RU2796508C1

RU2796508C1 - Stand for testing objects for the combined impact of dynamic loads

Info

Publication number: RU2796508C1
Application number: RU2022116578A
Authority: RU
Inventors: Елизавета Александровна Можаева
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2023-05-24

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention relates to stands designed for testing test objects for the combined effects of dynamic loads, namely vibration and linear accelerations. The stand contains a base, a device installed on it, which ensures the rotation of the test object in a horizontal plane by means of a drive that rotates a vertical shaft, a device for creating vibrations of the test object in a horizontal plane using two vibration exciters, the movable table of the first of which is designed to accommodate the test object. A device that ensures the rotation of the test object in a horizontal plane, contains a carrier beam mounted on a vertical shaft, including a housing, in the guides of which two parallel rods are installed, at the ends of which a counterweight is installed on one side, on the other side, opposite to the counterweight, at a given distance each the first and second exciters of oscillations in the form of piezoelectric vibrators connected to a control device are installed sequentially from the edge of the rods, which ensure their operation in antiphase. The fixed bases of the vibration stands are rigidly fixed on the guides of the carrier beam, and elastic damping elements are uniformly installed between the movable table of the second vibration stand and the base of the first vibration stand.

EFFECT: increased service life, a decrease in vibration loads on the bearings of the rotation axis of the device.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам, предназначенным для проведения испытаний на комбинированное воздействие динамических нагрузок, а именно вибрации и линейных ускорений.The invention relates to test equipment, in particular to stands designed for testing the combined effects of dynamic loads, namely vibration and linear accelerations.

Целью любых испытаний является максимальное приближение условий испытаний к реальным воздействиям, имеющим место в действительности. Но при проведении испытаний одновременно на несколько видов воздействий (инерция, вибрация, удар, температура и др.) достаточно сложно осуществить их совместное воздействие, так как это влечет за собой значительно усложнение и тем самым удорожание установок. Существующие технические решения на комбинированное воздействие нагрузок предполагают компромиссные решения между проведением указанных испытаний и относительной дешевизной их осуществления.The goal of any test is to bring the test conditions as close as possible to the real impacts that occur in reality. But when testing simultaneously for several types of influences (inertia, vibration, shock, temperature, etc.), it is rather difficult to carry out their joint action, since this entails a significant complication and, thereby, an increase in the cost of installations. The existing technical solutions for the combined impact of loads suggest trade-offs between these tests and the relative cheapness of their implementation.

Известен «Стенд для испытаний изделий на комбинированное воздействие вибрационных и линейных ускорений», содержащий основание, горизонтальную платформу, привод ее вращения, размещенные на платформе диаметрально противоположно столы для установки испытуемых изделий или испытуемого изделия и противовеса, установленный на основании электродинамический вибростенд, выполненный с вращающейся подвижной катушкой и упругие подвески. Стенд снабжен круговыми направляющими, в которых установлена платформа, и штоками, жестко соединяющими подвижную катушку вибростенда со столами, в платформе выполнены отверстия, сквозь которые свободно проходят штоки, а упругие подвески размещены между платформой и столами (а.с. СССР №605142, МПК2 G01M 7/00, опубл. 30.04.1978, Бюл. №16).Known "Bench for testing products for the combined effects of vibration and linear accelerations", containing a base, a horizontal platform, a drive for its rotation, placed on the platform diametrically opposite tables for installing the tested products or the tested product and a counterweight, installed on the basis of an electrodynamic vibration stand, made with a rotating moving coil and elastic suspension. The stand is equipped with circular guides in which the platform is installed, and rods that rigidly connect the movable coil of the vibration stand with the tables, holes are made in the platform through which the rods freely pass, and elastic suspensions are placed between the platform and the tables (AS USSR No. 605142, MPK2 G01M 7/00, published 04/30/1978, Bull. No. 16).

