Испытательная техника. Справочник в двух книгах - Клюев В.В.

Автор: Клюев В.В.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения машиноведение машиностроение справочник технолога испытательная техника
Год: 1982
Похожие
Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в двух книгах. Книга 1
Справочник конструктора-машиностроителя. Книга 2
Справочник конструктора. Книга 1. Машины и механизмы
Справочник конструктора. Книга 2. Проектирование машин и их деталей
Текст
                    Испытательная

ТЕХНИКА

СПРАВОЧНИК
Испытательная
ТЕХНИКА
книга!
Испытательная
ТЕХНИКА

СПРАВОЧНИК

В ДВУХ КНИГАХ

Под редакцией д-ра техн, наук проф. В. В. КЛЮЕВА
Испытательная
ТЕХНИКА

КНИГА 1

МОСКВА « МАШИНОСТРОЕНИЕ » 1982
ББК 34.4

И88

УДК 621 : 620.1.05 (031)

Авторы: Г. С. Батуев, А. С. Больших, В. С. Голубков, Д. А. Гречинский,
В. Н. Гуд нов, А. С. Довженко, В. В. Зарудный, В. А. Клочко, В» В. Клюев,
Н. А. Махутов, Н. М. Михин, Ф. М. Никитин, В. И. Николаев, А. И. Панкра-
тов, Г. Я. Пановко, А. А. Петровский, Б. А. Потемкин, Б. А. Рабинович,
В. Г. Рыгалин, Г. И. Северин, М. А. Сляднев, Б. Л. Смушкович, Ю. Е, Тябликов,
Я. С. Урецкий, В. Л. Фонгауз, К. В. Фролов, А. А. Хризолитов

Рецензент чл.-кор. АН СССР Э. И. Григолюк

Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн./ Под ред.
И88 В.В.Клюева. — М.: Машиностроение, 1982 <— Кн.1, 1982. —
528 с., ил.

В пер.: 2 р. 60 к.

‘ В первой книге приведены методы и средства статических и динамических
испытаний материалов и изделий в различных условиях.

Справочник предназначен для инженерно-технических работников, зани-
мающихся разработкой, освоением и эксплуатацией средств испытательной тех-
ники.

11Л1/Д Бямиатот

мм. Горькогм

70 6-2

2701000000—001

И 038(01)—*82

ББК 34.4
6П5.4

© Издательство «Машиностроение», 1982
Предисловие (В. В. Клюев)...	7

Глава /. Виды и влияние внеш-
них воздействий на изде-
лия и материалы (В. В, Клю-
ев) ...........................’	8

Список литературы	17

Глава 2: Задачи и методы ме-
ханических испытаний ма-
териалов (Н. А. Махутов,
А. А. Хризолитов) ............18

Основные задачи механи-
ческих испытаний ..........18

Испытания при кратковре-
менном нагружении.........19

Механика разрушения при
однократном нагружении... 21
Испытания при длительном
статическом нагружении... 22
Испытания при циклическом
нагружении ................23

Сравнительные испытания ма-
териалов ........'.........27

Список литературы.........29

Глава 3. Средства испытаний на
растяжение и сжатие
(А. С. Больших, В. В. Клюев,
Ю. Е. Тябликов, В. С. Го-
лубков, Ф. М. Никитин,
Б. Л. Смушкович, В. Л. Фон-
гауз) ..........................30

Силовые и динамические схемы 30
Машины с механическим при-
водом .  ....................40

Машины с гидравлическим
приводом.....................57

Машины с электромагнитными,
электродинамическими, маг-
нитострикционными возбуди-
телями колебаний. . \ . . .116

Список литературы...........136

Глава 4. Средства испытаний на
изгиб и кручение (Ю. Е. Тябли-
ков, В. С. Голубков, Ф. М. Ни-
китин, Б. Л. Смушкович,
В. В. Клюев, А. С. Больших) 137
Силовые и динамические схе-

мы машин..................137

Машины с механическим при-
водом .  .................142

Машины с гидравлическим
приводом ..................145

Машины с электромагнитными,
электродинамическими и маг-
нитострикционными приводами 181
’Список литературы..........189

Глава 5. Средства испытаний ма-
териалов на износ и трение
(Г. С. Батуев, В. С. Голубков,
В. В. Зарудный, В. А. Клочко,
Н. М. Ми хин, Ф. М. Никитин,
М. А. Сляднев, Б. Л. Смушко-

вич) .....................  190

Трение и износ твердых тел . . 190

Коэффициенты трения сколь-
жения поверхностей с анти-
коррозийными покрытиями 198
Методы определения трибо-
технических	характеристик

материалов ..............  222

Средства испытаний матери-
алов на трение и износ .... 225

Список литературы...........240

Глава 6. Средства измерений твер-
дости материалов (В. С. Голуб-
ков, Ф. М. Никитин,
Б. Л. Смушкович, В. В. Клюев)241

Классификация методов изме-
рения твердости...........241

Статические методы и приборы
для измерения твердости . . . 242
Динамические методы и при-

боры для измерения твердости267
Неразрушающие ' методы и
приборы .для измерения твер-

дости .....................272

Приборы зарубежных фирм
для измерения твердости . . . 276

Список, литературы.........281

Глава 7. Средства испытаний на
воздействие вибрационных
нагрузок (В. Г. Рыгалин,
В. В. Клюев, Я. С. Урецкий,
Ю. Е. Тябликов, А. С. Дов-
женко) .......................282

Методы испытаний . . . V . ; 282
Оборудование для испытаний ;
изделий на вибропрочность и
виброустойчивость ..........291

Генераторы испытательных
сигналов ................... 293
Средства анализа и обработки
информации ................309

Оборудование для создания
виброиспытательного компле-
кса имитации случайной виб-
рации .....................315

Средства возбуждения меха-
нических колебаний.........328

Динамические испытания со-
оружений ..................332

Список литературы..........333

Глава 10. Средства испытаний
изделий на прочность и на-
дежность при воздействии
линейных ускорений (Д. А. Гре-
чинский, В. В. Зарудный,
В. А. Клочко).................422

Центрифуги с поворотными
столами ...................427

Тахометры .................434

Токосъемники ..............436

Список литературы...........442

Глава 8. Методы и средства
воспроизведения и измере-
ния ударных нагрузок
(В. А. Клочко)..................334

Методы проведения ударных
испытаний ..................334

Средства испытаний..........337

Датчики для измерения па-
раметров -удара.............348

Приборы и системы для изме-
рения параметров удара . . . 356

Методы и средства калиб-
ровки ударных пьезоэлектри-
ческих акселерометров .... 360

Список литературы...........373

Глава 9. Средства испытаний си-
стем человек — машина, функ-
ционирующих в условиях виб-
рации, удара и шума (Г. Я- Па-
новко, Б. А. Рабинович, Г. И.
Северин, Б. А. Потемкин, К. В.

Фролов, В. Н. Гудцов).... 375

Виброакустические воздей-
ствия в системах человек —
машина и методы контроля
состояния человека-оператора375
Средства испытаний при виб-
рационных воздействиях . . . 378
Средства испытаний при удар-
ных воздействиях...........403

Средства испытаний при аку-
стических воздействиях . . . 409

Список литературы........420

Глава 11. Методы и средства ис-
пытаний изделий на прочность
и надежность при воздействии
акустического шума (В. Г. Ры-
галин, А. И. Панкратов,
. В. В. Клюев, В. И. Николаев)443

Методы испытаний аппаратуры443
Оборудование . •............444

Генераторы акустических на-
грузок .....................451

Системы контроля уровня
шума........................456

Список	литературы.........460

Глава 12. Методы и средства
испытаний материалов и из-
делий иа воздействие кли-
матических факторов (А. А. Пе-
тровский) .....................461

Методы испытаний на воз-
действие климатических фак-
торов ......................461

Оборудование для испытаний
на воздействие температуры
и влажности.................480

Оборудование для испытаний
на воздействие солнечного
излучения и атмосферного да-
вления .....................512

Оборудование для испытаний
на воздействие морского (со-
ляного) тумана, песка и пыли 519

Список литературы...........523

Предметный указатель . •. . . 524
ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемый справочник обобщает
теоретические, экспериментальные и
практические материалы .по средствам
испытательной техники, накопленные
у нас в стране и за рубежом. Он помо-
жет в решении задачи комплексного
применения современных средств испы-
тательной техники для реализации
проблем обеспечения качества и на-
дежности работы изделий.

В настоящее время в СССР разра-
батывается, осваивается в производстве
и эксплуатируется широкая номен-
клатура средств испытательной тех-
ники, в том числе машины для испы-
тания материалов на растяжение и
сжатие, изгиб, срез, кручение, износ,
удар, приборы для определения твер-
дости и упругих констант материалов,
средства для технологических испыта-
ний материалов, исследования воздей-
ствия климатических факторов и т. д.
Большая часть средств испытательной
техники создается в составе агрегатных
комплексов средств испытаний мате-
риалов и изделий на прочность
(АСИП), средств измерения вибрации
(АСИВ), средств измерительной тех-
ники (АСИТ), средств вычислительной
техники (АСВТ) и других, входящих
в Государственную систему промыш-
ленных приборов, предусматривающую
единство конструктивных решений,
внешних соединений, технологичности,
принципов построения приборов, из-
мерительно-информационных и испы-
тательных систем.

За рубежом разработкой и произ-
водством средств испытательной тех-
ники занимаются более 100 фирм,
которые выпускают широкий ассор-
тимент продукции, насчитывающий бо-
лее 10 000 типов различных техниче-
ских средств испытательной техники.
Только такие ведущие в области испы-
тательной техники фирмы, как ЗсЬепк,

МРЬ, 7ш1ск, ОНо №о1реН (ФРГ),
Атз1ег (Швейцария), 1пз1гоп, ПеггИгоп
(Англия), МТ5 (США), Ргодега (Фран-
ция), 1М11 (Япония), народное пред-
приятие КРТ Мез$е1ек1гоп1к (ГДР)
производят сотни видов специализи-
рованной продукции.

В основу справочника положен опыт,
накопленный ведущими отечествен-
ными специалистами в области испы-
тательной техники. Приведен систе-
матизированный материал по расчету^
силовым, динамическим и конструк-
тивным схемам, техническим характе-
ристикам, особенностям и выбору оп-
тимальных режимов работы средств
испытательной техники, а также по
методикам использования испытатель-
ной техники для решения конкретных
задач в промышленности.

Справочник подготовлен авторским
коллективом ученых и специалистов
в области испытательной техники На-
учно-исследовательского института ин-
троскопии МНПО «Спектр», Научно-
исследовательского и конструкторского
института испытательных машин, при-
боров и средств измерения масс
(НИКИМП), Специального конструк-
торского бюро по -разработке автома-
тических средств измерения масс и
приборов испытательной техники (ПО
«Точприбор»), Центрального ордена
Трудового Красного Знамени научно-
исследовательского института строи-
тельных конструкций им. В. А. Куче-
ренко, Института прикладной меха ни*
ки АН СССР, Центрального аэрогидро-
динамического института им. Н. Е.
Жуковского, Всесоюзного научно-ис-
следовательского института авиацион-
ных материалов, Государственного на-
учно-исследовательского института ма-
шиноведения АН СССР, Московского
Высшего Технического Училища им.
Н. Э. Баумана и других организаций.
Глава /• виды и влияние
ВНЕШНИХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ НА
ИЗДЕЛИЯ
И МАТЕРИАЛЫ

Современные машины, агрегаты и
приборы эксплуатируются в сложных
условиях, характеризуемых широким
диапазоном режимов работы, темпе-
ратуры, давления, уровней радиации,
непрерывным ростом нагрузок, ско-
ростей и длительности эксплуатации.
При создании современных изделий и
материалов необходимо четко представ-
лять основные факторы, воздейству-
ющие на них в процессе эксплуатации.
Эти сведения необходимы при модели-
ровании внешних воздействий как
в процессе создания новых материалов
и изделий, так и при оценке качества
готовой продукции. Задача испытатель-
ной техники состоит в том, чтобы
максимально приблизить условия ис-
пытаний к экстремальным условиям
эксплуатации и количественно опре-
делить изменение в этих условиях
основных свойств, функций и характе-
ристик изделий и материалов.

