Регистрирующая аппаратура

Задающий генератор; 2 — усилитель мощности; 3 — вибростенд; 4— испытываемое изделие; 5— вибродатчик; 6 — виброизмерительная аппаратура

При испытаниях на виброустойчивость время выдержки испытательного режима не менее 5 мин, а при испытаниях на вибропрочность — 8 ч.

Изделия электрооборудования массой более 12 кг, или имеющие размеры, превышающие более чем на 15 мм размеры стола стенда испытывают на вибропрочность отдельными блоками при увеличении значения вибрационного ускорения на 5g в том же диапазоне частот.

Испытания методом «качающейся» частоты вибрации выполняют плавным изменением частоты в заданном диапазоне от нижней до верхней границы и обратно при постоянных ускорении и амплитуде вибрации в течение определенного времени (рис. 6.2).

С помощью блока качения частоты задают частоту генератора звуковой частоты 6, а автоматический регулятор уровня вибрации изменяет выходное напряжение генератора, т. е. мощность колебаний на выходе усилителя мощности 2, подводимых к подвижной катушке электродинамического вибратора. Эта вибрация измеряется вибродатчиком 5, и через обратную связь виброизмерительной аппаратуры 6 осуществляется автоматическая компенсация колебаний частотной характеристики, ускорения и амплитуды. Глубина регулировки регулятора уровня вибрации для обеспечения равномерной амплитудно-частотной характеристики вибратора составляет несколько десятков децибел.

Закон изменения частоты вибрации во времени обычно принимают экспоненциальным. Частота вибрации в момент времени t, Гц, измеряется по формуле

f_В=f₁e^kt

где f₁ — наименьшая частота испытательного диапазона (50 Гц); k — показатель степени, характеризующий скорость качения.

Рис. 6.2. Структурная схема испытаний методом качающейся частоты:

Задающий генератор с блоком качения частоты (БКЧ) и автоматическим регулятором уровня (АРУ) ускорения вибрации; 2 — усилитель мощности; 3 — вибростенд; 4 — испытываемое изделие; 5 — вибродатчик; 6 — виброизмерительная аппаратура, имеющая обратную связь с АРУ

Скорость изменения частоты вибрации выбирают такой, чтобы время изменения частоты в резонансной полосе частот tΔƒ было не меньше времени нарастания амплитуды вибрации изделия при резонансе до установившегося значения t_нар и времени окончательного установления подвижной части измерительного или регистрирующего прибора t_у:

(6.2)

(6.2)

зная, что

где fо — резонансная частота, Гц; Q — добротность изделия; k1 — коэффициент, учитывающий увеличение времени нарастания амплитуды вибрации изделия до установившегося значения из-за отклонений амплитуды от линейного закона (k = 2...3).

Значения f0 и Q измеряют или определяют, используя значения аналогов изделий. Для уменьшения времени испытаний, что экономически очень выгодно, скорость качения выбирают не более двух октав в 1 мин.

Скорость качения, окт/мин,

(6.4)

где tΔƒ выбирают из условий (6.2) и (6.3).

Если вычисленная по формуле (6.4) скорость качения больше 2 окт/мин, то её выбирают равной 2 окт/мин, а если — меньше, то её округляют до 1 окт/мин.

При эксплуатации автомобилей и тракторов на изделия АТЭ и АЭ воздействуют не одночастотные синусоидальные колебания, а колебания со сложным спектром частот. Поэтому на стадии разработки изделия проводят испытания на воздействие широкополосной случайной вибрации (рис. 6.3). В таких испытаниях одновременно возбуждаются все резонансы испытываемого изделия с учётом их взаимного влияния так же, как в реальных условиях эксплуатации. В качестве сигнала для задающего генератора используется сигнал белого шума, который поступает через узкополосные фильтры фиксированных частот, настраиваемые для получения заданной характеристики спектральной плотности ускорений рабочего стола вибростенда с учётом его частотных характеристик, а также приспособления для крепления изделия. Программа таких испытаний задается аналогично графику (рис. 6.4).

