CC BY
21
ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
УДК 62-97/-98
Герасимов О.Н., Лысенко А.В., Юрков Н.К,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ДЕМПФЕРИРОВАНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ ПАССИВНОЙ АМОРТИЗАЦИИ
БОРТОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка методов и средств создания высоконадежных компонентов и систем бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» (Соглашение № 1519-10037 от 20 мая 2015 г.) при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Вибрации являются неотъемлемой частью эксплуатации бортовых радиоэлектронных средств (РЭС). По статистическим данным, до 30% всех отказов РЭС происходит по причине воздействия ударов и вибрации. Защита РЭС от механического воздействия может осуществляться путем повышения надежности и жесткости конструкций или применением систем виброизоляции блоков и устройств РЭС.
В практике инженерных расчетов систем амортизации бортовых РЭС, рассматриваются эквивалентные колебательные системы с одной степенью свободы и сосредоточенной в центре тяжести массой, связанной с опорой или вибрирующей платформой (носителем), элементом с общей жесткостью Кз и коэффициентом демпфирования Кдм [1]. Для их описания требуется составить множество уравнений состояния, анализ и решение которых затруднительны.
Поэтому, задача разработки программного обеспечения, способного решать такие задачи, является актуальной.
Поскольку существующее программное обеспечение не обеспечивает необходимую функциональность при проведении расчетов систем амортизации бортовых РЭС [2], необходимо разработать программу, которая позволит инженеру:
проводить расчет наиболее распространенных
проводить не только статический, но и динамический расчет схем амортизации;
подключать базу данных на существующие типы амортизаторы;
дополнительно проводить расчет компенсирующих прокладок амортизаторов.
Разработанная структурная схема программы расчета статических и динамических параметров систем пассивной амортизации бортовых РЭС показана на рисунке 1. Структурный состав схемы позволяет пользователю выполнить расчет схем амортизации как с одной, так и с двумя плоскостями симметрии на четырех амортизаторах, а так же компенсирующих прокладок устанавливаемых под амортизаторы.
Основным достоинством схемы является возможность подключения базы данных на существующие типы амортизаторов, что существенно облегчает работу инженера по их поиску и подбору. Полученный результат можно вывести не только на монитор, но и распечатан на принтере (рис. 2).
Программа содержит перечень всех используемых модулей и несколько исполняемых операторов, обеспечивающих создание нужных окон и связь программы с Windows. Работоспособность программы обеспечивается кодом, содержащимся в раздельных модулях.
Рисунок 1 - Структурная схема программы расчета статических и динамических параметров систем
пассивной амортизации бортовых РЭС
Постоянное усложнение технических систем вызывает необходимость проведения их анализа с целью совершенствования функционирования и повышения эффективности [3]. В США это обстоятельство было осознано еще в конце 70-ых годов, когда ВВС США предложили и реализовали Программу интегрированной компьютеризации производства ICAM (ICAM - Integrated Computer Aided
Manufacturing), направленную на увеличение эффективности промышленных предприятий посредством широкого внедрения компьютерных (информационных) технологий.
Реализация программы ICAM потребовала создания адекватных методов анализа и проектирования производственных систем и способов обмена информацией между специалистами, занимающимися такими проблемами [4-6]. Для удовлетворения этой потребности в рамках программы ICAM была разработана методология IDEF (ICAM Definition), позволяющая исследовать структуру, параметры и характеристики производственно-технических и организационно-экономических систем.
Общая методология IDEF состоит из трех частных методологий моделирования, основанных на графическом представлении систем:
1БЕЕ0 используется для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, связывающие эти функции.
1БЕП применяется для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы;
!ШЕЕ2 позволяет построить динамическую модель меняющихся во времени поведения функций, информации и ресурсов системы.
Рисунок 2
Интерфейс формы ввода данных (а) и формы вывода результатов динамического расчета системы амортизации бортовой РЭС (б)
К настоящему времени наибольшее распространение и применение имеют методологии И^ЕГО и 1БЕП (1БЕПХ), получившие в США статус федеральных стандартов.