Виды воздействующих факторов и
их значения в зависимости от условий
эксплуатации материалов и изделий
устанавливаются в стандартах и тех-
нических условиях, а для вновь созда-
ваемой продукции — в технических за-
даниях на их разработку. К основным
воздействующим факторам относят ме-
ханические, климатические, биологи-
ческие, специальные среды, ионизи-
рующие и электромагнитные излуче-
ния (рис. 1).

Механические воздействия предста-
вляют собой статические, вибрацион-
ные и, ударные нагрузки, линейные
ускорения и акустический шум. Они
вызывают разрушения вследствие рас-
тяжения, сжатия, «изгиба, кручения,
среза, вдавливания и усталости ма-
териала изделий.

Изделия, предназначенные для функ-
ционирования в условиях воздействия
механических нагрузок, должны быть
прочными и устойчивыми при воздей-
ствии этих нагрузок. Изделия, не
предназначенные для функционирова-

ния в условиях воздействия механи-
ческих нагрузок, должны быть только
прочными при воздействии этих на-
грузок.

Прочность к воздействию механиче-
ских факторов — это способность из-
делий выполнять свои функции и
сохранять свои параметры в пределах
установленных норм после воздействия
механических факторов. Устойчивость
к воздействию механических факто-
ров — это способность изделий вы-
полнять свои функции и сохранять
свои параметры в пределах установ-
ленных норм во время воздействия
механических факторов.

Основные параметры, подлежащие
контролю, в большинстве случаев ха-
рактеризуют механические свойства
материалов — прочность, пластич-
ность, твердость, ударную вязкость и
выносливость. Прочность ^металлов и
сплавов оценивают характеристиками.

Физический предел упругости —
максимальное напряжение, до которого
металл деформируется упруго без оста-
точных деформаций.

Условный предел упругости оусл —
максимальное напряжение, при кото-
ром в металле появляются остаточные
деформации наперед заданной вели-
чины (обычно 0,05 %; допускается до
0,005%); обозначается соответственно
^0,05 ИЛИ °*0,005*

Физический предел пропорциональ-
ности опц — максимальное напряже-
ние, до которого между напряже-
ниями и деформациями в металле
сохраняется прямая зависимость, т. е.
когда равным приращениям напряже-
ний или нагрузок отвечают равные
приращения деформаций металла.

Условный предел пропорциональ-
ности аПц. усл — максимальное напря-
жение, при котором отклонение от
линейной зависимости деформаций от
напряжений соответствует наперед за-
данной величине (увеличению тангенса
угла наклона прямолинейного участка
кривой деформаций к оси напряже-
ний на 10, 25 или 50 %); обозначается
соответственно опц1о» ^пцйо-

Физический предел текучести ат —
максимальное напряжение, при кото-
ром металл пластически деформиру-
ется без увеличения напряжений (т. е.
«течет»).

Условный предел текучести о0,2 —
максимальное напряжение, при кото-
ром остаточная деформация металла
достигает наперед заданной величины
(обычно 0,2 %); допускается иная ве-
личина остаточной деформации, на-
пример о0д.

Предел прочности ов (или времен-
ное сопротивление) — напряжение, со-
ответствующее максимальной нагруз-
ке, приложенной к образцу (или макси-
мальное напряжение, выдерживаемое
образцом).

Сопротивление разрушению 5К (или
истинное сопротивление разрыву) —

напряжение, действующее в образце
в момент его разрушения (разрыва).

Свойство металлов и сплавов пласти-
чески деформироваться принято оце-
нивать относительным удлинением
д (%) и относительным сужением
ф (%) после разрыва.

Под относительным удлинением по-
нимают абсолютное увеличение длины
образца после разрыва, отнесенное
к его первоначальной длине. Под .от-
носительным сужением — абсолютное
уменьшение площади поперечного се-г
чения образца после разрыва, отнесен-
ное к его первоначальной площади.

Твердость металлов и сплавов
мера сопротивления их пластической
деформации. Она связана в определен-
ной степени (для некоторых сплавов)
с пределом прочности.

Ударная вязкость ан характеризует
динамическую прочность металлов-и
сплавов, т. е. их способность сопротив-
литься разрушению при динамическом
приложении нагрузок.

Выносливость материала — это его
способность сопротивляться действию
циклических нагрузок. Она характе-
ризуется пределом выносливости, под
которым понимается наибольшее на-
пряжение, которое может выдержи-
вать материал без разрушения задан-
ное число циклов нагружения.

В общем случае все механические
свойства изделий тесно связаны с Ме-
ханическими свойствами материалов,
из которых изготовлены узлы и де-
тали, особенностями конструкции и
условиями нагружения.

Под действием внешних нагрузок
все материалы претерпевают дефор-
мации, либо исчезающие после удале-
ния нагрузки (упругие), либо оста-
ющиеся после прекращения воздей-
ствия на материал внешних нагрузок
(остаточные).

Основными видами разрушения яв-
ляются: отрыв — разрушение вслед-
ствие отрыва под действием растяги-
вающих напряжений или удлинений,
срез — разрушение вследствие среза
под действием касательных напряже-
ний и излом.

Наиболее часто* встречающийся вид
нагрузки — растяжение. Испытания
на растяжение — основной и наиболее
распространенный метод исследования
и контроля механических свойств ма-
териалов. Их используют при разра-
ботке новых материалов, для оценки
однородности свойств металла раз-
личных плавок или полуфабрикатов,
идентичности режимов термической об-
работки деталей и т. д. Они позволяют
определить количественно опц, ао,о5,
ао,2 и от, ов, 5К, би ф. Можно опреде-
лять также и модуль упругости Е,
коэффициент Пуассона р, и другие
важные характеристики конструкцион-
ных материалов. При испытаниях на
растяжение строят диаграммы нагруз-
ка Р — приращение длины Д/. Испы-
тания на растяжение служат для ис-
следования поведения материала при
одноосном нагружении, когда растя-
гивающая нагрузка (до 108 Н и более)
равномерно распределена по всему
поперечному сечению образца.

Определенные материалы, особенно
строительные (кирпич, бетон, древе-

сина, камень), малопластичные ма-
териалы — чугун, инструментальные
стали и др. — в процессе эксплуатации
подвергаются сжатию. Испытания, при
которых изучают поведение материала
при одноосном сжатии, можно рас-
сматривать как обратные испытаниям
на растяжение. При этом строят диа-
грамму напряжение—относительное
укорочение. Большое практическое
значение имеют случаи неравномер-
ного трехосного сжатия, при которых
величины главных напряжений не-
одинаковы. Нагрузки при испытаниях
на сжатие достигают 108 Н. Отличием
испытаний на сжатие от испытаний
на растяжение является то, что многие
материалы весьма значительно дефор-
мируются без разрушения на конечной
стадии испытаний. Результаты испы-
таний образцов на сжатие существенно
зависят от отношения высоты образца
к его диаметру, а также от величины
трения между опорами и торцами
образца. При испытаниях на сжатие
определяют следующие механические
характеристики материалов: модуль
нормальной упругости Ес^ опц, о0,2,
ов и относительное укорочение й.
Скорость испытаний на сжатие уста-
навливают в тех же пределах, что и
при испытаниях на растяжение. При
сжатии предельной силой проводят
испытания на устойчивость тонкостен-
ных элементов — стоек, профилей,
труб ,и т. п. Испытания проводят при
однократном и длительном сжатии до
разрушения (потери устойчивости) или
до достижения определенной степени
деформации. В момент выпучивания
стержня, когда прогиб растет без за-
метного увеличения нагрузки, опреде-
ляют критическое напряжение потери
устойчивости стержня окр= Ркр/Г,
где Ркр — критическая сила; Е — пло-
щадь поперечного сечения стержня.

При длительных статических испы-
таниях на устойчивость строят кривые
напряжение — время и деформация —
время, оценивая устойчивость стержня
по значению критического времени ткр,
в течение которого стержень под дей-
ствием некоторого постоянного напря-
жения сохраняет несущую способность.

Изгиб — одна из распространенных
нагрузок, используемая для опреде-
ления механических свойств хрупких
и малопластичных при растяжении
материалов, чувствительных к пере-
косу. Исходной кривой при изгибе
служит диаграмма нагрузка—прогиб,
по которой определяют пределы про-
порциональности опц. и, упругости
Оусл и» прочности Ов.и и текучести
Оп 2и- Применяют два способа испыта-
ния на изгиб — с нагружением образца
через жесткую траверсу двумя оди-
наковыми силами, приложенными на
одинаковых расстояниях от опор (чи-
стый изгиб), и с нагружением^сосре-
доточенной силой, приложенной в се-
редине пролета образца между опо-
рами. Изгибное нагружение вызывает
неравномерное распределение напря-
жений по сечению образца.

При изгибе образца с симметричным
поперечным сечением на одной его
стороне возникают растягивающие, а
на противоположной — сжимающие
напряжения. Напряжения увеличива-
ются по мере удаления в обе стороны
от нейтральной оси, где они равны
нулю, и достигают максимальных зна-
чений на наружных сторонах образца.
Если напряжения достигают при этом
предела текучести, то наступает пла-
стическое течение. Предел текучести
при изгибе, значение которого исполь-
зуется в инженерных расчетах, для
большинства металлических материа-
лов приблизительно на 20 % превос-
ходит предел текучести при растяже-
нии. Он рассчитывается по формулам
для упругого изгиба в предположении
линейного распределения напряжений
по сечению вплоть до достижения
крайними растянутыми волокнами за-
данного допуска на остаточное удлине-
ние при определении предела теку-
чести. При оценке реального предела
текучести учитывается действительное
распределение напряжений • по сече-
нию образца при изгибе. Нагрузка при
испытаниях на изгиб достигает 108 Н.

Кручение — нагрузка, испытывае-
мая деталями, передающими крутящий
момент. На кручение, как правило,
испытывают цилиндрические образцы
сплошного, реже трубчатого сечения,
иногда ’ квадратной или иной формы
сечения. Предельный крутящий мо-
мент при испытаниях на кручение
Достигает 6000 Н-м. При кручении
в поперечных и продольных сечениях

образца, проходящих через его ось,
действуют только касательные напря-
жения, наибольшие на поверхности.
В сечениях, наклоненных к оси, воз-
никают нормальные напряжения (рас-
тягивающие — в одном направлении
и сжимающие — в перпендикулярном
ему); наибольшие, .главные (нормаль-
ные) напряжения действуют у поверх-
ности по площадкам, наклоненным
под углом 45° к оси, где они равны
наибольшим касательным напряже-
ниям. Различно ориентированные при
кручении плоскости действия наиболь-
ших касательных и нормальных на-
пряжений позволяют различать раз-
рушения от среза и от отрыва.

При испытаниях на кручение строят
диаграмму в координатах момент кру-
чения М — относительный угол за-
кручивания 0 [0 = ф//0, где ф — угол
закручивания (рад), определяемый как
разность углов закручивания крайних
сечений рабочей длины /0 образца]
или в координатах момент кручения —
относительный максимальный сдвиг
Тшах (ттах = 6-у-; А — диаметр об-,
разца). Кручение вызывает неравно-
мерное распределение напряжений по
сечению образца уже в упругой об-
ласти. Переход в упругопластическую
область происходит неодновременно по
всему .сечению. Пластически деформи-
рованная зона возникает у поверхности
образца и распространяется к центру
по мере роста крутящего момента.

При штамповке, пробивке отверстий,
продавливании и других технологи-
ческих операциях используют среза-
ющие нагрузки, которые приводят
к срезу образцов и материалов в пло-
скости их поперечного сечения. Раз-
рушение путем среза может наблю-
даться у всех металлических моно-
кристаллов после предшествующей
пластической деформации. Многие про-
цессы разрушения в технике при реза-
нии, износе, царапании и т. д. пред-
ставляют собой многократное разруше-
ние путем среза. Условное сопротивле-
ние срезу определяют по формулам:

2Р

тсп = —------при испытании на двой-

р лег*

ной срез в приспособлении типа вил-
ка—проушина, тСп = —зг	— мак'

н Я1СГ

симальная нагрузка на срезе; д —
начальный диаметр образца) — при ис-
пытании на одинарный срез.

