RU2639568C1

RU2639568C1 - Stand for researching shock loads of vibration insulation systems

Info

Publication number: RU2639568C1
Application number: RU2016149835A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2017-12-21

Abstract

FIELD: testing equipment.SUBSTANCE: stand for vibration insulation systems comprises the base, whereon the additional plates with vibration-insulated devices and recording equipment are located, the aircraft equipment, for example, two identical on-board compressors for obtaining compressed air on board the aircraft, are mounted on the base. One compressor is mounted on standard rubber vibration insulators and another compressor is mounted on the examined dual-mass vibration insulation system, consisting of rubber vibration insulators and elastically damping intermediate plate with vibration insulators, for example, in the form of plates made of polyurethane, which are placed on the rigid bulkhead mounted on the base through the vibration cushioning gasket, as well as the standard rubber vibration insulators. The vibratory sensor is mounted on the rigid bulkhead, between the compressors, a signal from the vibratory sensor is sent to the amplifier and recording equipment, such as octave spectrometer, operating in the frequency band (Hz): 2; 4; 8; 16; 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz, and then the obtained amplitude-frequency operation characteristics of each compressor are compared, and the conclusions about the effectiveness of vibration insulation of each system on which they are mounted are made.EFFECT: expanded technological capabilities of testing the objects, having several elastic couplings with the body parts of the flying object.5 dwg

Description

Изобретение относится к испытательному оборудованию.The invention relates to test equipment.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является вибростенд по патенту РФ №2335747, G01M 7/08, G01N 3/313, содержащий основания, защищаемый объект, измерительную аппаратуру и генераторы вибрационных и ударных воздействий (прототип).The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a vibration stand according to the patent of the Russian Federation No. 2335747, G01M 7/08, G01N 3/313, containing bases, protected object, measuring equipment and vibration and shock generators (prototype).

Недостатком прототипа являются сравнительно невысокие возможности и точность для исследования систем, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями летательного объекта.The disadvantage of the prototype is the relatively low capabilities and accuracy for the study of systems having several elastic connections with the hull parts of an aircraft.

Технически достижимый результат - расширение технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями летательного объекта.A technically achievable result is the expansion of the technological capabilities of testing objects that have several elastic connections with the hull parts of an aircraft.

Это достигается тем, что в стенде для исследования ударных нагрузок систем виброизоляции, содержащем основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами и регистрирующая аппаратура, на основании установлена аппаратура летательных аппаратов, например два одинаковых бортовых компрессора для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата, при этом один компрессор установлен на штатных резиновых виброизоляторах, а другой компрессор установлен на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции, включающей в себя резиновые виброизоляторы и упругодемпфирующую промежуточную плиту с виброизоляторами, например, в виде пластин из полиуретана, которые так же как и штатные резиновые виброизоляторы компрессора установлены на жесткой переборке, которая через вибродемпфирующую прокладку установлена на основании, а на жесткой переборке, между компрессорами, закреплен вибродатчик, сигнал с которого поступает на усилитель и регистрирующую аппаратуру, например октавный спектрометр, работающий в полосе частот (Гц): 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000, а затем сравнивают полученные амплитудно-частотные характеристики от работы каждого из компрессоров и делают выводы об эффективости виброизоляции каждой системы, на которой они установлены.This is achieved by the fact that in the stand for studying the shock loads of vibration isolation systems containing a base, on which additional plates with vibration-insulated devices fixed to them and recording equipment are located, the aircraft equipment is installed on the base, for example, two identical on-board compressors for receiving compressed air on board the aircraft, while one compressor is installed on standard rubber vibration isolators, and the other compressor is installed on the studied two-mass a vibration isolation system, including rubber vibration isolators and an elastic damping intermediate plate with vibration isolators, for example, in the form of polyurethane plates, which, like the standard rubber compressor vibration isolators, are mounted on a rigid bulkhead, which is installed on the base through a vibration-damping pad, and on a rigid bulkhead, between the compressors, a vibration sensor is fixed, the signal from which is fed to the amplifier and recording equipment, for example, an octave spectrometer operating in the frequency band (Hz): 2; four; 8; 16; 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000, and then compare the obtained amplitude-frequency characteristics from the operation of each of the compressors and draw conclusions about the effectiveness of vibration isolation of each system on which they are installed.