Предложенная методика оценки качества демп-ферирования проектируемой системы пассивной амортизации бортовых электронных средств с применением разработанной программы представлена в виде диаграммы И^ЕГО на рисунке 1.
Последовательность выполняемых действий состоит из подключения базы данных (содержит информацию о параметрах современных амортизаторов), выбора конкретной схемы амортизации (либо с одной плоскостью симметрии, либо с двумя), проведении статического расчета (статический прогиб амортизаторов и толщина компенсирующей прокладки), проведении динамического расчета (определяются моменты инерции и жесткости амортизаторов, коэффициенты динамичности и др.) и анализа полученных парметров системы
амортизации.
Далее рассмотрим более подробно каждый из них.
На этапе подключения базы данных пользователю следует подключить ту базу данных, которая содержит информацию о параметрах амортизаторов имеющихся в наличии на предприятии или
предполагаемых к использованию и закупке. Входными данными процесса служат исходные данные для расчета, такие как масса амортизируемого блока, его габаритные размеры, места расположения амортизаторов и др. Выходными данными процесса являются параметры имеющихся в базе данных амортизаторов.
На этапе выбора схемы амортизации пользователю следует выбрать схему с одной плоскостью симметрии, либо с двумя, в зависимости от конкретной ситуации. Входными данными процесса служат параметры выбранных амортизаторов [7, 8]. Параметры заносятся в систему автоматически из базы данных, после того, как пользователь выберет конкретные типы амортизаторов. Выходными данными процесса является данные необходимые для дальнейшего проведения расчетов.
На этапе проведения статического расчета программа автоматически выполняет расчет таких параметров системы амортизации, как статический прогиб амортизаторов и толщину компенсирующей прокладки для компенсации их перекоса. Входными данными процесса служат схема амортизации и параметры выбранных амортизаторов. Выходными данными процесса являются статические параметры системы амортизации.
Программа расчета
СА бортовой радиоаппаратуры
Рисунок 1 - Методика оценки качества демпферирования проектируемой системы пассивной амортизации
бортовых электронных средств
На этапе проведения динамического расчета программа автоматически выполняет расчет таких параметров системы амортизации, как моменты инерции и жесткости амортизаторов, коэффициенты динамичности и др. Входными данными процесса служат схема системы амортизации, параметры выбранных амортизаторов и данные, полученные при статическом расчете. Выходными данными процесса являются динамические параметры системы амортизации.
На этапе анализа полученных парметров системы амортизации делается вывод о том, подходит предлагаемая система амортизации или нет.
Таким образом, была разработана структурная схема, алгоритм и программа для подбора типа амортизатора, расчета толщины компенсирующей прокладки, моментов инерции, собственных частот колебаний системы амортизации, коэффициентов динамичности и эффективности. Так же предложена методика работы с программой расчета систем амортизации бортовой радиоаппаратуры на основе методологии И^ЕГО позволяющая проводить расчет статических и динамических параметров системы амортизации. Предложенная программа и методика нашли применение в учебном процессе кафедры «КиПРА» ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет».
ЛИТЕРАТУРА
1. Затылкин, А. В. Исследование влияния деформационной составляющей внешнего вибрационного воздействия на надёжность радиоэлектронных средств / А. В. Затылкин, Д. А. Голушко, Д. А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 42-43.
2. Затылкин, А. В. Управление исследованиями моделей радиотехнических устройств на этапе проектирования / А. В. Затылкин, А. Г. Леонов, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2012. № 1. С. 138-142.
3. Информационная технология многофакторного обеспечения надежности сложных электронных систем / Юрков Н.К., Затылкин А.В., Полесский С.Н., Иванов И.А., Лысенко А.В. // Надежность и качество сложных систем . 2013. № 4. С. 75-79.