Для отожженных сталей и титано-
вых сплавов тср = 0,7ов; для высоко-
прочных и среднепрочных сталей
тср ~ (0,6~-0,§5) ов и для алюминие-
вых и магниевых сплавов тср « 0,5ов.
Истинное сопротивление срезу тк опре-

ла

деляют по формуле тк = -у—, где

* ср

Рк — разрушающая нагрузка при ис-
пытании, Гср — фактическая площадь
среза в сечении образца после испы-
тания. Обычно условное сопротивление
срезу ниже истинного на 10—15%.

Вдавливание также является рас-
пространенным видом испытательного
воздействия. Оно широко используется
для определения твердости материалов
путем создания контактных напряже-
ний при воздействии на поверхности
образца твердого малодеформирующе-
гося наконечника. Как правило, при
вдавливании растягивающие напряже-
ния и удлинения малы по сравнению,
с касательными напряжениями и сдви-
гами, создающимися в деформируемом
материале.

На практике обычно имеют дело
со сложным нагружением, при котором
на изделие воздёйствует комплекс ме-
ханических нагрузок — статических и
динамических. Характер, величина,
направление и распределение усилий,
напряжений и других факторов могут
изменяться во времени. Без должного
учета всего комплекса нагрузок и их
изменений во времени невозможна
правильная оценка прочностных
свойств изделий. В процессе эксплуа-
тации, при транспортировании, пере-
*меще.нии и складском хранении изде-
лия и материалы подвергаются воз-
действию динамических нагрузок.

Наиболее распространенными фак-
торами динамического механического
воздействия являются вибрационные
нагрузки. Возникающие при вибрациях
инерционные силы могут вызвать на-
пряжения, превышающие пределы
прочности и выносливости конструк-
ции. Интенсивность воздействия вибра-
ций характеризуется частотой и ампли-

тудой колебания, а также величиной
максимального ускорения. Вибрации
представляют собой механические ко-
лебания в- диапазоне частот 0,1—
20 000 Гц и более, амплитуд перемеще-
ний 0,001 мкм — 1000 мм и более,
амплитуд ускорений до 1000 м/с2 и
более. Большая часть колебаний, встре-
чающихся на практике, имеет форму
искаженной синусоиды.

К параметрам линейной вибрации
относятся перемещение, скорость, уско-
рение, резкость (третья производная
перемещения по времени), сила, мощ-
ность. К параметрам угловой вибрации
относятся угол поворота, угловая ско-
рость, угловое ускорение, угловая
резкость, момент сил. К параметрам
обоих видов вибраций относят также
фазу, частоту и коэффициент нелиней-
ных искажений. Характер вибраций
как по частоте, так и по амплитуде
может значительно изменяться от кон-
струкции к конструкции, условий экс-
плуатации изделий, других воздей-
ствующих факторов. Наибольшая опас-
ность — умножение колебаний, возни-
кающее на резонансных частотах упру-
гих конструкций.

Вибрационные нагрузки, создавае-
мые различными энергетическими уста-
новками, оборудованием, а также не-
сбалансированными вращающимися и
перемещающимися частями машин, вы-
зывают разрушение конструкции уста-
лостного характера, выводят из строя
крепежные приспособления, способ-
ствуют появлению «микрофонного эф-
фекта» и нарушению установок регу-
лируемых элементов, вызывают ко-
роткое замыкание и обрывы электри-
ческих цепей элементов радиоэлек-
тронных и электротехнических уст-
ройств, приводят к нарушению герме-
тизации ^блоков.

В зависимости от величины и вида
вибрационных нагрузок устанавливают
степень жесткости изделия и проводят
испытания на вибропрочность, вибро-
устойчивость и обнаружение резонан-
сов конструкции. При испытаниях на
воздействие вибраций используют си-
нусоидальную, случайную широкопо-
лосную или предварительно измерен-
ную на прототипе вибрацию.

Ударные нагрузки также часто встре-
чаются при эксплуатации современных
сооружений, машин и приборов. Ме-
ханические удары могут быть одиноч-
ными, многократными и комплексными.
Одиночные и многократные ударные
процессы могут воздействовать на объ-
ект в горизонтальной, вертикальной
н наклонной плоскостях. Комплексные
ударные нагрузки оказывают воздей-
ствие на объект в двух или трех вза-
имно перпендикулярных плоскостях
одновременно. Ударные нагрузки изде-
лий могут быть как непериодические,
так и периодические и могут иметь как
переменную, так и одну и ту же сте-
пень жесткости. Возникновение удар-
ных нагрузок связано с резким изме-
нением ускорейия, скорости или на-
правления перемещения изделий. Наи-
более часто в реальных условиях
встречается сложный одиночный удар-
ный процесс, представляющий собой
сочетание простого ударного импульса
с наложенными колебаниями. Основ-
ными параметрами ударного процесса
являются ускорение, перемещение,
скорость, деформация рассматривае-
мой точки тела при ударном воздей-
ствии. Важное значение имеет форма
ударного импульса. Изделия, полу-
чившие удар, сотрясаются, и в них
возбуждаются быстрозатухающие соб-
ственные колебания. Величина пере-
грузки при ударе, характер и скорость
распространения напряжений по из-
делию определяются силой и продолжи-
тельностью удара и характером изме-
нения ускорения. Удар, воздействуя
на материал и изделие, может приво-
дить его к механическому разрушению.
В зависимости от длительности удар-
ного процесса и его максимального
ускорения при испытаниях устанав-
ливают степень жесткости той или иной
конструкции. Испытания проводят пу-
тем одиночного и многократных уда-
ров, определяя устойчивость и меха-
ническую прочность изделия к ним.
Испытания на ударную прочность и
Ударную устойчивость рекомендуется
совмещать. Длительность ударных им-
пульсов 1 мкс — 1000 мс и более, а ам-
плитуда ускорений 1—10е м/с2 и выше.

Разрушающее воздействие могут ока-
зать также лагрузки от линейных
ускорений, возникающие в узлах вра-
щающихся механизмов. Воздействие
Центробежного ускорения определяют

в каждом из трех взаимно перпенди-
кулярных направлений по отношению
к изделию. Линейные ускорения изме-
няются до 104 м/с2 и более.

Акустический шум — в большинстве
случаев мешающий фактор, который
также может влиять на способность
изделий выполнять свои функции.
Наиболее распространённые частоты
шума 125—10 000 Гц, максимальный
уровень звукового давления 200 дБ
и более, для учета воздействия на
изделия изменения частоты шума про-
водят соответствующие испытания то-
ном меняющейся частоты 125—
10 000 Гц. Акустический шум оказы-
вает значительное действие на относи-
тельно крупные изделия. Поэтому
полупроводниковые приборы, изделия
микроэлектроники мало подвержены
разрушительному воздействию звуко-
вого давления. Действие акустиче-
ского шума на изделия зависит от
величины усилия на изделия, опреде-
ляемого уровня звукового давления и
площади изделия. Механизм разру-
шительного воздействия звукового дав-
ления аналогичен разрушительному
воздействию вибрации. При этом в ре-
зультате действия энергии колебания
звуковой частоты в радиоэлектронных
устройствах возникает микрофонный
эффект и появляются резонансные яв-
ления.

Климатические воздействия. Основ-
ными климатическими факторами, воз-
действующими на работоспособность
изделий, являются температура, влаж-
ность, примеси в воздухе, солнечное
излучение и атмосферное давление.

Температура — один из наиболее
важных климатических факторов. Для
различных климатических поясов Зем-
ли она колеблется от —75 до 4-50 °С.
Однако большое число изделий ра-
ботает в условиях нагрева (до 500 °С
и выше) или охлаждения (—100 °С
и ниже) их элементов. Тепловое воз-
действие может быть стационарным,
периодическим и непериодическим.
Установившийся режим теплообмена
как внутри изделия, так и изделия
с внешней средой'создает стационар-
ное тепловое воздействие. Периодиче-
ское тепловое воздействие образуется
при повторно-кратковременной работе
изделий, суточном изменении темпе-
ратуры окружающей среды, регуляр-
ном солнечном облучении и т. д. Не-
периодическое тепловое воздействие
вызывается единичными или сравни-
тельно редкими случайными действия-
ми тепла и холода.

Изменение температуры окружа-
ющей среды может изменить физико-
химические и механические свойства
материалов.

При повышении температуры уско-
ряется развитие некоторых дефектов
в материалах, понижающих прочность
соединений и конструкций, ухудша-
ющих функциональные и электриче-
ские характеристики изделий. При од-
новременном воздействии тепла и ме-
ханических нагрузок многие материалы
легко деформируются. У ряда материа-
лов при нагреве происходит химиче.
ское разложение и ускоряется старе-
ние, что приводит к изменению их
характеристик.

В. зонах с холодным климатом могут
быть резкие колебания температуры
изделий, вызываемые ее нагревом в пе-
риод работы и охлаждением после
выключения. При резком изменении
окружающей температуры на поверх-
ности и внутри изделия конденсирует-
ся влага. Периодические расширения
и сжатия соприкасающихся металли-
ческих и пластмассовых деталей могут
вызывать нарушение герметичности из-
делия и разрушения деталей. Резкие
колебания температуры приводят к раз-
рушению паяных, сварных, клепаных
и других соединений, отслоению и
растрескиванию покрытий, появлению
утечки наполнителей.

Влажность — один из наиболее
опасных воздействующих климатиче-
ских факторов. Она ускоряет корро-
зию материалов, изменяет электриче-
ские характеристики диэлектриков, вы-
зывает тепловой распад материалов,
гидролиз, рост плесени и многие дру-
гие механические повреждения изде-
лий. Абсолютная влажность — коли-
чество водяных паров (г) в 1 м3 воз-
духа. Она не изменяется при повыше-
нии температуры. Максимальная
влажность — максимальное количе-
ство (г) водяных паров, которое может
содержаться в 1 м3 воздуха. Она
сильно зависит от температуры, так
как давление' пара при каждой тем-

пературе имеет свой максимум. Макси-
мальная влажность изменяется на
7 % при изменение температуры на
1 °С. Относительная влажность пока-
зывает, сколько процентов максималь-
но возможной влажности фактически
.находится в воздухе. Для большинства
процессов относительную влажность
качественно оценивают по следующей
шкале: до 100 % — очень влажно;
80 % — влажно; 60—70 % — нор-
мально; 40—50 % — сухо; 30 % —
очень сухо. При насыщении относи-
тельная влажность 100%.

Изменение влажности воздуха может
приводить к изменению физико-меха-
нических и химических свойств ма-
териалов.

При работе изделия во влажной
атмосфере влага обволакивает его сна-
ружи и проникает внутрь. Проникно-
вение влаги в изделие сопровождается
корродированием материалов, измене-
нием размеров деталей, элементов кон-
струкции и узлов, короблением дета-
лей, понижением механической проч-
ности деталей и изделия в целом.

Водяная пленка на поверхности де-
талей и материалов быстро загрязняет-
ся и ионизируется, вследствие чего
увеличивается ее проводимость. Про-
водящая электрический ток пленка
закорачивает между собой контакты,
способствует появлению токов утечки,
может привести к коротким замыка-
ниям в электрических цепях и разру-
шить внутрисхемную разводку у полу-
проводниковых приборов.

Вследствие высокой диэлектрической
постоянной воды при работе электри-
ческих и радиоэлектронных устройств
во влажной атмосфере возникает ем-
костной эффект, который проявляется
в изменении сопротивления изоляции,
поверхностного сопротивления изоля-
ционных материалов, индуктивности
и емкости, коэффициента рассеяния и
добротности, а также в уменьшении
пробивного напряжения.

