CS219451B1 - Zařízení pro programované únavové zkoušky na rezonančních zkušebních strojích - Google Patents

Abstract

Zařízení pro programované únavové zkoušky na rezonančních zkušebních strojích obsahuje elektricky ovládaný zdroj budicí síly, například výkonový zesilovač a řídicí počítač, napojený přes měřicí zesilovač na snímač amplitudy kmitů zkoušené strojní součásti, který je připojen na vstup bloku řízení amplitudy. Na frekvenční vstup řídicího počítače (13) je napojen výstup tvarované (10) zesíleného signálu snímače (8) amplitudy kmitů. Jeden z výstupů řídicího počítače (13) je spojen se vstupem omezovacího spínače (14), který je dále napojen na vstup stykače (15), jehož výstup je napojen na výkonový zesilovač (5). Řídicí počítač (13) je zapojen na blok (12) řízení amplitudy

Description

219451 3

Vynález se týká zařízení pro programova-né únavové zkoušky na rezonančních zku-šebních strojích, řízených počítačem v auto-oscilačním režimu.

Strojní součásti jsou ve snaze o nejefek-tivnější využití v provozu vystaveny stálevětším a složitějším dynamickým namáhá-ním, přičemž provozní podmínky jsou takkomplikované, že pouhý pevnostní výpočetnedává dostatek podkladů pro vypracováníkonstrukce strojní součásti, optimální z hle-diska spolehlivosti, využití materiálu, eko-nomie výroby, atp. Proto jsou ve stadiu vý-zkumu předcházejícího zpracování kon-strukční dokumentace, nebo ve fázi ověřo-vání chování výrobku prováděny únavovézkoušky, při nichž jsou strojní součásti ne-bo jejich modely zatěžovány podle cyklu,který se co nejvíce přibližuje charakteruskutečného namáhání v provozu. Proměnnázatížení se u zkušebních strojů vyvozujírůznými způsoby, například hydraulicky,mechanicky, elektromagneticky, elektrody-namicky, magnetostrikčně, atp., přičemž jsouřízeny a regulovány ručně nebo automatickypodle požadovaného programu zatěžování.

Ruční řízení a regulace zkušebních stro-jů neumožňuje nastavení změn podle sku-tečného nebo předpokládaného průběhu zá-těže v časově proměnných hodnotách podleskutečného průběhu namáhání zkoušenéstrojní součásti nebo jejího modelu. Únavo-vé poškození a jeho vývojové stadium sepřitom posunuje z optického sledování kri-tických míst, případně z velikosti trvalérespektive celkové deformace součásti. Ana-lýza lomové plochy prováděná až po úpl-ném lomu součásti nemůže být přesná, ne-boť lomové plochy jsou v průběhu vývojetrhliny dynamických zatěžováním součástipoškozeny. K automatickému řízení a regulaci zku-šebních strojů pro dynamické zkoušky mate-riálu se používají počítače pracující s vlast-ním zkušebním zařízením ve spřazeném pro-vozu, což umožňuje simulaci skutečnéhozatěžovacího procesu definovaného přísluš-nými statistickými charakteristikami. Pro-gramové zatěžování se nejčastěji používá uhydraulických zkušebních strojů, kde setaké nejsnáze realizuje. Jejich frekvenčnírozsah je však při větším zdvihu pracovníchválců malý a je limitován kritickými rych-lostmi proudění pracovní kapaliny. Tytostroje mají velkou hmotnost, jsou výrobněnákladné a energeticky náročné.

Mechanické rezonanční zkušební stroje spomocnými pracovními pružinami a záva-žími, která snižují zatěžovací frekvenci přiúnavové zkoušce do oblasti desítek až ma-ximálně několika Hz jsou z energetickéhohlediska sice výhodnější, ale jsou náročnéna přesnost výroby a tudíž nákladné. Po-psané druhy zkušebních strojů nejsou vhod-né pro únavové zkoušky strojních součástízatěžovaných v provozu dynamickými sila- 4 mi s vysokou frekvencí řádu stovek Hz ažněkolika Hz.

