книги из ГПНТБ / Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики

При испытаниях используют один из следующих методов: качающейся частоты, фиксированных частот или комбинирован­

ным.

Испытания методом качающейся частоты проводят при не­ прерывном изменении частоты в пределах всего диапазона или поддиапазона по логарифмическому закону со скоростью 1 октавы

за 4,5 мин.

В диапазоне частоты от 10 Гц до частоты перехода поддержи­ вается постоянная амплитуда колебания, а на частотах от пере­ ходной выше устанавливается постоянное ускорение, соответ­ ствующее заданной степени жесткости.

Для первой и пятой степеней жесткости, в отличие от данных, указанных в табл. 4, частота перехода устанавливается равной 20 Гц, при этом амплитуда колебания до частоты перехода при­ нимается равной 1,5 мм, а ускорение на более высоких частотах — l,5g. Время цикла качения изменяется, в зависимости от степени жесткости, от 3 до 24 мин, количество циклов качения — от 2 до 1800. Общая продолжительность испытания методом кача­ ющейся частоты изменяется в пределах от 0,5 ч для элементов XX степени жесткости до 180 ч для элементов II, III и V степеней жесткости.

Для уменьшения времени проведения испытаний можно ис­ пользовать метод ускоренных испытаний на вибропрочность. В этом случае увеличивают величину ускорения, одновременно уменьшая продолжительность испытаний.

Продолжительность испытания Ту’ для выбранного значения

ных испытаний; gy следует принимать равным не более чем 1,5 и 2g0.

При этом необходимо тщательно следить за тем, чтобы при повышенном уровне ускорений не появлялись качественно новые отказы изделий, которые не наблюдались при проведении длитель­ ных испытаний. Появление таких отказов свидетельствует о по­ явлении нелинейных зависимостей прочности конструкции изде­ лия от величины ускорения и недопустимости использования в этом случае ускоренных испытаний на вибропрочность.

При испытаниях методом фиксированных частот весь диапа­ зон частот разбивают на поддиапазоны. В пределах каждого поддиапазона производят плавное изменение частоты в течение 1 мин, а затем выдерживают изделие на верхней частоте подди­ апазона в течение заданного времени при соответствующем уско­ рении и амплитуде вибрации.

70

Время выдержки и ускорения (амплитуда) зависит от диапа­ зона частот и степени жесткости изделия. Время выдержки на фиксированных частотах изменяется от 0,5 до б ч, а ускорения — от 1,5 до 40g\ Длительность испытания методом фиксированных частот может быть сокращена за счет проведения испытаний только на частотах выше 100 Гц.

При проведении испытаний комбинированным методом до 50— 60 Гц применяют метод фиксированных частот, а свыше — метод качающейся частоты. Вибрационные стенды, применяемые в настоящее время для испытания аппаратуры, можно разбить на две группы, отличающиеся друг от друга принципом действия: механические и электродинамические.

Основные характеристики вибрационного испытательного обо­

При определении возможности использования оборудования для проведения испытаний необходимо учитывать максимальное значение усилия, которое может обеспечить вибратор. Максималь­ ное значение ускорения, на воздействие которого испытывают изделие при известном значении максимального усилия вибра­ тора, определяется из соотношения

71

Вибрационные механические установки позволяют проводить испытания аппаратуры на сравнительно низких частотах и при наличии периодических колебаний. Для проведения испытаний приборов на более высоких частотах с возможностью создания несинусоидальных периодических и синусоидальных колебаний разработаны и применяются так называемые электродинамические стенды. Катушку вибраторов этих стендов помещают в постоян­ ное магнитное поле и закрепляют с помощью плоских пружин. При пропускании по обмоткам катушки переменного тока про­ исходит взаимодействие поля катушки с постоянным магнитным полем. Катушка приходит в колебание в соответствии с законом, по которому изменяется ток.

В настоящее время электродинамические вибраторы создаются на частоты от 5 до 5000 Гц и с максимальным усилием до Ю т. Для обеспечения соответствующего усиления и необходимой частоты колебаний тока катушки вибратора используют мощные усилители. Например, для создания полезного усилия несколько более 2 т необходим усилитель мощностью до 30 кВт. Схема электродинамического вибратора приведена на рис. 13. В целом такие устройства довольно сложны и дороги, занимают значи­ тельные площади.

