CC BY
1
Factors influencing the structure and phase composition of pseudo-a-titanium alloys during thermal cycling are considered. The processes of recrystallization and recrystallization of pseudo-a-titanium alloys during thermal cycling, as well as changes in the dislocation structure during treatment, have been studied. The structural-phase mechanisms of changes in the dislocation structure during thermal cycling are considered.
Key words: thermal cycling treatment, pseudo-a-titanium alloys, phase composition, hardening, dislocation structure.
Vornacheva Irina Valerievna, candidate of technical sciences, docent, vornairina2008@yandex. ru, Russia, Kursk, South-West State University,
Bukreev Zakhar Valerievich, student, TeD.zahar.bukreev@yandex. ru, Russia, Kursk, South-West State University,
Voinash Sergey Aleksandrovich, junior researcher at the research laboratory, [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Sokolova Viktoriia Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, leading researcher at the research laboratory, sokolova_vika@inbox. ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Zagidullin Ramil Ravilevich, candidate of technical sciences, docent, leading researcher at the research laboratory, [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal University
УДК 53.089.6
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-463-464
ВИБРАЦИОННЫЙ СТЕНД
Н.С. Карцев, И.М. Яропольский, В.А. Смирнов
В статье рассмотрено устройство простого вибростенда для испытания малогабаритных приборов. Приведены кинематическая и принципиальная электрическая схемы прибора. Стенд был представлен на выставке «Изобретатель и рационализатор - 2023», статья опубликована в рамках Договора № ДС/102 от 27 сентября 2023 г, на выполнение работы «Организация и проведение выставки «Изобретатель и рационализатор - 2023».
Ключевые слова: испытательный стенд, вибрация, вибростенд, управление двигателем, электрическая
схема.
Испытания на вибрацию являются необходимой составляющей разработки и тестирования многих промышленных приборов и датчиков. Необходимость испытаний на вибрацию обусловлена тем, что при работе в реальных условияхвибрация может повлиять на работоспособность изделия. Вибрация может оказывать существенное влияние на многие измерительные приборы - гироскопы, акселерометры, измерители давления, и.т.п. Для проведения таких испытаний используются вибростенды различной конструкции.
Рассматриваемая в данной статье установка была разработана студенческим конструкторским бюро на кафедре ПБС для исследования поведения различных устройств в условиях воздействия вибрации. Она состоит из основной рамы (испытательного стола), которая крепится на амортизаторы, основания, платы управления, платы усилителя (драйвера) и электродвигателя. Установка работает от двух напряжений питания величиной 5 и 30 В. Кинематическая схема устройства представлена на рисунке 1.
Линейная вибрация создается в результате вращения на валу электродвигателя неуравновешенной массы. В установке используется тепловлагостойкий микроэлектродвигатель-генератор ДГ-1ТА. Двигатель представляет собой двухфазную асинхронную электрическую машину. Достоинствами таких двигателей являются простора и надежность, обусловленные отсутствием коллекторного узла.
Основные характеристики ДГ-1ТА: напряжение питания обмоток возбуждения двигателя и генератора 36 В, обмотки управления — 30 В;частота напряжения питания 400 Гц; максимальная мощность двигателя 1 Вт; КПД - 2%;режим работы — продолжительный, реверсивный. Двигатель рассчитан на эксплуатацию в условиях повышенной жесткости.
Наличие встроенного тахогенератора позволяет без использования дополнительных датчиков организовать обратную связь по скорости для точной регулировки частоты вращения вала электродвигателя, которая и задает частоту вибрации.
Для питания двигателя необходимо формировать два гармонических напряжения со сдвигом фаз между ними 90°. Регулировка частоты вращения осуществляется путем изменения частоты питающих напряжений и одновременного изменения амплитуды этих напряжений по закону — = const. Чтобы обеспечить наибольший КПД установки, усилители мощности, питающие обмотки двигателя, работают в режиме D. Для формирования требуемой амплитуды, частоты и формы токов в обмотках двигателя используется метод широтно-импульсной модуляции.
