Усилитель мощности; 2 — управляющий генератор; 3— испытываемый объект; 4 — вибродатчик (акселерометр); 5 — вибростенд

 

К основным техническим и эксплуатационным параметрам вибростендов относятся: максимальная выталкивающая (возмущающая) сила, максимальная грузоподъёмность, максимальное перемещение стола, масса подвижной системы, коэффициент гармоник, ток подмагничивания (табл. 6.2).

Испытываемые изделия крепят на столе вибростенда с помощью специальных приспособлений, которые определяют точность воспроизведения значений воздействующих факторов вибрации. Поэтому в виброиспытаниях применяют приспособления, спроектированные из алюминиевых сплавов с одной или четырьмя точками крепления к столу, зазоры во всех соприкасающихся плоскостях отсутствуют потому, что при наличии зазора испытываемое изделие начинает перемещаться на величину зазора в направлении, противоположном ускорению. Такие дополнительные колебания из-за наличия зазора оказывают большое влияние на результаты испытаний. Собственная частота вибрации приспособления должна в 1,5...2 раза превышать наибольшее значение частоты вибрации изделия, а центр тяжести изделия должен находиться на оси виброштока. Контрольная точка установки вибродатчика должна располагаться как можно ближе к точке крепления приспособления к столу вибростенда.

Таблица 6.2

 

Параметр	ВЭДС-10	ВЭДС-     100Б	ВДЭС- 200А	ВЭДС- 400А	ВЭДС-   800А	ВЭДС- 1500
Возмущающая сила, Н	100	1000	2000	4000	8000	15000
Максимальная	1,9	22	45	90	150	300
грузоподъёмность, кг
Максимальное	6	7,5	12,5	12,5	12,5	6
перемещение, мм
Масса подвижной	0,6	24	5	9,2	16	30
системы, кг
Коэффициент	3	8	8	8	8	10
гармоник, %
Ток подмагничива-	0,5	1,6	2,0	3,5	4,4	6,7
ния, А

 

 

6.4. Испытания на воздействие ударных и линейных нагрузок

 

Различают два вида ударных нагрузок: механические воздействия на изделие при резком изменении скорости, в том числе серия ударов в виде импульсов, следующих один за другим (тряска), и воздействие линейных нагрузок. Нагрузки подразделяются на ударные нагрузки I и II родов. Для автотракторного электрооборудования и автоэлектроники в ГОСТ 3940 — 84 ударные нагрузки определены максимальным ускорением 10 и 15g при 10000 ударов.

Целью испытаний на ударные нагрузки является проверка способности изделий АТЭ и АЭ выполнять свои функции во время ударного воздействия и после него. Эти испытания могут быть трех видов: на ударную прочность, ударную устойчивость, воздействие линейных нагрузок.

Испытания на ударную прочность служат для определения способности изделия противостоять разрушающему действию механических ударов и сохранять свои параметры в пределах, установленных НТД.

Испытания на ударную устойчивость предназначены для проверки способности изделия выполнять свои функции в условиях действия единичных или многократных ударов. Режим испытаний характеризуется пиковым ударным ускорением и числом ударов.

Испытания на воздействие линейных нагрузок предназначены для проверки способности изделий выполнять свои функции при линейных нагрузках и разрушающем действии этих нагрузок.

Ударные нагрузки на изделия АТЭ и АЭ возникают при резком торможении, движении автомобилей и тракторов по пересеченной местности, по булыжнику и летневому покрытию, на крутых поворотах и т.д. Планируя испытания на воздействие ударных нагрузок, длительность действия ударного ускорения выбирают в зависимости от значения низшей резонансной частоты изделия. Чем больше значение низшей резонансной собственной частоты изделия, тем короче длительность действия ударного ускорения. При f < 60 Гц длительность (18 ± 5) мс, а при fс = 100...200 Гц — (6 ± 2) мс и т.д. Предусматривают квазирезонансный режим возбуждения. В качестве проверяемых параметров при испытаниях на ударную устойчивость обычно выбирают выходные характеристики изделия, а на ударную прочность — целостность конструкции (наличие трещин, разрушение разъёмов и т. д.).

На воздействие линейных нагрузок испытывают электрические машины, распределители и датчики-распределители зажигания и магнето, используя метод испытаний на повышенную частоту вращения на холостом ходу в течение: 20 с для стартеров и других электрических машин с режимом работы менее 1 мин; 2 мин для остальных электрических машин, распределителей и датчиков-распределителей зажигания и магнето.

Испытательная частота должна быть на 20 % выше: максимальной частоты вращения для генераторов и электродвигателей; максимальной частоты вращения, рассчитанной по максимальной частоте вращения двигателя внутреннего сгорания, для распределителей и датчиков-распределителей зажигания, магнето и маг-дино; частоты вращения холостого хода для стартеров.

