Вибрацией называются механические колебания твёрдых тел. Зачастую вибрационная нагрузка является фактором, который может привести к изменению параметров изделия, к появлению сбоев в работе либо к поломке изделия.
Большинство современных изделий, выпускаемых на предприятиях, должны сохранять свои параметры в пределах воздействия механических и климатических влияний, которые установлены в техническом задании или стандартах. Как правило, это относится к сложным электронным, электромеханическим или электротехническим изделиям, которые применяются в высокотехнологичных отраслях промышленности.
В последнее время при проектировании изделий всё большую популярность набирают математическое моделирование и численные методы. При этом, даже если учесть тот фактор, что результаты математического моделирования стали близки по отношению к реальному поведению изделия под действием динамических нагрузок, виброиспытания до сих пор остаются наиболее надежным способом выявления нелинейностей и определения вибропрочности и виброустойчивости изделий.
Для того, чтобы обеспечить высокое качество выпускаемой продукции в условиях растущей конкуренции, сделать выпускаемое изделие более экономичным и надежным, проверить изменения в конструкции изделия, предприятия-разработчики проводят вибрационные испытания на воздействие механических факторов посредством современного испытательного оборудования – вибростендов.
Вибростенды позволяют проводить следующие виды испытаний:
- испытания на вибропрочность (определение максимальных вибрационных нагрузок, после которых происходит разрушение объекта испытаний);
- испытания на виброустройчивость (определение функционирования объекта испытаний под действием вибрационных нагрузок, степень вибрационных нагрузок ниже тех, которые приводят к разрушению);
- модальные испытания, исследовательские задачи (определение передаточных функций, коэффициентов демпфирования, поиск резонансных частот).
Существуют несколько разновидностей вибростендов, основными из них являются:
- электродинамические
- гидравлические
- электромеханические
Задача выбора вибростенда каждый раз встает перед Заказчиком, когда требуется выполнить виброиспытания для нового изделия, либо для существующего изделия но по новой методике испытаний.
Рассмотрим основные потребительские свойства стендов, какая существует между стендами разница и для каких целей лучше использовать тот или иной вибростенд.
Электродинамический вибростенд
Электродинамический вибростенд создает толкающее усилие за счет взаимодействия переменного тока в подвижной катушке и постоянного магнитного поля. Для передачи движения объекту испытаний катушка соединяется с ним через рабочий стол.
Преимущества:
- воспроизведение режимов испытаний любой сложности (синус, ШСВ, режимы наложений, SRS, записанный временной сигнал и пр.);
- простое и удобное управление в ручном и автоматическом режиме;
- широкий частотный диапазон (0,5-15000 Гц, обычно – 5-2000 Гц);
- относительно большой уровень виброперемещений (до 100 мм пик-пик, обычно 50 мм пик-пик);
- относительно большой уровень виброускорений (до 150 g);
- относительно большой уровень толкающего усилия (до 400 кН);
- относительно большая грузоподъемность (до 4000 кг);
- малый уровень гармонических искажений, поперечных колебаний, неравномерности распределения вибрации по столу.
Недостатки:
- наличие магнитного поля в зоне рабочего стола
- стоимость
Гидравлический вибростенд
Гидравлический вибростенд создает толкающее усилие за счет изменения давления жидкости по заданному закону. Сила и перемещение передаются объекту испытаний с помощью гидроцилиндра, который управляется сервоклапаном.
Преимущества:
- воспроизведение большинства режимов испытаний
- простое и удобное управление в ручном и автоматическом режимах
- работа в диапазоне низких частот (от 0 Гц)
- большие значения виброперемещений (200 мм и более), ускорений (100g) и виброскорости (до 10 м/с)
- большое значение толкающего усилия (до 10 МН)
- большая грузоподъемность (до 5 тонн и более)
- отсутствие магнитного поля в зоне рабочего стола
Недостатки:
- верхняя частота рабочего диапазона около 500 Гц
- высокий уровень гармонических искажений
Электромеханический вибростенд
Электромеханический вибростенд создает толкающее усилие за счет преобразования механической энергии вращательного движения.
Преимущества:
- грузоподъемность до нескольких тонн
- отсутствие магнитного поля
- простота конструкции
- низкая стоимость
Недостатки:
- только гармоническая вибрация на фиксированных частотах
- сложность управления
- ограниченный частотный диапазон (0.1-300 Гц)
- низкий уровень виброперемещений, ускорений
- высокий уровень гармонических искажений, поперечных колебаний
Исходя из анализа различных видов вибростендов, можно подвести следующие итоги:
- Электродинамический вибростенд применяется для испытаний в широкой полосе частот, с небольшими перемещениями и высокими ускорениями, с высокими требованиями по метрологии и высокой точностью управления, со сложными режимами испытаний.
- Гидравлический вибростенд применяется для испытаний с низкими частотами, большими перемещениями, тяжелыми объектами испытаний.
- Электромеханический вибростенд применяется для простых испытаний, транспортной и технологической тряски, при ограниченном бюджете.