Наиболее близким к предлагаемому, по технической сущности и достигаемому результату является «Стенд для испытания изделий на комбинированное воздействие динамических нагрузок», содержащий станину, устройство для вращения испытуемых изделий в горизонтальной плоскости, образованное платформой с вертикальной осью вращения и ее приводом, и устройство для создания колебаний испытуемых изделий в горизонтальной плоскости, включающее два симметрично расположенных относительно оси вращения платформы электродинамических возбудителя колебаний, подвижные части, которых связаны между собой и столами для размещения испытуемых изделий. Магнитопроводы электродинамических возбудителей колебаний установлены на станине стенда по оси вращения платформы по обе стороны от платформы и каждый из них выполнен с плоским рабочим зазором, а подвижные части возбудителей имеют форму пластин (а.с. СССР №989343, МПК3 G01M 7/00, опубл. 15.01.1983, Бюл. №2).The closest to the proposed, in terms of technical essence and the achieved result, is the "Stand for testing products for the combined effect of dynamic loads", containing a frame, a device for rotating the tested products in a horizontal plane, formed by a platform with a vertical axis of rotation and its drive, and a device for creating vibrations of the tested products in the horizontal plane, including two electrodynamic vibration exciters symmetrically located relative to the axis of rotation of the platform, the moving parts of which are connected to each other and tables for placing the tested products. The magnetic cores of the electrodynamic exciters of vibrations are installed on the frame of the stand along the axis of rotation of the platform on both sides of the platform, and each of them is made with a flat working gap, and the moving parts of the exciters are in the form of plates (AS USSR No. 989343, MPK3 G01M 7/00, publ. 01/15/1983, Bull. No. 2).

Основными недостатками обоих стендов являются их техническая сложность и сложность при их использовании.The main disadvantages of both stands are their technical complexity and complexity in their use.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание относительно простого стенда, позволяющего проводить испытания на комбинированное воздействие вибрации и линейных ускорений.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of a relatively simple stand that allows testing the combined effects of vibration and linear accelerations.

Технический результат - создание простого и надежного стенда комбинированного воздействия динамических нагрузок, с увеличенным сроком службы, благодаря уменьшению вибрационных нагрузок на подшипники оси вращения.EFFECT: creation of a simple and reliable stand for the combined effect of dynamic loads, with an extended service life due to a decrease in vibration loads on the bearings of the rotation axis.

Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом стенде для испытания объектов (ОИ) на комбинированное воздействие динамических нагрузок, содержащем основание, установленное на нем устройство, обеспечивающее вращение ОИ в горизонтальной плоскости при помощи привода, вращающего вертикальный вал, устройство для создания колебаний ОИ в горизонтальной плоскости с помощью, двух возбудителей колебаний, подвижный стол первого из которых предназначен для размещения ОИ, в отличие от прототипа, устройство, обеспечивающее вращение ОИ в горизонтальной плоскости, содержит несущую балку, закрепленную на вертикальном валу, включающую корпус, в направляющих которого установлены две параллельные штанги, на концах которых с одной стороны установлен противовес, с другой стороны, противоположной противовесу, на заданном расстоянии друг от друга последовательно от края штанг установлены первый и второй возбудители колебаний в виде пьезоэлектрических вибростендов, подключенных к управляющему устройству, обеспечивающему их работу в противофазе, при этом, неподвижные основания вибростендов жестко закреплены на направляющих несущей балки, а между подвижным столом второго вибростенда и основанием первого вибростенда равномерно установлены упругодемпфирующие элементы.The technical result is achieved due to the fact that in the claimed stand for testing objects (OI) for the combined effect of dynamic loads, containing a base, a device installed on it that ensures the rotation of the OI in a horizontal plane using a drive that rotates a vertical shaft, a device for creating oscillations of the OI in the horizontal plane with the help of two vibration exciters, the movable table of the first of which is designed to accommodate the RO, in contrast to the prototype, the device that ensures the rotation of the RO in the horizontal plane contains a carrier beam mounted on a vertical shaft, including a housing, in the guides of which are installed two parallel rods, at the ends of which a counterweight is installed on one side, on the other side, opposite to the counterweight, at a given distance from each other, the first and second oscillation exciters in the form of piezoelectric vibration stands connected to a control device ensuring their operation in in antiphase, at the same time, the fixed bases of the shakers are rigidly fixed on the guides of the carrier beam, and elastic damping elements are uniformly installed between the movable table of the second shaker and the base of the first shaker.

