CC BY
65
УДК 621.316.969
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ВИБРАЦИОННЫХ НАГРУЗОК В НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ ЭС И МЕТОДИКА, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩАЯ
А. В. Лысенко
Введение
Практически все современные автоматизированные технические системы и объекты имеют электронные устройства, осуществляющие функции управления, регулирования, координации и связи. При этом круг задач, решаемых с помощью электронной аппаратуры, с каждым годом расширяется, а их сложность возрастает. Это привело к тому, что оснащенность электронной аппаратурой автомобилей, железнодорожных объектов, сельскохозяйственной, дорожной и строительной техники чрезвычайно возросла, и отказ в работе хотя бы одного из устройств может привести к отказу всего объекта [1]. Поэтому требования к надежности электронных и электронновычислительных средств постоянно растут. Надежность и стабильность работы электронных средств (ЭС) значительно ухудшаются при механических воздействиях - вибрациях, ударах, линейных перегрузках, акустических шумах (для наземной подвижной техники - вибрации и удары), источниками которых могут быть различные двигатели, в том числе и дорожная тряска, быстро вращающиеся разбалансированные массы, взрывы и многие другие [2].
Для обеспечения необходимой надежности и стабильности работы ЭС применяют различные средства защиты от вибраций и ударов: демпферы, пружины, прокладки, амортизаторы (пассивные, регулируемые, активные) и т.д., которые позволяют снижать воздействия вибрационных нагрузок на всем диапазоне частот, в том числе и на резонансных частотах [3, 4].
Активные амортизационные системы предназначены для снижения амплитуды вибраций не только на резонансных частотах, но и на всем требуемом диапазоне частот за счет реализации метода изменения жесткости регулируемых подвесов систем амортизации [5]. Но это влечет за собой усложнение систем виброзащиты за счет введения дополнительных средств измерения вибраций, а также увеличение их стоимости, поэтому применение таких средств защиты обосновано только в исключительных случаях ответственной ЭС. К тому же во многих случаях вибрационная защита достаточна лишь на резонансных частотах, так как остальной диапазон на ЭС влияет не сильно [6].
Таким образом, необходимо применить иной метод компенсации вибрационных воздействий на резонансных частотах. В качества такого метода был выбран метод фазового рассогласования электрических величин, применяемый, например, при проектировании ЭС в фазовых дискриминаторах, моноимпульсных измерителях угловых координат и т.д., и позволяющий устранить влияние флуктуаций амплитуды сигнала при сложении фаз сигналов [7].
Выявлено, что метод фазового рассогласования можно применять не только для управления электрическими величинами, но и механическими [8]. Применение метода фазового рассогласования механических величин позволяет обеспечить виброзащиту только на резонансных частотах, что позволяет уменьшить как массогабаритные показатели системы активной виброзащиты, так и существенно снизить сложность, стоимость и энергопотребление самой системы амортизации при незначительной степени снижения уровня вибронагрузки.
Таким образом, необходимо разработать новый способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС на резонансных частотах, позволяющий применить метод фазового рассогласования.
Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС
Разработан способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях РЭУ на резонансных частотах, отличающийся от известных введением фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в точки крепления объекта виброзащиты, позволяющий
существенно снизить вибрационные нагрузки на конструкцию РЭУ. Способ представлен в виде схемы ГОЕБО на рис. 1.
Рис. 1. Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС
Сущность представленного способа заключается в следующем.
Внешнее вибрационное воздействие (гармонической формы) поступает на все амортизаторы. Амплитудно-частотные характеристики внешнего вибрационного воздействия регистрируются с помощью датчика активного виброамортизатора (ведущего амортизатора) (А4). После этого выделяется действующее значение амплитуды (блок А0), при этом фаза гармонического сигнала принимается за «нуль» (блок А1). Параметры внешнего воздействия (амплитуда, фаза и частота) поступают в блок управления (БУ). Для дальнейшей работы сигнал усиливается и преобразовывается из аналогового в цифровой с помощью АЦП. Цифровой сигнал поступает на микроконтроллер (ATMega 128), который позволяет измерить полученные параметры и с помощью синтезатора разности сигналов распределить их по требуемому числу каналов (блок А2). При этом количество каналов (п) зависит от количества амортизаторов, подключенных к блоку управления за вычетом одного (п-1).
В каждом ведомом канале генерируется смещение по фазе на угол (360°/п) по сравнению с каждым соседним каналом (блок А3). Таким образом, на выходе микроконтроллера получаем несколько разностных сигналов, смещенных по фазе, но с одинаковой амплитудой. В блоке управления предусмотрены преобразователи, способные преобразовывать цифровые сигналы в аналоговые (ЦАП). Аналоговые сигналы поступают на амортизаторы, при суммировании с действующей на них вибрацией выдают результирующие сигналы, которые вместе с неизмененным сигналом ведущего амортизатора выводятся на объект виброзащиты.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является обратная связь, позволяющая формировать требуемый фазовый сдвиг с учетом изменения частоты внешнего воздействия, и выделяемая по одному из каналов (ведущему каналу).
