Журнал «ИСУП». (Информатизация и системы управления в промышленности)
ИТ, КИПиА, метрология, АСУ ТП, энергетика, АСКУЭ, промышленный интернет, контроллеры, экология, электротехника, автоматизации в промышленности, испытательные системы, промышленная безопасность

ETS Solutions – законы измерения вибрации

Электродинамические вибростенды линейки ETS Solutions относятся к наиболее популярному типу вибростендов, которые позволяют выполнить большую часть испытаний на вибропрочность. В статье представлены разные серии, начиная с компактной модификации MS и заканчивая вибростендами ETS Solutions серии I, которые соответствуют военным стандартам.

ООО НПП «Универсал Прибор», г. Санкт-Петербург

UniversalPribor.png

скачать pdf >>

Испытания на вибропрочность

Основополагающий принцип физики гласит, что каждый объект до некоторой степени вибрирует. Это происходит и на микроуровне, где колеблются атомные и субатомные частицы, и на макроуровне, где огромные объекты подвергаются воздействию окружающих сил, которые заставляют их двигаться. Можно сказать, что вибрации – неизбежный и необходимый фактор нашего изменчивого мира.

С технической точки зрения, вибрации – это механические колебания, которые возникают под воздействием сил, толкающих объекты за пределы их точки равновесия или покоя. Эти колебания, с их максимальными и минимальными значениями, измеримы. Можно измерить их частоту, определить форму волны вибрации, построить спектрограмму: картину амплитуд, составляющих вибрацию. Один цикл колебаний вибрации завершается на протяжении определенного интервала времени, который то­же измеряется специальным оборудованием.

Существуют разные виды колебаний. Так, вибрация может быть периодической, то есть, согласно ГОСТ 24346‑80, «…каждое значение колеблющейся величины, характеризующей вибрацию, повторяется через равные интервалы времени», как у маятника в механических часах. Бывает и случайная вибрация – например, сотрясается подвеска автомобиля, испытывающая перегрузки на неровной дороге. Стационарное оборудование (допустим, расположенные на полке электронные устройства) может начать вибрировать под воздействием внешних сил. Со своей стороны, многочисленное мобильное оборудование – двигатели и вентиляторы, работая, создает внутренние си­лы, приводящие к вибрации. Все эти ви­ды колебаний воспроизводят современные испытательные вибростенды.

Любое изделие, как и любое физическое те­ло в принципе, уязвимо для чрезмерных вибрационных нагрузок, которые способны вызвать отказы или разрушение. Этой опасности подвержены все объекты, начиная от микропроцессоров и заканчивая мостами и небоскребами. Поэтому все изделия проходят вибрационные испытания, которые позволяют определить пределы допустимой вибрационной нагрузки.

Виброиспытания показывают проектировщикам, инженерам и производителям, какие нагрузки способен выдержать их продукт. Успешно пройденное испытание на устойчивость к вибрации гарантирует, что изделие соответствует назначению, нормативным требованиям и стандартам безопасности, в том числе требованиям международных стандартов ISO.

Многие промышленные предприятия регулярно проводят вибрационные испытания в целях контроля качества своей продукции. Они так и называются: «диагностика на виб­ростенде» – и выполняются для то­го, чтобы перед выпуском изделия определить, какие вибрационные нагрузки оно выдержит. Эта информация позволит конечному пользователю, соблюдая известные ограничения, применять изделие без опасных для се­бя последствий. Данные, полученные в рамках испытания на вибростойкость, помогают предотвратить возврат изделия, поддержать условия гарантии и продлить срок эксплуатации.

Для таких испытаний сегодня существуют вибростенды разных типов:
- механические создают вибрацию с помощью двигателя с эксцентриком на валу;
- электродинамические используют электромагнит для создания си­лы и вибрации;
- гидравлические позволяют создавать большие амплитуды си­лы, например, для испытания крупных аэрокосмических или морских конструкций. Также их используют в тех случаях, когда недопустимы магнитные по­ля, создаваемые электродинамическими генераторами;
- пневматические аппараты, или столы с пневматическим ударом, используют сжатый воздух для управления вибростолом;
- пьезоэлектрические вибростенды работают, прикладывая электрический заряд и напряжение к чувствительному пьезоэлектрическому кристаллу или керамическому элементу, чтобы вызвать деформацию и движение.