4. Способ определения спектральных колебательных характеристик конструктивных элементов РЭС и установка для его реализации: Патент на изобретение / Голушко Д.А., Затылкин А.В., Лысенко Н.К., Таньков Г.В., Юрков Н.К. // Патент на изобретение № 2536325, заявка №2012130735 от 05.02.2013.
5. Затылкин, А.В. Система управления проектными исследованиями радиотехнических устройств / А. В. Затылкин / автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Российской академии наук. Москва, 2012
6. Лысенко, А.В. Конструкция и методика расчета гибридного виброамортизатора с электромагнитной компенсацией / Лысенко А.В., Затылкин А.В., Ястребова Н.А. // Вестник Пензенского государственного университета. 2013. № 4. С. 73-78.
7. Артемов И.И. Прогнозирование надёжности и длительности приработки технологического оборудования по функции параметра потока отказов / И.И. Артемов, А.С. Симонов, Н.Е. Денисова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 3-7.
8. Лысенко, А.В. Конструкция активного виброамортизатора с электромагнитной компенсацией / Лысенко А.В., Ольхов Д.В., Затылкин А.В. // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 454-456.
УДК 62-97/-98 Калашников В.С,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РАДИАЛЬНОГО ПРУЖИННОГО ПОДВЕСА ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИНДУКЦИОННОГО ТИПА
Избежать механических колебаний на практике почти нельзя, так как они обусловлены динамическими явлениями, сопровождающими присутствие допусков, зазоров и поверхностных контактов отдельных деталей машин и механизмов и сил, возникающих при вращении и возвратно-поступательном движении неуравновешенных элементов и деталей. Даже механические колебания с малой амплитудой часто вызывают резонансные колебания других элементов конструкций, усиливаются и становятся важным источником вибрации и шума [1,2].
Большинство встречающихся на практике машин генерирует механические колебания с плоским и почти линейным частотным спектром скорости [3]. Следовательно, можно вывести практическое правило: всегда предпочтительно применять тот параметр механических колебаний, частотный спектр которого имеет вид плоской кривой. Это автоматически обеспечивает оптимальную эксплуатацию виброизмерительной аппаратуры, в частности с точки зрения ее рабочего динамического диапазона, т. е. диапазона с пределами, равными наибольшему и наименьшему значениям, надежно и точно измеряемым данной аппаратурой. В соответствии с этим правилом предпочтение при частотном анализе обычно отдается ускорению или скорости механических колебаний.
Так как измерение ускорения сопровождается подчеркиванием высокочастотных составляющих исследуемого процесса, ускорению механических колебаний отдается предпочтение при измерении и анализе в диапазоне, перекрывающем область высоких частот [4].
Механизмов преобразования механических вибраций в электрический сигнал несколько:
Пьезоэлектрический;
Оптический;
Вихретоковый;
Индукционный.
Механизм преобразования в значительной мере определяет как характеристики прибора, так и его стоимость.
Наиболее дешевыми из них можно считать индукционный. Рассмотрим конструкторское решение такого устройства (Рис. 1), на котором 1 -стержень; 2 - магнит постоянный; 3 - магнитопровод; 4 - обмотка измерительная; 5 - каркас бумажный; 6 - радиальный пружинный подвес; 7 - пружина; 8 - втулка; 9 - стойка; 10 - кожух; 11 - крышка; 12 - гайка; 13 - винт.
При разработке этого типа датчиков, сложной задачей является выбор радиального пружинного подвеса обозначенного на рисунке 1 как "6", обеспечивающего заданную чувствительность измерений и малую величину вносимых возмущений.
Для расчёта радиального пружинного подвеса показанного на рисунке 2 необходимо определить размеры отверстий подвеса, зная массу объекта исследований.
Известна формула для определения силы давления Р, воздействующей в точку пластины площадью
Р = Р * ^ . (1)
где р определяется по формуле:
64 • Б-Ж
Р =-
2
где П - цилиндрическая жесткость, № - максимальная величина прогиба, а - радиус подвеса.
