CC BY
68
МЕТОДИКА ВЫБОРА УСЛОВНОЙ ТОЧКИ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ И КАЧЕСТВА ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ
Валерий Григорьевич Эдвабник
ОАО «НИИ Электронных Приборов», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, заместитель генерального директора по развитию, тел. +73832160552, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены причины пространственной неустойчивости движения механической подсистемы при виброиспытаниях, приведена методика выбора условной точки управления виброрежимами.
Ключевые слова: вибрационные испытания, вибростенд, датчики вибрационных ускорений.
THE TECHNIQUE OF A CONVENTIONAL CONTROL POINT CHOOSING FOR RELIABILITY AND QUALITY OF THE VIBRATION TESTS INCREASING
Valerij G. Edvabnik
JSC «Research Institute on Electronic Devices», 630005 Novosibirsk, Russia, Pisareva St., 53, Deputy Director on Development, тел. +73832160552, e-mail: [email protected]
This article reviews the causes of the spatial instability of the motion of a mechanical subsystems during vibration testing, presents methods of selecting the conditional control point of the vibration condition.
Key words: vibration testing, shaker device, vibration accelerations sensors.
В предыдущих статьях был рассмотрен ряд причин, вносящих искажения в воспроизведения режимов вибрации при испытаниях и приведены рекомендации по повышению достоверности и надежности виброиспытаний, касающихся подсистемы "стол вибростенда - накладной (переходной) стол - приспособление".
Рассмотрим далее, каким образом можно попытаться "вытянуть" ПВИ, испытания которого показывают несоответствие заданным требованиям по разбросу значений виброускорений в основном направлении вибрации в различных контрольных точках, а также по допустимым уровням вибрации в поперечных направлениях. Последняя надежда разработчика - выбор условной (не реальной, "физической"!) точки управления виброрежимами; однако, заметим, что это весьма и весьма эффективная мера.
Одной из главных причин несоответствия измеряемых в контрольных точках и задаваемых в ТУ (программе испытаний) режимов вибрации является пространственная неустойчивость движения подсистемы "упругий подвес вибратора - стол вибростенда - переходной стол - ПВИ - испытуемое изделие". Схематично явление пространственной неустойчивости иллюстрируется на рис. 1.
Рис. 1. К пространственной неустойчивости движения механической подсистемы при виброиспытаниях:
ЦП - центр подвеса вибратора; ЦМ - центр масс механической подсистемы;
1 - стол вибростенда; 2 - накладной стол; 3 - приспособление для виброиспытаний; 4 - испытуемое изделие; КТ1, КТ2 - контрольные точки вибрации; а - угол между направлением действия задающей силы Fз и силы, вызывающей колебания в основном направлении Fко при испытаниях изделия; М - момент силы, вызывающей неустойчивость колебательной подсистемы
Из рис. 1 понятно, что если линия, соединяющая центр масс механической подсистемы и центр подвеса, составляет некоторый угол а (отличный от нуля) с направлением действия задающей силы Fз, всегда возникает некоторый "опрокидывающий" момент М, что эквивалентно появлению в контрольных точках КТ1 и КТ2 дополнительных инерционных сил. Симметрично линии, проходящей через центр масс механической подсистемы и параллельной действию толкающей силы при испытаниях в основном направлении ^0), расположены контрольные точки КТ1 и КТ2. Ввиду пространственной неустойчивости механической подсистемы в КТ1 и КТ2, помимо силы F0 , будет наблюдаться влияние сил Fи ,наличие плеч которых тождественно моменту М. Раскладывая силу Fи в КТ1 и КТ2 на силы FИ0 , действующие в основном направлении вибрации и силы FИп , действующие в поперечном направлении, мы приходим к пониманию двух важных явлений:
- откуда возникают поперечные ускорения при виброиспытаниях в одном заданном (основном) направлении;
- различия показаний датчиков ускорений, расположенных в симметричных контрольных точках, будут возникать ВСЕГДА при малейшей "несбалансированности" (неустойчивости) механической подсистемы.
Результирующие силы, возникающие при вибрации в основном направлении, для различных симметрично расположенных контрольных точек КТ1 и КТ2, можно рассчитать следующим образом. Поскольку значения виброускорений, измеряемых датчиками в КТ1 и КТ2 в основном направлении, пропорциональны действующим силам, правомерно представить, что:
ао1 = аоз - аи • бикх, (9,а)
где: а01, ао2 - измеряемые в КТ1 и КТ2 виброускорения в основном направлении; аоз - задаваемые в основном направлении виброускорения; а - угол между осью испытаний и линией проходящей через центр масс механической подсистемы и контрольную точку (КТ1 или КТ2).
Разобрав данный пример, мы легко понимаем рекомендацию отраслевого стандарта [2], предписывающего выбор условной точки управления вибростенда по принципу полусуммы измеренных виброускорений в симметрично противолежащих контрольных точках, а именно, с учетом (9,а) и (9,б):
ауу = ^^ = а03, (Ю)
где: а^ - виброускорение в условной точке управления.
