вибростенд

Формула изобретения

Вибростенд, содержащий фундамент с основанием, подвижную систему, соединенную с основанием посредством направляющих прямолинейного движения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены стойка и плоская пружина, прикрепленные к фундаменту вертикально слева от основания; винт натяжения плоской пружины, соединенный со стойкой посредством резьбового соединения; наконечник, прикрепленный слева к плоской пружине посредством первого шарнира; два зажима, соединенные через штифты с винтом натяжения плоской пружины и с наконечником; пластинчатая цилиндрическая разрезная пружина, охватывающая зажимы; спусковой винт с коническим наконечником, установленный посредством резьбового соединения внутри винта натяжения плоской пружины; пластина, прикрепленная справа к плоской пружине с помощью второго шарнира; кронштейн, закрепленный на подвижной системе и соприкасающийся с пластиной; два колеса, установленные соответственно на винте натяжения плоской пружины и на спусковом винте; пластина гидравлического демпфера, установленная на основании параллельно направляющим прямолинейного движения, выполненным в виде четырех пластин, установленных горизонтально на основании; два вертикально расположенных резиновых ограничителя, первый из которых установлен между основанием и плоской пружиной, а второй между подвижной системой и основанием; трехкомпонентный акселерометр, расположенный на подвижной системе так, что две его измерительные оси расположены в плоскости горизонта, а третья направлена вертикально; восемь шарикоподшипников, установленных на подвижной системе; две цилиндрические пружины растяжения, расположенные симметрично относительно плоской пружины и соединенные своими концами с подвижной системой и стойкой соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к виброиспытательной технике, а именно к вибростендам для испытания сейсмической аппаратуры в диапазоне частот от 1 до 40 Гц.

Известен вибростенд (см. Авторское свидетельство СССР, №169842, кл. G 01 М 7/00), создающий сейсмические колебания, содержащий подвижную систему, установленную на упругих направляющих, датчик скорости, подвижная часть которого закреплена на подвижной системе, а статор - на корпусе вибростенда; выход датчика скорости через усилитель соединен с входом магнитоэлектрического или электромагнитного возбудителя колебаний. Возбуждение колебаний в таком вибростенде осуществляется за счет положительной обратной связи, содержащей датчик скорости, усилитель и возбудитель колебаний. Этот вибростенд создает синусоидальные колебания на частоте собственных колебаний системы «упругие направляющие - подвижная система» и не может воспроизводить сейсмические импульсы сложной формы типа импульса Берлаге

где V(t) - воспроизводимая скорость сейсмического импульса; V₀ - максимальное значение скорости; - коэффициент затухания сейсмического импульса; w ₀ - преобладающая частота сейсмических колебаний.

Кроме того, этот вибростенд из-за ограниченной амплитуды перемещений возбудителей колебаний, не превышающей (10÷20) мм, не может создавать сейсмические импульсы с амплитудой колебаний до (100÷200) мм при скорости до 50 м/с.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вибростенд (см. Круглов Ю.А., Туманов Ю.А. Ударовиброзащита машин, оборудования и аппаратуры. Л., Машиностроение, 1986, стр.150÷154), содержащий фундамент с основанием, подвижную систему, соединенную с основанием посредством направляющих прямолинейного движения; установленные на подвижной системе испытуемый сейсмодатчик и импульсный силовозбудитель, состоящий из порохового газогенератора и отстреливаемого баластного груза.

Параметры воспроизводимого таким стендом сейсмического импульса определяются размером порохового заряда и скоростью его горения. В сравнении с указанным выше данный вибростенд создает необходимые скорости и амплитуды сейсмических колебаний.

Недостаток прототипа заключается в сложности регулирования параметров создаваемого сейсмического импульса, обеспечиваемого посредством изменения скорости горения порохового заряда, что приводит к понижению точности воспроизведения сейсмического импульса. Кроме того, такой вибростенд не может воспроизводить сейсмические импульсы с разнополярной скоростью, так как пороговый заряд создает силу, направленную в одном направлении.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение точности воспроизведения сейсмического импульса.