Механическая вибрационная испытательная установка [81 позволяет испытывать аппаратуру в диапазоне частот от 10 до 120 Гц с амплитудами смещения от ±0,025 мм до ±0,50 мм. Устройство состоит из собственно вибрационной установки, источ­ ника электрического питания, приводного мотора и контрольной панели. Вибрационная установка состоит из главной плиты осно­ вания, пластинчатых пружин, приводного механизма и механизма сцепления и передачи стола. Массивный передаточный коленча^ тый рычаг поворачивается на крестообразном пружинном сталь­ ном узле, состоящем из двух горизонтальных гибких тяг. Тяги на одном конце прикреплены к верхней поверхности передаточ­

72

Рис. 14. Блок-схема вибрационной установки со сложной формой колебаний:

/ — генератор шума; 2 , 3 — полосовые фильтры; 4 — смеси­ тель; 5 — предварительный усилитель; 6 — диодный ограни­ читель; 7 — усилитель мощности; 8 — возбудитель; 9 — испы­ туемый образец; 1 0 — акселерометр; 11 — измеритель вибра­ ции; 12 — генератор синусоидальных колебаний

источники питания, блоки управления стробоскопическим ком­ мутатором и качания частоты, а также индикаторные устрой­ ства. В испытательной установке имеется возможность авто­ матического качания частоты вибраций с заданной скоростью между двумя любыми предельными значениями номинальной частоты. С помощью чувствительного датчика с подвижной го­ ловкой обеспечивается контроль формы кривой движения. Чувствительность датчика 1 мВ/мк. Датчик обеспечивает непосредственное измерение скорости. Ускорение определяется путем подачи сигнала, соответствующего скорости, на дифферен­ цирующую цепь, а смещение определяется после интегрирования этого сигнала с омощью схемы RC. Кроме того, скорость может определяться и с помощью тахометра, работающего от основного коленчатого вала.

Для оценки устойчивости к вибрационным нагрузкам опытных изделий, у которых еще не известна резонансная частота, целе­ сообразно применять методы испытаний, основанные на исполь­ зовании колебаний сложной формы. При этом, в отличие от обычно используемых установок с колебаниями синусоидальной формы, имеется возможность более тщательного исследования поведения всей системы в условиях воздействия вибрационных нагрузок и выявления опасных резонансных частот, на которых в дальней­ шем возможно проведение дополнительных испытаний.

73

Упрощенная блок-схема вибрационной установки со сложной формой колебаний [42] показана на рис. 14.

Применение такой схемы дает возможность придать нужную форму выходному сигналу генератора в соответствии с установ­ ленными требованиями. Сигнал получается с помощью генера­ тора случайного шума, полосовых фильтров и электронного сме­ сителя. Для ограничения пиков использован диодный ограничи­ тель, обеспечивающий их уменьшение до двух-четырех средне­ квадратичных значений. Кроме того, для обеспечения дополни­ тельного ввода в систему синусоидальных колебаний применен генератор периодических синусоидальных колебаний. Самописец и логарифмический преобразователь позволяют уменьшить время уравновешивания установки, так как при этом можно применить следящую контрольную систему и отсутствует необходимость использовать испытуемый образец в процессе уравновешивания испытательного оборудования.

Характеристики испытуемого образца определяют с помощью осциллографа или записываются самописцем.

Блок-схема вибростенда, предназначенного для испытаний изделий на случайные вибрации,* показан на рис. 15. В кон­ струкции вибростенда предусмотрена система автоматической коррекции спектральной плотности ускорения. Для этого исполь­ зованы датчики ускорения, сигналы с которых управляют меха­ ническим приводом вибростенда.

Схема работает следующим образом. От генератора шума сигнал через низкочастотный фильтр 1 с полосой пропускания О—200 Гц, предназначенный для предупреждения перегрузки последующих усилителей, поступает на балансный модулятор 2, на который одновременно с гетеродина 3 подается несущая ча­ стота 100 Гц. С модулятора боковая полоса поступает на бу­ ферный усилитель 4, соединенный с группой из п узкополосных фильтров 5, на выходе каждого из которых подключен один из усилителей 6 с автоматической регулировкой усиления. На рисунке изображено по два фильтра и усилителя. Если, напри­ мер, п = 80, ширина каждой полосы равна 25 Гц, а средняя частота первого узкополосного фильтра 100025 Гц, второго— 100050 Гц, а 80-го— 102000 Гц, то общая полоса пропускания лежит между 100012 Гц и 102012 Гц. Сигналы, поступающие с группы фильтров 5, выбираются из верхних боковых полос выхода модулятора 2, в то время как нижние боковые полосы подавляются. Сигналы с узкополосных фильтров после прохож­ дения группы усилителей 6 с автоматической регулировкой уси­ ления поступают на смеситель 7, связанный с балансным демоду­