Kromě frekvenčního omezení lze na těch-to strojích jen velmi obtížně modelovat roz-ložení napjatosti podél zkoušené součástitak, aby odpovídalo provozním podmínkámnapříklad při rezonančním kmitání pro tentodruh zkoušek jsou vhodné rezonanční zku-šební stroje, u kterých zkoušená součástkmitá v autooscilačním režimu s frekvencíodpovídající zvolenému základnímu tvarukmitu. Budicí síly mohou být vyvozeny elek-tromagneticky, elektrodynamicky, magneto-strikčně nebo i jinak. Tyto stroje jsou jed-noduché, vykazují malou spotřebu energiea rychlý průběh zkušek. Regulaci velikostipůsobících sil ve stanovených tolerancíchje však obtížná, s čímž souvisejí i potíže přirealizaci pragramovaných zkoušek s nesta-cionárním průběhem zatěžujících sil. Pou-žívané regulační systémy, například u elek-tromagneticky poháněných vibrátorů ve-směs využívající signálu ze snímače kmitůna zkoušené součásti ve zpětnovazebnísmyčce po úpravě a zesílení pro napájeníbudiče kmitů, jsou citlivé na rušivé vlivyna zkušebně a slouží pouze k udržení kon-stantní amlitudy namáhání, tj. při klasic-kých jednostupňových zkouškách. Řízení amplitudy se u známých mechanic-ko-elektrických vibračních zařízení tohototypu provádí zpravidla omezovačem signá-lu, zařazeným do zpětnovazební smyčky ob-vodu oscilátoru, vybaveným případně dru-hou zpětnovazební smyčkou s regulačnímobvodem, který řídí velikost omezení a sta-bilizuje tak kmity na požadované úrovni,(například podle čs. patentu 101 885.

Jiný způsob podle čs. patentu 137 979, vy-užívající tzv. nepřímé zpětné vazby, spočíváv podstatě v řízení výkonového zesilovačesignálem ze sekundárního oscilátoru ovlá-daného detektorem fázového posuvu budi-cích kmitů a vlastních kmitů mechanickésoustavy. Signál je upraven v dalším regu-lačním členu. Nevýhodou zařízení tohototypu s klasickými regulačními obvody jecitlivost na rušivé vlivy na zkušebnách, ze-jména na rychlé změny síťového napětí.Slouží pouze k udržení konstantní amplitudynamáhání, nebo při zkouškách na několikadiskrétních hladinách napětí. Některá tato známá zařízení jsou vybave-na obvody pro signalizaci nebo přerušenízkoušky při snížení zkušební frekvence. Ne-výhodou známých provedení, například mě-řičů frekvence se stavitelnými spínacímikontakty, je malá citlivost — s charakteri-stickou hodnotou 5 % pracovní frekvence,nebo při zvýšené cvitlivosti, jejich aktivacenahodilými změnami a rušivými signály.Změna vlastní frekvence o 5 % již odpovídástadiu šíření rozvinuté makrotrhliny a v řa-dě zkušebních aplikací je příliš hrubým kri-tériem stupně poškození.

Uvedená známá zařízení nemohou rozlišit δ 219451 5 a hodnotit jednotlivé etapy únavového poru-šení a nehodí se z tohoto důvodu k realiza-ci náročných zkušebních programů, kdynapříklad po rychlé inciaci trhliny v prvníetapě zkoušky chceme v další etapě sledo-vat její růst v závislosti na spektru zatěžo-vání. Výše uvedené nedostatky odstraňuje za-řízení pro programování únavové zkouškyna rezonančních zkušebních strojích podlevynálezu, jehož podstata spočívá v tom, žena frekvenční vstup řídicího počítače je na-pojen výstup tvarovače zesíleného signálusnímače amplitudy kmitů, přičemž jeden zvýstupů řídicího počítače je spojen se vstu-pem omezovacího spínače, který je dále na-pojen na vstup stykače, jehož výstupu jenapojen na výkonový zesilovač, přičemž ří-dicí počítač je zapojen na blok řízení am-plitudy.

Zařízení podle vynálezu umožňuje změnuprogramu, přerušení, případně ukončenízkoušky při změně (poklesuj vlastní frek-vence kmitů zkoušené součásti o nastavi-telnou diferenci, při současném splnění ji-ných definovaných podmínek, takže je pro-gramově eliminován vliv nahodilých změna rušivých signálů. Například zásahy vyvo-lá až opakovaně signalizovaný pokles vlast-ní frekvence v několika následujících časo-vých úsecích při automatické korekci vlivuzměn frekvence vyvolaných změnou úrovněnamáhání zkoušené součásti a tím i tlumeníkmitající soustavy. Příkladné provedení zařízení pro progra-mované únavové zkoušky na rezonančníchzkušebních strojích podle vynálezu je sche-maticky znázorněno na výkresu. Do ramene1 vibrátoru je vetknuta zkoušená součást 2,například lopatka turbokompresoru, rozkmi-távaná kotvou 3 elektromagnetu 4, napáje-ného výkonovým zesilovačem 5. Elektromag-net 4 má pomocné předmagnetizační vinutí6, napájené ze zdroje stejnosměrného prou-du 7. Na zkoušenou součást 2 je napojensnímač 8 amplitudy kmitů, jehož výstup jespojen se vstupem měřicího zesilovače 9.Výstup měřicího zesilovače 9 je spojen sevstupem tvarovače 10 signálu, se vstupemdetektoru 11 amplitudy namáhání a se vstu-pem bloku 12 řízení amplitudy, jehož výstupje napojen na výkonový zesilovač 5. Výstupytvarovače 10 signálu a detektoru 11 ampli-tudy namáhání jsou spojeny frekvenčním aanalogovým vstupem s řídicím počítačem 13,jehož jeden číslicový výstup je spojen sblokem 12 řízení amplitudy a druhý číslico-vý výstup je spojen s omezovacím spínačem 14, na který je dále napojen vstup stykače 15, jehož výstup je napojen na výkonovýzesilovač 5.