На фиг. 1 представлен общий вид вибростенда, на фиг. 2 - его принципиальная схема, на фиг. 3 - математическая модель системы «компрессор 2 на двухмассовой системе виброизоляции», на фиг. 4 - характеристики логарифмического декремента затухания свободных колебаний двухмассовой системы виброизоляции в зависимости от входного ударного импульса, на фиг. 5 - схема диагностического ударного устройства.In FIG. 1 shows a general view of the shaker, in FIG. 2 is a circuit diagram thereof, in FIG. 3 is a mathematical model of the system “compressor 2 on a two-mass vibration isolation system”, FIG. 4 - characteristics of the logarithmic damping decrement of free vibrations of a two-mass vibration isolation system depending on the input shock pulse, in FIG. 5 is a diagram of a diagnostic shock device.

Стенд для исследования ударных нагрузок систем виброизоляции (фиг. 1) состоит из основания 12, на котором установлена аппаратура летательных аппаратов, например два одинаковых бортовых компрессора 1 и 2 для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата. При этом один компрессор 1 (фиг. 2) установлен на штатных резиновых виброизоляторах 7, а другой компрессор 2 установлен на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции, включающей в себя резиновые виброизоляторы 5 и упругодемпфирующую промежуточную плиту 4 с виброизоляторами 6, например в виде пластин из полиуретана, которые так же как и штатные резиновые виброизоляторы 7 компрессора 1 установлены на жесткой переборке 8, которая через вибродемпфирующую прокладку 11 установлена на основании 12. На фиг. 3 показана математическая модель двухмассовой системы «компрессор 2 на промежуточной плите 4 с виброизоляторами 5 и 6»,The stand for the study of shock loads of vibration isolation systems (Fig. 1) consists of a base 12 on which the aircraft equipment is installed, for example, two identical on-board compressors 1 and 2 for receiving compressed air on board the aircraft. In this case, one compressor 1 (Fig. 2) is installed on standard rubber vibration isolators 7, and another compressor 2 is installed on the studied two-mass vibration isolation system, including rubber vibration isolators 5 and an elastic damping intermediate plate 4 with vibration isolators 6, for example, in the form of polyurethane plates, which, like the standard rubber vibration isolators 7 of the compressor 1, are mounted on a rigid bulkhead 8, which, through the vibration damping pad 11, is mounted on the base 12. FIG. 3 shows a mathematical model of a two-mass system "compressor 2 on the intermediate plate 4 with vibration isolators 5 and 6",

где c₁ и m₁ - соответственно жесткость упругих элементов плиты 4 и ее масса,where c ₁ and m ₁ - respectively, the stiffness of the elastic elements of the plate 4 and its mass,

где c₂ и m₂ - соответственно жесткость виброизоляторов 5 и масса компрессора 2,where c ₂ and m ₂ - respectively, the stiffness of the vibration isolators 5 and the mass of the compressor 2,

h₁ - абсолютная величина вязкого демпфирования в системе, которая связана с логарифмическим коэффициентом затухания δ₁ колебательной системы следующей зависимостью (1):h ₁ - the absolute value of viscous damping in the system, which is associated with the logarithmic attenuation coefficient δ _{1 of the} oscillatory system by the following dependence (1):

На жесткой переборке 8 между компрессорами 1 и 2 закреплен вибродатчик 3, сигнал с которого поступает на усилитель 10 и затем на регистрирующую колебания аппаратуру 9, например октавный спектрометр, работающий в полосе частот (Гц): 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000.A vibration sensor 3 is fixed on a rigid bulkhead 8 between compressors 1 and 2, the signal from which is fed to amplifier 10 and then to equipment 9, which records oscillations, for example, an octave spectrometer operating in the frequency band (Hz): 2; four; 8; 16; 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000

На основания 12, на котором через вибродемпфирующую прокладку 11 установлена жесткая переборка 8 с установленными на ней датчиком 3 и бортовыми компрессорами первым 1 и вторым 2 дополнительно установлен датчик 38 для измерения амплитудно-частотных характеристик основания, сигнал с которого поступает на усилитель 10 и спектрометр 9.On the base 12, on which a rigid bulkhead 8 is installed through a vibration damping pad 11 with a sensor 3 installed on it and on-board compressors, the first 1 and second 2 are additionally equipped with a sensor 38 for measuring the amplitude-frequency characteristics of the base, the signal from which is fed to the amplifier 10 and spectrometer 9 .

