В статье охарактеризованы назначение, функциональность и компоненты новой системы управления виброиспытаниями, разработанной компанией ZETLAB. Рассмотрены составляющие основу системы цифровые контроллеры ZET 02X и программное обеспечение ZETLAB VIBRO.
ООО «ЭТМС», г. Зеленоград, Москва
Вибрацией в физике называют механические колебания упругого тела. В технике этот термин имеет несколько иное толкование, здесь под вибрацией понимают колебания изделия или его компонентов относительно равновесного положения. Также в технике вибрацию принято подразделять на полезную (например, вибрирующий при работе отбойный молоток) и вредную, приводящую к усиливающему колебания резонансу на определенной частоте (частотах), что вызывает повышенный износ оборудования и сокращает срок его службы. К сожалению, для массовой продукции очень трудно сформулировать вибрационные требования, поскольку причиной вибрации могут стать внешние условия в месте эксплуатации, условия транспортировки и внутренние движущиеся детали.
Красноречивый пример – стиральные машины, которые эксплуатируются в жилых помещениях, то есть в идеальных с точки зрения вибрационной безопасности внешних условиях. Но даже для этих бытовых приборов, которые выпускаются миллиардами, конструкция которых отработана разными производителями в разных моделях, невозможно гарантировать, что при транспортировке будут соблюдены все требования к виброизоляции внутренних компонентов. И перед началом эксплуатации из стиральных машин выкручивают фиксирующие винты для разблокировки пружин подвеса и демпферов.
Вот почему виброиспытания, будь то сертификационные по стандартным методикам или научные для изучения свойств продукции, предполагают достаточно широкий диапазон входных воздействий. Это необходимо, поскольку не представляется возможным заранее предугадать вредную вибрацию, с которой придется столкнуться изделию, особенно транспортному средству повышенной опасности (автомобилю, самолету, судам, поездам, ракетам). По типу регистрируемых сигналов такие виброиспытания относятся к быстропеременным процессам – в отличие от тепловых испытаний или ресурсных тестов. Обработка первичных результатов виброиспытаний, как и любых других быстропеременных процессов, связана со сложными математическими расчетами, позволяющими получить осмысленный итоговый показатель по огромной выборке собранных на высокой скорости данных.
Испытания проводятся на вибрационном стенде с одним или несколькими шейкерами (виброгенераторами), позволяющими протестировать изделия на вибропрочность и виброустойчивость при приложении различных типов колебаний. Причем интересно, что в данном случае мы пытаемся полезной вибрацией моделировать вибрацию вредную. Регистрируется отклик образца на заданное вибрационное воздействие. Современные вибростенды относятся к электродинамическому типу, позволяющему получить воздействие повышенной частоты в сравнении с серводинамическим (электрогидравлическим) типом.
Чаще всего используются два типа вибрационного воздействия: синусоидальная и случайная вибрация. В первом случае шейкером генерируются синусоидальные колебания, что совсем не характерно для окружающего нас мира, если не считать частных случаев установки испытуемого оборудования на электромотор, работающий на заданных оборотах в минуту, или на поршневой компрессор, действующий с заданной частотой. Тем не менее это хороший способ выявить резонансные частоты, просто перемещая шейкер. Можно считать этот способ унаследованным из старого аналогового мира, в котором еще не было цифровых контроллеров.
Случайная вибрация генерируется с помощью изменения формы колебательного сигнала, форма волны отклика регистрируется анализатором сигнала. Поскольку в случайной вибрации одновременно присутствуют все генерируемые частоты, такое воздействие определяется с помощью спектральной плотности, а не частоты синусоидального сигнала. Это ближе к условиям эксплуатации в реальном мире, особенно при моделировании транспортировки по неровным дорогам или вибрации от внутренних компонентов транспортных средств. Результаты тестирования случайной вибрацией хорошо коррелируются со сроком службы испытуемого изделия. Кроме того, приложение всех формируемых частот сразу позволяет быстро выявить резонансные частоты без применения синусоидальной вибрации. Однако за все эти достоинства приходится расплачиваться сложными методами обработки результатов измерений по большим выборкам.
