Патент на изобретение №2389995

(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ПРИБОРОВ И АППАРАТУРЫ НА ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области испытаний аппаратуры на ударные воздействия и может быть использовано при отработке приборов и аппаратуры различного назначения, транспортируемых в амортизированных контейнерах. Способ заключается в вибрационном и ударном нагружении аппаратуры на заранее заданных нормативных режимах, получении спектральной плотности мощности виброускорений и ударных спектров ускорений в точках контроля и последующей их корректировке. При испытаниях приборов и аппаратуры, транспортируемых в контейнерах с амортизированной платформой для установки приборов и аппаратуры, предварительно проводят определение амплитудно-частотных характеристик и демпфирующих свойств амортизированной платформы с установленными на ней габаритно-весовыми макетами транспортируемой аппаратуры. Регистрацию ускорений, спектральной плотности мощности виброускорений, амплитудных и ударных спектров ускорений проводят на основании контейнера и на амортизированной платформе. При этом по методу огибающих определяют максимальные и минимальные значения ускорений, спектральной плотности мощности виброускорений, амплитудных и ударных спектров ускорений в частотном и временном диапазонах нагружения. Далее получают коэффициенты отношений по вибрационным воздействиям и ударным спектрам ускорений, после чего время воздействия вибрации и количество ударов на приборы и аппаратуру уменьшают пропорционально полученным ранее коэффициентам отношений по вибрационным воздействиям и по ударным спектрам ускорений по формулам, после чего формируют новые режимы испытаний и проводят испытания приборов и аппаратуры на транспортирование. Технический результат заключается в сокращении времени испытаний аппаратуры. 5 ил.

Данное изобретение относится к области испытаний приборов и аппаратуры на механические воздействия и может быть использовано при отработке приборов и аппаратуры различного назначения, транспортируемых в амортизированных контейнерах.

Одним из видов механических воздействий на аппаратуру являются нагрузки, действующие на нее при автономном транспортировании от завода изготовителя до потребтеля. Режимы нагружения на транспортирование задаются обычно в нормативной документации на транспортное средство или используются некие обобщенные режимы (Карпушин В.Б.. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. – М.: Советское радио, 1971 г., стр.21-22).

Основными воздействиями, на которые проводится отработка, являются вибрационные и ударные нагрузки. Способы проведения вибрационных испытаний достаточно подробно излагаются в различной литературе. Например, вибрационные испытания проводятся по методу качающейся частоты, когда частоту вибрации плавно изменяют в заданном диапазоне частот от нижней границы частоты к верхней и обратно при постоянстве заданных параметров вибрации в течение определенного времени, или испытания по методу широкополосной случайной вибрации, когда одновременно возбуждают все резонансные частоты объекта. За критерий подобия реальному процессу принята спектральная плотность мощности виброускорений. Ударные испытания предусматривают воспроизведение простых, одиночных или многократных импульсов или же испытания по методу ударных спектров ускорений, когда не важен вид воздействия, а важна реакция на это воздействие (Испытательная техника. Справочник в 2-х т. / Под ред. Клюева В.В., т.2. М.: Машиностроение, 1982, стр.8, 287-289, 334-337).

Известны также различные способы испытаний: а.с 1773164, патенты РФ 217194 и 2293958.

Наиболее близким является «Способ испытаний грузов на случай авиационного транспортирования» по заявке 2006140570, опубликовано 27.05.08 (прототип). Способ испытаний грузов на авиационное транспортирование, заключающийся в их вибрационном и ударном нагружении на заранее заданных нормативных режимах, получении спектральной плотности мощности виброускорений и ударных спектров ускорений в точках контроля и последующей их корректировке.

Существующие методики проведения испытаний обладают рядом недостатков. Испытания на вибрационные и ударные нагрузки на случай транспортирования, как правило, не учитывают особенностей транспортировочных контейнеров, используемых для перевозки аппаратуры.

Ввиду этого для отработки используются режимы испытаний, сформированные для конкретного транспортного средства. Использование амортизированных контейнеров для перевозки приборов и аппаратуры имеет в первую очередь цель исключить несанкционированные воздействия на транспортируемый груз (падение и соударения при такелажных работах и т.д.). Т.е. при отработке не учитывается снижение и нормированных воздействий, что необоснованно ужесточает режимы испытаний.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, что позволит уменьшить время испытаний аппаратуры.