Стенд для исследования ударных нагрузок систем виброизоляции работает следующим образом.The stand for the study of shock loads of vibration isolation systems works as follows.

Сначала включают компрессор 1, который установлен на штатных резиновых виброизоляторах 7 и снимают амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) с помощью датчика 3, усилителя 10 и спектрометра 9. Затем выключают компрессор 1 и включают компрессор 2, который установлен на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции, включающей в себя резиновые виброизоляторы 5 и упругодемпфирующую промежуточную плиту 4 с виброизоляторами 6, и также снимают амплитудно-частотные характеристики с помощью датчика 3, усилителя 10 и спектрометра 9. После чего сравнивают полученные АЧХ от работы каждого из компрессоров 1 и 2 и делают выводы об эффективности виброизоляции каждой системы, на которой они установлены. Для того чтобы определить собственные частоты каждой из исследуемых систем виброизоляции производят имитацию ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записывают осциллограммы свободных колебаний (на чертеже не показано), при расшифровке которых судят о собственных частотах систем (см. фиг. 4 и формула (1)).First, turn on compressor 1, which is installed on standard rubber vibration isolators 7 and take the amplitude-frequency characteristics (AFC) using a sensor 3, amplifier 10 and spectrometer 9. Then turn off compressor 1 and turn on compressor 2, which is installed on the studied two-mass vibration isolation system, including include rubber vibration isolators 5 and an elastic damping intermediate plate 4 with vibration isolators 6, and also take the amplitude-frequency characteristics using a sensor 3, an amplifier 10 and a spectrometer 9. Then compare ayut received from the AFC operation of each of the compressors 1 and 2 and make conclusions about the effectiveness of each vibration isolation system on which they are installed. In order to determine the eigenfrequencies of each of the studied vibration isolation systems, they simulate shock impulse loads on each of the systems and record oscillations of free vibrations (not shown in the drawing), when deciphering them, they judge the eigenfrequencies of the systems (see Fig. 4 and formula (1 )).

