Приложение 1 (справочное). Определение динамических нагрузок

Приложение 1
Справочное

Определение динамических нагрузок

Метод упругих опор

1. Для определения динамических нагрузок машину устанавливают на упругие опоры. Для упрощения испытаний упругие опоры должны допускать перемещение по одной координате.

2. Жесткость опор выбирают с таким расчетом, чтобы отношение частоты вращения главного вала к собственной частоте колебаний машины на упругих опорах было не менее трех. Жесткость опор определяют в условиях динамического нагружения. Схема установки для определения динамических нагрузок представлена на черт. 1, для определения возмущающего момента - на черт. 2.

3. При поступательном движении машины возмущающая гармоническая сила , возникающая в машине, равна

, (1)

где А - амплитуда вынужденных колебаний установки;

K - суммарная жесткость упругих опор;

- коэффициент виброизоляции, равный ( - отношение угловой частоты возмущающей силы к угловой частоте собственных колебаний установки, равное ).

4. Возникающий в машине возмущающий гармонический момент относительно оси координат, проходящий через центр тяжести, движущихся частей, равен

, (2)

где - амплитуда угла поворота машины на упругих опорах относительно центральной оси;

- суммарная угловая жесткость упругих опор;

- коэффициент виброизоляции, равный ;

- отношение угловой частоты вынужденных вращательных колебаний (угловой частоты возмущающего момента) к угловой частоте собственных вращательных колебаний установки, равное .

Полигармонические динамические нагрузки определяют по формулам (1) и (2) для каждой частоты возмущающей нагрузки.

Для виброизолированных машин динамические нагрузки, определенные по формулам (1) и (2), необходимо разделить на коэффициенты виброизоляции.

Метод жестких силоизмерителей

1. Машину устанавливают на силоизмерители как на опоры. Силоизмерители должны быть расположены на достаточно жестком основании. Число и расположение силоизмерителей должны обеспечивать одинаковую передачу динамических нагрузок на каждый силоизмеритель.

2. Силоизмерители содержат элементы с наклеенными на них тензорезисторами, которые позволяют измерять динамические силы в одном из трех взаимно перпендикулярных направлений. Силоизмерители могут быть многокомпонентными, если необходимо получить одновременно отдельные составляющие действующих сил.

3. Тензорезисторы, наклеенные на элементы, соединены по мостовой схеме. При деформации силоизмерительного элемента возникает пропорциональный ей разбаланс моста, который усиливается в тензоусилителе и поступает на анализатор, в котором разлагается на гармонические составляющие, а затем подается на регистрирующий прибор; в случае гармонических динамических нагрузок сигнал с тензоусилителя подается на регистрирующий прибор минуя анализатор. По вибропрограмме, записанной регистрирующим прибором, определяют амплитуды, частоты и начальные фазы динамических сил.

4. Силоизмерители тарируют статической нагрузкой.

5. При применении силоизмерителя, составленного из равновеликих упругих стержней, образующих правильную пирамиду (черт. 3), жесткость силоизмерителя подбирают с таким расчетом, чтобы жесткость каждого бокового стержня была не менее

, (3)

где - заданная жесткость пирамиды;

- грузоподъемность силоизмерителя (статическая нагрузка, приходящаяся на один силоизмеритель);

- статическая осадка пирамиды при полной нагрузке;

- собственная угловая частота;

g - ускорение силы тяжести.

Метод тарирования несущих конструкций вибратором

1. Динамические нагрузки определяют по результатам измерения амплитуд колебаний строительных конструкций в характерных точках при работе машин с использованием коэффициентов влияния, вычисленных для этих характерных точек по результатам измерения амплитуд колебаний при работе специального тарировочного вибратора.

2. Вибратор, применяемый для тарирования строительных конструкций при определении коэффициентов влияния, содержит привод, например, электродвигатель постоянного тока, на вал которого насажен дебаланс с дисками (черт. 4), позволяющими изменять значение генерируемой динамической силы при постоянной частоте вращения, равной частоте вращения испытываемой машины.

Амплитуду динамической силы, создаваемой вибратором, определяют по формуле

, (4)

где - масса дебаланса;

- расстояние от оси вращения до центра тяжести дебаланса;

- масса i-го диска, навернутого на дебаланс;

- расстояние от оси вращения до центра тяжести массы i-го диска;

S - число дисков;

N - частота вращения вибратора, об/мин.

Амплитуда динамического момента, создаваемого вибратором и действующего на строительную конструкцию, равна

; , (5)

где , - расстояния от оси вращения вибратора до плоскости строительной конструкции, относительно которой происходят колебания (черт. 5).

Наилучшие места расположения вибратора - на машине и под ней. Если невозможно установить вибратор в указанных местах, его размещают рядом с машиной. В этом случае станину вибратора снабжают рамой с возможностью изменения расстояния от оси вращения вибратора до плоскости основания рамы. Во всех случаях вибратор устанавливают с таким расчетом, чтобы ось вращения его была параллельна оси вращения машины. Вибратор в месте установки крепят жестко, например, с помощью болтов.

3. Основными зависимостями для определения коэффициентов влияния являются

; , (6)

где , - коэффициенты влияния;

F - амплитуда динамической силы, создаваемой вибратором;

, - амплитуды динамического момента при и соответственно;

- амплитуда колебаний в характерной точке n при работе вибратора, генерирующего динамические нагрузки F и ;

- амплитуда колебаний в той же характерной точке при работе вибратора, генерирующего динамические нагрузки F и .

Коэффициенты влияния равны

; . (7)

Величины F, и , определяемые по формулам (4) и (5) в зависимости от масс дебаланса и дисков, а также от величин и , принимают такими, чтобы амплитуды колебаний и в характерной точке n можно было бы измерить с достаточной точностью. Для этого и , а, следовательно, и и должны существенно отличаться друг от друга, так чтобы коэффициенты влияния были не слишком большие. Коэффициенты влияния для одного измерения динамических нагрузок от машины определяют в двух различных характерных точках. На строительной конструкции они должны быть зафиксированы номерами, например 1 и 2.

4. Основными зависимостями, служащими для определения динамических нагрузок от машины, амплитуды динамической силы R и амплитуды динамического момента М, являются

; . (8)

где , , , , - две пары коэффициентов влияния, определенные по формулам (7);

R, М - амплитуды динамической силы и динамического момента машины;

, - амплитуды колебаний строительной конструкции, измеренные при работе машины в тех точках, для которых определены коэффициенты влияния.

Динамические нагрузки R и М от машины равны

; . (9)

5. Погрешность измерений динамических нагрузок, кроме погрешности приборов и погрешности обработки виброграмм, определяют исходя из того, насколько значительна роль несовпадения опор машины и вибратора на строительной конструкции. С целью уменьшения и оценки этой погрешности измерения выполняют несколько раз при различных положениях вибратора. При этом датчики для измерения колебаний строительных конструкций устанавливают на одинаковом удалении от машины и вибратора, максимально возможном с точки зрения их чувствительности.