Чаще всего используются электродинамические вибростенды. Им отдают предпочтение благодаря таким преимуществам, как создание вибрации на более высоких частотах и воспроизведение, наряду с вибрацией, различных типов движения.


Электродинамические вибростенды ETS Solutions

Компания НПП «Универсал Прибор» более 10 лет поставляет в Россию и страны СНГ электродинамические вибростенды компании ETS Solutions (рис. 1), официальным дилером которой является.

Ris_1.png

Рис. 1. Электродинамический вибростенд ETS Solutions: а – виброгенератор; б – усилитель мощности

Конструктивно электродинамический вибростенд состоит из усилителя мощности, системы охлаждения и виброгенератора. В свою очередь, виброгенератор оснащен вибростолом и системой управления, контролирующей рабочий процесс. Система управления генерирует сигнал, который поступает в усилитель мощности. Усилитель мощности усиливает этот сигнал и подает его в электродинамическую вибрационную систему, которая, используя принципы электромагнетизма, преобразует его в механические колебания (рис. 2).

Ris_2.png

Рис. 2. Структурная схема усилителя мощности

Эта система похожа на громкоговоритель: в проводнике с протекающим по не­му током, который находится в магнитном по­ле, возникает си­ла, направленная перпендикулярно проводнику и магнитному потоку, величина которой прямо пропорциональна си­ле то­ка. В нашем случае проводник наматывается на цилиндрическую основу (арматуру), которая входит в состав подвижной системы вибростенда. Вся конструкция упруго подвешивается в радиальном магнитном поле (рис. 3).

Ris_3.png

Рис. 3. Круглый проводник с протекающим постоянным током создает постоянное магнитное поле

На эту подвижную систему и воздействует си­ла, прямо пропорциональная си­ле то­ка. Причем подвес удерживает катушку в магнитном по­ле таким образом, что подвижная система может перемещаться на ограниченное расстояние в продольном направлении соосно корпусу вибростенда. Это расстояние называется номинальным ходом подвижной системы (виброперемещение).

Разобравшись с конструкцией и принципом действия, перейдем к главному: выбору электродинамического вибростенда для конкретных нужд. Ведь на­до подобрать такое оборудование, которое будет выполнять все необходимые задачи, при этом работать не на пределе своих мощностей, и, что важно, пользователю не придется за не­го переплачивать. Как же выбрать самое эффективное решение для своих целей при минимальных затратах? Попробуем разобраться.

Допустим, нам требуется вибростенд для изделий массой m = 1,5 кг. Испытания должны проводиться при максимальном виброускорении amax = 50 м/с2 в частотном диапазоне от 10 до 2000 Гц.

Одним из основных параметров любого электродинамического вибростенда является толкающая си­ла F, поэтому выбор вибростенда следует начинать с соблюдения условий ее достаточности.

Проверка соблюдения условий достаточности толкающей си­лы выполняется по формуле:

F > k × mmax × amax ,

где k – коэффициент запаса (рекомендуется принять равным 2); mmax – максимальная масса, которая включает в се­бя, помимо массы изделия, массу оснастки (стол расширения, элементы крепления и другое) и массу подвижной части вибростенда.

В связи с тем, что на этапе выбора вибростенда еще неизвестны присоединительные размеры монтажной площадки подвижной части вибростенда, а следовательно, точное значение массы оснастки то­же неизвестно, целесообразно принять значение массы оснастки равной массе изделия. Массу подвижной части вибростенда до момента определения конкретной модели мы тоже не знаем, поэтому на этапе предварительного расчета ею можно пренебречь, с учетом проведения последующего проверочного расчета.

В нашем случае получаем:

F > 2 × (1,5 + 1,5) × 50 = 300 Н.

Таким образом, для выполнения условий необходимо выбрать вибростенд с толкающей силой не менее 300 Н. Выберем удовлетворяющий данному условию вибростенд с выталкивающим усилием 400 Н.

Сначала проверим, что максимальная статическая нагрузка больше суммы массы испытываемого изделия и массы оснастки для крепления изделия на вибростенде:

6 > 1,5 + 1,5.

Условие выполняется, поэтому переходим к следующему ша­гу и выполняем проверочный расчет на толкающую си­лу уже с учетом массы подвижной части вибростенда:

Fрасч = k × mmax × amax = 2 × (1,5 + 1,5 + 0,4) × 50 = 340 Н.