Решение этой задачи достигается тем, что при испытаниях приборов и аппаратуры, транспортируемых в контейнерах с амортизированной платформой для установки приборов и аппаратуры, предварительно проводят определение амплитудно-частотных характеристик и демпфирующих свойств амортизированной платформы с установленными на ней габаритно-весовыми макетами транспортируемых приборов и аппаратуры, причем регистрацию ускорений, спектральной плотности мощности виброускорений, амплитудных и ударных спектров ускорений проводят на основании контейнера и на амортизированной платформе, при этом по методу огибающих определяют максимальные и минимальные значения ускорений, спектральной плотности мощности виброускорений, амплитудных и ударных спектров ускорений в частотном и временном диапазонах нагружения, далее получают коэффициенты передачи по вибрационным воздействиям и коэффициенты отношений по ударным спектрам ускорений, после чего время воздействия вибрации и количество ударов на приборы и аппаратуру уменьшают пропорционально полученным ранее коэффициентам передачи по вибрационным воздействиям и коэффициентам отношений по ударным спектрам ускорений по формулам:

где

N₁ – количество ударов для форсированных режимов испытаний;

N₀₁ – количество ударов для нормативных режимов испытаний;

k – минимальный коэффициент отношения ударных спектров ускорений во всем частотном диапазоне от основания контейнера к амортизированной платформе;

– коэффициент форсирования для ударных спектров ускорений;

SRS₀(,g) – нормированные ударные спектры ускорений;

SRS₁(,g) – ударные спектры ускорений, зарегистрированные на амортизированной платформе;

– круговая частота;

g – ускорение;

где

Т₂ – длительность форсированных режимов испытаний для спектральной плотности мощности виброускорений;

Т₀₂ – длительность нормативных режимов испытаний для спектральной плотности мощности виброускорений;

– минимальный коэффициент отношения по спектральной плотности мощности виброускорений во всем частотном диапазоне от основания контейнера к амортизированной платформе;

– коэффициент форсирования для спектральной плотности мощности виброускорений;

SP₀(,g) – нормированные значения спектральной плотности мощности виброускорений;

SP₁(,g) – значения спектральной плотности мощности виброускорений, зарегистрированные на амортизированной платформе;

где

Т₃ – длительность форсированных режимов испытаний для амплитудных спектров;

Т₀₃ – длительность нормативных режимов испытаний для амплитудных спектров;

– минимальный коэффициент отношения по амплитудным спектрам во всем частотном диапазоне от основания контейнера к амортизированной платформе;

– коэффициент форсирования для амплитудных спектров;

A₀(,g) – нормированные значения спектральной плотности мощности виброускорений;

A₁(,g) – значения спектральной плотности мощности виброускорений, зарегистрированные на амортизированной платформе,

после чего формируют новые режимы испытаний и проводят испытания приборов и аппаратуры на транспортирование.

Суть заявляемого изобретения поясняется следующим образом.

При отработке приборов и оборудования на транспортирование используют нормированные режимы нагружения, представленные в форме амплитудных спектров, спектральной плотности мощности виброускорений, ударных спектров ускорений или набора одиночных импульсов определенной длительности. Помимо амплитудных значений нагружающих факторов задается время действия вибрации и количество ударов. Эти режимы нагружения (их амплитудные значения) различны для различных транспортных средств, а длительность воздействия определяется дальностью транспортирования. Формируют режимы нагружения для грузов, находящихся на грузовом полу самолета, в кузове автомобиля или на железнодорожной платформе.

Такие требования и задают в виде внешних воздействий при испытаниях приборов и аппаратуры на транспортирование. Но для перевозки дорогостоящей аппаратуры используют специальные амортизированные контейнеры, назначение которых сохранить аппаратуру, в первую очередь, при непредусмотренных воздействиях (например, удары и падения при такелажных работах).

Аппаратура и приборы, которые будут перевозить в амортизированных контейнерах, известны заранее, и поэтому при проведении их отработки можно существенно сократить время испытаний.

При предлагаемом подходе во время отработки амплитудные значения нагрузок не уменьшают, а проводят форсирование режимов нагружения аппаратуры по времени, т.к. нахождение аппаратуры в амортизированных контейнерах приводит к снижению амплитуды воздействия (это позволяет проводить испытания на максимально возможные напряжения), т.к. форсирование режимов испытаний выполняют до уровней воздействий, которые испытывала бы аппаратура при ее транспортировании в обычной упаковке (без амортизации). Далее рассмотрим предложенную технологию на примере формирования режимов испытаний на случай транспортирования блоков аппаратуры в амортизированном контейнере.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2 показан транспортировочный контейнер 1 (крышка контейнера не показана) с амортизаторами 2, и амортизированной платформы, состоящей из рамы 3, платы для установки аппаратуры 4, стержней 5, соединяющих плату 4 с рамой 5. На основании контейнера 1, раме 3, платы для установки аппаратуры 4 расположены акселерометры (датчики ускорений) 6.

