Системы управления виброиспытаниями




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 вибрационные испытания, 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.

Системы управления виброиспытаниями предназначены для измерений напряжения переменного тока, соответствующего значениям параметров вибрации (виброускорения, виброскорости и виброперемещения), воспроизведения и измерений частоты переменного тока и измерений коэффициента нелинейных искажений. Поверка системы управления виброиспытаниями осуществляется в аккредитованных лабораторииях и занимает до 5 дней.

Системы вибрационных испытаний

Конструктивно в базовой комплектации система выполнена в виде приборного блока, подключаемого к сетевому порту внешнего компьютера (не входящего в состав системы) посредством интерфейса Ethernet, и комплекта соединительных кабелей. Приборный блок имеет 4 входных и 2 выходных канала с индивидуальными настройками режимов работы. В расширенной комплектации несколько приборных блоков соединяются посредством интерфейса IU-291 с общим количеством программно поддерживаемых выходных каналов до 16, а входных каналов до 32.

Принцип действия систем основан на усилении выходных электрических сигналов первичных измерительных преобразователей (ПИП), установленных на испытуемых изделиях, преобразовании измерительных сигналов в цифровой код, дальнейшей обработке измерительной информации в компьютере и выдаче ее на внешние устройства в виде, удобном для пользователя, а также формировании и регулировании управляющих сигналов вибростенда таким образом, чтобы измеренные параметры вибрации соответствовали заданному профилю испытаний.

Система способна функционировать как под управлением внешнего компьютера, так и автономно. К внешнему управляющему компьютеру система подключается через стандартную сетевую плату Ethernet. В автономном режиме система выполняет ранее загруженные в её память программы испытаний с отображением режима работы и текущего состояния на встроенном жидкокристаллическом дисплее.

Система может работать со следующими типами ПИП параметров вибрации: с зарядовым выходом, c выходом по постоянному и переменному напряжению, со встроенным усилителем (ICP) и TEDS-датчиками.

Дополнительно каждый приборный блок имеет 16 независимых логических входов и выходов, которые служат для управления работой системы посредством внешних управляющих сигналов или управления с помощью системы иными внешними устройствами.

В максимальной комплектации система способна управлять вибрационными установками с шестью степенями свободы (6DoF), обеспечивающими перемещение по трем осям в сочетании с вращением по каждой оси.

Системы используются совместно с испытательными вибрационными установками для управления испытаниями в различных режимах:

  • синусоидальная вибрация с постоянной частотой или разверткой частоты (SINE);
  • поиск и удержание резонанса (RSTD);
  • случайная широкополосная вибрация ШСВ (RANDOM);
  • классический удар (SHOCK);
  • режим имитации стрелково-пушечного воздействия;
  • режим синтеза спектра ударного отклика (SRS);
  • наложение синусоидальных вибраций на ШСВ (SoR);
  • наложение ШСВ на ШСВ (RoR);
  • наложение синуса и ШСВ на ШСВ (SRoR);
  • наложение синус на синус (SoS);
  • переходной процесс (TTH);
  • запись и воспроизведение полевых испытаний и т. д.

В системе также реализованы функции измерений частоты периодических сигналов и коэффициента нелинейных искажений входного сигнала, а также синтеза синусоидального сигнала с регулируемым коэффициентом нелинейных искажений.

Дополнительно в системе программно реализованы автоматизированные процедуры аттестации виброиспытательного оборудования, анализа испытаний, проводимых на ударных стендах, и переходных процессов, а также автоматизированная поверка (калибровка) самой системы.

По условиям эксплуатации системы удовлетворяют требованиям группы 1.1 климатического исполнения УХЛ по ГОСТ РВ 20.39.304-98 с диапазоном рабочих температур от 10 до 30 °С и относительной влажностью окружающего воздуха до 80 % при температуре 25 °С, без предъявления требований по механическим воздействиям и воздействию атмосферных осадков, пыли, песка.

Системы вибрационных испытаний

Метрологически значимая часть программного обеспечения (ПО) представляет собой ПО VisProbe SL, работающее под управлением операционных систем семейства Windows в составе внешнего персонального компьютера, и встроенное ПО Vib03.

ПО VisProbe SL обеспечивает формирование заданий на проведение испытаний, управление работой системы в процессе испытания, отображение хода испытаний в удобном для пользователя виде, защиту настроек оборудования от несанкционированного доступа, анализ данных и протоколирование результатов.

ПО Vib03 — это внутреннее ПО приборного блока, обеспечивающее работу системы в автономном режиме и осуществляющее управление вибростендом в соответствии с заданием пользователя, контроль хода выполнения испытания и целостности обратной связи, а также отображение данных о ходе испытания на встроенном дисплее системы.

Компания «Первый метрологический центр»  осуществляет сертифицированную поверку систем вибрационных испытаний. Наши специалисты проконсультируют вас по любым вопросам.