Повышение влажности окружающего
воздуха вызывает уменьшение коэф-
фициента усиления полупроводнико-
вых устройств и коэффициента потерь
диэлектриков с частотой. Увеличи-
ваются потери электромагнитной энер-
гии вследствие увеличения ее погло-
щения парами воды воздуха.
Если температура падает ниже точки
посы при которой абсолютная влаж-
ность равна 100% и содержащийся
в воздухе водяной пар достигает со-
стояния насыщения, то выпадают осад-
ки в виде воды, снега, росы, инея,
тумана.

Количество осадков измеряют в мил-
лиметрах. Осадкам в 1 мм соответ-
ствует 1 л воды, распределенный, на
поверхности 1 м2. Свежевыпавший снег
занимает примерно десятикратный
объем. 1 см снега соответствует при-
мерно 1 мм осадков. Осадки воздей-
ствуют своей механической энергией,
понижают температуру изделий, по-
вышают влажность.

Наличие осадков и тумана обычно
ухудшает условия работы изделий.
Осадки и туман действуют на мате-
риалы и изделия так же, как повышен-
ная влажность воздуха.

Влага, оставшаяся на изделии после
дождя, может способствовать корро-
зии металлов, так как в дождевой
воде содержится некоторое количество
растворенных кислот и солей.

Резкие перепады температур, воз-
никающие, при внезапном выпадении
дождя на разогретые солнцем поверх-
ности изделий из керамики или стекла,
могут привести к их растрескиванию.
Особенно сильное разрушающее воз-
действие на изделия могут оказывать
морская вода и морской туман, резко
ускоряющие коррозию вследствие со-
держащихся в них солей хлора, магния
и других элементов.

Туман с капельками -морской воды
также усиливает коррозию металлов
и может ухудшить электрические свой-
ства изоляционных материалов.

Интенсивно протекает коррозия ме-
таллов, вызываемая попаданием на
них морской воды в виде брызг,
а также при периодическом его погру-
жении в морскую воду. В связи со
свободным доступом кислорода воз-
духа коррозия в этих условиях идет
значительно быстрее, чем при постоян-
ном погружении изделия в воду.

Примеси в воздухе в виде песка,
пыли, дыма и промышленных газов
также являются факторами воздей-
ствия, которые необходимо учитывать
при эксплуатации изделий.

Пыль — смесь твердых частиц в воз-

духе. Естественная пыль состоит из
космической и земной частей. В сво-
бодную атмосферу осаждается 120—
150 мм пыли за 100 лет. Техническая
пыль образуется при сжигании топли-
ва, износе и обработке деталей. Тех-
нической пыли в высокоразвитых стра-
нах осаждается на два порядка боль-
ше, чем естественной. Серьезную про-
блему представляют для больших го-
родов дымовые газы, содержащие
в сравнительно больших количествах
серу, из которой образуются в итоге
^сернистая и серная кислоты, соеди-
нения фтора, аммиак, цианистый водо-
род, пары ртути и другие активные
вредные химические соединения.

Примеси в воздухе могут вызывать
нарушение функционирования элек-
трических элементов, изменять режимы
теплообмена, вызывать механические
повреждения (пыль, песок), усиливать
коррозионные процессы и т. п.

Солнечное излучение представляет со-
бой электромагнитные волны с дли-
нами 0,2—5 мкм. На ультрафиолето-
вую область (длина волны до 0,4 мкм)
приходится 9 % энергии, на видимую
(длина волны 0,4—0,7 мкм) — 41 %
и иа инфракрасную область с длинами
волн более 0,72 мкм — 50 % солнеч-
ной энергии. Влияние солнечного из-
лучения на изделие заключается в хи-
мическом разложении некоторых орга-
нических материалов. Наибольшее
воздействие оказывают ультрафиолето-
вые лучи, которые обладают высокой
энергией. Под действием этих лучей
происходит поверхностное окисление
материалов, частичное разложение по-
лимеров, содержащих хлор^ расщепле-
ние органических молекул, быстрое
старение пластмасс, изменение важ-
нейших органических компонентов и
цвета у некоторых. типов термореак-
тивных пластмасс, образование корки
на поверхности резины и ее растрески-
вание.

От действия солнечных лучей изде-
лия нагреваются. Как следствие этого
наблюдается изменение формы или
усыхание некоторых деталей.

Атмосферное давление создается мас-
сой воздуха, лежащей в данном месте.
Колебания атмосферного давления
вследствие изменения погоды ± 7 %,
а при тропических бурях превышают
10 %. Ряд изделий по своему функцио-
нальному назначению может работать
в условиях резко повышенного и
резко пониженного атмосферного дав-
ления, что следует учитывать при
проведении соответствующих испыта-
ний. Изменение давления вызывает
опасность пробоев воздушных про-
межутков электрических установок
в связи с изменением диэлектрической
проницаемости воздуха, может изме-
нять’ диаграмму направленности и
мощность • излучения электромагнит-
ных антенн, влияет на режим тепло-
обмена изделия, нарушает в ряде слу-
чаев герметичность изделий и располо-
 жение подвижных деталей.

Как и механические, климатические
факторы воздействия на практике
в большинстве случаев действуют од-
новременно, что вызывает усиление их
разрушающего эффекта. Степень из-'
менения параметров изделия тем зна-
чительнее, чем больше число воздей-
ствующих климатических факторов,
выше их эффективность и время воз-
действия.

Биологические воздействия в силь-
ной степени влияют на надежность п
работоспособность изделий, причем
больше всего существует грибковых
образований, относящихся к низшим
растениям, не имеющим фотосинтеза.
Оптимальными условиями развития
плесневых грибков являются отно-
сительная влажность воздуха более
85 %, температура +20-г-|-30 °С и
застой воздуха.

Наибольшие разрушения пластмасс,
дерева, резины и кожи возникают под
действием плесени. Плесень образует
на поверхности материала водную
пленку, которая способствует его хими-
ческому разложению и потере важней-
ших свойств.

Внутри закрытых или полуоткрытых
изделий часто создают специальный
микроклимат. Во многих случаях это
способствует поражению изделий плес-
невыми грибками.

Другим видом биологического воз-
действия являются насекомые, осо-
бенно термиты, прожорливость тер-
митов делает их одним из наиболее
опасных насекомых для оборудова-
ния. Определенную опасность для из-
делий, особенно кабелей и проводов,

могут представлять грызуны — крысы
и мыши. Повреждение изделий насе-
комыми и грызунами встречается ред-
ко. Они могут повреждать изоляцион-
ные материалы, кабели, провода и
несущие конструкции, в результате
чего ухудшаются электрические ха-
рактеристики изделий, а электротех-
нические и радиоэлектронные изделия
могут выходить из строя. В морской во-
де дерево разъедают карабельные черви.

Защиту от биологических факторов
воздействия осуществляют химическим
и конструктивным методами; химиче-
ские яды и покрытия используют для
защиты от плесневых грибков и насе-
комых. Однако наиболее эффективна
защита с помощью конструктивных
мер, в том числе путем замены материа-
лов, склонных к образованию плесени
или съедобных для насекомых и гры-
зунов, путем изменения внутреннего
климата устройства, уменьшения от-
носительной влажности воздуха, созда-
ния более надежных защитных обо-
лочек и т. д.

Специальные среды. К специальным
средам относят пары химических ве-
ществ, химические растворы (дезин-
фицирующие, дезактивирующие, дега-
зирующие), кислоты, газы и другие
вещества, в присутствии которых могут
работать изделия. Изделия, предна-
значенные для работы в специальных '
средах, должны обладать повышен-
ной стойкостью к воздействию этих
сред, и для проверки ее проводятся
соответствующие испытания.

Для сокращения времени испытаний
увеличивают концентрацию химически
активных компонентов среды воздей-
ствия, повышают температуру и от-
носительную влажность. Испытатель-
ное оборудование должно обеспечи-
вать заданные значения концентрации,
температуры, давления и относитель-
ной влажности специальной среды.
Длительность испытаний должна со-
ответствовать длительности воздей-
ствия на аппаратуру специальных
сред, а параметры испытательного
режима — количественным и каче-
ственным характеристикам этих сред
в условиях эксплуатации.

Для борьбы с воздействием специ-
альных сред предусматривают спе-
циальные конструктивные исполнения
изделий, применяют кислостойкие и
другие специализированные покрытия,
создают такие условия эксплуатации,
при которых воздействие этих сред
становится наименее заметным.

Ионизирующие и электромагнитные
излучения. Современные изделия, осо-
бенно изделия космической и ядерной
техники, подвергаются воздействию
ионизирующих излучений, создающих
при взаимодействии с веществом заря-
женные атомы и молекулы — ионы.
Гамма-излучение, нейтронное, элек-
тронное, протонное излучения, а также
альфа-частицы могут вызвать повре-
ждения. Наибольшую опасность пред-
ставляют поток нейтронов и гамма-
излучение, влияние которых усили-
вается в зависимости от их интенсив-
ности и времени воздействия. Непре-
рывная проникающая радиация вызы-
вает постепенное необратимое измене-
ние электрических, механических, хи-
мических и других свойств материалов.
Импульсная радиация, действующая
короткое время (10'?—10“3 с), при-
водит к необратимым изменениям элек-
трофизических свойств изделия, а так-
же из-за большой плотности, созда-
ваемой ионизации, может вызвать и
обратимые изменения электрических
характеристик изделий и материалов.

Большие дозы облучения нейтро-
нами повышают твердость углероди-
стой стали на 40 %, коррозионностой-
кой стали — на 100 %, никеля — на
140% [2].

В результате облучения нейтронами
сопротивление разрыву углеродистых
сталей увеличивается на 10 %, корро-
зионностойких сталей — на 20% и
никеля — на 40 % [2]. •

Изменение химических, механиче-
ских, электрических и других свойств
материалов и изделий в условиях
воздействия ионизирующих излучений
требует создания специальной испы-
тательной техники, разработки радиа-
ционно-стойких конструкций и мате-
риалов, применения специализирован-
ной радиационной технологии и дру-
гих мероприятий.

Одним из видов внешнего воздей-
ствия являются также сильные элек-
тромагнитные поля, которые могут
вызвать изменения режимов работы
электронной аппаратуры. Эти поля

создаются специальными - излучате-
лями, например радиолокационными
станциями, а также мощными электри-
ческими установками — подъемными
кранами, электрическими генератора-
ми, сварочными аппаратами и т. д.
Необходимо учитывать влияние силь-
ных электромагнитных полей при соз
дании и эксплуатации радиотехниче-
ских устройств, применять соответ-
ствующие экранирующие приспособ-
ления.

Практика показывает, что в боль-
шинстве случаев изделия и материалы
испытывают комплекс механических,
климатических, биологических и дру-
гих внешних воздействий. Эти воздей-
ствия взаимно связаны друг с другом,
и необходимо исследовать результи-
рующий эффект от их совместного
влияния на материалы и изделия.
Это наиболее трудная задача, и она
должна также моделироваться на испы-
тательном оборудовании.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Вибрация в технике: Справоч-
ник/Под ред. В. Н. Челомея. В 6-ти Т.
Мл Машиностроение, 1973—1981.

2.	Даммер А., Гриффин Б. Испытание
радиоэлектронной аппаратуры и мате-
риалов на воздействие климатических и
механических условий. М. — Лл Энер-
гия, 1965. 568 с.

3.	Защита радиоэлектронной аппара-
туры от влияния климатических усло-
вий/Под ред. Г. Юбиша, М.: Энергия,
1970. 367 с.

4.	Испытание материадов/Под ред.
X. Блюменауэра. М.; Металлургия, 1979.
446 с.

5.	Кальман И. Г. Воздействие факторов
внешней среды на аппаратуру и элементы.
Методы климатических и механических
испытаний. М.: Знание, 1971. 124 с.

6.	Малинский В. Д. Контроль и испыта-
ния радиоаппаратуры.- Мл Энергия,
1970. 336 с.

7.	Маслов В. В., Оржаконский М. Л.
Изготовление машиностроительного обо-
рудования для стран с тропическим клима-
том. М.: Машиностроение, 1964. 273 $.

