СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ И ОБОБЩЕННОЙ МАССЫ ИСПЫТЫВАЕМОГО ОБЪЕКТА, ИСКЛЮЧАЮЩИЙ ВЛИЯНИЕ ПОДВИЖНЫХ МАСС ВИБРАТОРА НА ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к частотным испытаниям механических конструкций, обеспечивает экспериментальное определение величин обобщенных масс и собственных частот испытываемых конструкций, свободных от влияния испытательного оборудования и может быть использовано в машиностроении, ветроэнергетике и т.д.

Известные стенды частотных испытаний («Вибрации в технике», справочник в 6-ти томах под ред. М.Д.Генкина, Москва, «Машиностроение», 1981. том 5, стр.341…348) содержат устройство (силовую стойку, разгрузочную ферму) для размещения испытываемого объекта, устройство для мягкой подвески или стыковки испытываемого объекта с силовой стойкой, комплект электродинамических вибраторов (ЭДВ), переходные упругие элементы для соединения испытываемого объекта с подвижными частями ЭДВ, управляющий и измерительно-вычислительный комплекс (УИВК). Все данные признаки присутствуют (являются общими) и в предлагаемом техническом решении.

Недостатком принятых в качестве прототипов стендов является то, что определяемые на таких стендах динамические характеристики являются характеристиками системы, состоящей из испытываемого объекта, совокупности подвижных частей ЭДВ и устройств, соединяющих объект испытаний с подвижными частями ЭДВ, что особенно существенно для объектов малой массы.

Предлагаемым изобретением решается задача экспериментального определения динамических характеристик (частот и обобщенных масс) собственно испытываемого объекта.

Для достижения названного технического результата стенд для определения частот собственных колебаний и обобщенной массы испытываемого объекта, содержащий разгрузочную ферму или силовую стойку, систему мягкой подвески или устройство для стыковки объекта испытаний с силовой стойкой, комплект ЭДВ, комплект переходных упругих элементов для соединения испытываемого объекта с подвижными частями ЭДВ, управляющий и измерительно-вычислительный комплекс, доукомплектовывается набором добавочных грузов для установки на подвижных частях ЭДВ или дополнительным комплектом ЭДВ с другими массами подвижных частей.

Отличительным признаком предлагаемого стенда является наличие в его составе набора добавочных грузов для установки на подвижных частях ЭДВ или дополнительного комплекта ЭДВ с другими массами подвижных частей.

Благодаря наличию указанного отличительного признака в совокупности с известными приобретается возможность экспериментального определения величин собственных частот и обобщенных масс непосредственно испытываемого объекта, свободных от ошибок, вносимых испытательным оборудованием.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации решений, содержащих аналогичные признаки, не обнаружено.

Таким образом, можно сделать заключение о том, что предложенный стенд неизвестен на уровне техники и, следовательно, соответствует критерию «патентоспособности».

Предложенное решение может найти применение везде, где требуется определение собственных частот колебаний и соответствующих им обобщенных масс объектов, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».

Общее устройство стенда поясняется на фиг.1 структурной схемой, где схематически показаны устройство 1 для размещения испытываемого объекта 2 (силовая стойка или разгрузочная ферма), система мягкой подвески 3, электродинамические вибраторы 4 с усилителями мощности 5, управляющий и измерительно-вычислительный комплекс, состоящий из системы управления возбуждением 6, генераторов гармонических сигналов 7, система измерения и анализа 8, датчики первичной информации (акселерометры, датчики скоростей или перемещений с предусилителями) 9, упругие элементы 10 с крепежом для соединения испытываемого объекта с подвижными частями 11 ЭДВ.

Работа стенда осуществляется следующим образом: испытываемый объект с помощью системы мягкой подвески подвешивают на разгрузочной ферме или с помощью технологического стыковочного приспособления жестко крепят на силовой стойке. Измеряют массы подвижных частей ЭДВ, упругих элементов и крепежа, предназначенного для соединения каждого ЭДВ с испытываемым объектом. В выбранных точках B_i(i==1,…n) к испытываемому объекту через упругие соединительные элементы подсоединяют ЭДВ и датчики первичной информации, подключив их к системе измерения и анализа. Для каждого ЭДВ определяют подвижную массу µ_i как сумму масс подвижной части ЭДВ, переходных упругих элементов, крепежа и грузов, установленных на подвижной части ЭДВ. Возбуждают испытываемый объект гармоническими силами с единой для всех ЭДВ последовательно пошагово изменяемой частотой и постоянными для каждого ЭДВ амплитудами сил, измеряют отклики, определяют резонансные частоты f_r1 r-ого тона колебаний и соответствующие амплитуды колебаний точек возбуждения u_r1(B_i). По формуле определяют обобщенные подвижные массы, отнесенные к выбранной точке возбуждения В. Отсоединяют ЭДВ от испытываемой конструкции. Устанавливают на подвижных частях ЭДВ дополнительные грузы и в тех же точках подсоединяют ЭДВ к испытываемой конструкции. Или в тех же точках испытываемой конструкции подсоединяют ЭДВ с другими массами подвижных частей. Повторяют испытания и определяют резонансные частоты f_r2, амплитуды u_r2(B_i) и обобщенные подвижные массы Для каждого тона колебаний находят собственные частоты f_s и обобщенные массы m_s(B) испытываемого объекта, приведенные к выбранной точке возбуждения B, перемещение которой приняты за обобщенные координаты, как комбинацию резонансных частот f_r1 и f_r2 и амплитуд u_r1(B_i) и u_r2(B_i) по формулам:

,

.

В качестве иллюстрации рассмотрим испытания на предлагаемом стенде трапециевидной пластины переменной толщины со свободными краями (фиг.2), закрепленной по оси вращения. Масса пластины М=10,8 кг. Возбуждение осуществлялось последовательно с точки В (фиг.2) ЭДВ с подвижными массами µ₁=0,44 кг и µ₂=1,06 кг. Получены два первых тона колебаний с частотами f_r1 и f_r2 и узловыми линиями I-I и II-II соответственно. По приведенным формулам для каждого тона колебаний рассчитаны обобщенные подвижные массы Δm_r1(B) и Δm_r2(В), собственные частоты f_s и обобщенные массы пластины m_s(В), приведенные к точке возбуждения В. По формуле C_S=m_S(В)η_SS ², где η_SS - расстояния от точки возбуждения до соответствующей узловой линии, рассчитаны величины Cs, являются обобщенными массами пластины, при выборе в качестве обобщенных координат углов поворота пластины относительно узловых линий. Результаты приведены в таблице 1.