Для выполнения испытаний используют специальные ударные стенды, центрифуги и стенды.

 

 

6.5. Ударные стенды и центрифуги

 

В зависимости от принципа организации ударного воздействия все ударные стенды можно разделить на стенды, смонтированные по принципу торможения предварительно разгоняемого до требуемой скорости тела, и на стенды, действующие по принципу разгона тела до требуемой скорости. Первый вид ударного стенда наиболее распространен. Основными узлами такого стенда являются стол (подвижная ударная платформа), тормозное устройство и основание (наковальня и направляющие).

Ударная подвижная платформа обеспечивает передачу воспроизводимого ударного нагружения на испытываемое изделие с минимальными искажениями и крепление монтажного приспособления или изделия. Для фиксации ударной платформы на заданной высоте и предотвращения повторного удара при испытаниях на воздействие одиночного удара она оборудована электромагнитными стопорами.

Тормозное устройство определяет параметры ударного импульса (форму и длительность). В качестве тормозного устройства применяют прокладки. Для организации полусинусоидального импульса длительностью 0,5...5,0 с в качестве прокладки используют резину средней и повышенной твёрдости, для импульсов короче 0,5 с — винипласт, фторопласт с металлическими прокладками. Когда силовая характеристика (деформация) тормозного устройства при нагружении и разгружении соударяющихся тел одинакова, тормозное устройство воспроизводит удары симметричной формы.

Основание стенда представляет собой станину, воспринимающую через тормозное устройство удар предварительно разгоняемой подвижной платформы с изделием. Целесообразно ударный стенд размещать на фундаменте, изолированном от строительных конструкций испытательной лаборатории или на подвесках.

Направляющие создают горизонтальное положение стола в момент удара.

Принцип действия ударных стендов заключается в «гашении» кинетической энергии, приобретенной подвижной платформой в процессе разгона, неподвижной преградой. Длительность ударного воздействия равна сумме длительностей торможения ударяющегося тела и восстановления упругих деформаций соударяющихся тел. В конце торможения ударное ускорение максимально. Заданный закон изменения ударного ускорения во времени определяется начальной скоростью соударения тел, максимальным перемещением тел относительно друг друга при соударении и максимальным ударным ускорением.

Различают механические, электродинамические и пневматические ударные стенды. Механические ударные стенды обеспечивают свободное падение ударяющегося тела или для получения большой скорости соударения используют разгонные устройства. Стенды такого принципа действия получили наибольшее распространение. Электродинамические ударные стенды обеспечивают ударные нагрузки электромагнитом, в кольцевом зазоре которого находится подвижная катушка, выполняющая роль ударной платформы. Изменение амплитуды и длительности импульса тока через катушку определяет ударный импульс силы. Пневматические ударные стенды представляют собой поршень, который под действием атмосферного давления двигается в пусковой трубе, закрепленной в фундаменте. Длина пусковой трубы определяет параметры воспроизводимого ударного воздействия. Этот тип стендов позволяет воспроизводить удары пилообразной и трапецеидальной форм. В табл. 6.3 представлены характеристики ударных стендов.

 

 

Таблица 6.3

 

Параметр	УУ-5/1000	УУЭ-2/200	УУЭ-20/500	К-5/3000
Грузоподъёмность, кг	50	30	200	50
Число ударов в 1 мин	5...80	20...80	5...80	50...100
Максимальное	1000g	200g	500g	3000g
ускорение
Длительность удара, мс	1,5...20	1,5...12	1,5...40	0,4... 11
Принцип действия стенда	Механический	Электродинамический	Электродинамический	Пневматический

 

Приспособление для крепления испытываемого изделия имеет сотовую конструкцию (высокая механическая прочность, жесткость при небольшой массе). Её резонансная частота должна в 2-3 раза превышать наибольшую частоту изделия.

Измерение параметров ударного воздействия осуществляется с помощью пьезоэлектрических, ёмкостных, тензометрических полупроводниковых и проволочных преобразователей (датчиков). Сигнал с датчика на усилитель подается через полосовой фильтр, который снижает уровень шумов и амплитуду наложенных колебаний. В качестве регистрирующего прибора используют осциллографы с запоминанием или персональный компьютер с аналого-цифровым интерфейсом. По осциллограммам (рис. 6.7) можно определить длительности ударного импульса t', фронта ударного импульса t_ф, амплитуду импульса; по следующей формуле можно найти значение ударного ускорения:

где А — амплитуда ударного импульса, мм; k — коэффициент преобразования датчика, мВ• с²• м^-1.