8.	Методы испытаний. контроля и
исследования машиностроительных ма-
териалов/Под ред.' А. Т. Туманова. Мл
Машиностроение. 1974. Т. I. 552 с. Т. II.
320 с. Т. III. 273 с.

9.	Приборы и системы для измерения
вибраций, шума и удара/Под ред.
В. В. Клюева. М.: Машиностроение, 1978.
Т. I. 448 С. Т. II. 440 с.

10.	Фридман Я. Б. Механические свойства
металлов. 3-е изд., перераб. и доп. М.з
Машиностроение, 1974. Ч. I. 462 с. Ч. И.
368 с

"Титя бя5я:ютешГТ
и.1. А.и. Горького	I

МГУ	I
Глава 29 ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ
МЕХАНИЧЕСКИХ
ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ
МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Разработка и развитие методов ме-
ханических испытаний сосредоточены
на решении двух укрупненных задач:
1) совершенствования методов и средств
экспериментального определения об-
щепринятых стандартных характери-
стик механических свойств, исполь-
зуемых для сравнительной оценки
вновь разрабатываемых конструкци-
онных материалов, и соответствующих
вариантов технологических процессов
(выплавки, переплава, термической,
термо-механической, химико-термиче-
ской обработки); 2) изучения методов
и средств испытаний для определения
критериальных характеристик меха-
нического поведения материалов, ис-
пользуемых при расчете прочности и
ресурса конструкций с учетом условий
их эксплуатации.

При решении первой задачи иссле-
дуют влияние температуры, скорости
деформирования и жесткости нагру-
жающих систем при кратковременном
и длительном статическом нагружениях
гладких лабораторных образцов, уточ-
няют характеристики сопротивления
разрушению при ударном нагружении
лабораторных образцов типа Шарли
и Менаже, регламентируют основные
метрологические параметры усталост-
ных испытаний (мало- и многоцикло-
вую усталость). При этом большое вни-
мание уделяют двум стадиям разруше-
ния — образованию макротрещин и
окончательного излома, а также ста-
тистической природе характеристик
механических свойств. Выполняемые
исследования и методические разра-
ботки являются основанием для усо-
вершенствования действующих и раз-
работки новых государственных стан-
дартов на механические испытания.

При решении второй задачи полу-
чены значительные результаты в об-
ласти исследования механических за-

кономерностей деформирования и раз-
рушения как научной основы для
разработки новых методических ре-
комендаций по испытаниям материалов
и конструкций, а также нормирования
расчетов на прочность и ресурс. В этом
случае характеристики стандартных
механических свойств (типа пределов
текучести от, прочности о#, выносли-
вости о^, длительной прочности, пол-
зучести, модулей упругости Е и д,
ударной вязкости) используют для
обоснования выбора материалов и рас-
четного определения основных раз-
меров элементов конструкций .(с вве-
дением соответствующих запасов проч-
ности по номинальным напряжениям).

Однако расчеты прочности по номи-
нальным напряжениям с использова-
нием перечисленных характеристик не
отражают значения таких важных фак-
торов, как местная механическая, а
также тепловая статическая и вибра-
ционная напряженность, длительность,
повторность и нестационарность экс-
плуатационных режимов, исходная и
развивающаяся дефектность, действие
рабочих сред, изменение структуры и
свойств материалов, начальная неод-
нородность механических свойств
в композиционных материалах.

Основными направлениями экспери-
ментальных и теоретических разрабо-
ток в области прочности материалов
и конструкций, выполненных в иссле-
довательских центрах и заводских ла-
бораториях, являются: линейная и
нелинейная механика разрушения; де-
формационные и энергетические кри-
терии разрушения; модели деформируе-
мых сред с учетом сосредоточенного и
рассредоточенного повреждения; про-
цессы длительного циклического дефор-
мирования и разрушения; сопротивле-
ние деформациям и разрушению при
программном изотермическом и неизо-
термическом нагружениях; микроме^
ханика процессов статического и цик-
лического разрушений.
Механические испытания в указан-
ных направлениях были осуществлены
с широким использованием средств
измерения местных упругих и упруго-
пластических деформаций (малобазной
тензометрии, муара, сетки, оптически
активных покрытий, голографии, ин-
терферометрии); автоматизированных
установок с управлением от ЭВМ и от
программных регуляторов, имеющих
электрогидравлический, электромеха-
нический и электродинамический при-
воды; систем измерения процессов по-
вреждения и развития трещин (опти-
ческой микроскопии, метода электро-
потенциалов и электросопротивлений,
датчиков последовательного разрыва,
датчиков накопления повреждений,
акустической эмиссии, анализа жест-
кости объекта нагружения); комбини-
рованных (расчетно-эксперименталь-
ных) методов и средств изучения на-
пряженно-деформированных состоя-
ний и прочности для обоснования
программ испытаний и анализа их
результатов; систем для проведения
стендовых испытаний моделей и реаль-
ных конструкций, включающих ука-
занные выше средства измерения и ре-
гистрации деформаций, накопленных
повреждений и длин трещин (сосудов
давления, трубопроводов, дисков и
лопаток турбин, валов, элементов энер-
гетических и транспортных установок,
сварных конструкций).

Характеризуя наиболее существен-
ные результаты в разработке и раз-
витии методов механических испыта-
ний, непосредственно связанных с по-
следующей расчетной или эксперимен-
тальной оценкой прочности и ресурса
конструкций, следует иметь в виду,
что прочность и ресурс определяют
по критериям следующих основных
видов разрушения; однократного ста-
тического и динамического (хрупкого,
квазихрупкого, вязкого); длительного
статического; циклического (мало- и
многоциклового); длительного цикли-
ческого.

При этом критериальные характери-
стики сопротивления деформациям и
разрушению зависят от типа материа-
ла, температуры, скорости деформиро-
вания% числа циклов, времени выдерж-
ки, агрессивности окружающей среды,
спектра нагружения. Многообразие со-

четаний указанных параметров на-
гружения образцов или элементов
конструкций при механических испы-
таниях предопределяет то важное зна-
чение, которое приобретает формули-
ровка требований и обоснование базо-
вых экспериментов, позволяющих по
их результатам на основе соответству-
ющих гипотез рассчитывать прочность
и ресурс конструкций.

ИСПЫТАНИЯ
ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ
НАГРУЖЕНИИ

Вязкие разрушения в условиях од-
нородного линейного напряженного со-

стояния возникают, как правило, при

однократных статических испытаниях
на растяжение лабораторных цилин-
дрических или плоских образцов. В со-
ответствии с действующими стандар-
тами при этом определяют характери-
стики механических свойств от (или
о0|2), Я, а также относительное
удлинение д, сужение ф& и сопротивле-
ние разрыву Величины от, о#,
Е, ф и 5^ являются расчетными как
при определении основных размеров
конструкций, так и при поверочных
расчетах на сопротивление цикличе-

скому разрушению.

Для решения краевых $адач об
образовании и перераспределении мест-
ных упругопластических деформаций

при неоднородном напряженном со-
стоянии (изгиба, действии краевых
сил, концентрации напряжений) су-

щественное значение имеют диаграммы

деформирования в условных: а — е (а=
= Р1Рц\ е~ А1/1о) или истинных:'
(Ул — (Оц == Р/Р\ = 1п ///□ =*

= Т ~ ф ) координатах. Эти диа-

граммы аппроксимируются различны-
ми функциями — линейными, полиго-
нальными, дробно-линейными, степен-
ными, а также полиномами и сплайн-
функциями с помощью ЭВМ. Наибо-

лее соответствующими опытным дан-
ным и удобными с практической точки
зрения при проведении расчетов сле-
дует считать степенную аппроксима-
цию диаграмм деформирования:

— <Т/ (^и/^т)^»
где т — показатель упрочнения в уп-
ругопластической области (предпола-
гается, что деформации и напряжения

предела текучести в условных и истин-
ных координатах одинаковы).

Уравнение (1) для условных напря-
жений и деформаций оказывается спра-
ведливым только в области малых
деформаций (е 10ет). Для истинных
напряжений уравнение (1) хорошо

согласуется с результатами экспери-
мента в пределах от деформации пре-

дела текучести до разрушающей де-

Л.	1	1

формации еъ = 1п —--— (с учетом

концентрации деформаций в области
шейки). Переходя в уравнении (1)

к условным напряжениям и прирав-
нивая производную д,с!д,е к нулю,

можно получить



(2)

где ев — предельная равномерная де-
формация, соответствующая времен-
ному сопротивлению разрыву (пре-
делу прочности) 0В(ев = 1п -—.

В соответствии с этим при испыта-

ниях на растяжение гладких стандарт-
ных образцов определять показатель
упрочнения можно через равномерное
сужение фв, которое таким образом
становится расчетным параметром.

Испытания пластин и образцов с над-
резами показывают, что на переход от
одноосных к двухосным напряженным

состояниям при статическом нагруже-
нии в большей степени влияет со-
противление образованию пластиче-
ских деформаций и в меньшей — на
показатель упрочнения т. При этом
разрушающие эквивалентные дефор-
мации (интенсивность деформаций) е&1
зависят от анизотропии свойств и сни-
жаются по мере уменьшения интен-
сивности напряжений о$ и увеличения
среднего напряжения оср:

ек1 = 1(ек, 0//аср).	(3)

По опытным данным, зависимость
ем от °7/<Гср Для изотропных металлов
незначительно отличается от линейной
и может быть использована для ана-
лиза условий возникновения статиче-
ского разрушения при испытаниях
образцов и деталей с концентрацией

напряжений, характеризуемой наряду
с теоретическим коэффициентом кон-
центрации напряжений а0 соответ-
ствующими величинами о^/оср.

Многочисленные эксперименты при
статическом растяжении гладких об-
разцов в условиях пониженных и
повышенных температур / свидетель-
ствуют о связи между показателем
упрочнения т и отношением от/ав.

Изменение скоростей деформирова-
ния ё, приводящее к более интен-
сивному изменению пределов теку-
чести, чем пределов прочности и пре-
дельной пластичности, определяет со-
ответствующее изменение показателя
упрочнения.

Опытные данные показывают воз-
можность расчетного определения по-
казателя упрочнения в упругопласти-
ческой области по стандартным ха-
рактеристикам механических свойств:
т = /1 ((, ё) = /2 (Оо,2; Оо,г/Ов; 'Фа! е)-

(4)

Возникающие при однократных ис-
пытаниях в широком диапазоне тем-
ператур и скоростей деформирования
вязкие, квазихрупкие и хруркие раз-
рушения в основном связаны с пре-
дельной пластической деформацией е&.

Анализ чувствительности материа-
лов к концентрации напряжений при
статическом нагружении, осуществляв-
шийся ранее непосредственно по экс-
периментальным данным на образцах
с надрезами, благодаря исследованию
перераспределения напряжений и де-
формаций в процессе нагружения про-
водят расчетными методами на основе
силовых и деформационных критериев
разрушения. При этом были значи-
тельно расширены расчетно-экспери-
ментальные исследования напряжений
и деформаций в упругих и неупругих
состояниях зон-концентрации элемен-
тов конструкций — сосудов давления,
трубопроводов, дисков, резьбовых со-
единений.

Применительно к однократным ста-
тическим и динамическим испытаниям
мало изученным остается вопрос о рас-
сеянии характеристик упрочнения, хо-
тя дисперсии стандартных механиче-
ских свойств было уделено достаточное
внимание при выборках, достигающих
тысяч и десятков тысяч.
МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ ПРИ
ОДНОКРАТНОМ НАГРУЖЕНИИ

Наиболее важные результаты были
получены в области исследования со-
противления однократному статиче-
скому и динамическому разрушению
с учетом начальных макродефектов
на базе линейной и нелинейной ме-
ханики разрушения. Это в первую оче-
редь относится к разработке теории и
критериев хрупкого и квазихрупкого
разрушений упругих и упругопласти-
ческих тел с трещинами. К числу сило-
вых, энергетических и деформацион-
ных .критериев относятся критические
значения коэффициентов интенсивно-
сти напряжений К\с и %с> пределов
трещиностойкости 1С, энергии разру-
шения Сг1С, 6С, уь Зо раскрытия
трещин 6^ или 6^, а также критиче-
ские деформации в вершине трещин ес.
Для определения указанных характе-
ристик известны многочисленные ме-
тодики испытаний — на статическое
растяжение плоских и цилиндрических
образцов с трещинами, на статический
изгиб и внецентренное растяжение
плоских образцов, на внутреннее дав-
ление сосудов, на растяжение центро-
бежными силами при разгонных испы-
таниях дисков.