74

Рис. 15. Блок-схема испытательной установки случайной вибрации

тора 10 подается на усилитель мощности 11, а с него на вибро­ стенд 12. Испытуемое изделие 13, контрольный акселерометр 14 и динамометрический датчик 15 укреплены на столе вибростенда. Сигнал с акселерометра через регулируемый аттенюатор и низко­ частотный фильтр, имеющий полосу пропускания 0—2 кГц, поступает на балансный модулятор 17, на второй вход которого подается несущая частота с гетеродина 3 и далее через буферный усилитель 18, на общую шину, распределяющую сигналы на группы из п суммирующих усилителей 19 с коэффициентом уси­ ления, равным 2, и далее на регулируемый аттенюатор 20.

Сигнал с динамометрического датчика 25 через аттенюатор 26, фильтр 27, модулятор 28 и буферный усилитель 29 попадает на шину, с которой он распределяется на группу из п регулируемых фазовращателей 30. С каждого фазовращателя сигнал после про­ хождения через усилитель 31 и регулируемый аттенюатор 32 поступает на второй вход соответствующего суммирующего усили­ теля 29, выходной сигнал которого после прохождения через усилитель 21, регулируемый аттенюатор 22, буферный усили­ тель 23 и детектор 24 с автоматической регулировкой усиления подается на второй вход соответствующего усилителя с автомати­ ческой регулировкой усиления 6.

На рис. 16 приведена схема фазовращателя 30 (см. рис. 15). Со входа схемы сигнал через переменное сопротивление Rx и конденсатор подается на первичную трансформаторную обмотку с заземленной средней точкой. Вторичная обмотка трансформатора соединена с переменным сопротивлением R 2 (спаренным с сопро-

75

несущей частоты 100 кГц конденсаторы выбирают равными 50 пф,

вых приборов на виброустойчивость. Достаточно широкий диа­ пазон задаваемых частот позволяет устанавливать режимы испы­ таний, приближающихся к условиям практической эксплуатации.

Масса испытуемого объекта не должна превышать 5 кг. Устрой­ ство имеет две рабочие плиты. Выходная мощность низкочастот­ ного усилителя равна 350 Вт. Диапазон частот генератора равен 10—600 Гц. Устройство работает от сети переменного тока при напряжении 220 В и частоте 50 Гц. Потребляемая мощность со­ ставляет около 55 Вт.

Длина рабочего стола равна 920, а ширина — 560 мм; масса —

700 кг.

Помимо механических и электродинамических вибростендов перспективно применение вибростендов с гидравлическими пере­ дачами. По сравнению с механическими и электродинамическими системами гидравлические вибростенды имеют высокие динами­ ческие характеристики, широкий диапазон изменения скорости, большую удельную мощность.

По данным [30] одна из американских фирм выпускает ги­ дравлические вибростенды 27 моделей с выталкивающей силой от 453 до 45359 кг при двойной амплитуде колебаний до 460 мм. При этом стоимость гидравлических вибростендов с выталкива­ ющей силой 4535 кг и более в 5 раз меньше стоимости электроди­ намических вибростендов.

Гидравлические вибростенды позволяют обеспечить выталки­ вающую силу до 3000 кг при амплитуде перемещения стола до 150 мм и диапазоне частот вибраций от 0,1 до 600 Гц.

Возможно изменение величины амплитуды и частоты в

1000 раз.

76

В гидравлических вибростендах отсутствуют подшипники шарниры и другие кинематические узлы, что в значительной мере повышает долговечность установок. По сравнению с электроди­ намическими вибростендами они не создают сильных магнитных полей, оказывающих воздействие на испытуемые изделия.

Удары. При этом виде испытаний различают одиночные и мно­ гократные удары. При испытаниях на одиночные удары в техни­ ческих условиях на изделия указывают методы крепления, форму импульса, ускорение и длительность импульса, направление и количество ударов. Кроме того, указывают параметры изделий, которые измеряют до начала испытаний, во время испытаний (при необходимости работы изделий в этих условиях) и по окон­ чании испытаний. Установки, предназначенные для испытания радиоэлектронной аппаратуры и ее элементов на одиночные удары, обеспечивают возможность создания нагрузки в виде треугольного, полусинусоидального или трапецеидального импульса. Параметры ударного импульса для различных ускорений приведены в табл. 6.