Благодаря использованию всей совокупности признаков заявляемого изобретения осуществляется суммирование (наложение) амплитуд вибрационных колебаний, формируемых на столах вибростендов, колебания которых находятся в противофазе, в результате амплитуда осциллограммы A3 колебаний подшипников вала устройства, обеспечивающего вращение ОИ в горизонтальной плоскости, значительно меньше амплитуды каждой из осциллограмм колебаний на столах вибростендов, в результате увеличивается срок службы стенда, стенд прост и надежен при осуществлении комбинированного воздействия динамических нагрузок.Through the use of the entire set of features of the claimed invention, the summation (superposition) of the amplitudes of vibration oscillations generated on the tables of the vibration stands, the oscillations of which are in antiphase, is carried out, as a result, the amplitude of the oscillogram A3 of the oscillations of the shaft bearings of the device that ensures the rotation of the RO in the horizontal plane is significantly less than the amplitude of each of the oscillograms vibrations on the tables of vibrating stands, as a result, the service life of the stand is increased, the stand is simple and reliable in the implementation of the combined impact of dynamic loads.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1, 2, 3, и 4 схематично изображен стенд для проведения испытаний на комбинированное воздействие динамических нагрузок вид сбоку, сверху и спереди. На фиг. 5 приведены осциллограммы амплитуд А1 и А2 вибрационных колебаний на столах двух вибростендов, колебания которых находятся в противофазе, и осциллограмма A3, колебаний вала ЦБУ, получаемая суммированием (наложением) осциллограмм А1 и А2, замеренных на столах вибростендов.The invention is illustrated by figures. In FIG. 1, 2, 3, and 4 are schematic side, top, and front views of the combined dynamic load test bench. In FIG. Figure 5 shows the oscillograms of the amplitudes A1 and A2 of vibration oscillations on the tables of two vibration stands, the oscillations of which are in antiphase, and the oscillogram A3, oscillations of the CBU shaft, obtained by summing (overlapping) the oscillograms A1 and A2 measured on the tables of the vibration stands.

Стенд для испытания объектов на комбинированное воздействие динамических нагрузок содержит основание 1, установленное на нем устройство, обеспечивающее вращение ОИ 2 в горизонтальной плоскости при помощи привода 3, вращающего вертикальный вал 4, устройство для создания колебаний ОИ в горизонтальной плоскости с помощью, двух возбудителей колебаний 5 и 6, подвижный стол первого из которых предназначен для размещения ОИ 6.The stand for testing objects for the combined effect of dynamic loads contains a base 1, a device installed on it that ensures the rotation of the RO 2 in the horizontal plane using a drive 3 that rotates the vertical shaft 4, a device for creating oscillations of the RO in the horizontal plane using two vibration exciters 5 and 6, the movable table of the first of which is designed to accommodate OI 6.

Устройство, обеспечивающее вращение ОИ 2 в горизонтальной плоскости, содержит несущую балку, закрепленную на вертикальном валу 4, включающую корпус 7 в направляющих которого установлены две параллельные штанги 8 (в данном примере выполнения в качестве устройства, обеспечивающего вращение ОИ 2 в горизонтальной плоскости использована центробежная установка (ЦБУ).The device that ensures the rotation of the ROI 2 in the horizontal plane, contains a carrier beam mounted on a vertical shaft 4, including a housing 7 in the guides of which two parallel rods 8 are installed (in this embodiment, a centrifugal installation is used as a device that ensures the rotation of the ROI 2 in the horizontal plane (CBU).

На концах штанг 8 с одной стороны установлен противовес 9, с другой стороны, противоположной противовесу 9, на заданном расстоянии друг от друга последовательно от края штанг 8 установлены и закреплены при помощи крепежных элементов 10 первый и второй возбудители колебаний в виде пьезоэлектрических вибростендов 5 и 6 соответственно, подключенных к управляющему устройству (на фиг. не показано), обеспечивающему их работу в противофазе. Как вариант использования пьезоэлектрических вибростендов, для данного устройства можно применить пьезоэлектрический вибростенд типа Y67-4-H.At the ends of the rods 8, on the one hand, a counterweight 9 is installed, on the other side, opposite to the counterweight 9, at a given distance from each other, sequentially from the edge of the rods 8, the first and second vibration exciters in the form of piezoelectric vibration stands 5 and 6 are installed and fixed with fasteners 10 respectively, connected to a control device (not shown in the figure), which ensures their operation in antiphase. As an option for using piezoelectric shakers, a piezoelectric shaker type Y67-4-H can be used for this device.

В состав каждого пьезоэлектрического вибростенда 6 и 5 наряду с другими элементами входят неподвижное основание 11 и подвижный стол 12, между которыми расположены механические резонаторы 13, на которых установлены пьезоэлементы (на фиг. не показано).Each piezoelectric shaker 6 and 5, along with other elements, includes a fixed base 11 and a movable table 12, between which mechanical resonators 13 are located, on which piezoelectric elements are installed (not shown in the figure).