Для анализа закономерностей де-
формирования и разрушения в вер-
шине трещин существенное значение
имеют результаты численного и экспе-
риментального. исследований полей де-
формаций, а также диаграммы разру-
шения, связывающие действующие на-
грузки и длину трещины. При этом
диаграммы разрушения рассматривают
как основу для определения несущей
способности конструкций по степени
развития трещин.

На базе силовых (/С^, Кс, /<?),
энергетических (<?с, Зс) и деформацион-
ных (6Г) критериев разрушения раз-
работаны способы расчета прочности
элементов конструкций, сводящиеся
к оценке запасов прочности, определе-
нию критических напряжений, кри-
тических или допускаемых размеров
Дефектов. Уравнения и критерии ли-
нейной механики разрушения, а также
способы их экспериментального опре-
деления (получившие отражение в ряде
разработанных отраслевых методик)

стали общепринятыми и в некоторых
случаях вошли в практику расчетов
в конструкторских бюро и испытаний
в заводских лабораториях.

Указанные уравнения и критерии
обоснованно применяют при оценке
прочности конструкций из малопла-
стичных металлов (высокопрочные ста-
ли, алюминиевые и титановые сплавы)
и при определении критических раз-
меров дефектов вне зон концентрации
для элементов из пластичных материа-
лов. В связи с этим в качестве одной
из основных выдвигается задача ис-
следования механических закономер-
ностей разрушений (хрупких, квази-
хрупких и вязких) при наличии де-
фектов, допускаемых современными
требованиями контроля.

Сложность решения указанной за-
дачи состоит в том, что размеры зон
пластических деформаций (в том числе
и в местах концентрации) в лабора-
торных образцах и в конструкциях
могут существенно превышать размеры
дефектов. В этих условиях, описывае-
мых нелинейной механикой разруше-
ния, наиболее перспективными ока-
зались энергетические (у^, 3 с) и де-
формационные (е/г, 6С) критерии раз-
рушения, а также критические тем-
пературы хрупкости.

Предложены способы эксперимен-
тального определения величин у&
и бс, однако расчет этими способами
элементов конструкций пока затруд-
нителен из-за сложности решения со-
ответствующих краевых упругопла-
стич'еских задач с учетом упрочнения.
Зависимость критических деформаций
е^, еы и показателя упрочнения ма-
териала т от основных факторов —
температур /, скоростей деформирова-
ния ё, исходных свойств металла /п,
е^г позволяет связать критические на-
пряжения Од, для элемента конструк-
ции с размером дефекта I с помощью
критического значения коэффициента
интенсивности деформаций К\е'.

<*к = /х (К1е) — к I, ё, т, ем),

(5)

где п/ — показатель степени, завися-
щий от уровня номинальных напряже-
ний и свойств металла.
По данным расчетов и испытаний п/
изменяется в пределах от т до 0,5.
Коэффициент интенсивности деформа-
ций К1е связан степенными функциями
[в случае использования степенной
аппроксимации (1) кривой деформиро-
вания] с коэффициентом интенсивности
напряжений Это обстоятельство
позволяет экспериментально опреде-
лять критические значения коэффици-
ентов интенсивности деформаций по
данным испытаний лабораторных об-
разцов при заданных условиях на-
гружения с последующим пересчетом
на другие условия нагружения, ха-
рактерные для реальной конструкции.

Для дальнейшего обоснования мето-
дов расчета конструкций, работающих
в условиях нелинейных и неодноосных
напряженных состояний, важное зна-
чение имеют результаты теоретических
и экспериментальных работ по построе-
нию предельных поверхностей для
критических значений коэффициентов
интенсивности напряжений К\с, Кцс
и соответствующих трем основ-
ным моделям трещин. К числу под-
лежащих систематической разработке
следует отнести вопросы вероятностной
трактовки сопротивления хрупкому,
квазихрупкому и вязкому разруше-
ниям с учетом дисперсии исходной
дефектности и эксплуатационной на-
груженности. Постановке соответству-
ющих лабораторных испытаний на
образцах с трещинами должна пред-
шествовать разработка статистических
моделей, базирующихся на уравне-
ниях линейной и нелинейной механики
разрушения. При этом существо базо-
вого эксперимента заключается в по-
строении полных диаграмм по пара-
метру вероятности разрушения.

ИСПЫТАНИЯ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ
СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Для длительного статического на-
гружения актуальным является вопрос
об экстраполяции результатов лабо-
раторных испытаний при ограничен-
ном времени (до 103—104 ч) на большие
сроки (до 105—2« 10$ ч), характерные
для некоторых машин и конструкций
энергетического, химического, а также
технологического назначения. Важ-

ными в этой связи являются комплекс-
ные исследования характеристик пол-
зучести, длительной прочности и из-
менения структурных состояний под
действием высоких температур и дли-
тельных статических нагрузок.

Наряду с известными параметрами и
зависимостями характеристики подо-
бия кривых ползучести и длительной
прочности, выражаемые через сопо-
ставимые значения показателей сте-
пени уравнений для этих кривых,
позволяют использовать результаты
испытаний на ползучесть без разруше-
ния при низких уровнях напряжений
для предсказания долговечности. Пред-
ложения о построении кривых дли-
тельной прочности с использованием
данных о виде длительного разруше-
ния, об эквивалентных состояниях по
структурной повреждаемости и раз-
витии ядер деструкции направлены на
активное использование результатов
сравнительно кратковременных испы-
таний при высоких температурах для
оценки долговечности в области более
низких температур и напряжений.

Для последующего использования
в расчетах прочности конструкций
результатов длительных испытаний
представляется важной возможность
степенной аппроксимации Кривой дли-
тельног! прочности для времени т
с учетом пластических деформаций
фвт, возникающих на начальных ста-
диях нагружения и определяющих пре-
вышение истинных напряжений ои над
условными о:

аи = о (1/1 — •фвг) =

= аво (1/1 — 'Фво) (то/т)'"'1,	(6)

где о^0,	— предел прочности и

предельное равномерное сужение при
кратковременном испытании со вре-
менем т0.

Показатель тх в уравнении (6) ока-
зывается мало зависящим от вре-
мени т, что имеет значение для экстра-
поляции кривых в область больших
долговечностей. При этом величины ф
можно вычислять по уравнению (1)
для кратковременных испытаний или
измерять после испытаний образцов
на участках с равномерной деформа-
цией (последнее идет в запас при экс-


трансляции результатов на большие,
чем при испытаниях, времена).

В связи с изложенным при испыта-
ниях на длительную прочность должна
быть осуществлена регистрация не
только разрушающей деформации
или (в месте излома), но и равно-
мерной деформации е или фвТ. Опреде-
ление этих параметров получает со-
ответствующее отражение в норматив-
ных документах по ^стандартизации
длительных испытаний.

При расчетах длительной прочности
конструкций возникает необходимость
в оценке долговечности не только в ста-
дии окончательного разрушения, но
и в стадии образования макротрещин.
При- испытаниях необходимо получить
информацию о напряжениях и де-
формациях, соответствующих началу
разрушения. Учитывая сложность экс-
периментального определения напря-
жений и деформаций, соответству-
ющих образованию трещин при задан-
ной долговечности т, целесообразно
при постановке базовых опытов из-
мерять поперечные деформации фтт
в зоне образования макротрещин на
разрушившихся образцах (при этом
деформация фтт будет в пределах
Фвт—Ф^т)’	•

Закономерности длительного стати-
ческого деформирования описываются
на основе известных теорий ползу-
чести (старения, течения, упрочнения
и различных видов теорий наслед-
ственности). Как и при кратковремен-
ном нагружении для описания кине-
тики неупругих деформаций (с учетом
упругопластических деформаций, пол*
зучести), в зонах концентрации на-
пряжений используют различные спо-
собы аппроксимации изохронных кри-
вых деформирования (по параметру
времени т). В частности, для инженер-
ных расчетов предлагаются изохрон-
ные кривые деформирования в форме
функций типа (1) с показателем сте-
пени /пт, зависящим от т.

Изучение перераспределения дефор-
маций и разрушения в зонах кон-
центрации при длительном нагруже-
нии, выполненное экспериментальны-
ми методами (сеток, муара) и расчетом
(методами переменных параметров уп-
ругости, аналитическими и числен-

ными), показало применимость сило-
вых и деформационных критериев для
определения текущих и предельных
состояний. Значительную ценность для
определения прочности элементов свар-
ных конструкций представляют ис-
следования закономерностей деформи-
рования и разрушения при длительном
нагружении образцов с мягкой про-
слойкой, в которых неоднородность
и объемность напряженного состояния
порождается неоднородностью меха-
нических свойств.

К числу интенсивно развиваемых
направлений относятся расчетное и
экспериментальное определение дол-
говечности при нестационарных ре-
жимах нагружения и нагрева с привле-
чением теорий ползучести и гипотез
(линейных и нелинейных) суммирова-
ния повреждений. Такие условия воз-
никают при форсированных режимах
нагружения, когда проявляется вы-
раженная нестационарность процессов
ползучести и накопления повреждений.

Механика длительного статического
разрушения становится одним из су-
щественных элементов в изучении дли-
тельной прочности. При этом для опи-
сания скорости развития трещин (И/дх
длительного нагружения в качестве
критериальных используют коэффици-
енты интенсивности напряжений К\
и деформаций

^т = /1(К1) = /1ЛК1,).	(7)

Функция имеет степенной вид и
учитывает аналогично уравнению (5)
основные параметры нагружения (^ /)
и свойства материала (/и, ф^т).

При базовых экспериментах в об-
ласти механики длительного статиче-
ского разрушения определяют харак-
теристики сопротивления деформиро-
ванию и разрушению при однородном
напряженном состоянии (длительной
прочности и пластичности на стадии
образования трещин, изохронных кри-
вых деформирования), а также строят
диаграммы длительного разрушения.

ИСПЫТАНИЯ ПРИ

ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Исследования сопротивления цикли-
ческому разрушению включают по-
строение кривых усталости материала
или элемента конструкции в широком
диапазоне чисел циклов (в области
мало- и много цикловой усталости);
анализ и обобщение статистических
закономерностей усталости при ста-
ционарном, программном и случайном
нагружениях; развитие основных прин-
ципов механики разрушения на слу-
чай циклического деформирования
в упругой и упругопластической об-
ластях; разработку моделей цикли-
чески деформируемой среды и построе-
ние на их основе кривых деформиро-
вания и разрушения; углубление ана-
лиза взаимодействия циклических, ста-
тических и длительных статических
повреждений; переход к системати-
ческим циклическим испытаниям мо-
делей и реальных конструкций.

Каждое из этих направлений в свою
очередь потребовало дальнейшего раз-
вития методов и средств испытаний,
перехода к более совершенным прин-
ципам возбуждения циклических уси-
лий, автоматизации процессов испыта-
ний, в том числе и на базе применения
управляющих ЭВМ.