Методика формирования фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в активных системах амортизации ЭС
На основе предложенного способа разработана методика формирования фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в активных системах амортизации ЭС для решения практической задачи виброзащиты ЭС на четырех амортизаторах.
Методика состоит из шести этапов:
1) в блоке управления задать расстояние от точки крепления до центра (измеряется физически);
2) снять действующее значение амплитуды внешнего вибрационного воздействия в первой (базовой) точке крепления объекта виброзащиты (А0 = Аизм);
3) измерить и принять значение фазы внешнего вибрационного воздействия в первой (базовой) точке крепления объекта виброзащиты за «нуль» (ф1 = 0°);
4) сместить фазу внешнего вибрационного воздействия в каждом канале на 90° (сформиро-
А0
вать управляющие сигналы АУС2, АУС3 и АУС4, где АУС2(0 = — • w ■ sin [[(ю-f)-k-l ] + я/2],
);
АУС3(0 = Ao ■ w ■ sin [[(co-f)-k-l ] + , АУС4(?) = Ao ■ w ■ sin [(co-f)-k-l ] + 3-
5) усилить полученные сигналы на каждом канале до уровня АУС2 = АУС3 = АУС4 = А0 и ввести их в соответствующие амортизаторы;
6) перейти к выполнению пункта 3 настоящей методики.
Выполнение методики подразумевается в бесконечном цикле, выходом из которого является физическое отключение питания. Данная методика отличается от общепринятой смещением фазы внешнего вибрационного воздействия каждого канала, что позволяет снизить вибрационные нагрузки на конструкцию ЭС в несколько раз.
Вывод
Разработанный способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС на резонансных частотах позволяет существенно снизить вибрационные нагрузки на конструкцию ЭС. На основе способа предложена методика формирования фазового рассогласования внешнего вибрационного воздействия в активных системах амортизации ЭС, отличающаяся от известных формированием трех разностных сигналов, выделяемых из одного ведущего канала, что позволяет снизить вибрационные нагрузки на конструкцию ЭС за счет снижения амплитуды резонанса.
Список литературы
1. Талицкий, Е.Н. Защита электронных средств от механических воздействий. Теоретические основы: учеб. пособие / Е.Н. Талицкий. - Владимир : Владим. гос. ун-т., 2001. - 256 с.
2. Токарев, М. Ф. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры : учеб. пособие для вузов / М. Ф. Токарев, Е. Н. Талицкий, В. А. Фролов ; под ред. В. А. Фролова. - М. : Радио и связь, 1984. -224 с.
3. Лысенко, А. В. Анализ современных систем управления проектами / А. В. Лысенко // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - Т. 1. -С. 371-372.
4. Лысенко, А. В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А. В. Лысенко, Г. В. Таньков, Д. А. Рындин // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - Т 2. - С. 155-158.
5. Лысенко, А. В. Методика исследования радиоэлектронных средств опытно-теоретическим методом на ранних этапах проектирования / А. В. Лысенко, А. В. Затылкин, Д. А. Голушко // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С. П. Королева (национального исследовательского университета). - 2012. - № 7 (38). - С. 91-96.
6. Затылкин, А. В. Исследование моделей радиотехнических устройств на ранних стадиях проектирования / А. В. Затылкин // Современные информационные технологии - 2011 : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза : Изд-во ПГТА, 2011. - Вып. 11. - С. 113-118.
7. Юрков, Н. К. К проблеме обеспечения безопасности сложных систем / Н. К. Юрков // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2011. - Т. 1. -С. 104-106.
8. Лысенко, А. В. Особенности разработки типологии устройств амортизации радиоэлектронных средств на основе фасетной структуры / А. В. Лысенко // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - Т 2. - С. 151-155.
УДК 621.316.969
Лысенко, А. В.
Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС и методика его реализующая / А. В. Лысенко // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - № 4. - С. 41-44.
Лысенко Алексей Владимирович аспирант,
кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры,
Пензенский государственный университет (440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)
(8412) 36-82-12
E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрен вопрос необходимости применения активных систем амортизации для снижения вибрационных нагрузок. Дана оценка существующему методу снижения амплитуды вибраций. Предложен способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях электронных средств в виде диаграммы IDEF0. Разработана методика автоматического управления системой активной виброзащиты электронных средств, основанная на предложенном способе.
Ключевые слова: вибрация, амплитуда, надежность, амортизатор, несущая конструкция, активная виброзащита.
Lysenko Aleksey Vladimirovich postgraduate student, sub-department of radio equipment design and production,
Penza State University
(440026, 40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Abstract. In the article the question of the need for active damping system to reduce vibration loads. The estimation of an existing method to reduce the amplitude of the vibrations. We propose a method for reducing the amount of vibration loads in load-bearing structures of electronic means in the form of diagrams IDEF0. A method of automatic control system, active vibration electronic means, based on the proposed method.
Key words, vibration, amplitude, reliability, shock absorber, the supporting structure, the active vibration protection.
