым входам сумматоров 4 и 7 соответствующих цепей коррекции максимумов и минимумов, а выход окончания ступени блока 1 подключен к управляемому входу сброса накопителей

943758 6 на накопителях 3 и 6 по сигналу

"Сброс", приходящему от блока l.

Описанный процесс иллюстрируется фиг. 2б.

B каждом -ом цикле нагружения следящая система воспроизводит экстремумы параметра нагружения с сшибками

3 и 6. Выходы сумматоров 4 и 7 соединены с входом интерполятора 8, выход которого, являясь выходом всего программно-.задакщего устройства, подключен к входу следящей системы

9, выходной орган которой соединен с испытываемой конструкцией 10.

Выход датчика параметра нагружения

11 подключен к входу блока определения экстремума (экстрематора) 12. выходы максимума и минимума которого соединены с вторыми входами бло-. ков сравнения 2 и 5 соответствующих цепей коррекции.

Устройство работает следующим образом. илах омах блох

®

1 П1И 1ЬИИ 1 И 1 П, зависящими от ее динамических характеристик и пропорциональными экстремальным значениям управляющего сигнала:

При автоматическом отслеживании .многоступенчатых программ нагруже- ния экстрематор 12 измеряет макси- . рв мальные и минимальные значения параметра нагружения в каждом цикле и передает измеренные значения экстремумов на первые входы блоков сравнения 2 и 5 цепей коррекции макси- и мума и минимума. Блоки сравнения 2 и 5 сравнивают фактические значения экстремумов с заданными значениями экстремумов, которые поступают на вторые входы блоков сравнения 2 зв и 5 от соответствующих выходов (Х„„„о„и Х„„,„ блока задания ступеней нагружейия 1 ° Вычисленные разности одноименных заданных и фактических значений максимумов и минимумов с выхода блоков 2 и 5 поступают на соответствующие накопители разностей 3 и 6, где и происходит их накопление в течение каждой сту-, пени нагружения. Далее накопленные разности максимума и минимума поступают на входы сумматоров 4 и 7, где . они суммируются с одноименными зна- . чениями заданных экстремумов, поступающих на другие входы сумматоров

4 и 7 от выходов Х„ и Хп„,„„ блока

1. Сигналы, равные сумме заданных значений экстремумов и накопленных. разностей, от блоков 4 и 7 поступают на входы интерполятора 8, на выходе которого формируется функция заданного вида между уже скорректирован-, ными экстремальными значениями управляющего сигнала. Выход интерполятора 8, являясь выходом программнозадающего устройства, соединен с вхо. дом следящей системы 9. По окончании каждой. ступени нагружения производится сброс накопленных разностей

1щаХ 1 1юах

Ь =K Х.

12) 1.,„. = а. „- П 1П где К, и K

В йервом цикле И-ой ступени програмьы (накопители 3 и 6 обнулены) экстремальные значения управляющего сигнала равны их программным значениям, т.е.

=Х

1МаХ >П СХХ

1тпЮ ЮмЮ у, чтовпе

° ведения экс еиах (Q) Это приводит к том рвом цикле ошибки воспроиз тремумов

1 аХ= Х 1 юаХ

М01И ЯИ1Ю 1ИИИ равны ошибкам следящей системы, т.е.

4вах Чих> 1пии 1иии (б) или

4NoN К1 1А1ах 1 ии1ох Ф (6) д „ „„= К,2.„ „.„= К,Х „„„.„, и х swan (<+" 1, =Х йети И тя1п 1+Кй .

Во втором цикле нагружения экстремальные значения управляющего сигнала формируются по следующей зависимости юяах ивах+ 1vnax (7)

23ч11И И Ф1И 1 ИМИ

Подставляя в выражение (7 ) значения

Д из выражения 45), получаем значения скорректированных во втором цикле экстремумов управляющего сигнала:

943758

Для сравнения на фиг. 2а представлены графики изменения управляющего сигнала и параметра нагружения при способе .автоматического управления, реализуемом известным устройством, где не компенсируются ошибки воспроизведения экстремумов нагрузки, вызванные динамическими искажениями следящей системы.