Обширный комплекс исследований
по несовершенной упругости, механи-
ческим закономерностям циклического
упругопластического деформирования
и разрушения явился основой для
перехода к построению кривых уста-
лости на стадии образования трещин
при числах циклов №0 в диапазоне
1-г-(106-—107) в амплитудах деформаций
(пластических еар и упругих еа<?):

Мо = Цеар, аае). (8)

Уравнение (8) применительно к ре-
жиму нагружения с заданными де-
формациями имеет вид степенных функ-
ций с параметрами, связанными, как
правило, с характеристиками пластич-
ности и прочности При цикли-
ческом нагружении с заданными ампли-
тудами напряжений оа число циклов
определяется не только ампли-
тудами деформаций еар и еае, но и
односторонне накапливаемыми дефор-
мациями ер:

/ (^ар, ^ае?>	•	(^)

Для циклически анизотропных и
нестабильных материалов типа тер-
моупрочненных низколегированных

сталей деформации, входящие в урав-
нения (8) и (9)г оказываются завися-
щими от числа циклов нагружения.
При этом скорость накопления де-
формаций ер связана в основном с от-
ношением предела текучести от к пре-
делу прочности или равномерной
деформации ев к разрушающей
Обобщение закономерностей малоцик-
лового разрушения достигнуто на ос-
нове учета длины Ь траектории пла-
стической деформации, определяемой
циклическими и односторонне нак°п“
ленными пластическими деформация-
ми. Кривая разрушения при мягком
нагружении в амплитудах напряжений
для широкого диапазона чисел циклов
может быть описана уравнением типа
(6) с заменой т на Мо и т0 на единицу.

Экспериментальное подтверждение
уравнения (8) при испытаниях лабо-
раторных образцов было получено на
базе значительного усовершенствова-
ния средств измерения и регистрации
малых упругих и больших пластиче-
ских деформаций, а также применения
испытательных машин, обеспечива-
ющих управление не только по задан-
ным нагрузкам, но и по заданным
деформациям.

Уравнения типов (8) и (9) с соответ-
ствующими параметрами, устанавли-
ваемыми экспериментально при цикли-
ческом нагружении или по стандарт-
ным характеристикам механических
свойств при статическом нагружении,
входят в качестве расчетных в нормы
прочности.

Экспериментальный материал о рас-
сеянии характеристик сопротивления
многоцикловой усталости при стацио-
нарном нагружении позволил развить
и обосновать критерии подобия уста-
лостного разрушения в вероятностной
постановке. В функции распределения
пределов выносливости (для заданной
вероятности разрушения) были введе-
ны средние значения пределов вынос-
ливости гладких образцов, теоретиче-
ские коэффициенты концентрации на-
пряжений, относительные градиенты
напряжений, параметры сечений и
характеристики чувствительности ма-
териалов к концентрации напряжений
и абсолютным размерам. Для обосно-
вания этих функций в области малых
и больших вероятностей разрушения
были испытаны десятки и сотни образ-
цов на одном уровне напряжении. 1а-
кие испытания, как правило, прово-
дили на серийных машинах повышенной
надежности.

На базе выполненных исследовании
разрабатывают и совершенствуют ме-
тоды оценки прочности и долговеч-
ности деталей машин и элементов кон-
струкции для соответствующей веро-
ятности неразрушения с учетом эк-
сплуатационных спектров нагружения.
При линейном суммировании цикли-
ческих повреждений (программном или
случайном нагружении) наибольшие
отклонения вызываются 'значительны-
ми циклическими перегрузками.

Решение задач, связанных с оценкой
живучести, продлением ресурса и обо-
снованием возможности работы машин
и конструкций при предельных режи-
мах нагружения оказалось возмож-
ным благодаря решению упомянутых
выше задач для тел с трещинами и ис-
пытаниям при однократном нагруже-
нии. По результатам изучения строят
соответствующие диаграммы, связы-
вающие число циклов № и длину тре-
щины I и определяющие переход к
окончательному разрушению при до-
стижении предельного числа циклов №%
и критической длины трещины /д,.

Для описания кинетики трещин
циклического нагружения используют
различные уравнения, основанные на
скорости развития трещин (И[(1М как
на базовой характеристике процесса
разрушения.

В общем случае (по аналогии с дли-
тельным статическим разрушением) для
оценки скорости развития трещин ис-
пользуют соотношения, в которые
в качестве определяющего параметра
входят коэффициент интенсивности
циклических напряжений (его размах
△Кг или амплитуда) и коэффициент
асимметрии г. При этом величина ДК*
зависит от длины трещины, числа
Циклов /V и размаха номинальных на-
пряжений:

= /, (Д/(,) = /2 (/,	Д а>

(10)

Обобщение значительного экспери-
ментального материала по изучению

скоростей роста трещин в рамках кри-
териев линейной механики разруше-
ния позволило описывать как началь-
ные замедленные стадии развития тре-
щин (при приближении максимальных
коэффициентов интенсивности напря-
жений /Стах в Цикле к пороговым зна-
чениям /С/л), так и ускоренные (по
мере приближения величин /Стах к кри-
тическим К^с при циклическом нагру-
жении):

/ [(Ктах- К/А)/(К^Хтах)].

(Н)

В широком диапазоне номинальных
напряжений и чисел циклов нагруже-
ния скорость роста трещин цикличе-
ского нагружения определяется на
основе энергетических и деформацион-
ных критериев разрушения.

Энергетические критерии позволяют
анализировать повышенные скорости
развития трещин при коэффициентах
интенсивности напряжений, близких
к критическим. В случае использова-
ния деформационных критериев в ура-
внение типа (10) вместо коэффициента
интенсивности напряжений /Ст вво-
дят коэффициент интенсивности де-
формаций /Сь> [аналогично уравне-
нию (7) для скоростей развития тре-
щин длительного статического нагру-
жения]. При этом в расчетные урав-
нения входят базовые характеристики
механических свойств — предел теку-
чести, показатель упрочнения в упру-
гопластической области и предельная
пластичность:

М/М = 11 (ДКк) = /2 (До/ат, т, ек1).

(12) •

Система уравнений (5), (7) и (12)
с единых позиций для статического,
длительного статического и цикличе-
ского нагружений описывает процессы
разрушения с учетом упругой и нё-
упругой деформаций, предполагая воз-
можность планирования соответствую-
щих экспериментов по определению
параметров этих уравнений и исполь-
зованию их в расчетах конструкций.

Систематические исследования меха-
ники трещин циклического разрушения
проводят при одновременном развитии
экспериментальных методов и средств
(в первую очередь — автоматизирован-
ных) измерения размеров развиваю-
щихся трещин на стадии устойчивого
и неустойчивого разрушений.

Для изучения процессов цикличе-
ского упругопластического деформи-
рования и разрушения при однород-
ных и неоднородных напряженных
состояниях существенное развитие по-
лучили модели циклически деформиру-
емых сред. Основные параметры
уравнений состояния для цикличе-
ского нагружения предложено опреде-
лять по результатам статических и
циклических испытаний с автомати-
ческой регистрацией диаграмм де-
формирования, по которым дается
оценка характеристик микронапряже-
ний, скалярных функций, неоднород-
ности пластического деформирования.

Одним из наиболее сложных в эк-
сперименте и важных для определения
прочности и ресурса высоконагружен-
ных конструкций энергетического, хи-
мического, транспортного, а также
технологического назначения является
вопрос о длительной циклической проч-
ности, т. е. о взаимодействии цикличе-
ских и длительных статических повре-
ждений.

Для проведения циклических испы-
таний на больших временных базах
в широком диапазоне чисел циклов и
температур требуется применение на-
дежных нагружающих систем, обе-
• спечивающих заданные амплитуды де-
формаций и напряжений. Наиболь-
шее суммарное время (до 104 ч) до-
стигнуто при температурном нагруже-
* нии (термическая усталость с варьи-
руемой выдержкой в цикле). Активное
циклическое деформирование с по-
мощью электромеханических нагружа-
ющих устройств осуществлено на базах
до 103 ч.

Для описания условий деформирова-
ния при длительном циклическом на-
гружении используют деформационную
теорию и теорию течения. В первом
случае для изотермических условий
нагружения наряду с изоциклическими
(для 20 °С и повышенных темйератур)
получили применение изоцикличе-
ские изохронные кривые деформирова-
ния Р (о, е) (при высоких темпера-
турах) в зависимости от уровня напря-
жений о, температуры времени т
и числа полуциклов к:

Р(е, е)=?(о, I, т, к).	(13)

При этом функция времени т в урав-
нении (13) может быть выделена как
независимая, позволяя охарактеризо-
вать «мгновенные» изоциклические кри-
вые деформирования. Аппроксима-
цию кривых (13) проводят степенными
уравнениями типа (1) с показателя-
ми т по уравнению (4), зависящими от
к и т.

Разрушение (по образованию тре-
щины) при циклическом нагружении
в температурно-временной постановке
описывается на основе нелинейных
гипотез суммирования повреждений
в относительных временах и циклах:

Ет/тр + ЕВД = а, (14)

где а — суммарное повреждение, от-
личное от единицы (0,1 а 2).
При этом возникает сложная задача,
связанная с точностью определения
разрушающих времен тр (из-за мало-
сти углов наклона кривых длительной
прочности) для соответствующих пе-
ременных циклических напряжений по
уравнению (13).

Более устойчивой величина а (а 1)
получается на основе деформационно-
кинетического критерия разрушения
типа (9), когда циклическое и предель-
ные деформации для заданной темпера-
туры зависят от времени т.

В качестве расчетных для элементов
конструкций при длительном цикличе-
ском нагружении используют двух-
членные уравнения кривых цикличе-
ского разрушения. Постоянные коэф-
фициенты в этих уравнениях зависят
от времени и получаются из рассмот-
ренных выше опытов на длительную
статическую прочность (по стадиям
образования трещин и по окончатель-
ному разрушению). При таком под-
ходе к расчету базовыми оказываются
опыты на сопротивление циклическому
разрушению при небольших временах
и опыты на длительную прочность при
временах, приближающихся к экс-
плуатационным.

Для определения скоростей развития
трещин при длительном циклическом
нагружении по параметру времени
цикла может быть использовано урав-
нение типа (12) с характеристиками
механических свойств о*т> &к1* за-
висящими от времени т. Эти зависимо-
сти устанавливают из опытов на пол-
зучесть и длительную прочность.

Пока малоизученными остаются во-
просы о влиянии сред и о рассеянии
характеристик сопротивления дефор-
мациям и разрушению при длительном
циклическом нагружении. Анализ по-
следнего вопроса может быть осуще-
ствлен по соответствующим опытным
данным для небольших времен, а.
также на основе имеющихся данных
о рассеянии характеристик прочно-
сти и пластичности при кратковре-
манном и длительном статическом на-
гружениях и пределов выносливости
при * многоцикловом нагружении.
Влияние сред на прочность и долговеч-
ность при циклическом нагружении
в широком интервале I и т изучают
в основном по опытным данным.

Развитие в последние годы средств
экспериментальных исследований поз-
воляет проводить испытания с широ-
ким изменением условий нагружения
не только на лабораторных образцах,
но и на моделях и реальных элементах
конструкций — сосудах давления,
дисках, трубопроводах, сварных, резь-
бовых и других соединениях. Наряду
с определением предельных нагрузок
и чисел циклов существенное значение
при этом имеет исследование кинетики
номинальных и местных пластических
деформаций, условий развития тре-
щин и их переходов в неравновесное
состояние. Такие испытания являются
наиболее сложными и дорогостоящими,
но они позволяют оценить правиль-
ность и точность разрабатываемых ме-
тодов расчета, основанных на харак-
теристиках механических свойств, ко-
торые устанавливают из опытов на
лабораторных образцах.

Развитие методов определения проч-
ности и ресурса конструкций должно
основываться на надлежащем сочета-
нии экспериментальных исследований
механического поведения (уравнения
состояния и критерии разрушения)
применяемых материалов при различ-
ных температурно-механических ус-
ловиях нагружения, расчетного и эк-
спериментального изучения напря-
женно-деформированного состояния

с учетом нелинейности на стадиях
образования и развития разрушения.

Исследования механического пове-
дения материалов должны быть нап-
равлены на накопление систематиче-
ской (в том числе статистической)
информации о характеристиках проч-
ности и пластичности, устанавливае-
мых при испытаниях по стандартизо-
ванным методам (кратковременные ста-
тические, длительные статические и
циклические испытания), а также на
разработку новых методов и средств
оценки сопротивления деформациям
и разрушению при сложных режимах
и программах нагружения. При этом
существенное значение приобретает
анализ процессов протекания неупру-
гих деформаций (пластических и вре-
менных) для указанных выше стадий
разрушения.