Однако метод испытаний широкополосной случайной вибрации можно осуществить только с использованием сложного и дорогостоящего оборудования.

Рис. 6.3. Структурная схема испытаний методом широкополосной

случайной вибрации:

1 — задающий генератор шума; 2 — блок фильтров; 3 — усилитель мощности; 4— вибростенд; 5— испытываемое изделие; 6— вибродатчик;

7— виброизмерительная аппаратура; 8 — анализатор частот;

регистрирующая аппаратура

Необходимо использование дорогостоящего оборудования, поэтому применяют метод случайной вибрации со сканированием в определенной полосе частот. Случайная вибрация возбуждается в узкой полосе частот, центральная частота которой по экспоненциальному закону медленно изменяется в диапазоне частот в процессе испытания. Эквивалентность этого метода методу широкополосной вибрации возможна при соблюдении условия

где у — градиент ускорений, м•с^-2; а — среднее квадратическое ускорение вибрации в узкой полосе частот, измеренное в контрольной точке, м•с^-2; f— центральная частота полосы, Гц.

Градиент ускорения

где S(f) — спектральная плотность ускорения вибрации при ис пытании методом широкополосной случайной вибрации.

Рис. 6.4. График спектральной плотности ускорения

Длительность испытаний на случайную вибрацию со сканированием в определенной полосе частот

где t_m — длительность испытания на широкополосную случайную вибрацию; f₁ и f₂ — нижняя и верхняя границы диапазона частот испытаний соответственно.

Параметры испытаний методом широкополосной случайной вибрации приведены ниже.

Степень жесткости ............................................................I II...IV

Среднее квадратическое значение

ускорения, м • с-2 ........................................................... 100 200

Спектральная плотность ускорения, Гц-1 ................... 0,05 0,20

Длительность воздействия, с ......................................... 34 34

Для сокращения времени испытаний при сохранении диапазона частот испытаний применяют метод ускоренных испытаний, что достигается увеличением амплитуды ускорения и значения ускорения. Должно соблюдаться условие сохранения механизма отказа испытываемых изделий методом ускорения по сравнению с обычными условиями испытаний.

Метод и схема измерения параметров вибрации определяются типом вибродатчика (вибропреобразователя). Для измерения параметров вибрации применяют индуктивные, трансформаторные, электродинамические, электромагнитные, ёмкостные, резистивные и пьезокерамические вибропреобразователи. Индуктивные и трансформаторные вибропреобразователи имеют небольшой участок линейности амплитудно-частотной характеристики и применяются для измерения постоянной составляющей ускорения.

Электродинамические и электромагнитные вибродатчики имеют большие массу и размеры, требуют применения преобразователей сигнала (для ускорения дифференцирования). Ёмкостные вибропреобразователи имеют низкий порог чувствительности, их характеристика зависит от внешней среды и т. д. Резистивные вибродатчики применяют на низких частотах до 10 Гц и в акселерометрах и вибрографах. Пьезоэлектрические вибродатчики имеют малые размеры и массу, широкий диапазон рабочих частот (отдолей герц до десятков килогерц) и могут работать при ускорениях до 1 000g. Некоторые технические характеристики датчиков приведены в табл. 6.1.

Сигнал с вибродатчика поступает на согласующий усилитель, который предназначен для согласования выходного сопротивления вибропреобразователя и измерительного усилителя. Измерительный усилитель усиливает сигнал до значения, воспринимаемого детектором. После этого сигнал преобразуется (детектируется) и измеряется магнитоэлектрическим прибором, шкала которого проградуирована в абсолютных и относительных единицах.

Таблица 6.1

Измерительный канал должен иметь равномерную во всем диапазоне частотную характеристику и не искажать форму сигнала вибрации.