Спектральные методы вибрационного анализа подходят не только для классических синусоидальных или случайных вибраций, но и для ударных воздействий (одиночный, многократный удар либо виброудар). В этом случае можно применить специальный ударный стенд либо использовать на вибростенде вместо шейкеров ударные молотки (импакторы) или двухрежимные шейкеры, если это допускает конструкция вибростенда.
Учитывая сложность математической обработки результатов виброиспытаний, особую важность приобретают системы управления вибростендами (СУВ). Разработкой таких систем занимается отечественное предприятие «Электронные технологии и метрологические системы» (компания ZETLAB) – производитель из Зеленограда, обеспечивающий высокоточным измерительным оборудованием предприятия оборонно-промышленного комплекса, нефтеперерабатывающей промышленности, автомобилестроения, металлургии и других отраслей. Компания ZETLAB представляет СУВ ZET 02X – готовый программно-аппаратный комплекс для проведения самых современных виброиспытаний. Основу системы управления составляет многоканальный контроллер серии ZET и специализированное программное обеспечение ZETLAB VIBRO для управления вибрацией и ударами на электродинамических виброгенераторах (шейкерах).
В качестве вибростенда компания предлагает заказчикам использовать модели немецкой компании TIRA, хорошо воспроизводящие воздействия в окружающей среде для исследования прочности и надежности изделий. Стенды данной марки применяются для испытаний на соответствие требованиям международных стандартов DIN, ISO, BS, MIL-STD, IEC, ASTM, отечественного ГОСТ Р‑8-568, а также для военной приемки. Несмотря на высокие создаваемые нагрузки, такому вибростенду не требуется специальный фундамент, поскольку применены эффективные виброгасители. Также можно выбрать экономичный вибростенд BCB‑133.
Контроллеры СУВ ZET 02X были разработаны для замены хорошо зарекомендовавшей себя на практике СУВ ZET 017. Предложены две модели контроллеров: на четыре измерительных канала (ZET 024) и восемь каналов: ZET 028 (рис. 1). В обоих случаях решение обеспечивает широкий спектр виброиспытаний на электродинамических вибростендах, причем число каналов можно увеличивать благодаря модульному принципу построения СУВ ZET 02X. В качестве первичных преобразователей в системе могут служить акселерометры, велосиметры, преобразователи перемещения, датчики деформации, силы, звукового давления, в том числе с интерфейсом TEDS. СУВ работает в диапазоне частот 0,01…20 000 Гц при динамическом диапазоне 110 дБ. Отображение и исполнение программного обеспечения ZETLAB VIBRO производится на любом компьютере, имеющем стандартный соединитель подключения к локальной сети (протокол Ethernet). Обеспечено воздействие синусоидальной вибрации, широкополосной случайной вибрации, классического (одиночного) удара и виброудара.
Рис. 1. Контроллер СУВ ZET 028
Весьма интересны комбинированные режимы ZET 02X:
- наложение синусоидальной вибрации на широкополосную случайную вибрацию, ШСВ (Sine-on-Random);
- наложение узкополосной случайной вибрации на ШСВ (Random-on-Random);
- наложение синусоидальной вибрации на синусоидальную вибрацию (Sine-on-Sine);
- наложение синусоидальной вибрации и ШСВ на ШСВ (Sine-and-Random-on-Random).
Не меньший интерес представляют дополнительные режимы работы ZET 02X:
- поиск и удержание резонансов (RSTD);
- имитация стрелково‑пушечного воздействия;
- синтезированный импульс с заданным спектром ударного отклика (SRS);
- задаваемый пользователем импульс (TTH);
- режим воспроизведения записанных данных (FDR);
- спектр усталостного повреждения (FDS);
- контроль эксцесса (Kurtosion);
- полосовой фильтр;
- таблица дисперсий ускорения.