На фиг.3 показаны коэффициенты отношение огибающих минимальных значений спектральной плотности мощности виброускорений по плоскости стыка контейнера к огибающей максимальных значений спектральной плотности мощности на плате 4 (направление X).

На фиг.4 показаны минимальные значения коэффициента передачи по амплитудным спектрам во всем частотном диапазоне от основания контейнера к амортизированной платформе (отношение огибающих минимальных значений амплитудных спектров по плоскости стыка контейнера к огибающим максимальных значений амплитудных спектров на плате 4) (направление X).

На фиг.5 показаны коэффициенты отношения огибающих минимальных значений ударных спектров ускорений по плоскости стыка контейнера к огибающей максимальных значений ударных спектров ускорений на плате 4 (направление X) – график «а», а также снижение ударного воздействия амортизаторами 2 – график «в».

Для реализации изложенного выше подхода сначала необходимо получить амплитудно-частотные характеристики и демпфирующие свойства амортизированной платформы с установленными на ней габаритно-весовыми макетами транспортируемых приборов и аппаратуры (при различной загрузке амортизаторов 2 различны и их демпфирующие свойства). Датчики ускорений 6 устанавливают на основании контейнера 1 и в местах расположения транспортируемой аппаратуры на плате 4.

В процессе нагружения ударными и вибрационными воздействиями контейнера производят регистрацию ускорений в местах установки акселлерометров и получают амплитудные спектры (при воздействии гармонической вибрации), спектральную плотность мощности виброускорений (при воздействии широкополосной случайной вибрации), ударных спектров ускорений (при ударном воздействии).

Получение различных коэффициентов отношений дает возможность оценить, как изменяется вибрационное и ударное воздействие при прохождении по контейнеру.

Особенностью предлагаемого решения является то, что коэффициенты отношений анализируемых параметров получают по следующему алгоритму.

Сначала в плоскоскости основания контейнера по данным по всем точкам регистрации по методу огибающих получают минимальные значения анализируемого параметра во всем частотном диапазоне (это дает минимальное воздействие, которое могло передаваться в контейнер). Затем на плате в месте установки аппаратуры получают огибающие максимальных значений анализируемого параметра во всем частотном диапазоне (это дает максимальное воздействие, которое могло передаваться на аппаратуру). Коэффициент отношений этих двух параметров (частотная функция) показывает минимально возможное снижение воздействий во всем частотном диапазоне.

Рассмотрим, например, формулу (**). Коэффициент отношения огибающих минимальных значений спектральной плотности мощности виброускорений по плоскости стыка контейнера к огибающей максимальных значений спектральной плотности мощности виброускорений (СПМ) на плате показывает минимально возможное снижение СПМ во всем частотном диапазоне. Пример такого коэффициента показан на фиг.3. Т.е. на аппаратуру при транспортировании будет действовать СПМ в “” раз меньше нормированных значений. В то же время для проведения форсирования по времени из всех значений “” выбирают его наименьшее значение (на фиг.3 оно соответствует линии “а” и приблизительно равно 5). Так как минимальный рекомендуемый для СПМ коэффициент форсирования равен 2, то время испытаний на воздействие случайной вибрации может быть уменьшено в 25 раз.

Аналогично формируют режимы по гармонической вибрации и ударным спектрам.

Следует отметить, что по своей физической сути используемые коэффициенты отношений близки к более широко распространенному понятию коэффициентов передачи, но не идентичны им (так как используются при их вычислении максимальные и минимальные значения СПМ, амплитудных и ударных спектров).

Необходимость проводить регистрацию в частотном и временном диапазонах определяется методикой проведения испытаний и формой задания внешних воздействий (СПМ, например, задается в виде амплитудно-частотной характеристики, а ударные воздействия в виде импульса ускорений во времени).

