CZ310656B6 - Zařízení pro provádění vibračních zkoušek - Google Patents

Abstract

Zařízení pro provádění vibračních zkoušek, obsahující držák (2) propojený s vibrátorem (1) a s rámem (10), spočívá v tom, že vibrátor (1) je spojen s alespoň dvěma na rámu (10) pohyblivými držáky (2) objektů (3) vibrační zkoušky a/nebo objektů (5) namáhaných pulzující silou, mezi nimiž je uspořádán vibrátor (1).

Description

Zařízení pro provádění vibračních zkoušek

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro provádění vibračních zkoušek, obsahujícího držák objektů vibrační zkoušky propojený s vibrátorem a s rámem.

Dosavadní stav techniky

Vibrační zkoušky jsou náročné v mnoha směrech. Nároky na jejich provedení jsou energeticky náročné. Dalšími nároky na jejich provedení jsou silové nároky vyžadující vibrátory poskytující dostatečně velké síly. To vede k nárokům na konstrukce, na nichž jsou objekty vibračních zkoušek upevněny. Nároky jsou, aby konstrukce byly silné a tuhé. To je dáno tím, že je nutné zajistit předepsané spektrum vibračního buzení. Nedostatečně silná a tuhá konstrukce začne buzením kmitat vlastní frekvencí a přinese zkreslení buzeného vibračního spektra. Nemalé jsou nároky časového provedení vibrační zkoušky, proto jakékoli úspory v nárocích na energie, velikost zařízení a další jsou žádoucí.

Nevýhodou dosavadních zařízení pro vibrační zkoušky je, že reakční síly z působícího vibrátoru na testovaný objekt působí na rám zařízení, kde jsou pohlceny. To jednak vede k nevyužití části energie vibrátorů a jednak k nevyužití části síly z vibrátoru, což vede k nutnosti užít silnější vibrátory, než by bylo nezbytně nutné, což vede k nutnosti užívat silnější a tužší konstrukce. Velkou nevýhodou je potřeba dimenzovat rám na velké působící síly a poměrně vysoká spotřeba energie při vibrační zkoušce.

Cílem tohoto vynálezu je zařízení pro vibrační zkoušky, které pro ně využije i reakční síly a díky tomu sníží všechny shora uvedené nároky na provedení vibračních zkoušek.

Podstata vynálezu

Podstata zařízení pro provádění vibračních zkoušek, obsahujícího držák objektů vibrační zkoušky propojený s vibrátorem a s rámem, podle tohoto vynálezu, spočívá v tom, že vibrátor je spojen s alespoň dvěma na rámu pohyblivými držáky objektů vibrační zkoušky, tvořenými vozíky, mezi nimiž je vibrátor uspořádán. Vozíky jsou případně spojeny se zdrojem konstantní síly uspořádaném na rámu a tvořeném kladkou a protizávažím neseném lanem, nebo je tvořen pružinou pňpojenou na pružinovém vozíku přes nelineární převod na lano. Nosiče objektů na vozíkách mohou být uspořádány v nestejné výšce nad rámem a svírají s drahou pojezdu vozíků ostrý úhel. Objekt vibrační zkoušky je upevněn najeden z vozíků nebo vložený objekt namáhaný pulzující silou je upevněn alespoň na dva vozíky. Vibrátor je alternativně spojen s alespoň třemi vozíky a/nebo vibrátory.

Výhodou zařízení pro vibrační zkoušky je využití i reakčních sil vibrátorů pro provádění vibračních zkoušek, a tím i snížení nároků na velikost a tuhost zařízení a na spotřebu energie.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže osvětlen pomocí připojených výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje dosavadní řešení zařízení pro vibrační zkoušky;

obr. 2 je schematické znázornění základního řešení zařízení pro vibrační zkoušky;

- 1 CZ 310656 B6 obr. 3 představuje řešení z obr. 2, které je vybaveno navíc absolutizačním pohonem;

obr. 4 představuje schematické znázornění alternativního řešení zařízení pro vibrační zkoušky;

obr. 5 představuje schematické znázornění nej jednoduššího řešení zdroje konstantní síly;

obr. 6 představuje schematické znázornění dalšího řešení zdroje konstantní síly;

obr. 7 představuje schematické znázornění alternativního řešení zařízení pro vibrační zkoušky pro případ nutnosti uvažovat alespoň částečné působení gravitačních sil;

obr. 8 představuje schematické znázornění dalšího alternativního řešení zařízení pro vibrační zkoušky pulzující silou;

obr. 9 představuje schematické znázornění dalšího alternativního řešení zařízení pro vibrační zkoušky k řešení na obr. 2 a obr. 8;