Величина ускорения ударного импульса контролируется аксе­ лерометром, который устанавливается в точке крепления образца, ближайшей к центру поверхности стола. Если отдельные точки крепления образца имеют различную жесткость, то ударный импульс контролируется акселерометром в точке с наиболее жестким креплением. Крепление аппаратуры и элементов должно обеспечивать передачу на корпус и вывод динамической нагрузки. Элементы крепят к столу за корпус или за выводы, что оговари­ вается в технических условиях. Рекомендуется точки крепления

77

выводов элементов выбирать на расстоянии б мм от корпусаПри испытании аппаратуры, предназначенной к эксплуатации совместно с амортизаторами, она испытывается вместе с ними.

Испытание образцов производится с помощью трех последо­ вательных ударов в каждом направлении вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. Направление осей выбирается таким образом, чтобы можно было определить причину повреждения изделия в результате испытания и направление наиболее опасных нагрузок на слабые элементы конструкции.

В зависимости от степени жесткости аппаратуры ГОСТ 16962— 71 рекомендованы величины ускорения и длительность ударного импульса, приведенные в табл. 7.

При испытаниях изделий на многократные удары форму импульсов рекомендуется принимать близкой к полусинусоиде. Частоту следования ударов при этом виде испытаний следует устанавливать в пределах от 40 до 120 в минуту. Ускорения, длительность и общее количество ударов зависят от степени жесткости. Для первой степени жесткости ускорение равно 15g, длительность— 2— 15 мс, а общее количество ударов— 10 тыс. Соответствующие параметры для II, III и IV степеней жесткости составляют 40, 75 и 150g, 2— 10; 2— 6 и 1— 3 мс и 10 тыс. и 4 тыс.

ударов.

Испытания на воздействие многократных ударных погрузок целесообразно проводить при длительностях удара, вызывающих резонансные возбуждения изделий. Испытания следует проводить при закреплении изделия в наиболее опасном для него положении. Если изделие представляет сложную систему, имеющую множество резонансных частот, то испытание следует проводить при значе­ ниях длительности, соответствующих низшим резонансным ча­ стотам, так как при этом в изделиях возникают наибольшие де­ формации и напряжения.

Длительность удара зависит от ускорения и собственной резо­ нансной частоты изделия. Например, при ускорении 15g и резо­ нансной частоте изделия 25—-50 Гц длительность ударного им­ пульса следует принимать равной 12— 15 мс. При резонансных частотах изделий, равных 50— 100 Гц, длительность импульса устанавливается равной 10— 12 мс, при частотах 100— 200 Гц—

78

Вслучае, если образцов

меньше, чем шесть, они испытываются в нескольких положе­ ниях с соответствующим числом ударов в каждом из них.

При испытании аппаратуры на воздействие ударных нагрузок в качестве контрольных приборов для определения величины уско­ рения обычно применяют стандартные акселерометры. Необхо­ димо подчеркнуть, что возможны случаи, когда на отдельные эле­ менты будут воздействовать ускорения, большие, чем на аппа­ ратуру в целом. Объясняется это тем, что вследствие наличия резонансов на отдельных участках шасси они будут иметь значи­ тельно большие ускорения, нежели точки шасси, закрепленные на платформе. При этом коэффициент «усиления» нагрузки си­ стемы, равный отношению ускорения отдельного узла к ускоре­ нию, приложенного к блоку, может достигать значений, прибли­ жающихся к 2. Значения коэффициента усиления зависят от так называемого частотного коэффициента, равного отношению вре­ мени нарастания ударного импульса к периоду собственных ко­ лебаний узла. Это определяет особые требования к выбору пара­ метров отдельных функциональных узлов и блоков при конструи­ ровании аппаратуры. Они сводятся к выбору амортизирующих систем таким образом, чтобы период ударного импульса оказывался вне частоты собственных колебаний аппаратуры или обеспечи­ вался необходимый запас прочности отдельных узлов по механи­ ческим воздействиям по отношению к воздействиям, испытуемым аппаратурой.

Кривая зависимости коэффициента усиления от частотного коэффициента [8] приведена на рис. 17. В случае если известны период и форма ударного импульса и его величина, частота соб­ ственных колебаний узлов аппаратуры, а также задан или уста­ новлен коэффициент прочности аппаратуры, то приведенные за­ висимости могут быть использованы при установлении необхо­ димых требований к отдельным узлам аппаратуры.

Наиболее распространенным методом измерения ударной на­ грузки является выражение ее через амплитуду ускорения и продолжительность действия. Такой метод обеспечивает возмож­

79