Брюль и Къер. Испытания конструкций. ч.1 Измерения механической подвижности. Брюль и Къер. Испытания конструкций. ч.1 Измерения механической. 2 Испытания конструкций Часть Измерения механической подвижности
 Скачать 2.86 Mb.
|
|
• Двойные удары Если применяется слишком тяжелый молоток, конструкция может спружинить, в результате чего произойдет двойной удар. Поя- вление двойных ударов также зависит от мастерства проводящего испытания специалиста. Данные, полученные при двойном ударе, не могут быть использованы, так как соответствующий спектр со- держит нулевые точки с интервалами n /i r , где п - целое число, a t r - задержка времени между двумя ударами. Двойные удары не могут быть компенсированы с помощью импульсных весовых функций. Следовательно, частотные характеристики, замеренные при двойных ударах, будут ошибочными и должны быть исключены из учитываемого набора данных. 42 Экспоненциальная весовая функция При ударном возбуждении происходит свободное затухание всех мод механических колебаний, представляющих собой реакцию конструкции. Ниже рассматриваются две типичные ситуации. • Конструкция с малым затуханием имеет острые резонансы, соответствующие которым колебания затухают медленно (узкие в частотной области функции и соответствующие широкие во временной области функции). Если продолжительность регистрируемых реализаций короче времени затухания, то в результатах измерений будет иметься ошибка рассеяния (усечение во временной области и соответствующее рассеяние в частотной области), что приводит к наблюдению слишком низких и слишком широких резонансных пиков. • Конструкция с большим затуханием, сигналы реакций которой затухают очень быстро и достигают нуля за очень короткое время. Если продолжительность регистрируемых реализаций намного больше времени затухания, отношение сигнал/шум уменьшается и на результаты наложены шумы. Экспоненциальная весовая функция хорошо подходит для обоих описанных ситуаций. Это функция w(t) = e +t/τ , которая увеличивает затухание реакции и эффективна по описанным ниже причинам. • Отклики конструкций с малым затуханием приводятся весовой функцией к полному затуханию в течение времени регистрации, так что совершенно исключается рассеяние вследствие усечения реализаций. Наблюдаемое влияние на результаты измерений таково, что резонансы становятся слишком широкими или затухание кажется слишком большим. Коррекция затухания может быть легко осуществлена на стадии последующей обработки. • В конструкциях с большим затуханием весовая функция способствует подавлению паразитных шумов. Коррекции затухания проводить не следует, так как естественное затухание обычно происходит гораздо быстрее, чем затухание весовой функции. 43 Сравнение различных видов возбуждения Крометрех, уже рассмотренных видов возбуждения, имеется целый рад других возможностей, примеры которых кратко опи- саны ниже. • Синусоидальные сигналы с быстрой разверткой частоты, ко- торые совмещают в себе преимущества управления амплиту- дой, характерного для синусоидального возбуждения, и быстродействия, характерного для широкополосных сигна- лов. • Периодический случайный сигнал и импульсный случайный сигнал. Оба эти вида возбуждения имеют преимущество, обеспечиваемое случайной амплитудой и случайной фазой, для уменьшения влияния нелинейных свойств объектов, а их периодическая форма волны предотвращает ошибки, связан- ные с рассеянием. Случайно повторяющиеся удары при испытаниях в области низких частот (длительность реализации менее 2 с) повы- шают отношение сигнал/шум. При этом применяются такие же методы, что и при случайном возбуждении, но сохраня- ется простота метода возбуждения с помощью ударного молотка 44 Большинство имеющихся на рынке датчиков поставляются с калибровочными паспортами. Однако, перед каждым измерением подвижности настоятельно рекомендуется проведение калибровки и проверки по следующим причинам: • для подтверждения правильности работы датчика и для предотвращения погрешностей, возникающих в кабелах, соединителях, предусилителях и анализаторах • для подтверждения правильности всех настроек усиления, полярности и аттенюаторов в системе (в больших измерительных системах может быть легко пропущена одна на- стройка) • для подтверждения