obr 10 představuje schematické znázornění dalšího alternativního řešení zařízení;

obr. 11 představuje uspořádání, ve kterém je vedle vibrátoru vložený sériově další vibrátor L který umožňuje modulovat vibrační sílu na vozíky 2 a knim připevněné objekty 3 vibračních zkoušek pro vibrační zkoušky, kdy síla vibrátoru je užita pro vibrování více vozíky;

obr. 12 představuje uspořádání, ve kterém jsou vložené vibrátory, které mohou modulovat jiné síly na různé vozíky a k nim připevněné objekty vibračních zkoušek; a obr. 13 představuje schematické znázornění dalšího řešení zařízení pro vibrační zkoušky pulzující silou.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázorněno dosavadní řešení zařízení pro vibrační zkoušky. Objekty 3 vibrační zkoušky jsou připevněny k pohyblivému držáku 2, který bude v dalším uváděn jako pohyblivý vozík. Mezi pohyblivým vozíkem 2 a rámem 10 je uspořádán vibrátor L Vibrátor 1 je zařízení, které působí silově na vozík 2 silou způsobující požadovaný průběh zrychlení, tedy rychlosti a výchylky vozíků 2 a s nimi objektů 3 vibrační zkoušky. Reakční síla, která je nutná pro silové působení vibrátoru 1 na vozík 2 a k němu upevněné objekty 3 vibrační zkoušky, je zachycena a pohlcena rámem 10. Je tedy nevyužita.

Na obr. 2 je schematicky znázorněno základní řešení zařízení pro vibrační zkoušky podle tohoto vynálezu. Objekty 3 vibrační zkoušky jsou připevněny ke dvěma vozíkům 2 pojíždějícím po vedení na rámu 10. Vozíky 2 představují držáky objektů 3 vibrační zkoušky. Oba vozíky 2 jsou spojeny vibrátorem L Vibrátor 1 je zařízení, které působí silově na oba vozíky 2 silou způsobující požadovaný průběh zrychlení, tedy rychlosti a výchylky vozíků 2 a s nimi objektů 3 vibrační zkoušky. Zde silové působení vibrátoru 1 az něho vznikající reakční síla působí na oba vozíky 2, kde způsobují požadované vibrace. V tomto případě se předpokládá, že vibrační síly jsou podstatně větší než gravitační síly, které není třeba uvažovat. Je tedy možné zvýšit počet objektů 3 vibrační zkoušky na dvojnásobek, a tím snížit všechny nároky energetické a časové. Vzhledem k tomu, že objekty 3 vibrační zkoušky lze rozdělit na více vozíků 2, je možné vytvořit vozíky 2 menší, což vede ke zvýšení tuhosti a snížení hmotnosti, protože hmotnost a tuhost roste s velikostí.

-2 CZ 310656 B6

Na obr. 3 je řešení z obr. 2 vybaveno navíc absolutizačním pohonem 9, který zaručuje, že vibrační vozíky 2 zůstanou trvale v oblasti pojezdu a že třeba nevhodným třením a vibracemi se nepřemístí mimo vedení vozíků 2. Absolutizační pohon 9 je obvykle velmi slabý pohon s integrační složkou regulátoru mezi rámem 10 a jedním z vibračních vozíků 2. Místo absolutizačního pohonu 9 lze užít i jen velmi slabou pružinu mezi rámem 10 a jedním z vibračních vozíků 2. Na ostatních obrázcích nebude absolutizační pohon 9 znázorněn.

Na obr. 4 je schematicky znázorněno alternativní řešení zařízení pro vibrační zkoušky podle tohoto vynálezu. Pokud je třeba uvažovat působení gravitačních sil, tedy vibrační síly jsou menší než gravitační síly nebo jsou s nimi srovnatelné, pak pohyb vozíku 2 musí probíhat svisle ve směru gravitace. V tom případě jsou vozíky 2 opatřeny zdrojem 4 konstantní síly rovné tíze objektu tvořeného vlastním vozíkem 2 a všemi k němu připevněnými objekty 3 vibrační zkoušky. Tento zdroj 4 konstantní síly, spojený lanem 7 s příslušným vozíkem 2, způsobuje jeho levitaci. Vibrátor 1 pak opět rozděluje sílu a s ní rovnou reakční sílu mezi oba vozíky 2. Zdroje 4 konstantní síly mohou být také umístěny zezdola od rámu 10.