Механические резонаторы 13 вибростенда 5 связаны с подвижным столом 12 для размещения ОИ 2.The mechanical resonators 13 of the shaker 5 are connected to the movable table 12 to accommodate the OI 2.

Неподвижные основания 11 вибростендов 5 и 6 жестко закреплены на направляющих 8. Между подвижным столом 12 второго пьезоэлектрического вибростенда 6 и неподвижным основанием 11 первого пьезоэлектрического вибростенда 5 равномерно установлены упругодемпфирующие элементы 14, (например выполненные в виде набора упругих пластин, либо в виде металлических цилиндров, упирающихся торцами через резиновые прокладки в обращенные друг к другу поверхности основания и стола стендов 5 и 6 соответственно).The fixed bases 11 of the shakers 5 and 6 are rigidly fixed on the guides 8. Between the movable table 12 of the second piezoelectric shaker 6 and the fixed base 11 of the first piezoelectric shaker 5, elastic damping elements 14 are evenly installed (for example, made in the form of a set of elastic plates, or in the form of metal cylinders, resting with their ends through rubber gaskets in the surfaces of the base and table of stands 5 and 6 facing each other, respectively).

Заявляемый стенд для испытаний на комбинированное воздействие динамических нагрузок работает следующим образом.The inventive bench for testing the combined impact of dynamic loads works as follows.

Пьезоэлектрические вибростенды 6 и 5 устанавливают перпендикулярно к оси штанг 8. Неподвижные основания 11 вибростендов 6 и 5 жестко закреплены на направляющих несущей балки, а между подвижным столом 12 второго вибростенда 6 и основанием 11 первого вибростенда 5 равномерно установлены упругодемпфирующие элементы 14.Piezoelectric shakers 6 and 5 are installed perpendicular to the axis of the rods 8. The fixed bases 11 of the shakers 6 and 5 are rigidly fixed on the guide beams, and between the movable table 12 of the second shaker 6 and the base 11 of the first shaker 5 elastic damping elements 14 are evenly installed.

ОИ 2 закрепляют на подвижном столе 12 первого вибростенда 5, с помощью противовеса 9 производят балансировку несущей балки, которая необходима для равномерной работы ЦБУ.OI 2 is fixed on the movable table 12 of the first shaker 5, with the help of a counterweight 9, the bearing beam is balanced, which is necessary for the uniform operation of the CBU.

Пьезоэлектрические вибростенды 6 и 5 подключают к управляющему устройству и включают привод 3 ЦБУ.Piezoelectric shakers 6 and 5 are connected to the control device and turn on the drive 3 of the CBU.

На пьезоэлементы вибростендов 6 и 5 подается переменное напряжение с частотой, совпадающей с собственной частотой резонаторов, после чего подвижный стол 12 первого вибростенда 5 начинает перемещение относительно своего неподвижного основания 11. Если напряжение будет синусоидальным, то и перемещение подвижного стола 12 первого вибростенда 5 также будет происходить по синусоидальному закону. Используя комбинацию резонаторов в вибростендах 6 и 5 можно испытывать ОИ по любому закону с амплитудами ускорений до 2500 м/с².An alternating voltage is applied to the piezoelectric elements of the shakers 6 and 5 with a frequency coinciding with the natural frequency of the resonators, after which the movable table 12 of the first shaker 5 begins to move relative to its fixed base 11. If the voltage is sinusoidal, then the movement of the movable table 12 of the first shaker 5 will also be occur in a sinusoidal fashion. Using a combination of resonators in vibration stands 6 and 5, it is possible to test RI according to any law with acceleration amplitudes up to 2500 m/s ² .

При вращении ЦБУ с заданной угловой скоростью возникают центростремительные ускорения, создающие инерционные нагрузки в радиальном направлении 15 в горизонтальной плоскости (от центра вращения по оси ЦБУ).When the CBU rotates with a given angular velocity, centripetal accelerations occur, which create inertial loads in the radial direction 15 in the horizontal plane (from the center of rotation along the axis of the CBU).

Вибрационные нагрузки создаются при работе вибростенда (-ов), когда подвижный стол 12 каждого вибростенда начинает колебательные движения 16 в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном поверхности их подвижных столов вибростендов 6 и 5.Vibration loads are created during the operation of the shaker(s), when the movable table 12 of each shaker starts oscillatory movements 16 in the horizontal plane in the direction perpendicular to the surface of their movable tables of shakers 6 and 5.