Funkce zařízení podle vynálezu je násle-dující: Po zavedení programu, zabezpečují-cího řízení zatěžovacího programu, do pa-měti řídicího počítače 13 a jeho spuštění,se uvede přes blok 12 řízení amplitudy a přes výkonový zesilovač 5 v činnost elek-tromagnet 4 s kotvou 3, který rozkmitá ra-meno 1 vibrátoru s vetknutou zkoušenousoučástí 2. Při tom pomocné předmagetizač-ní vinutí 6 na elektromagnetu 4 zabraňujezdvojnásobení frekvence budicí síly vyvo-zené elektromagnetem 4 vůči frekvenci na-pájecího signálu.

Amplitudu kmitání volného konce zkou-šené součásti snímá snímač 8, jehož signálje zesílen v měřicím zesilovači 9 a je při-váděn zároveň do tvarovače 10 signálu, dodetektoru 11 amplitudy namáhání a do bloku 12 řízení amplitudy, kde se signály upravía přivedou do řídicího počítače 13. Z řídi-cího počítače 13 je přiváděn signál do blo-ku 12 řízení amplitudy a dále do výkono-vého zesilovače 5, který napájí vinutí elek-tromagnetu 4. Dalším výstupem jde z řídi-cího počítače do omezovacího spínače 14,spojené se stykačem 15. V tvarovači 10 sig-nálu se vstupní sinusový signál z měřicíhozesilovače 9 vytvaruje do pravoúhlého prů-běhu požadované úrovně napětí. Přivádí sefrekvenčním vstupem do řídicího počítače 13 a slouží k měření frekvence kmitánízkoušené součásti 2.

Sled signálů z tvarovače 10 se v řídicímpočítači 13 kontinuálně vyhodnocuje. Přisignifikantní změně (poklesu) frekvence sev závislosti na druhu zkušebního programubuď změní zatěžovací spetkrum pomocí ří-zení bloku řízení amplitudy 12, nebo sečíslicovým výstupem řídicího počítače 13přivede signál do omezovacího spínače 14,ovládajícího stykač 15, který vypne celézkušební zařízení z provozu. Detektor 11amplitudy namáhání transformuje sinusovýsignál z měřicího zesilovače 9 na stejno-směrné napětí, úměrné špičkové velikostisignálu, jehož velikost charakterizuje úro-veň zatížení zkoušené součásti, a které jepřiváděno na analogový vstup řídicího po-čítače 13. V počítači je velikost signálu po-rovnána se žádanou hodnotou podle pro-gramu a impulsním regulačním obvodem,realizovaným programovým vybavením po-čítače, je určována potřebná hodnota akčníveličiny. Ta je číslicovým výstupem počíta-če 13 přiváděna do bloku 12 řízení ampli-tudy, kde je podle její velikosti řízena úro-veň výstupního signálu, vedeného do výko-nového: zesilovače 5. Zároveň je fázovacímobvodem nastavován optimální fázový po-suv mezi signálem přicházejícím ze sníma-če 8 amplitudy kmitu přes měřicí zesilovač9 a signálem výstupním, vedeným z bloku12 řízení amplitudy do výkonového zesilo-vače 5.

Zařízení podle vynálezu umožňuje prová-dění únavových zkoušek strojních součástí,v rezonančním režimu, při nichž frekvencea fázový posuv budicí síly, vyvozující zatíže-ní zkoušené součásti jsou optimální a jejíamplituda je řízena podle požadovaného ča-

Claims (1)

1. 8 na pro zkoušení strojních součástí, u kte- rých dochází v provozu k rezonančnímu kmitání. 219451 sového programu zatěžování zkoušené stroj-ní součásti. Zařízení podle vynálezu je vhodné zejmé- pRedmEt Zařízení pro programované únavové zkouš-ky na rezonančních zkušebních strojích, ob-sahující elektronicky ovládaný zdroj budicísíly, například výkonový zesilovač a řídicípočítač, napojený přes měřicí zesilovač nasnímač amplitudy kmitů zkoušené strojnísoučásti, který je připojen na vstup blokuřízení amplitudy, vyznačený tím, že na frek-venční vstup řídicího počítače (13) je napo- vynalezu jen výstup tvarovače (10) zesíleného signá-lu snímače (8) amplitudy kmitů, přičemžjeden z výstupů řídicího počítače (13) jespojen se vstupem omezovacího spínače(14), který je dále napojen na vstup styka-če (15), jehož výstup je napojen na výkono-vý zesilovač (5), přičemž řídicí počítač (13)je zapojen na blok (12) řízení amplitudy. 1 list výkresů