Na obr. 5 je schematicky znázorněno nejjednodušší řešení zdroje 4 konstantní síly, tvořené kladkou 6, lanem 7 a protizávažím 8. Omezení tohoto řešení je, že funguje jen pro velikosti sil vibrátoru L které jsou menší než gravitační síla vozíku 2 a kněmu připevněných objektů 3 vibrační zkoušky. Pokud by byly větší, protizávaží by nedokázalo sledovat pohyb vozíku 2 během vibrační zkoušky.

Na obr. 6 je schematicky znázorněno další řešení zdroje 4 konstantní síly, tvořené pružinou 11 jedním koncem připojenou k rámu 10 a druhým koncem přes pružinový vozík 12 a nelineární převod 13 k lanu 7. Pružina 11 je předepnuta na hodnotu tíhy G představované tíhou připojeného vozíku 2 a všemi k němu připevněnými objekty 3 vibrační zkoušky. Při pohybu pružinového vozíku 12 dolů dochází k nárůstu deformace pružiny 11 a tedy její působící síly. Nelineární převod 13 však zmenší svůj převod tak, že na lano 7 přesto působí konstantní síla rovná tíze G. Naopak při pohybu pružinového vozíku 12 nahoru dochází k poklesu deformace pružiny 11, a tedy její působící síly. Nelineární převod 13 však zvětší svůj převod tak, že na lano 7 přesto působí konstantní síla rovná tíze G. Vhodným nelineárním převodem je Archimedova spirála.

Nelineárním převodem vedle spirály může být například čtyřkloubový mechanismus nebo vačka.

Na obr. 7 je schematicky znázorněno alternativní řešení zařízení pro vibrační zkoušky pro případ nutnosti uvažovat alespoň částečně působení gravitačních sil. Vozíky 2 jsou vůči pojezdu na rámu 10 uspořádány šikmo, kde úhel, resp. sinus úhlu tohoto šikmého uspořádání odpovídá částečnému působení gravitačních sil.

Na obr. 8 je schematicky znázorněno další alternativní řešení zařízení pro vibrační zkoušky pulzující silou. Pulzující síla je síla různé velikosti přímo působící na různé části vloženého objektu 5 namáhaného pulsní silou vibrační zkoušky, aniž by byla způsobena setrvačným účinkem ze zrychlení. Vložený objekt 5 namáhaný pulzující silou je upevněn mezi oba pohyblivé vozíky 2, které tvoří držák objektů 5 namáhaných pulzující silou. Vibrátor 1 opět působí silou a k ní odpovídající reakční silou na oba pohyblivé vozíky 2. Tak je vložený objekt 5 namáhaný pulzující silou vystaven požadované vibrační síle.

Zařízení z obr. 8 může být uspořádáno také svisle jako na obr. 4 nebo šikmo jako na obr. 7.

Na obr. 9 je schematicky znázorněno další alternativní řešení zařízení pro vibrační zkoušky k řešení na obr. 2 a obr. 8. Levý vozík 2 tvoří jak držák objektů 3 vibrační zkoušky, tak držák objektů 5 namáhaných pulzující silou. Pravý vozík 2 na obr. 9 tvoří jen držák objektů 5 namáhaných pulzující silou. Mezi oběma vozíky 2 je uspořádán jak vibrátor 1_, tak objekt 5 namáhaný pulzující silou. Pravý vozík 2 by mohl být také držákem objektů 3 vibrační zkoušky.

-3 CZ 310656 B6

Na obr. 10 je schematicky znázorněno další alternativní řešení zařízení pro vibrační zkoušky. Síla vibrátoru 1 je užita pro vibrování více vozíky 2.

Na obr. 11 je vedle vibrátoru 1 vložený sériově další vibrátor 1, který umožňuje modulovat vibrační sílu na vozíky 2 a k nim připevněné objekty 3 vibračních zkoušek. Sériově spojené vibrátory 1 realizují superpozici a modulaci vibračních sil. Výhoda je, že jeden vibrátor 1 realizuje jednu část vibračního spektra, obvykle s větší amplitudou a menší frekvencí, na kterou druhý vibrátor 1 superponuje druhou část vibračního spektra, obvykle s menší amplitudou a větší frekvencí.

Na obr. 12 jsou vložené vibrátory 1, které mohou modulovat jiné síly na různé vozíky 2 a k nim připevněné objekty 3 vibračních zkoušek. Velikost sil v jednotlivých větvích spojení vibrátorů 1 závisí na poměru hmotností vozíků 2 s připevněnými předměty 3 a na hmotnosti vibrátorů L Sériově spojené vibrátory 1 realizují superpozici a modulaci vibračních sil. Paralelně připojené vibrátory 1 realizují shodné vibrační síly na všechny připojené vozíky nebo další vibrátory. Spojení vibrátorů 1 může být sériové, paralelní nebo serio-paralelní a různě hierarchicky větvené.