Диагностическое ударное устройство (фиг. 5) содержит быстросменный ударный элемент 13, расположенный соосно корпусу 15 и выполненный из эластомера, который посредством втулки 30 крепится к мембранному передающему элементу 14, закрепленному на цилиндрическом корпусе 15 посредством фланца 28, расположенного перпендикулярно оси корпуса 15, с помощью винтов 29. Внутри корпуса 15 и соосно ему расположен мембранный передающий элемент 14, который имеет цилиндроконическую часть, установленную в корпусе с тороидальным зазором 27 в нижней части, имеющий лепестковую форму в сечении торообразующей поверхности. Мембранный передающий элемент 14 соединен резьбовой частью 26 шпильки 25, расположенной по оси корпуса, с основной массой 17 ударного устройства, контактирующей с пьезоэлектрическим динамометром 16, помещенным в диэлектрическую защитную оболочку 34. Напряжение, возникающее при ударном или случайном воздействиях, отводится от пьезоэлектрического динамометра 16 через контактный элемент 33, закрепленный в корпусе 15 и связанный проводом 36 с контактным элементом 31, закрепленным в полой цилиндрической рукоятке 21 ударного устройства, при этом провод 36 закреплен в хомуте 32, жестко связанном с внешней поверхностью рукоятки 21, ось которой расположена перпендикулярно оси корпуса 15, и которая посредством резьбовой части 22 жестко фиксируется в резьбовом отверстии 23 основной массы 17. Над основной массой 17 расположена дополнительная масса 18 ударного устройства, выполненная в виде цилиндра и в которой выполнено осесимметричное резьбовое отверстие 19, в которое входит резьбовая часть выступа 20, составляющая одно целое с основной массой 17, которая в свою очередь посредством винтов 24 крепится к корпусу 15, а в торцевую поверхность резьбовой части выступа 20 упирается головка шпильки 25, связывающей основную массу 17 ударного устройства с мембранным передающим элементом 14 через пьезоэлектрический динамометр 16, в котором выполнено центральное осесимметричное отверстие 35, через которое проходит гладкая цилиндрическая часть шпильки 25.The diagnostic impact device (Fig. 5) contains a quick-change impact element 13 located coaxially to the housing 15 and made of an elastomer, which, by means of a sleeve 30, is attached to the membrane transmitting element 14, mounted on the cylindrical housing 15 by means of a flange 28 located perpendicular to the axis of the housing 15, s using screws 29. Inside the housing 15 and coaxially to it is a membrane transmitting element 14, which has a cylindrical part installed in the housing with a toroidal gap 27 in the lower part, having molded the eccentric shape in cross section of the torus-forming surface. The membrane transmitting element 14 is connected by a threaded part 26 of the pin 25 located along the axis of the housing with the main mass 17 of the percussion device in contact with the piezoelectric dynamometer 16 placed in the dielectric protective sheath 34. The voltage arising from shock or accidental impacts is removed from the piezoelectric dynamometer 16 through the contact element 33, mounted in the housing 15 and connected by a wire 36 with the contact element 31, mounted in the hollow cylindrical handle 21 of the percussion device, while 36 is fixed in a clamp 32, rigidly connected with the outer surface of the handle 21, the axis of which is perpendicular to the axis of the housing 15, and which is fixed by means of the threaded part 22 in the threaded hole 23 of the main mass 17. Above the main mass 17 is an additional mass 18 of the percussion device made in the form of a cylinder and in which an axisymmetric threaded hole 19 is made, into which the threaded part of the protrusion 20 is included, which is integral with the main mass 17, which, in turn, is attached to the screws 24 case 15, and the head of the stud 25 rests on the end surface of the threaded part of the protrusion 20, connecting the main mass 17 of the percussion device with the membrane transmitting element 14 through a piezoelectric dynamometer 16, in which a central axisymmetric hole 35 is made through which the smooth cylindrical part of the stud 25 passes.

Диагностическое ударное устройство работает следующим образом.Diagnostic shock device operates as follows.

При ударе об испытательную поверхность исследуемого объекта (на чертеже не показан) посредством быстросменного ударного элемента 13 имитируется импульсное или случайное возбуждение. Подаваемое на исследуемый объект усилие измеряется с помощью пьезоэлектрического динамометра 16. Дополнительной массой 6 и материалом ударной части 13 можно менять продолжительность импульса, а значит и частотный диапазон спектра возбуждения. Напряжение, возникающее при ударном или случайном воздействиях, отводится от пьезоэлектрического динамометра 16 через контактный элемент 33, закрепленный в корпусе 15 и связанный проводом 36 с контактным элементом 31, закрепленным в полой цилиндрической рукоятке 21 ударного устройства. Сигналы от пьезоэлектрического динамометра 16 передаются в блок обработки данных (на чертеже не показан), в котором частотные характеристики получают с помощью спектрального анализа сложных сигналов, основу которого составляет быстрое преобразование Фурье, например, с помощью двухканального анализатора (на чертеже не показан), выполняющего быстрое преобразование Фурье и измеряющего сигналы возбуждения от ударного устройства, и реакции их на испытательной поверхности 37 исследуемого объекта, затем определяют частотные характеристики на основе этих измерений.Upon impact on the test surface of the test object (not shown in the drawing) by means of a quick-change shock element 13, impulse or random excitation is simulated. The force applied to the object under study is measured using a piezoelectric dynamometer 16. With an additional mass of 6 and the material of the shock part 13, the pulse duration, and hence the frequency range of the excitation spectrum, can be changed. The voltage arising from shock or accidental impacts is discharged from the piezoelectric dynamometer 16 through the contact element 33 fixed in the housing 15 and connected by a wire 36 with the contact element 31 fixed in the hollow cylindrical handle 21 of the percussion device. The signals from the piezoelectric dynamometer 16 are transmitted to a data processing unit (not shown in the drawing), in which the frequency characteristics are obtained using spectral analysis of complex signals, the basis of which is a fast Fourier transform, for example, using a two-channel analyzer (not shown), which performs fast Fourier transform and measuring the excitation signals from the percussion device, and their reactions on the test surface 37 of the investigated object, then determine the frequency characteristics of Based on these measurements.