Толкающая сила вибростенда (400 Н) больше расчетной толкающей си­лы (340 Н), что указывает на положительные результаты проверочного расчета.

В линейку электродинамических вибростендов ETS Solutions входит несколько модификаций. Каждая из них создана для решения определенных задач в сфере виброиспытаний.


Электродинамические вибростенды ETS Solutions серии MS

Устройство величиной с ладонь (рис. 4) разработано с применением технологии постоянного магнита для возбуждения и подходит для исследовательских и образовательных работ, таких как тестирование характеристик конструкции, калибровка датчиков вибрации и акселерометра.
Электродинамический вибростенд серии MS имеет малый вес и небольшой объем, его удобно перемещать.

Ris_4.png

Рис. 4. Электродинамический вибростенд ETS Solutions серии MS

Частотный диапазон миниатюр­ного возбудителя колебаний составляет 2…10 кГц, максимальное межпиковое смещение – 10 мм. Это устройство обеспечивает оптимальную производительность при работе с усилителем мощности 200 ВА и может передавать синусоидальные усилия до 50 Н.


Электродинамические вибростенды ETS Solutions серии L

Вибростенды с выталкивающим усилием 2…10 кН подходят для испытания электронных узлов, небольших автомобильных компонентов, ручных приборов, устройств хранения данных, разъемов (рис. 5).

Ris_5.png

Рис. 5. Электродинамический вибростенд ETS Solutions серии L


Электродинамические вибростенды ETS Solutions серии M

Вибростенды серии М имеют выталкивающее усилие 20…70, что подходит для тестирования средних и больших электронных сборок, деталей автомобилей. Ча­ще всего серия М применяется для испытания электронных и автомобильных блоков и авиационной техники.


Электродинамические вибростенды ETS Solutions с длинным ходом серии LS

Вибростенды серии LS (рис. 6) подходят для испытаний на низкой частоте при увеличенном перемещении. Именно эти устройства используют для испытаний на сейсмостойкость. Имеют мощность 20…70 кН и частотный диапазон до 2500 Гц. Максимальная нагрузка вибростендов составляет до 1000 кг, диаметр арматуры – от 320 до 480 мм, максимальное перемещение – до 80 мм.

Ris_6.png

Рис. 6. Электродинамический вибростенд ETS Solutions серии LS


Электродинамические вибростенды ETS Solutions серии H

Вибростенды серии Н имеют выталкивающее усилие 80…350 кН и применяются для тестирования высокими ускорениями узлов больших размеров.


Индукционные вибростенды ETS Solutions серии I

Вибростенды серии I (рис. 7) соответствуют военным и международным стандартам: MIL, ASTM, IEC, ISO, BS, JIS и др. Якорь Y‑образного шейкера с экстремальным ускорением (EAS-Y Ring) представляет собой революционную конструкцию. Она позволяет использовать пропорциональный расширитель головки для одновременного тестирования нескольких образцов при крайне высоком уровне ускорения. Также с помощью вибростенда серии I легко выполнить другие задачи, среди которых имитация вибрации при транспортировке, комбинированные виброклиматические испытания и сейсмическое моделирование для малогабаритных компонентов.

Ris_7.png

Рис. 7Электродинамический вибростенд ETS Solutions серии I


Заключение

В статье мы описали только основную функциональность электродинамических стендов ETS Solutions, хо­тя спектр их возможностей гораздо ши­ре. В частности, дополнительные возможности предоставляет следующее оборудование:
- расширительный стол;
- горизонтальный стол скольжения;
- комбинированная климатическая камера;
- пневматическая система обезвешивания;
- система против опрокидывания.

Специалисты компании НПП «Универсал Прибор» ответят на все вопросы и помогут подобрать как необходимую модель электродинамического вибростенда, так и дополнительное оборудование, с помощью которых можно решать самые сложные инженерные задачи.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 4(106)_2023

В. В. Нерсесов, руководитель отдела
испытательного оборудования,
ООО НПП «Универсал Прибор»,
г. Санкт-Петербург,
тел.: +7 (812) 334-5566,
e-mail: pribor@pribor.ru,
сайт: pribor.ru



Реклама. АО «КОМПЭЛ»  ИНН 7713005406  LjN8Jzx9S

Реклама. АО «КОМПЭЛ»  ИНН 7713005406  LjN8Jzx9S