Технический результат достигается тем, что в вибростенд, содержащий фундамент с основанием, подвижную систему, соединенную с основанием посредством направляющих прямолинейного движения, введены: стойка и плоская пружина, прикрепленные к фундаменту вертикально слева от основания; винт натяжения плоской пружины, соединенный со стойкой посредством резьбового соединения; наконечник, прикрепленный слева к плоской пружине посредством первого шарнира; два зажима, соединенные через штифты с винтом натяжения плоской пружины и с наконечником; пластинчатая цилиндрическая разрезная пружина, охватывающая зажимы; спусковой винт с коническим наконечником, установленный посредством резьбового соединения внутри винта натяжения плоской пружины; пластина, прикрепленная справа к плоской пружине с помощью второго шарнира; кронштейн, закрепленный на подвижной системе и соприкасающийся с пластиной; два колеса, установленные соответственно на винте натяжения плоской пружины и на спусковом винте; пластина гидравлического демпфера, установленная на основании параллельно направляющим прямолинейного движения, выполненным в виде четырех пластин, установленных горизонтально на основании; два вертикально расположенных резиновых ограничителя, первый из которых установлен между основанием и плоской пружиной, а второй между подвижной системой и основанием; трехкомпонентный акселерометр, расположенный на подвижной системе так, что две его измерительные оси расположены в плоскости горизонта, а третья направлена вертикально; восемь шарикоподшипников, установленных на подвижной системе; две цилиндрические пружины растяжения, расположенные симметрично относительно плоской пружины и соединенные своими концами с подвижной системой и стойкой соответственно.

На фиг.1 показан общий вид вибростенда; на фиг.2 изображена конструкция механизма натяжения плоской пружины; на фиг.3 представлен чертеж подвижной системы, направляющих и гидравлического демпфера; на фиг.4 показан вид сверху на конструкцию присоединения плоской пружины к винту ее натяжения и к подвижной системе вибростенда.

Вибростенд содержит: фундамент 1; основание 2; четыре пластины направляющих прямолинейного движения 3; подвижную систему 4; испытуемый сейсмодатчик 5; восемь шарикоподшипников 6; трехкомпонентный акселерометр 7; плоскую пружину 8; винт 9 крепления плоской пружины к фундаменту; пластину 10; первый шарнир 11; наконечник 12; винт 13 натяжения плоской пружины; стойку 14; два зажима 15; пластинчатую цилиндрическую разрезную пружину 16; колесо 17 винта натяжения плоской пружины; колесо 18 спускового винта; спусковой винт 19; два резиновых ограничителя 20; пластину гидравлического демпфера 21; винты 22 регулирования зазора гидравлического демпфера; две цилиндрические пружины растяжения 23; штифты 24, 25; ось 26 первого шарнира; второй шарнир 27; кронштейн 28.

Основание 2 жестко устанавливается на фундамент 1. К фундаменту 1 крепятся также стойка 14 и плоская пружина 8. При этом плоская пружина 8 может отсоединяться от фундамента 1 с помощью винта 9 и заменяться другой, например, имеющей меньшую толщину. В стойку 14 ввернут винт 13 натяжения плоской пружины 8. Внутри винта 13 помещен на резьбе спусковой винт 19. На правом конце винта 13 установлены на штифтах 24 и 25 два зажима 15, которые обжаты по внешнему диаметру плоской цилиндрической разрезной пружиной 16. Справа к плоской пластине 8 посредством первого шарнира 11 через ось 26 прикреплена пластина 10, а слева с помощью второго шарнира 27 к плоской пластине 8 прикреплен наконечник 12. Плоская пружина 8 крепится к фундаменту 1 с помощью винта 9. Слева к винтам 13 и 19 прикреплены колеса 17 и 18, посредством вращения которых винты перемещаются либо влево, либо вправо. На основании 2 горизонтально установлены четыре пластины направляющих прямолинейного движения 3, по которым посредством восьми шарикоподшипников 6 перемещается подвижная система 4. Между нижней плоской поверхностью подвижной системы 4 и пластиной гидравлического демпфера 21 размещена густая смазка, обеспечивающая демпфирование колебаний подвижной системы 4 относительно основания 2. Винты 22 регулируют зазор между гидравлическим демпфером 21 и подвижной системой 4. Две цилиндрические пружины растяжения 23 прижимают подвижную систему 4 к пластине 10, а резиновые ограничители 20 ограничивают ход подвижной системы 4. Кронштейн 28 прикреплен к подвижной системе 4 и прижимается к пластине 10 усилиями, действующими со стороны пружин 23.