Направление действия нагрузок, как инерционной 15 (от вращения несущей балки), так и вибрационной 16 (от вибрации вибростендов) происходит в горизонтальной плоскости вдоль направления продольной оси несущей балки ЦБУ.The direction of action of loads, both inertial 15 (from the rotation of the carrier beam) and vibrational 16 (from the vibration of vibrating stands) occurs in a horizontal plane along the direction of the longitudinal axis of the carrier beam of the CBU.

Таким образом, при вращающейся ЦБУ и работающих вибростендах получают комбинированное воздействие (инерция и вибрация) на ОИ 2.Thus, with a rotating CBU and working vibration stands, a combined effect (inertia and vibration) on RO 2 is obtained.

Далее с помощью системы управления на втором вибростенде 6 создают нагрузку в противофазе нагрузке на первом вибростенде 5. Благодаря чему на штангах 8 ЦБУ, а следовательно, и на подшипники вала 3 вибрационная нагрузка уменьшается до минимальных значений.Then, using the control system on the second shaker 6, a load is created in antiphase to the load on the first shaker 5. Due to this, on the rods 8 of the CBU, and consequently on the bearings of the shaft 3, the vibration load is reduced to a minimum.

На фиг. 5 приведены осциллограммы амплитуд А1 и А2 вибрационных колебаний на столах двух вибростендов, колебания которых находятся в противофазе, и осциллограмма A3, колебаний подшипников вала 3 ЦБУ, получаемая суммированием (наложением) осциллограмм амплитуд А1 и А2, замеренных на столах вибростендов 6 и 5. Как видно из фигуры 5 амплитуда осциллограммы A3 значительно меньше амплитуды каждой из осциллограмм А1 и А2, а это значит при использовании двух вибростендов обеспечивается уменьшение амплитуды вибрационной нагрузки на заданный элемент конструкции - в нашем случае на подшипники вала 3 ЦБУ.In FIG. Figure 5 shows oscillograms of the amplitudes A1 and A2 of vibration oscillations on the tables of two vibration stands, the oscillations of which are in antiphase, and the oscillogram A3, oscillations of the bearings of the shaft 3 of the CBU, obtained by summing (superimposing) the oscillograms of the amplitudes A1 and A2, measured on the tables of vibration stands 6 and 5. As It can be seen from figure 5 that the amplitude of the A3 oscillogram is significantly less than the amplitude of each of the A1 and A2 oscillograms, which means that when using two vibration stands, the amplitude of the vibration load on a given structural element is reduced - in our case, on the bearings of the shaft 3 of the CBU.

В случае если в соответствии с программой испытаний необходимо изменить параметры нагружения объекта испытаний 2, то за счет системы управления ЦБУ регулируют нагрузку, приходящую на ее вал 3.If, in accordance with the test program, it is necessary to change the loading parameters of the test object 2, then the load coming to its shaft 3 is regulated by the CBU control system.

Таким образом, обеспечивается комбинированное воздействие - линейными и вибрационными нагрузками при помощи простого и надежного стенда с увеличенным сроком службы, благодаря уменьшению вибрационных нагрузок на подшипники вала.Thus, a combined effect is provided - linear and vibration loads using a simple and reliable stand with an extended service life due to the reduction of vibration loads on the shaft bearings.

Claims

A stand for testing objects for the combined effect of dynamic loads, containing a base, a device installed on it that ensures the rotation of the test object in a horizontal plane using a drive that rotates a vertical shaft, a device for creating vibrations of the test object in a horizontal plane using two oscillation exciters, a movable table the first of which is designed to accommodate the test object, characterized in that the device that ensures the rotation of the test object in the horizontal plane contains a carrier beam mounted on a vertical shaft, including a housing, in the guides of which two parallel rods are installed, at the ends of which, on one side, counterweight, on the other hand, opposite to the counterweight, at a predetermined distance from each other, in series from the edge of the rods, the first and second vibration exciters are installed in the form of piezoelectric vibration stands connected to a control device that ensures their operation in antiphase, while the fixed bases of the vibration stands are rigidly fixed on the guides bearing beam, and between the movable table of the second shaker and the base of the first shaker, elastic damping elements are evenly installed.