Действительно, если управлять режимом вибрации используя в качестве сигнала обратной связи устройства управления вибростендом измерения виброускорения в точке КТ1, то мы перегрузим изделие по сравнению с заданным режимом (отрицательная обратная связь "заставит" достичь в точке управления значения аоз , а значит, увеличит толкающее усилие на величину, компенсирующую ускорение величиной аи • со8а).С другой стороны управление по датчику в точке КТ2 приведет к "недогрузу" испытуемого изделия. И тот, и другой случай (отдельное управление по сигналу в КТ1 или в КТ2) ведет к недостоверности и неэффективности виброиспытаний. Управление режимом вибрации по описанному выше способу условной точки управления существенно повышает достоверность и качество испытаний, а значит, в конечном счете, повышает качество отработки изделий. И не беда, что мы находимся в неведении относительно величины "опрокидывающего" момента М, вызывающего пространственную неустойчивость движения механической подсистемы: сумматор-
делитель измеряемых сигналов в КТ1 и КТ2 в изделии дает значение задаваемой виброперегрузки в основном направлении.
Цитируемый нами неоднократно отраслевой стандарт по виброиспытаниям ПУ [2] рекомендует следующую методику выбора условной точки управления. Точки управления, формирующие условную точку управления, должны представлять собой две пары противолежащих точек (мы в примере разбирали плоскую задачу, поэтому ограничивались лишь двумя контрольными точками). Места установки виброизмерительных преобразователей (датчиков виброускорений) рекомендуется выбирать рядом с четырьмя противолежащими точками крепления изделия к ПВИ. Если же число точек крепления к ПВИ отличается от четырех, а также, если эти точки не являются противолежащими, то места установки виброизмерительных преобразователей для управления вибрационной установкой по условной точке управления допускается выбирать вне точек крепления изделия к приспособлению, если при этом обеспечивается выполне-
ние требований по точности поддержания режимов испытаний в основном направлении.
Структурная схема управления вибростендом при испытаниях на воздействие ГВ и ШСВ по условной точке управления показана на рис. 2.
Рис. 2. К выбору условной точки управления:
Д1 ... Д4 - датчики виброускорений, установленные в контрольных точках 1-4 (противолежащие пары 1-2 и 3-4); СУ - согласующий усилитель; УФС -универсальный формирователь сигналов (в нашем случае вычисляющий среднеарифметическое значение); СУ ВУ - система управления вибрационной
установкой (вибростендом)
С большими проблемами при отработке ПВИ приходится сталкиваться и в части удовлетворения требованиям по уровню величины виброускорений в поперечных направлениях. Так, значение виброускорений в поперечных направлениях аn в КТ1 и КТ2 должны быть одинаковы и составлять величину
ап = аи • собсс
Однако в подавляющем большинстве случаев на практике наблюдают существенно различные величины виброускорений аn в противолежащих контрольных точках КТ1 и КТ2.
Основной причиной такого факта является, по-видиму, наличие наряду с инерционными еще и деформационных составляющих вследствие недостаточной жесткости мест крепления испытуемого изделия.
В местах крепления изделия контур крепления передает изделию два вида воздействия: ИНЕРЦИОННОЕ, характеризующее движение контура крепления и изделия как целого (абсолютно твердого тела), и ДЕФОРМАЦИОННОЕ, возникающее вследствие неабсолютной жесткости контура крепления. При одина-
ковых уровнях виброускорений в местах крепления движения этих точек при инерционном и деформационном воздействии существенно различны: при поперечном инерционном вибровоздействии поперечные колебания СИНФАЗНЫ, а при деформационном воздействии - ПРОТИВОФАЗНЫ.
Деформационные составляющие воздействуют непосредственно лишь на места крепления изделия и не передаются внутренним конструкционным элементам. Поэтому измеряя "суммарное" значение поперечного виброускорения в точках крепления можно впасть в серьезное заблуждение относительно воздействующих вибраций и не допустить вполне приемлемое ПВИ к эксплуатации. Понимание наличия деформационных составляющих в общей величине измеренного виброускорения помогает разработчикам бортовой электронной аппаратуры (БЭА) требовать от разработчиков и испытателей объекта, для которого создается данное изделие, более тщательного анализа полетных данных по режимам вибрации, на основании которых формируется ТЗ на БЭА.
Универсальный формирователь сигналов помогает нам и при аттестации приспособлений на соответствие нормам ТЗ (ТУ или программы испытаний) в части значений поперечных виброускорений. "Отсеивание" деформационных составляющих производится при алгебраическом сложении сигналов с вибро-измерительных преобразователей (датчиков виброускорений), расположенных в противолежащих точках крепления.
Следует отметить, что современные системы управления вибрационными установками имеют соответствующее программное и аппаратное обеспечение для реализации различных алгоритмов схем измерения виброускорений и формирования схем управления вибростендом.
Совершенствование качества стыков элементов механической подсистемы "стол вибростенда - переходной стол - ПВИ", рациональный выбор конструкции ПВИ, материалов переходного стола и ПВИ, количества и расположения точек механического крепления переходного стола к столу вибростенда и ПВИ к переходному столу, устранение систематических методических ошибок при виброизмерениях - основные способы достижения требуемых результатов при отработке механической подсистемой подсистемы "стол вибростенда - переходной стол - ПВИ" и, в конечном счете, повышение качества, достоверности и надежности виброиспытаний изделия. Обеспечение виброустойчивости и вибропрочности, в свою очередь, является одной из главнейших задач обеспечение требований устойчивости и прочности БЭА к динамическим воздействиям вообще.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Остроменский П.И. Вибрационные испытания радиоаппаратуры и приборов. - Новосибирск: Изд-во Новосибирского государственного университета, 1992. - 173 с.
2. Аппаратура радиоэлектронная и приборы. Методы виброиспытаний нормальной и повышенной точности. - ОСТ 384 - 1742 - 87.
© В.Г. Эдвабник, 2013
