Описание экспериментальной установки

Виброиспытания конструкций проводятся на специально подготовленных рабочих местах с достаточно мощными фундаментами. На рабочем месте монтируется вибростенд. Вибростенд, как и всякая испытательная установка (стенд), состоит из следующих основных частей (рис. 3):

- система нагружения;

- система управления;

- система измерения;

- испытательная оснастка.

Система нагружения представляет собой вибратор (в данном случае электродинамический) с необходимой электроэнергетикой. Вибратор возбуждает колебания в определённом диапазоне частот и ускорений. В лабораторной установке используется электродинамический вибратор ВЭД-100 со следующими параметрами:

- максимальное толкающее усилие – 1000 Н;

- рабочий диапазон воспроизводимых частот 5 – 5000 Гц;

- максимальное ускорение холостого хода 500м/сек²;

- масса вибростола 2,5 кг.

Система управления предназначена для задания в процессе эксперимента виброускорений и частот. Система управления состоит из регулируемого усилителя мощности со схемой стабилизации по ускорению, датчика ускорения (2), устанавливаемого на столе вибратора, виброметра (эта часть системы управляет заданием ускорения на входе) и задающего генератора (управляет частотой). Погрешность стабилизации по ускорению – 26%, погрешность задания частоты составляет – 2%.

Рис. 3. Схема лабораторной установки.

1,2,3,4 – датчики ускорения.

Датчик 2 и соединённый с ним виброметр одновременно относятся к системам управления и измерения.

Система измерения должна обеспечить в общем случае выдачу информации по величинам ускорения, частот, перемещений. Деформаций и т.д. В нашем случае система измерения обеспечивает определение виброускорения, частоты и резонансной частоты. Для определения виброускорения служат виброметры, оснащённые датчиками ускорения (1,2). В лабораторной установке используется виброметр с датчиком Д14, входящий в состав стойки вибростенда.

Характеристики виброметра:

- диапазон измеряемых ускорений 0 – 1000 м/сек²;

- диапазон измеряемых частот 20 – 10000 Гц;

- погрешность измерения ускорения составляет +5% на частотах 20 - 60 Гц и +3% на частотах 60 - 10000 Гц.

Виброметр состоит из пьезоэлектрического датчика и электрического измерительного прибора. При колебаниях пьезоэлектрический датчик вырабатывает электрический сигнал с амплитудой, пропорциональной амплитуде ускорения датчика. Разность фаз между электрическим сигналом и текущим ускорением датчика составляет .

Частота колебаний измеряется с помощью частотометров. В лабораторной установке используется частотометр 43-54 с рабочим диапазоном частот 0,1-10⁶ Гц и погрешностью измерения 0,1%. Принцип работы прибора основан на подсчёте числа импульсов измеряемого сигнала за эталонный отрезок времени. Эталонное время отсчитывает высокостабилизированный – кварцевый генератор с известным периодом.

Для определения резонансной частоты механической системы в лабораторной установке служит двухканальный осциллограф С-61 со следующими характеристиками:

- измерение напряжений в диапазоне от 400 мкв – 200 В с временными интервалами от 400 мс до 20 с

- погрешность измерения напряжений в рабочих условиях – 10%

- погрешность горизонтального отклонения в рабочих условиях в режимах Х-У не более 10%

- погрешность измерения временных интервалов в рабочих условиях не более 10%.

Испытательная оснастка служит для закрепления на столе вибратора объекта испытаний и монтажа элементов (датчики, кабели и тп0 управления измерения

Принцип работы лабораторной установки состоит в следующем. Синусоидальный электрический сигнал задаваемой частоты поступает с задающего генератора на усилитель мощности, где усиливается, поступает на вибратор и приводит в колебательное движение его стол с установленным объектом испытаний.

Стабилизация ускорения осуществляется следующим образом. В схеме стабилизации устанавливается необходимый уровень ускорений стола вибратора. В эту схему от датчика ускорений (3), установленного на столе вибратора, через виброметр подается сигнал, пропорциональный ускорению стола вибратора. Амплитуда этого сигнала сравнивается с установленным в схеме необходимым уровнем ускорения. Разность этих сигналов является управляющей и отрабатывается усилителем мощности.

Задействованный в схеме стабилизации виброметр одновременно измеряет и показывает амплитуду ускорения стола вибратора. Второй вибратор с помощью датчика(1), установленного на объекте испытаний, измеряет амплитуду ускорения объекта. Частотометр измеряет частоту рабочего тока в вибраторе, которая совпадает с частотой механических колебаний стола вибратора.

Резонансный режим определяется с помощью двухканального осциллографа, один вход которого соединен с выходом усилителя мощности, а второй – с датчиком ускорения(3), установленным на объекте испытаний. Устройства вибратора и осциллографа таковы, что пики сигналов с выхода усилителя мощности и с датчика (3) на объекте в резонансном режиме совпадают по фазе.