Практические проблемы проведения виброиспытаний и методы их решения

Современное оборудование для проведения испытаний на вибрационную устойчивость на данный момент позволяет достичь высокой степени автоматизации процесса виброиспытаний, а, следовательно, и уменьшить вероятность возникновения ошибок в рабочем процессе.
Однако, сложность самого оборудования, наличие большого количества этого оборудования (усилитель, вибростенд, система управления виброиспытаниями, акселерометр или другой датчик) в любом случае приводит к возникновению нюансов, которые необходимо учитывать для обеспечения корректного проведения самих испытаний.
К счастью, многие проблемы являются типовыми, и мы можем предупредить их возникновение или оперативно их решить.
В данном материале мы расскажем об основных проблемах при проведении виброиспытаний, методах их решения и как избежать их появления. Сразу хотелось бы сказать, что речь пойдет об исправном оборудовании, не имеющем проблем, связанных с поломками, и не требующем ремонта.

Подбор вибростенда

Одна из главных проблем выявляется еще до начала самих виброиспытаний – как правильно подобрать оборудование под задачи. Мало того, оборудование необходимо подобрать не только исходя из «голых» технических характеристик, но и с расчетом на длительное и беспроблемное использование. То есть вибростенд должен отработать весь рассчитанный ресурс и не выйти из строя раньше, чем необходимо будет провести плановое обслуживание или ремонт.

ВАЖНО!
Каждый вибростенд имеет сроки проведения планового технического обслуживания. Зачастую это может подразумевать под собой замену небольших узлов, наиболее подверженных износу. При использовании вибростенда в тяжелых условиях (например, испытания на грани максимальных возможностей вибростенда, длительные испытания на одной частоте синуса или длительные ударные испытания) данные сроки уменьшаются.


Но обо всем по порядку. Сначала необходимо определиться с основными характеристиками вибростенда.

Характеристики вибростенда

  • Ускорение, скорость и перемещение
  • Вынуждающая сила
  • Масса объекта
  • Частотный диапазон
  • Частота собственного резонанса

В первую очередь необходимо обратить внимание на то, что в большинстве случаев эффективный частотный диапазон и частота собственного резонанса указываются без расширительного стола.
Расширительный стол добавит также свои резонансы, которые с большой вероятностью будут находится «внутри» частотного диапазона вибростенда.
Также нужно обратить внимание на то, что максимальные значения ускорения, скорости и перемещения указаны не для максимальной массы объекта. Определить максимальную массу на необходимом уровне ускорения можно только учитывая значения вынуждающего воздействия.

ВАЖНО!
При подборе вибростенда необходимо закладывать запас по нагружению (ускорение, скорость, перемещение,
вынуждающая сила) в 20-25% от максимальных возможностей вибростенда. Работа вибростенда на пределе возможностей сильно сокращает срок его службы.


Резонансы. Способы борьбы

Вторая, но не менее острая проблема заключается в отработке или устранении резонансов, которые мешают проведению испытания, приводят к аварийным остановам и лишним перегрузкам на объекте испытания. Методы борьбы с резонансами можно глобально разделить на 2 типа: программные (алгоритмические) и физические. Сначала по возможности необходимо попытаться применить физические средства борьбы и уже потом переходить к алгоритмическим.

Физические методы

  • Изменение места установки управляющих датчиков
    Если имеет место резонанс расширительного стола, то следует изменить место крепления датчика (некоторые производители указывают наиболее стабильное место крепления в паспорте вибростенда).
    Лучшие места крепления: ближе к центру стола, место по паспорту.
  • Способ крепления датчика
    На высоких частотах испытания такие крепления как мастика, шпилька или магнит могут сами стать источником искажения сигнала, в таком случае лучшим решением будет крепление на алюминиевый скотч и моментный клей на основе цианоакрилата (скотч клеится на датчик и место крепления, на скотч на датчике наносится клей и затем датчик клеится на место крепления).
  • Проверка крепежей объекта и оснастки
    Не лишним будет проверить болтовые соединения на предмет недокрученных или перетянутых элементов. Также элементы должны быть затянуты с одинаковым усилием.

Алгоритмические методы

  • Ограничения по непревышению
    Если необходимо контролировать перегрузку на объекте или месте его крепления, то следует установить управляющий датчик на расширительный стол. Датчик в месте контроля назначить измерительным и настроить «Ограничения по непревышению» для этого датчика - опцию систем управления виброиспытаниями «Висом», которая позволяет отслеживать заданную перегрузку в контрольных точках. В случае приближения к заданным значениям, система переключает управление на контрольную точку во избежание перегрузки объекта.
  • На испытаниях синусом: установить режим управления «Синхронный детектор» (по сути представляет собой «следящий» фильтр, при котором учитывается в управлении только текущая гармоника сигнала). Можно изменить скорость прохода на участке резонанса или расширить область срабатывания аварийного останова, если это допустимо. Также можно уменьшить время выборки данных для управления, таким образом получается более «частое» управление, что позволяет системе быстрее реагировать на изменение характеристики.
  • На ШСВ: установить управление только по частотному диапазону профиля и увеличить количество спектральных линий управления.