наличия датчиков с характеристиками, согласованными в учитываемом диапазоне частот. Один из простых методов калибровки и проверки всей системы заключается в измерении подвижности простой конструкции. Простейшей конструкцией является одиночный груз известной массы. По второму закону Ньютона; сила = масса х ускорение Отсюда следует выражение для ускоряемости: Для любой частоты ускоряемость имеет амплитуду '/масса и фазу 0 градусов. Груз известной массы подвешивается таким образом, чтобы он перемещался только в одном направлении. Для определения ускорения его колебаний к нему прикрепляется акселерометр. При возбуждении может использоваться как молоток, так и вибростенд. В описанном процессе осуществляется относительная калибровка, что обеспечивает получение более точных результатов измерений подвижности, чем при индивидуальной абсолютной калибровке отдельных датчиков. Груз можно также держать в руке. Калибровка 45 • Замечания по ударной калибровке Если калибровочный груз представляет собой абсолютно твер- дое тело в учитываемом частотном диапазоне, то форма волны сигнала силы и ускорения одинакова. Если используется как импульсная весовая функция для силы, так и экспоненциальная весовая функция для реакции, то опре- деляемая реакция будет меньше, чем теоретическая реакция. Это объясняется ослаблением, вызванным экспоненциальной весо- вой функцией. Однако, несмотря на сказанное, общая чувстви- тельность измерительной системы будет в описанном процессе калибровки определена правильно. 46 Пример: механические колебания портального крана • Проблема Очень часто во время работы крана возникали сильные механи- ческие колебания его портала. Перед руководителями предпри- ятия встала большая дилемма: остановка производства для про- ведения инспекции и устранения неполадки означала большие расходы, а выход из строя был бы катастрофой. • Выявление источника Механические колебания возникали только тогда, когда задей- ствовался определенный узел лебедки. В результате нескольких измерений механических колебаний удалось легко выявить их источник, которым оказался редуктор этого узла. Анализ заме- ренного на редукторе ускорения механических колебаний пока- зал, что доминирующая частота механических колебаний соста- вляла 11 Гц. Эта частота в свою очередь привела к проме- жуточной шестерне, имеющей соответствующую частоту враще- ния. • Выявление причины проблемы После этого проблема свелась к следующим вопросам. Слиш- ком ли высоки амплитуды сил, создаваемых редуктором? Или усилены ли амплитуды нормальных сил вследствие резонанса конструкции? Для получения ответа на эти вопросы были проведены измере- ния подвижности в точке приложения силы на подшипнике вала соответствующей шестерни. Возбуждение, проводимое в верх- ней части редуктора с помощью большого вибростенда, позво- лило легко и быстро выполнить эти измерения. Частотная характеристика не имела резонанса при наблюда- емой частоте механических колебаний (11 Гц), в результате чего было решено, что вынужденные механические колебания возни- кают вследствие разбаланса. 47 • Определение сил, создаваемых в результате разбаланса Для определения сил, создаваемых из-за наличия неуравнове- шенных масс, был использован непосредственный метод. Рассм- атривая подшипник вала как систему с одним входом и одним выходом, можно было создать линейную модель с описанием в следующем виде: Было получено решение при частоте 1 1 Гц, указывающее на то, что амплитуда сил, создаваемых из-за наличия неуравновешен- ных масс, составляет 8,29 кН. Дальнейшие расчеты показали, что они соответствуют моменту 1,74 кг • м. • Решение Была проведена подготовка балансировочного стенда и была запланирована работа предприятия без крана в течение одной Смены. Редуктор был демонтирован и шестерня была доставле- на на балансировочный стенд, сбалансирована и установлена назад на место. Кран был смонтирован и подготовлен к беспе- ребойной работе в течение восьми часов. Интересно отметить, что хотя упомянутая простая модель была очень грудой, рассчи- танный момент при разбалансе оказался почти равным истин- ному. Разбаланс был вызван наличием отломанного куска литья, масса которого составляла 3,3 кг, а расстояние от центра тяжести до оси вала 0,53 м. |