Испытания на воздействие линейных ускорений осуществляют на центрифугах, которые создают в горизонтальной плоскости радиально направленные ускорения. Они различаются: по типу привода — на электрические, гидравлические и комбинированные; по конструкции — с поворотным столом, неповоротным

 

Рис. 6.7. Осциллограммы ударных импульсов:

а – с крутым фронтом; б – с пологим фронтом; tф – время переднего фронта; t' – время импульса; N. N', N" – сила удара столом и изменяющимся радиусом вращения изделия; по грузоподъёмности – малые до 10 кг, средние до 50, тяжёлые до 100 и сверхтяжёлые свыше 100 кг; по максимальному линейному ускорению – на категории А (до 250 мс^-2), Б (до 500 мс^-2), В (до 1000 мс^-2),

Г (до 2000 мс^-2) и Д (свыше 2000 мс^-2)

 

В процессе разгона центрифуги кроме центробежных сил возникают силы инерции, сообщающие изделию касательные ускорения (в реальных условиях эксплуатации отсутствуют), которые искажают результаты испытаний. Чтобы эти искажения свести к минимуму, необходимо выполнить условие:

где t_Т — время торможения или разгона, с; п_ц — частота вращения центрифуги, мин^-1.

При испытаниях с повышенной частотой вращения электрических машин и аппаратов на холостом ходу повышения частоты вращения электродвигателей и стартеров достигают увеличением подводимого напряжения питания, а генераторов — приводом от вспомогательного двигателя. После этих испытаний изделия не должны иметь повреждений, что проверяют наружным осмотром и определением работоспособности.

В процессе приемосдаточных испытаний допустима замена испытания с повышенной частотой вращения машин в собранном состоянии испытанием их роторов (якорей) до сборки с корпусом. Испытания вращающихся машин и аппаратов с повышенной частотой вращения проводят один раз.

 

6.6. Акустические испытания

 

Акустические воздействия на элементы и изделия АТЭ и АЭ обусловлены работой самих изделий АТЭ и акустическим шумом, создаваемым двигателем внутреннего сгорания, трансмиссией и вибрацией шасси и кабины. Акустические воздействия характеризуются определенными особенностями: широким спектром частот от 5 до 2 000 Гц; случайным характером изменения во времени и пространстве; распределенным характером воздействия, зависящим от уровня звукового давления и от площади изделия; возникновением резонансов в верхней границе частот и т.д.

Существует два метода испытаний изделий на воздействие акустического шума: воздействие на изделие случайного акустического шума и тона меняющейся частоты. Эти испытания проводят воздействием акустического шума в полосе частот 125... 10000 Гц при звуковом давлении 130... 170 дБ. В качестве звуковых источников применяют пневматические рупорные сирены высокой мощности.

Непрерывно ужесточаются требования национальных и международных стандартов, ограничивающих шум транспортных средств внутри кабины и внешний, например для электровентиляторов системы охлаждения двигателя, электроусилителей руля, электростеклоподъёмников, электробензонасосов систем управления топливоподачей, электромоторедукторов, электродвигателей климатических установок, генераторов систем электроснабжения, электромеханических реле звуковых сигналов и сигнализации автомобиля.

Для проведения испытаний изделий АТЭ и АЭ на излучающий ими шум применяют безэховые камеры, которые представляют собой замкнутую камеру (внутренняя камера относительно внешней расположена на специальных пружинах) объёмом примерно 490 м³, которая имеет низшую резонансную частоту колебаний воздушного объёма 60 Гц, собственную частоту колебаний 3Гц. Внутри камеры размещены звукопоглощающие кулисы или звуковые клинья, которые обеспечивают уровень шумовых помех в пространстве камеры: с включенной системой вентиляции, не более 30; с выключенной — 20 дБ А.

Испытания на уровень получаемого шума от генераторных установок и электростартера проводят, устанавливая их на двигатель внутреннего сгорания, который работает на нагрузочном стенде (его называют акустический моторный стенд). В качестве измерительной, анализирующей и регистрирующей аппаратуры используют: анализаторы сигналов, позволяющие производить частотный анализ в реальном времени в полосах шириной 1, 1/3, 1/12 окт; регистраторы данных с частотным диапазоном 0...10000 Гц, динамическим диапазоном более 80 дБ и отношением «сигнал/шум» более 78 дБ; шумомеры. В основном эта аппаратура производится фирмой «Брюль и Къер» (Дания).

При измерении шума от изделий АТЭ и АЭ на определенном расстоянии (обычно 0,6... 0,7 м) располагают 16 измерительных микрофонов, сигналы частотного спектра с которых через усилитель поступают на анализатор сигналов, а с него — на регистратор. В качестве регистратора используют персональный компьютер, который проводит статистическую обработку результатов измерения.

К особенностям акустических испытаний (кроме применения безэховой камеры) следует отнести предварительные испытания на определение резонансной частоты испытываемых изделий, отладку и калибровку измерительной и регистрирующей аппаратуры.