Использование гибридного управления, базы датчиков и базы стендов

В случае необходимости проводить испытание в широком частотном диапазоне от низких до средних-высоких частот, например от 1 Гц до 1000 Гц, для обеспечения лучшего управления в низких частотах лучше использовать гибридное управление, которое реализовано в системах управления вибрацией “Висом”.
На низких частотах управляет датчик скорости или перемещения. СУВ ВС-301 и ВС-407 позволяют использовать лазерные датчики. На низких частотах значение ускорения может быть крайне мало, что может создать проблемы в управлении. Датчики скорости или перемещения обеспечивают более высокий уровень сигнала в низких частотах, а на средне-высоких частотах уже обычный акселерометр будет выдавать более качественный сигнал.
В системах управления виброиспытаниями “Висом” реализован метод «бесшовного» переключения между несколькими типами датчиков прямо во время испытания без пауз или потерь данных. Доступны два варианта работы гибридного управления: выбор максимального сигнала из доступных или переключение строго по заданной частоте. В первом случае, каждый период управления система выбирает датчик с максимальных значением напряжения на выходе и управляет по нему. Во втором случае, после достижения определенной пользователем частоты, происходит мгновенное переключение с управления по скорости или перемещению на управление по ускорению.
Таким образом Вы получаете высокую точность управления на всем диапазоне частот.

База датчиков и вибростендов

В программном обеспечении VisProbe SL реализованы базы датчиков и вибростендов, которые позволяют один раз занести в них имеющиеся датчики и вибростенды и затем просто выбирать их для конфигурации испытания. Для каждого датчика можно указать дату поверки или сделать заметку. Таким образом минимизируется вероятность ошибки при конфигурации испытания.

ВАЖНО!
Сочетание вышеперечисленных методов работы с вибрационным оборудованием, использование современных систем управления виброиспытаниями 4-го поколения «Висом», знание особенностей работы с оборудованием и ПО позволяет избежать большей части типовых проблем, связанных с проведением виброиспытаний, а также повысить качество самих испытаний.


Примеры использования продукции «Висом»

Ограничения по непревышению

На приведенном изображении виден алгоритм работы ограничений по непревышению. Канал №1 – управляющий, датчик закреплен на вибростоле. Для канала №2 (отображен синим цветом) указана максимально допустимая амплитуда 2,55 g (курсор №1 указывает уровень ограничения, курсоры №2 и №4 указывают начало и окончание работы ограничений по непревышению). Датчик установлен на объекте.

Рисунок 1 - Ограничения по непревышению (резонанс)


Как только система регистрирует достижение заданного уровня ограничения управление автоматически переходит на канал №2 и «сдерживает» резонанс, возникающий на объекте в процессе испытания. Как только система фиксирует, что резонанс закончен, управление переходит обратно на датчик, закрепленный на вибростоле. На рисунке ниже показан результат прохода без использования ограничений по непревышению (датчик №2 зафиксировал амплитуду 5,59 g).

Рисунок 2 - Резонанс без ограничений по непревышению


База датчиков и вибростендов

На приведенных ниже изображениях интерфейс базы датчиков. Как видно все датчики собраны в виде удобной таблицы с указанием всех необходимых параметров (тип, чувствительность, серийный номер, имя и т.д.). Для каждого датчика можно указать описание. Датчики также можно отфильтровать по производителю.

Рисунок 3 - База датчиков


Также в ПО VisProbe SL присутствует база вибростендов. Для каждого стенда заносятся основные данные из паспорта (ускорение, скорость, перемещение, частотный диапазон и т.д.). Затем при создании испытания просто указывается используемый вибростенд и система автоматически проверяет введенный профиль на возможность работы с выбранным вибростендом.
Использование данного функционала позволяет уменьшить вероятность ошибок при конфигурации испытаний.

Рисунок 4 - База вибростендов


Предстартовая проверка и права пользователей

Перед запуском испытания ПО предлагает еще раз проверить настройки испытания, максимальные значения, достигаемые во время испытания. Также удостовериться, что указанные датчики верно сконфигурированы и соотнесены ко входам системы управления ВС-301 или ВС-407, и выбран необходимый вибростенд.

Рисунок 5 - Предстартовая проверка


Также в системе можно создавать дополнительных пользователей и каждому из них назначить права доступа к испытаниям и работе с СУВ ВС-301 или ВС-407. Например, на изображении указан пользователь «Инженер», который может только запускать испытания и создавать отчеты по их завершению. Для каждого пользователя задается пароль для запуска ПО VisProbe SL. По умолчанию в ПО задан профиль администратора с полными правами, без пароля.

Рисунок 6 - Права пользователей



Вышеописанные методы в совокупности с использованием современных систем управления вибрационными испытаниями ВС-207, ВС-301 и ВС-407 обеспечивают наиболее корректное и беспроблемное проведение испытаний.

Системы управления вибрационными испытаниями компании «Висом» ВС-207, ВС-301 и ВС-407:
- Обеспечивают защиту вибростенда с помощью механизмов проверки профилей испытания
- Обладают программными модулями для обеспечения отработки и борьбы с резонансами
- Обладают высокой точностью измерений, простым и функциональным программным обеспечением