8 предложенном устройстве (фиг.26) эти ошибки не компенсируются только в первом цикле каждой ступени. Однако, учитывая большое число циклов . нагружения на каждой ступени, можно заключить, что точность воспроизведенйя экстремальных значений нагрузок существенно повышается.на каждой ,ступени и позволяет проводить испытания в области высоких частот, где динамические ошибки. следящей системы весьма значительны. Практически точность воспроизведения экстремумов нагрузки определяется только точностью блока задания ступеней нагружения 1 и экстрематора 12, погрешность которых в современных устройствах не превышает 0,1-0,23.

S современных машинах для усталост ных испытаний конструкций применение предлагаемого устройства позволит повысить частоту нагружения до предела, ограниченного мощностью нагружающих устройств испытательной машины, т.е. более чем в 2-3 раза. При этом существенно повышается достоверность испытаний за счет повышения точности воспроизведения экстремумов нагрузки при многоступенчатом программном нагружении.

Технико-экономический эффект от ведрения предложенного устройства на одном предприятии заключается в гоаовой экономии 174.000 руб.

1$

ЯЛ1Ий ХИ Ий 1 (" (ТО)

8еличины ошибок в воспроизведе-. нии экстремальных значений параметра нагружения во втором цикле сос" 26 тавят:

Формула изобретения

Устройство для управления циклическим нагружением при прочностных

7 . Следовательно, фактические значения экстремумов нагрузки во втором цикле (с учетом ошибки следящей системы) равны: яаХ= и1ах юаХ - .

=2 аЛЛаХ "1 ЮЛИЯХ ам1и а сии 9 тя1и . 2.в1и йми, (9)

С учетом (8 ) выражение (9) приводит-. ся к виду

Ч =Х

ЯМОХ Ий10Х(1 > д =к -Ч =К Х

ЮюаХ И11аХ Ч.аМаХ 1 Х11МОХ >. д =Х -Ч =К

2n„n= И,„1,„- QN„„=ÊСХИМ1И, т.е. на порядок меньше по сравнению с ошибками в первом цикле нагруже»

36 ния. Практически уже во втором цикле ступени фактические значения . экстремумов параметра нагружения .скорректированы до задаваемых значений Х„, и Х„ „„. Например если ошибка следящей"системы с4тавляла 54, то ошибка в воспроизведенйи экстремумов во втором цикле составит

0,253..

В третьем цикле нагружения имеем:.

=х +

46

Ъ яах= Hvnax + + ХHvnax

rn""- 1

Х 1„О (1+К. +К„ ) „;„„=ХИМ„И (ХИ„ И " 1H) =

Экстремумы параметра нагружения равны соответственно

$6

1- = ° 4-К ).

Ошибки в воспроизведении экстре$$ мумов;

= < х д =1 Х 11Щф 1 HVAOX 5lll1VI 0- И Ю1И °

Соот ветст венно для каждого g - гс цикла ступени экстремумы управляющего сигнала формируются по следующей зависимости

z,=Х,. (,-V), а ошибки в воспроизведении экстремумов равны:

8 -K1 1Х 8.. =К1Х

1Н1ОХ 1 HWOX "111МИ="й"HHlcn

943758

10 испытаниях, содержащее программный задатчик, датчик нагрузки, подключенный к входу устройства, и включенные последовательно интерполятор и следящий исполнительный блок, соединенный с выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит блок определения экстремума и две параллельные 10 цепи, каждая из которых состоит из включенных последовательно компаратора, накопителя и сумматора, подключенного выходом к соответствукщему входу интерполятора, причем пер- 1з вые входы компараторов соединены с другими входами соответствующих сумматоров и подключены к первым выходам программного задатчика, второй выход которого соединен с другими входами обоих накопителей, а выход датчика нагрузки подключен через блок определения экстремума к вторым входам компараторов.

Источники информаци, принятые во внимание при экспертизе

1. Литвак В.И. Автоматизация усталостных испытаний натурных конструкций. И., "Машиностроение", 1972, с. 102-120.

2. Авторское свидетельство СССР

N 395298, кл. G 06 G 7/26, 1972 (прототип).

943758 бхакти

Риз. 2

5 Тираж 73 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 51

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель С.Хлебников

Редактор Л.Веселовская Техред И. Рейвес . Корректор М.Шароши