Пример практического исполнения

Для защиты при транспортировании приборов одной из систем космического аппарата используется стандартный контейнер (масса транспортируемой аппаратуры до 350 кг). Контейнер показан на фиг.1, 2. Описание контейнера дано ранее. Для оценки нагружения транспортируемой аппаратуры на плату 4 были установлены грузовые макеты общей массой ~270 кг и 39 акселерометров АВС 132 (по акселерометру в каждом из 3 взаимно перпендикулярных направлениях, в каждой точке контроля), и проведено нагружение на нормированных режимах. Коэффициенты отношений показаны по СПМ (диапазон частот до 400 Гц) – фиг.3, по амплитудным спектрам (диапазон частот до 100 Гц) – фиг.4, и ударным спектрам ускорений (диапазон частот до 2кГц) – фиг.5, график – “а” (для справки на графике “b” показаны коэффициенты отношений для амортизаторов). Как видно из графиков, представленных на фиг.3-5, минимальный коэффициент отношений по СПМ составляет 5, по ударным спектрам ускорений -11, а по амплитудным спектрам форсирование проводить не рекомендуется, т.к. в диапазонах частот до 20 Гц и 55-60 Гц существуют резонансы контейнера и коэффициенты отношений становятся меньше 1.

Т.е. при испытаниях на случайную вибрацию время воздействия СПМ можно сократить в 25 раз (минимальный рекомендуемый коэффициент форсирования равен 2). При испытаниях на ударное воздействие количество ударов может быть сокращено до 1000 раз (рекомендуемый коэффициент форсирования может быть принят 3), что особенно важно при отработке транспортировки по методу одиночных импульсов, когда рекомендуемое количество ударов составляет ~110000). Данные рекомендации были выданы разработчику аппаратуры.

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Формула изобретения

Способ испытаний приборов и аппаратуры на транспортирование, заключающийся в их вибрационном и ударном нагружении на заранее заданных нормативных режимах, получении спектральной плотности мощности виброускорений и ударных спектров ускорений в точках контроля и последующей их корректировке, отличающийся тем, что при испытаниях приборов и аппаратуры, транспортируемых в контейнерах с амортизированной платформой для установки приборов и аппаратуры, предварительно проводят определение амплитудно-частотных характеристик и демпфирующих свойств амортизированной платформы с установленными на ней габаритно-весовыми макетами транспортируемых приборов и аппаратуры, причем регистрацию ускорений, спектральной плотности мощности виброускорений, амплитудных и ударных спектров ускорений проводят на основании контейнера и на амортизированной платформе, при этом по методу огибающих определяют максимальные и минимальные значения ускорений, спектральной плотности мощности виброускорений, амплитудных и ударных спектров ускорений в частотном и временном диапазонах нагружения, далее получают коэффициенты отношений по вибрационным воздействиям и ударным спектрам ускорений, после чего время воздействия вибрации и количество ударов на приборы и аппаратуру уменьшают пропорционально полученным ранее коэффициентам отношений по вибрационным воздействиям и по ударным спектрам ускорений по формулам:


где N₁ – количество ударов для форсированных режимов испытаний;
N₀₁ – количество ударов для нормативных режимов испытаний;
k – минимальный коэффициент отношения ударных спектров ускорений во всем частотном диапазоне от основания контейнера к амортизированной платформе;
– коэффициент форсирования для ударных спектров ускорений;
SRS₀(,g) – нормированные ударные спектры ускорений;
SRS₁(,g) – ударные спектры ускорений, зарегистрированные на амортизированной платформе;
– круговая частота;
g – ускорение;


где Т₂ – длительность форсированных режимов испытаний для спектральной плотности мощности виброускорений;
Т₀₂ – длительность нормативных режимов испытаний для спектральной плотности мощности виброускорений;
– минимальный коэффициент отношений по спектральной плотности мощности виброускорений во всем частотном диапазоне от основания контейнера к амортизированной платформе;
– коэффициент форсирования для спектральной плотности мощности виброускорений;
SP₀(,g) – нормированные значения спектральной плотности мощности виброускорений;
SP₁(,g) – значения спектральной плотности мощности виброускорений, зарегистрированные на амортизированной платформе;


где Т₃ – длительность форсированных режимов испытаний для амплитудных спектров;
Т₀₃ – длительность нормативных режимов испытаний для амплитудных спектров;
– минимальный коэффициент отношений по амплитудным спектрам во всем частотном диапазоне от основания контейнера к амортизированной платформе;
– коэффициент форсирования для амплитудных спектров;
A₀(,g) – нормированные значения спектральной плотности мощности виброускорений;
A₁(,g) – значения спектральной плотности мощности виброускорений, зарегистрированные на амортизированной платформе,
после чего формируют новые режимы испытаний и проводят испытания приборов и аппаратуры на транспортирование.

РИСУНКИ