Максимальные значения энергии колебаний и уровней виброускорений возникают при максимальных частоте вращения коленчатого вала двигателя и скорости движения транспортных средств. Уровни виброускорений и частотный диапазон воздействий на изделия, устанавливаемые на двигателе и шасси, существенно различаются.

Значения виброускорений и частотный диапазон, приведенные ниже, служат исходными данными при составлении норм испытаний на вибропрочность.

Место установки………………Двигатель

Среднее виброускорение, мс-2 …14,29

Частотный диапазон, Гц ……... 13,5...350

Требуемая собственная частота

изделия, Гц…………………… 400

Шасси

3,67 50... 120

6.3. Вибрационные стенды

Стенды для виброиспытаний должны обеспечивать:

приложение к испытываемому изделию нагрузок с заданной точностью при условии надёжного крепления изделия к стенду;

имитацию нагрузок во всем диапазоне их изменения с учётом установленных запасов прочности;

требуемое время нагружения, выдержки под нагрузкой и возможность регулирования нагрузки;

воспроизведение и поддержание или отключение режимов нагружения при возникновении аварийной ситуации;

измерение деформаций, перемещений и других необходимых параметров с требуемой точностью;

установку (закрепление) датчиков и средств измерений на объектах испытаний и стенде;

термокомпенсацию элементов, системы измерений, если различные элементы конструкции испытываемого изделия при определении зависимости напряжений, деформаций или перемещений от нагружения имеют различные температуры, разность которых превышает 5 °С;

установку защитных устройств (блокировок) и экранов, защищающих испытываемое изделие от появления электрических влияний и помех по цепи электропитания;

возможность многократного использования стенда, деталей оснастки и приспособлений.

Стенды для проведения испытаний на воздействие вибрации по принципу возбуждения возмущающей силы подразделяются на механические, электродинамические, электромагнитные и гидравлические. Наиболее распространены электродинамические вибростенды (рис. 6.5), в которых используется электродинамический принцип создания возмущающей силы. Эти вибростенды обладают широким диапазоном рабочих частот вибрации, линейностью преобразования сигнала, устойчивостью, простотой управления и надёжностью. Эти стенды можно автоматизировать.

На рис. 6.6 представлена типовая схема включения управляющего генератора, задающего режим и корректирующего его по показаниям вибродатчика, усилителя мощности и график программы испытаний с одной частотой перехода.

Катушка возбуждения магнитного поля (катушка подмагничивания) 15 (см. рис. 6.5), по которой протекает постоянный ток, создает в магнитопроводе 7 постоянный магнитный поток, пересекающий воздушный зазор магнитопровода. В этот зазор помещена цилиндрическая подвижная катушка 6, через которую пропускают переменный ток разной частоты. Подвижная катушка жестко соединена с рабочим столом вибростенда 11 и удерживается в нужном положении с помощью радиальных и тангенциальных пружин 12.

При взаимодействии постоянного магнитного потока с переменным магнитным полем возбуждается сила, перемещающая подвижную катушку и связанный с ней рабочий стол. Направление её перемещения изменяется в соответствии с изменением направления тока, а амплитудное значение возбуждающей силы, Н,

где В — магнитная индукция, Тл; l — длина провода подвижной катушки, см; I — эффективное значение силы тока звуковой частоты в катушке, А.

Подвижная катушка со столом и пружины образуют подвижную систему вибростенда. Последний может поворачиваться в цапфах на угол 90° от вертикали. В стенде предусмотрена защита магнитным экраном 13 испытываемых изделий от магнитного поля вибратора. Охлаждение вибратора осуществляется вентиляторами 1 и 4 через распределитель воздуха.

Рис. 6.5. Вид в разрезе вибростенда электродинамического типа фирмы

«Брюль и Къер» (Дания):

1 и 4 — вентилятор; 2 — основание вибростенда; 3 — выпрямитель;

5 — распределитель воздуха; 6 — силовая (подвижная) катушка;

7 — магнитопровод; 8 — упоры; 9 — упоры хода стола;