Системы серии ZET 02X могут использоваться в составе вибрационных и ударных установок при проведении первичной или периодической аттестации, а также применяться для дополнительных видов испытаний согласно отечественным и международным нормативным требованиям. Входные каналы систем ZET 02X работают с различными типами датчиков: вибропреобразователями со встроенным преобразователем заряда, виброметрами с выходным сигналом по напряжению, датчиками со стандартным токовым выходом 4…20 мА, велосиметрами, датчиками виброперемещения.
Компания ZETLAB постоянно дополняет и совершенствует свое программное обеспечение ZETLAB VIBRO, которое способно самостоятельно решать ряд задач по управлению виброиспытаниями (например, выбор подходящего контрольного датчика по анализу статистических характеристик), тем самым упрощая работу оператора. На данный момент это ПО состоит из модулей «Параметры изделия», «Параметры вибростенда», «ШСВ», «Гармоническая (синусоидальная) вибрация» и недавно разработанного модуля «Предтест и контроль» (рис. 2).
Рис. 2. Программа «Предтест и контроль» (увеличить изображение)
Последний из перечисленных модулей служит для запуска системы перед проведением вибрационного теста для того, чтобы определить оптимальные для данного испытания параметры настройки. На вибростенд подается широкополосный тестовый сигнал малой интенсивности, при этом вибростенд оказывает воздействие на контролируемое изделие с установленными на нем датчиками. Программное обеспечение анализирует отклик по сигналам измерительных каналов (от датчиков) на соответствие заданному воздействию, чтобы вывести рекомендации о применении каждого датчика в текущих условиях теста.
Также программа «Предтест и контроль» позволяет обнаружить большинство ошибок и выдать рекомендации по их устранению. Для этого после прохождения предварительного теста в меню следует активировать кнопку «Рекомендация». Минимальный список самых распространенных ошибок:
- высокий уровень шума;
- плохое заземление;
- обрыв кабеля или неисправность датчика;
- неправильно установленная чувствительность датчика;
- плохой электрический контакт;
- слишком низкий уровень сигнала;
- слишком высокий уровень сигнала;
- трибоэффект;
- неисправность усилителя мощности;
- отключение ICP;
- повышенная постоянная составляющая сигнала.
По результатам предварительного теста выводится таблица со списком каналов, где для каждого из них дается рекомендация относительно будущего проведения виброиспытаний: зеленый – рекомендовано, желтый – допустимо, красный – не рекомендовано.
Предыдущая система управления вибростендами ZET 017‑U была зарегистрирована в разделе Государственного реестра средств измерений «Средства измерений военного назначения, тип которых утвержден Госстандартом России и Министерством обороны Российской Федерации» под номером 49742-12 и может использоваться в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений. В том числе с ее помощью можно осуществлять деятельность в области обороны и безопасности Российской Федерации. Допускаются испытания на воздействие синусоидальной вибрации по ГОСТ 28203, широкополосной случайной вибрации по ГОСТ 30630.1.9-2002, классического удара по ГОСТ 28213 (одиночный удар) и ГОСТ 28215 (многократные удары), а также испытания на воздействие виброудара по ГОСТ РВ 20.39.304, расчет ударных спектров по ГОСТ 8.127‑74, имитация воздействия стрелково‑пушечного воздействия (СПВ). Кроме того, система управления вибростендами ZET 017‑U соответствует комплексу государственных военных стандартов России «Мороз‑6», определяющих требования к военной технике (ГОСТ РВ 20.39) и методы испытаний на соответствие этим требованиям (ГОСТ РВ 20.57). Очевидно, что такой же внушительный список сертификатов соответствия будет (а возможно, уже и есть) у новой системы ZET 02X.
Опубликовано_в журнале "ИСУП" № 1(79)_2019
ООО «ЭТМС», г. Зеленоград, Москва,
тел.: +7 (495) 739‑3919,
e‑mail: zetlab@zetlab.com,
сайт: zetlab.com
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")