Возможен вариант, когда для проведения гармонического анализа виброизолирующей системы «второй компрессор 2 на упругодемпфирующей промежуточной плите 4 с виброизоляторами 6», а также для выявления виброизолирующих свойств виброизоляторов 6 (фиг. 2) и подбора их оптимальных параметров на упругодемпфирующей промежуточной плите 4 дополнительно установлен датчик 39 для измерения ее амплитудно-частотных характеристик, сигнал с которого поступает на усилитель 10 и спектрометр 9.A variant is possible when for conducting a harmonic analysis of the vibration-isolating system “the second compressor 2 on the elastic damping intermediate plate 4 with vibration isolators 6”, as well as to identify the vibration-isolating properties of the vibration isolators 6 (Fig. 2) and selecting their optimal parameters on the elastic-damping intermediate plate 4, an additional sensor is installed 39 to measure its amplitude-frequency characteristics, the signal from which is fed to amplifier 10 and spectrometer 9.

Claims

A stand for studying the shock loads of vibration isolation systems, containing a base on which additional plates with vibration-isolating devices fixed to them and recording equipment are located, based on the installed aircraft equipment, for example, two identical on-board compressors for receiving compressed air on board the aircraft, while one the compressor is installed on standard rubber vibration isolators, and the other compressor is installed on the studied two-mass vibration isolation system, VK containing rubber vibration isolators and an elastic-damping intermediate plate with vibration isolators, for example, in the form of polyurethane plates, which, like the standard rubber compressor vibration isolators, are mounted on a rigid bulkhead, which is mounted on the base through a vibration-damping pad, and a vibrodamp is mounted on the rigid bulkhead between the compressors , the signal from which is fed to the amplifier and recording equipment, for example, an octave spectrometer operating in the frequency band (Hz): 2; four; 8; 16; 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000, and then compare the obtained amplitude-frequency characteristics from the operation of each of the compressors and draw conclusions about the effectiveness of the vibration isolation of each system on which they are installed, while to determine the natural frequencies of each of the studied vibration isolation systems, shock impulse loads on each of the systems are simulated using a diagnostic shock device comprising a housing, a piezoelectric dynamometer and a shock element, the shock element is made quick-change, located coaxially to the body Su is made of elastomer and, by means of a sleeve, is attached to a membrane transmitting element mounted on a cylindrical housing by means of a flange located perpendicular to the axis of the housing, using screws, and inside the housing and coaxially to it is a membrane transmitting element that has a cylindrical part mounted in the housing with a toroidal gap in the lower part, having a petal shape in the cross section of the toroidal surface, while the membrane transmitting element is connected by a threaded part of the stud, located along the axis of the housing, with the bulk of the percussion device in contact with the piezoelectric dynamometer placed in the dielectric protective sheath, while the voltage arising from the shock or accidental impact is removed from the piezoelectric dynamometer through a contact element fixed in the housing and connected by a wire to the contact element, fixed in the hollow cylindrical handle of the percussion device, while the wire is fixed in a clamp rigidly connected to the outer surface of the handle, the axis of which is located lies perpendicular to the axis of the housing and which, through the threaded part, is rigidly fixed in the threaded hole of the main mass, over which the additional mass of the percussion device, made in the form of a cylinder, and in which the axisymmetric threaded hole is made, into which the threaded part of the protrusion is integral with the main mass , which, in turn, is screwed to the body, and the head of the stud, which connects the main mass a device with a membrane transmitting element through a piezoelectric dynamometer in which a central axisymmetric hole is made through which a smooth cylindrical part of the stud passes, characterized in that on the base on which a rigid bulkhead is installed through a vibration damping pad with vibration sensors and onboard compressors installed on it a sensor is installed to measure the amplitude-frequency characteristics of the base, the signal from which is fed to the amplifier and spectrometer, and for I conducted a harmonic analysis of the vibration-isolating system “a second compressor on an elastic damping intermediate plate with vibration isolators”, as well as to identify the vibration-isolating properties of the vibration isolators and select their optimal parameters on the elastic-damping intermediate plate, an additional sensor was installed to measure its amplitude-frequency characteristics, the signal from which is fed to the amplifier and spectrometer.