Na obr. 13 je schematicky znázorněno další řešení zařízení pro vibrační zkoušky pulzující silou. Vložený objekt 5 namáhaný pulzující silou je upevněn ve více, zde třech bodech k více, zde třem pohyblivým vozíkům 2.

Všechny popsané varianty mohou být kombinovány. Varianty jsou znázorněny schematicky.

Spojení vibrátorů s vozíky nebo vložených objektů s vozíky - znázorněné schematicky, je provedeno pevně, obvykle tyčemi. Lana mohou být nahrazena pásky, řemeny, řetězy, táhly. Vibrátory jsou obvykle realizovány jako elektromagnetické vibrátory nebo jako hydraulické vibrátory. Vibrátory mohou být také pružinové s přídavným pohonem pro krytí ztrát odpory. Pružinové vibrátory mohou uschovávat a vydávat energii během pohybu.

Řízení vibrátorů je realizováno počítačem.

Základní výhodou je využití jinak pohlcované reakční síly vibrátoru k realizaci vibračních zkoušek. To příznivě ovlivní zmenšení nároků na velikost vibrátorů a konstrukcí držáků, nyní pohyblivých vozíků, a rámů a na spotřebu energie.

Další výhodou je možnost provést dílčí modulaci vibračních sil, aniž by bylo nutné užívat vždy vibrátory odděleně.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro vibrační zkoušky podle tohoto vynálezu je možné využít pro všechny vibrační zkoušky řady výrobků, jakož i pro určování únavových mezí materiálů.

Vibrační zkoušky se používají pro testování široké škály výrobků, které musí odolávat mechanickým vibracím, nárazům nebo jiným dynamickým silám v reálných podmínkách, ale i při jejich dopravě a prokazovat spolehlivost produktů vůči vibracím. Některé z hlavních kategorií výrobků, pro které se vibrační zkoušky provádějí, zahrnují automobilový průmysl (např. tlumiče, zámky, komponenty podvozku, plastové komponenty, ale i celková vozidla), letecký průmysl (např. motory, palivové nádrže, součástky, elektronika), kosmický průmysl (např. satelity, rakety, přístroje, zde je vibrační zkouška povinná pro povolení letu), elektronické a telekomunikační zařízení (např. mobilní telefony, tablety, počítače a další elektronická zařízení, desky plošných spojů, konektory, baterie, spotřební elektronika), strojírenský průmysl (např. motory, čerpadla, kompresory a další těžké stroje, stroje, zařízení a další mechanické systémy podléhající vibracím), obalové materiály pro ověření, že obaly ochrání výrobky před mechanickým

-4 CZ 310656 B6 poškozením během přepravy a manipulace, a další výrobky.

Claims (7)

1. Zařízení pro provádění vibračních zkoušek, obsahující držák objektů vibrační zkoušky propojený s vibrátorem a s rámem, vyznačující se tím, že vibrátor (1) je spojen s alespoň dvěma na rámu (10) pohyblivými vozíky (2), mezi nimiž je vibrátor (1) uspořádán, přičemž vozíky (2) tvoří držáky objektů (3) vibrační zkoušky a/nebo objektů (5) namáhaných pulsující silou, přičemž objekty (5) namáhané pulsující silou jsou uspořádány mezi vozíky (2).

2. Zařízení pro provádění vibračních zkoušek podle nároku 1, vyznačující se tím že vozíky (2) jsou spojeny se zdrojem (4) konstantní síly uspořádaném na rámu (10).

3. Zařízení pro provádění vibračních zkoušek podle nároku 2, vyznačující se tím, že zdroj (4) konstantní síly je tvořen kladkou (6) a protizávažím (8) neseném lanem (7).

4. Zařízení pro provádění vibračních zkoušek podle nároku 2, vyznačující se tím, že zdroj (4) konstantní síly je tvořen pružinou (11) připojenou na pružinovém vozíku (12) přes nelineární převod (13) na lano (7).

5. Zařízení pro provádění vibračních zkoušek podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosiče objektů (3) na vozíkách (2) jsou uspořádány v nestejné výšce nad rámem (10) a svírají s dráhou pojezdu vozíků (2) ostrý úhel.

6. Zařízení pro provádění vibračních zkoušek podle nároku 1, vyznačující se tím, že objekt (3) vibrační zkoušky je upevněn na jeden z vozíků (2) nebo objekt (5) namáhaný pulzující silou je upevněn alespoň na dva vozíky (2).

7. Zařízení pro provádění vibračních zkoušek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vibrátor (1) je spojen s alespoň třemi vozíky (2) a/nebo vibrátory (1).