Вибростенд работает следующим образом. На подвижную систему 4 устанавливается испытуемый сейсмодатчик 5. В центре масс подвижной системы 4 устанавливаются также трехкомпонентный акселерометр 7 для измерения ускорения и скорости ее движения. При этом одна измерительная ось акселерометра направлена по оси движения подвижной системы и расположена в плоскости горизонта; вторая измерительная ось расположена в плоскости горизонта перпендикулярно первой измерительной оси, а третья направлена вертикально. Перемещение подвижной системы 4 по направляющим 3 осуществляется с помощью шарикоподшипников, как это показано на фиг.2. Перед началом испытаний подвижная система 4 вместе с плоской пружиной 8 отводится в крайнее левое положение с помощью винта 13 и колеса 17. Для отпускания пружины 8 используется винт 19 с колесом 18, вращение которого вправо позволяет разжать зажимы 15 и освободить наконечник 12, прикрепленный к пружине 8 посредством цилиндрического шарнира 27. После освобождения пружины 8 подвижная система 4 под действием силы от упругих деформаций пружины 8 начинает ускоренно двигаться вправо. При соприкосновении пружины 8 с упругим резиновым ограничителем 20 подвижная система 4 отрывается от пружины 8 и продолжает двигаться по инерции. При этом на нее помимо инерции действуют сила вязкого сопротивления движению от гидравлического демпфера, образованного пластиной 21, закрепленной на основании 2, и дном подвижной системы 4, а также сила натяжения пружин 23, показанных на фиг.3. В результате подвижная система 4 возвращается в исходное состояние и вновь прижимается к плоской пружине 8. Таким образом процесс воспроизведения сейсмического импульса заканчивается.

Движение подвижной системы 4 после освобождения плоской пружины 8 характеризуется дифференциальным уравнением (2) при начальных условиях y(0)=y ₀=A_max; y'(0)=0.

где С_пл - коэффициент линейной жесткости плоской пружины 8; m_пс - масса подвижной системы; - коэффициент затухания, значение которого определяется силами сухого трения в шарикоподшипниках 6; A_max - деформация плоской пружины 8; w₀ - частота свободных колебаний подвижной системы 4, прикрепленной к плоской пружине 8.

После отрыва подвижной системы 4 от плоской пружины 8 также справедливо уравнение (2) при начальных условиях у(t ₁)=0 и у'(t₁)=V_max, где t ₁ - время, при котором скорость движения подвижной системы 4 достигает максимального значения V_max. При этом значение частоты w₀ определяется по (3) при С _пл=2С_пр, где С_пр - коэффициент линейной жесткости пружин растяжения 23, а коэффициент затухания в основном зависит от сил сопротивления движению, создаваемых гидравлическим демпфером 21. Изменение параметров воспроизводимых на предлагаемом стенде импульсных сейсмических воздействий осуществляется посредством изменения исходных данных. Начальное отклонение подвижной системы 4 из нулевого положения у(0)=A_max и значение коэффициента линейной жесткости плоской пружины 8 влияют на величину максимальной воспроизводимой скорости V_max и длительности фронта импульса t₁, а коэффициент демпфирования гидравлического демпфера и коэффициент линейной жесткости пружин растяжения 23 - на длительность спада.

Таким образом, предлагаемый вибростенд позволяет, в сравнении с прототипом, воспроизводить сейсмические импульсы, в том числе с разнополярной скоростью, с большей точностью в диапазоне скоростей от 0,5 до 50 м/с и длительностей от 10 ^-2 до 10 секунд.