Управляющие сигналы генерируются 32-битныммикроконтроллером К1986ВЕ9^! с ядром ARM Cortex-M3 фирмы ЗАО «ПКК Миландр». Упрощенные временные диаграммы сигналов управления представлены на рисунке 2. Сигнал управления второй обмоткой и смещён на 90° относительно сигнала управления первой.
463
Груз со смещённой массой
Управление первой фазой
1.2
0,3
0,4 U 0,2
О -I-----—-----
0 1 2 3 4 5 6
Управление второй фазой
1.2
0,3
0.6
0,4 —
0,2 [—
0 ---------—---
0 1 2 3 4 5 6
Рис. 2. Временная диаграмма сигнала управления
Между высокими логическими уровнями существует защитный интервал, обеспечивающий защиту от «сквозных» токов.
Задание частоты вращения двигателя (частоты вибрации) осуществляется двумя кнопками, расположенными на плате управления, путём их нажатия и удержания. Для увеличения частоты вращения кнопка «Up», для уменьшения - «Down».
Плата на микроконтроллере K1986BE91QI управляет мотором через мостовой усилитель класса D.Приме-нение мостовой схемы усилителя обеспечивает получение в обмотках переменного тока при однополярном питании. В вибростенде используются двеплаты усилителя для питания двух обмоток.
Транзисторы VT1 и VT2 (КТ3130) служат для защиты от одновременного открытия выходных ключей путём подтягивания одного из входов компаратора на ноль тогда, когда туда не приходит логический сигнал высокого уровня. R1 и R3 используются для защиты выходов микроконтроллера от повышенного тока. R2 nR4 ограничивают ток базы транзисторов VT 1 иVT2.
Микросхемы DA1 - DA4 представляют собой компаратор LM311S. Он используется для усиления напряжения, а также для увеличения быстродействия переключения. Независимо от приходящего на вход значения напряжения, на выходе присутствует напряжение близкое к значению напряжения питания микросхемы. Порог переключения компаратора задаётся делителем, состоящим из R7, VD1 иVD2. R7 ограничивает ток. Напряжение смещения задаётся двумя диодами, а точнее, падением напряжения на их p-n переходах (суммарно около 1,2.. ,1,4В). Резисторы R8 и R15 используются для подтяжки выхода компаратора к положительному значению питания, так как он представляет собой выход с открытым коллектором.
Каскад VT3(5,7,9) и VT4(6,8,10) работает в режиме D, подключен по схеме «общий коллектор» и обеспечивает усиление сигнала, полученного с компаратора, по току. В качестве верхнего плеча применён транзистор КТ665А9, нижнего - КТ664А9.
Выходной каскад усилителя VT11 -VT14 также работает в режиме D и собран по схеме «общий сток» для усиления тока. Он выполнен на полевых транзисторах с изолированным затвором1КРВ3806 (VT11(13)) и IRF5210 (VT 12(14)). Стабилитроны VD3 - VD6 служат для ограничения напряжения на затворах полевых транзисторов для избегания их пробоя. Резисторы R16 - R27ограничивают ток стабилизации этого напряжения. Конденсаторы С7 - С10 используются для увеличения скорости открытия транзистора, так как в это время конденсатор заряжается, а его сопротивление уменьшается. Диоды VD7 - VD10 служат для защиты полевых транзисторов от возникающего при переключении обмоток двигателя ЭДС.
Напряжение питания схемы драйвера составляет 30В. Конденсаторы С1 и С11 применены для сглаживания напряжения питания и защиты схемы от электрических помех. УБП используется для защиты схемы от неправильного подключения напряжения питания.
