Устройства компенсации инерционных сил в виброротационных стендах

Требования к точности и надежности машин и приборов определяют технические условия их испытаний, что в свою очередь вызывает необходимость создания новых типов испытательного оборудования.

Существуют различные способы испытаний, среди которых наиболее распространенным является способ, использующий стандартное оборудование: вибростенды, центрифуги, климатические камеры и т. п. На котором изделие последовательно подвергается различным испытательным воздействиям. Результаты совокупности испытаний фиксируются и на их основании делаются соответствующие заключения. В таком виде испытаний, наряду с его простой реализацией, существуют и недостатки. Во первых, ни в коей мере не учитываются взаимные влияния испытательных воздействий. Во вторых, некоторые приборы имеют малый ресурс, поэтому не могут пройти длительного цикла последовательных испытаний, в результате чего приходиться проводить отдельные испытания на различных экземплярах изделия, что снижает возможность получения достоверных результатов.

Наиболее надежными и достоверными способами испытаний являются натурные испытания. Однако, учитывая большие затраты на их проведение и малую информативность, последние имеют ограниченное использование и применяются преимущественно для комплексной проверки всего изделия в целом.

Поэтому, с учетом сказанного, наиболее перспективным является создание специальных стендов, обеспечивающих максимальное приближение испытательного воздействия к реальным условиям эксплуатации объекта.

Так, к примеру, при работе двигательных установок летательного аппарата возникают вибрации широкого спектра частот, которые передаются на чувствительные элементы приборов системы управления. В то же время, необходимо, чтобы элементы системы управления точно определяли положения аппарата и были инвариантны к воздействиям подобного рода. При создании таких приборов должны проводиться многократные испытания, их дешевле производить на установке, способной имитировать динамические воздействия на аппарат при полете. К такому оборудованию относятся системы на которых воспроизводится вибрационное воздействие в поле линейного ускорения, так называемые стенды виброротационного воздействия. Указанное воздействие на стенде задается с помощью совмещения двух стандартных испытательных установок, вибростенда и центрифуги.

По этому направлению, в свое время, работал коллектив кафедры ТММ. В результате некоторого цикла исследовательских и конструкторских работ был получен определенный опыт по возможности создания таких машин. В связи с возобновившимся, в последнее время, интересом к подобным испытательным стендам, проблема их создания вновь становится актуальной.

Еще имеется достаточное количество задач, связанных с проектированием виброротационных стендов, среди которых определенное место занимает вопрос о необходимости компенсации действующей инерционной силы на подвижную систему установки. Так как для задания вибрационного воздействия используются вибростенды, то влияние этой силы может вызывать излишне большое смешение испытуемого объекта и как следствие уменьшать допустимые амплитуды вибрации.

В связи с отмеченным, основной целыо данной работы является: разработка научно-обоснованных рекомендаций по использованию различных принципов уравновешивания инерционных сил и методик расчета разгружающих устройств в определенном диапазоне воспроизводимых параметров, на виброротационном стенде.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

В первой главе рассматриваются различные способы задания виброротационпых испытательных воздействий. Определяются средства для их воспроизведения. Анализируются конструктивные схемы и теоретические исследования, существующие по данной тематике. Уточняется основная цель, а также обозначаются задачи, ограничивающие содержание настоящей работы.

Во второй главе разрабатывается и обосновывается расчетно-динамическая модель виброротационной системы и выполняется ее математическое описание. Решение составленных уравнений движения проводиться численными и аналитическими методами, в предположении о задании компенсирующим устройством постоянной силы разгрузки. На основании полученного аналитического решения определяется условие устойчивости движения системы, формулируются рекомендации по способу задания разгружающего усилия.

В третьей главе, рассматривается уточненная модель устройства, в которой в качестве компенсирующего элемента используется пружина. Исследуется вопрос влияния статической и динамической характеристик двигателя на движение. Оценивается возможность использования комбинированной схемы разгрузки.

В четвертой главе рассматриваются вопросы использования пневматических устройств, для компенсации действия центробежной силы инерции. Оцениваются два способа компенсации: гидропневматический и пневматический при постоянном объеме. Исследуется вопрос их совмещения.

Основные результаты работы:

1. Определены схемы разгружающих устройств для компенсации центробежной силы инерции в виброцеитрифуге. Сформулирован основной принцип их построения.

2. Разработана и обоснована расчетно-динамическая модель виброротационной системы, выполнено ее математическое описание. На базе составленных уравнений обоснована методика их решения.

3. Для реализации единого подхода в сравнительных характеристиках различных схем компенсации, была предложена методика оценки выполнения требований к параметрам движения элементов стенда.

4. Проведено исследование влияния конструктивных параметров устройств разгрузки на эксплуатационные свойства системы.

5. С целью расширения функциональных возможностей компенсирующих устройств было предложено использование комбинированных схем разгрузок.

6. В ходе работы предложен новый способ осуществления задания компенсирующего усилия, основанный на использовании пневматических и пневмогидравлических устройств. Обозначены возможные границы его применимости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результатае проделанной работы можно сделать основной вывод о том, что принцип построения разгружающего устройства определяется использованием упругого элемента, с помощью которого осуществляется задание компенсирующего усилия. В качестве упругого элемента могут выступать металлические или пневматические пружины. Функциональное предназночение упругого элемента, состоит в том что, он обеспечивает возникновения восстанавливающих сил, которые в свою очередь влияют на устойчивость системы.

Соответствующим выбором параметров этих упругих элементов возможно увеличение зоны устойчивости и как следствие расширение диапазона испытательного воздействия. Так на примере использования цилиндрической пружины было показано, что реализация заданного диапазона испытаний осуществляется надлежащим подбором ее коэффициента жесткости.

Однако при увеличении угловой скорости переносного движения размеры пружины становяться большими, что затрудняет ее использование. В этом случае целесообразно применить упруго-массовую компенсацию. Суть которой состоит в том, что частичное уравновешивание инерционной силы осуществляется дополнительной массой. Величина этой массы определяется из условия приемлемости параметров пружины.

Использование пневматического упругого элемента имеет ряд преимуществ перед металлической пружиной. В частности, собственные частоты металлических пружин могут попадать в рабочий диапазон воспроизводимых вибратором, а у пневматических собственная частота значительно выше. Кроме того, легко реализуется автоматическое регулирование жесткости и силы разгрузки в процессе испытаний.

Исследование двух схем реализации пневмо-разгрузки (с постоянным и переменным объемом) показало целесообразность их использования.

Примененение предложенных способов компенсации и их комбинаций позволяет обеспечить воспроизведение широкого диапазона измененения парметров испытаиий.