К минусам данного вибростенда можно отнести зависимость амплитуды вибрации от частотной характеристики амортизационной платформы. Во время прохождения частоты её резонанса, амплитуда будет заметно увеличиваться. Этот недостаток возможно устранить путём добавления в систему обратной связи, чувствительным элементом которой будет выступать вибрационный датчик ДН-3. Он представляет собой пьезоэлектрический вибрационный преобразователь, который преобразует механические колебания в электрические сигналы, пропорциональные виброускорению колеблющегося объекта. Он позволит контролировать не только частоту вибрации, но и еёамплитуду.
Выравнивание амплитуды стола можно производить путём смещения частоты резонанса амортизационных опор. Для этого, в качестве демпфера, их стоит наполнить ферримагнитной жидкостью, которая будет изменять свою плотность под действием магнитного поля.
Рис. 4. Функциональная схема вибростенда с коррекцией амплитуды вибрации
465
Проведенные испытания макетного образца вибростенда подтвердили его работоспособность.
Статья опубликована в рамках Договора № ДС/102 от 27 сентября 2023 г, на выполнение работы «Организация и проведение выставки «Изобретатель и рационализатор - 2023».
Список литературы
1. Смирнов В.А., Лебеденко И.С. Электронные устройства приборов / 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 240 с.
2. 750 практических электронных схем: Справочное руководство. Пер. с англ./Сост. и ред. Р.Фелпс. М.: Мир, 1986. 584 с.
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: «Мир», 1998. 705 с.
4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. 512 с.
5. Щепетов А.Г. Теория, расчет и проектирование измерительных устройств: в 2-х частях: Часть 1. Теория измерительных устройств. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2006. 248 с.
6. Масленников М.Ю. Соболев Е.А. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Справочник. Книга 1. Москва, 1993. 155 с.
Карцев Никита Сергеевич, студент, kartsevnikitka@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яропольский Иван Максимович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Смирнов Владимир Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
VIBRATION STAND N.S. Kartsev, I.M. Yaropolsky, V.A. Smirnov
The article discusses the design of a simple vibration stand for testing small-sized devices. The kinematic and electrical circuit diagrams of the device are presented. The stand was presented at the exhibition "Inventor and Innovator -2023", the article was published within the framework of Agreement No. DS/102 dated September 27, 2023, for the implementation of the work "Organization and holding of the exhibition "Inventor and Innovator - 2023".
Key words: test bench, vibration, vibration stand, engine control, electrical circuit.
Kartsev Nikita Sergeevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Yaropolsky Ivan Maksimovich, student, ivan_2002g@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Smirnov Vladimir Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, veld071@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 62-2
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-4-466-467
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБОЛОЧЕК СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ИЗ ИЗОТРОПНЫХ И АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ
К.С. Иванов, А.В. Широухов, Н.А. Мороз
В статье рассмотрены методы определения прочностных характеристик оболочек сложной произвольной формы из материалов изотропной и анизотропной структуры. Результаты работы могут быть востребованы в системах автоматизированного проектирования или системах оценки механической прочности, как отдельных элементов, так и сложных механических систем в целом.
Ключевые слова: прочностные характеристики, оболочки сложной формы, изотропные и анизотропные материалы, напряжения.
В настоящее время в различных отраслях промышленности находят применение конструкции, в основе которых лежат узлы или детали, выполненные по принципу пустотелых емкостей. В качестве материала, применяемого для изготовления подобных элементов, используются в основном материалы с изотропными механическими свойствами, такие как металлы и их сплавы, керамики, отдельные полимерные композиции и т.д. Вместе с тем, благодаря существенному прогрессу в области технологий изготовления армированных конструкций на основе полимеров, таких как изделия из углеволокна и полиэфирных смол, в последнее время становятся доступны для массового производства материалы с анизотропными свойствами. Появляется множество конструкций с уникальными свойствами в виде оболочек и емкостей, например, баллоны для сжатого газа, емкости для хранения химически активных реагентов, отдельные трубопроводы и т.д. Так же получает широкое распространение в промышленности технология 3Б-печати. В свете вышеизложенного, возникает потребность в разработке методов и способов определения механических