Решение этих задач связано с авто-
матизацией испытаний и обработки, их
результатов, с созданием информаци-
онных центров по стандартным и не-
стандартным характеристикам меха-
нических свойств. Испытательные ма-
щины и установки,- отвечающие ука-
занным требованиям должны обладать
системами обратной связи, содержать
управляющие и обрабатывающие ЭВМ.

Основной методической задачей, ко-
торую следует решить в ближайшее
время, является постановка и прове-
дение базовых экспериментов для по-
лучения исходных параметров урав-
нений состояния и критериальных
характеристик разрушения, необхо-
димых для расчетов напряженно-де-
формированных состояний, прочности
и ресурса машин и конструкций.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ

ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Указанные выше характеристики ме-
ханических свойств, определяемые на
гладких образцах, образцах с концен-
трацией напряжений и с трещинами,
позволяют сопоставлять материалы при
обосновании их выбора для создавае-
мых конструкций и проводить по ним
расчеты прочности и долговечности.
Наряду с этими характеристиками
существует большая группа пара-
метров механического поведения мате-
риалов, которые в прямом виде не ис-
пользуются в расчетах прочности и
долговечности, но являются важными
сравнительными показателями надеж-
ности материалов при эксплуатации и
их технологичности на стадии изго-
товления конструкций. Сравнитель-
ные характеристики материалов полу-
чают при следующих основных видах
испытаний: а) ударных испытаний
на копрах стандартных образцов с раз-
личной остротой надреза для опреде-
ления ударной вязкости при заданной
(повышенной, 20 °С или пониженной)
температуре; б) на твердость и микро-
твердость при 20 °С (или заданной
температуре); в) технологических (на
изгиб пластин, закручивание стержней
и проволок, выпучивание опертых
по контуру пластин и дисков);
г) специальных (на однократные и
повторные термоудары,, на формоиз-
менение и коробление при теплосмене,
на воздействие агрессивных сред и
др-)-

Ударные испытания образцов с над-
резом (11 или У-образным), проводи-
мые на маятниковых и ротационных
копрах, позволяют устанавливать ра-
боту разрушения (ударную вязкость),
приходящуюся на единицу поверх-
ности (по минимальному сечению об-
разца). Ударная вязкость зависит от
прочности и пластичности материала
при разрушении и в значительной
степени характеризует его склон-
ность к переходу в хрупкое достояние
(при снижении температуры, увеличе-
нии остроты надреза и скорости при-
ложения нагрузки). Оснащение коп-
ров аппаратурой для регистрации уси-
лий, перемещений, скоростей прод-
вижения трещин позволяет определять
количественные значения характери-
стик прочности и пластичности, кото-
рые уже могут являться расчетными.
Кроме того, получены определенные
корреляционные связи между ударной
вязкостью и энергетическими харак-
теристиками механики разрушения

и 7[с,

Испытания на твердость проводят
обычно при статическом вдавливании
индентора различной формы (сфери-
ческой, конической, пирамидальной)
в материал с регистрацией площади

или линейных размеров (по поверх-
ности образца или по глубине). Коли-
чественные значения твердости (по
Бринеллю, Роквеллу, Викерсу и др.)
определяют как отношение нагрузки
к размерам отпечатка (обычно пло-
щади). Твердость находится в доста-
точно устойчивой зависимости для
материала данного типа от пределов
текучести о0>2 и прочности о#, модуля
упругости, что позволяет косвенно
оценивать указанные выше характе-
ристики механических свойств не-
разрушающими методами. Микро-
твердость определяют на микротвер-
домерах при нагрузках значительно
меньших, чем при измерениях твердо-
сти. По микротвердости удается оце-
нивать различие свойств локальных
зон материала (зерен, прослоек, свар-
ных швов и т. д.). Динамические испы-
тания на твердость (при регистрации
работы вдавливания и высоты упругого
отскока бойка) расширяют диапазон
температур испытаний и позволяют
оценивать твердость на изделиях,
в том числе и в полевых усло-
виях.

Оснащение твердомеров и микро-
твердомеров устройствами для записи
диаграмм вдавливания (нагрузка —
глубина вдавливания), позволяет полу-
чить информацию о других свойствах
материала, в том числе о начальной
форме и параметрах диаграммы растя-
жения.

Цель технологических испытаний —
оценка предельной деформативности и
пластичности материалов в условиях
однократных или повторных нагруже-
ний. При испытаниях на загиб или
закручивание определяют предельный
угол, при котором образуются трещи-
ны. При испытаниях на выпучивание
находят максимальную деформацию
при потере устойчивости пластического
деформирования или при образовании
трещины.

Специальные испытания проводят
на образцах различной формы и раз-
меров — обычно цилиндрах или пла-
стинах, с применением термокамер,
камер для создания заданных сред
(жидких и газообразных). При этом
регистрируют число термоударов и
время воздействия сред до образова-
ния трещин или до определенной ста.
дни изменения начальной формы об-
разцов.

Перечисленные выше методы испы-
таний и определяемые при этом харак-
теристики являются существенным до-
полнением к показателям механиче-
ских свойств материалов, входящим
в расчеты на прочность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Г. Испытания материалов: Справочник.
Пер. с нем./Под ред. X. Блюменауэра,
Мл Металлургия, 1979. 445 с.

2.	Махутов Н. А. Сопротивление элемен-
тов конструкций хрупкому разрушению.
Мл Машиностроение, 1973. 200 а.

3.	Работнов Ю, Н. Механика деформиру-
емого твердого тела. Мл Наука, 1979.
744 с.

4.	Серенсен С. В., Когаев В. П., Шней-
дерович Р. М. Несущая способность и
расчеты деталей машин ца прочность.
Мл Машиностроение, 1975, 480 с.

5.	Тимошук Л, Т. Механические испыта-
ния металлов. Мл Металлургия,- 1971.
224 с.

6.	Фридман Я. Б. Механические свойства
металлов. Ч. 1. Деформация и разруше-
ния. Мл Машиностроение, 1974. 3-е изд.,-
472 с.

7.	Фридман Я. Б. Механические свойства
металлов. Ч. 2. Механические испытания.
Конструкционная прочность. Мл Ма-
шиностроение, 1974. 3-е изд.,- 368 с.

8.	Школьник Л. М. Методика усталостных
испытаний: Справочник. Мл Металлур-
гия, 1978. 304 с.
Глава О* СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
НА РАСТЯЖЕНИЕ
И СЖАТИЕ

СИЛОВЫЕ

И ДИНАМИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Машины для испытания на растя-
жение-сжатие классифицируют на про-
стые и универсальные. При испытаниях
на простых машинах можно приклады-
вать к образцу нагрузку только одного
знака (растяжение или сжатие).

Различают универсальные машины
знакопостоянные, на которых во время
испытаний образец нагружается толь-
ко в одном направлении (на сжатие
или растяжение), и знакопеременные,
позволяющие изменять знак нагрузки
на образце при испытаниях без перена-
ладки,

Машины для испытаний на растяже-
ние-сжатие разделяют по назначению
на машины широкого применения,
специализированные и целевые. Ма-
шины широкого применения предна-
значены в основном для научных ис-
следований. Конструкция их должна
быть такова, чтобы на них можно было
реализовать разнообразные режимы
испытаний и испытывать образцы раз-
личных конфигураций, размера, из
разных материалов. На специализи-
рованных машинах проводят контроль-
ные и приемочные испытания материа-
лов для определения стандартных меха-
нических характеристик, поверочные
й контрольные испытания однотип-
ных изделий.

На целевых * машинах проводят ис-
пытания строго определенных видов,
как правило, при экстремальных зна-
чениях параметров (скоростные маши-
ны для испытания с наивысшей дости-
жимой мощностью, разрывные машины
для исследования хрупкого разруше-
ния при предельно высоких нагрузках
и др.).

Модернизация машин широкого при-
менения заключается в расширении
рабочего диапазона силовых, частот-
ных, деформационных параметров, по-
вышения точности их измерения, со-

вершенствовании систем - управле-
ния.

Специализированные машины со-
вершенствуют путем автоматизации
операций при испытаниях для повы-
шения производительности, исключе-
ния влияния субъективных факторов
на результаты ускорения обработки
данных и доставки результатов на
соответствующие производственные
участки. Степень необходимой авто-
матизации определяется экономиче-
скими соображениями и зависит от
объема контролируемого производ-
ства.

В силовой схеме однозонной разрыв-
ной или универсальной статической
машины с механическим нагружаю-
щим устройством (рис. 1, а) колонны
машины испытывают напряжения сжа-
тия при растяжении образца и напря-
жение растяжения при его сжатии.
Жирной штрихпунктйрной линией по-
казано замыкание силового контура
через элементы машины. При расчете
на прочность элементов машины ко-
лонны должны быть проверены на
устойчивость по Эйлеру. Эта силовая
схема применена, например, в раз-
рывных машинах отечественного про-
изводства МР-5 и универсальных
УМ-5, рассчитанных на предельную
нагрузку 50 кН.	'	'

В универсальных двухзонных маши-
нах (рис. 1, б) станина, стойки и верх-
няя траверса образуют жесткую раму.
В станине расположен привод, соеди-
ненный с нагружающими винтами,
точные гайки которых закреплены
в подвижной траверсе. В верхней тра-
версе находится датчик силы, несущий
верхний захват для испытуемого об-
разца. Нижний захват закреплен на
подвижной траверсе. Таким образом,
верхняя зона (над подвижной травер-
сой) используется для испытания на
растяжение, а нижняя зона (под под-
вижной траверсой) — для испытаний
на сжатие.
При испытаниях на сжатие датчик
силы необходимо переставить либо
в станину, либо в подвижную траверсу.
Некоторые зарубежные фирмы встраи-
вают один датчик силы в подвижную
траверсу и применяют его при испы-
таниях как на растяжение, так и на
сжатие.

При испытаниях на растяжение сило-
вая цепь замыкается через стойки 3
рамы машины (см. рис. 1, б) и через
нагружающие винты 2, а при испыта-
ниях на сжатие — только через нагру-
жающие винты. Таким образом, при
испытаниях любых видов стойки всегда
сжаты, а нагружающие винты растя-
нуты. Эту силовую схему применяют
и в машинах для повторно-статических
испытаний.

Преимущество схемы в жесткости
конструкции, повышающей точность
регистрации переходных процессов,
например. площадки текучести при
испытаниях вязких материалов.

Схему применяют, например, в оте-
чественных машинах 1253-У-2-2;
1958АК, в машине типа Т22 фирмы
у/Ырег! (ФРГ), в машинах серии
1400 фирмы 2^пск (ФРГ), обеспечива-

ющих испытания' при нагрузках
5—200 кН.

В силовой схеме резонансной машины
с эксцентриковым возбудителем коле-
баний и прямым жёстким нагружением
(рис. 2) образец, закрепляемый в зах-
ватах 9 и 10, статически нагружается
путем сжатия пружины 2 (для растяже-
ния) или пружины 3 (для сжатия)
гайками 1 или 4, навернутыми на шток
5, жестко соединенный с захватом Р.
Переменные нагрузки на образец соз-
даются инерционными силами при
движении массы 7 между двумя сжаты-
ми пружинами 6 и 8. Масса 7 оперта
на упругие направляющие 13. Дви-
жение этой массе сообщается штока-
ми 14 от эксцентрика /б, вращае-
мого электродвигателем 15. Измеря-
ются нагрузки датчиком И силы, жест-
ко закрепленным на массивной ста-
нине 12.

На рис. 3, а приведена силовая
схема, применяемая в универсальных
машинах с гидравлическим нагружа-
ющим устройством.

При испытаниях на растяжение ко-
лонны 2 сжаты, а колонны 5 растяну-
ты. Колонны 2 должны быть рассчи-
таны на устойчивость по Эйлеру.

Рис. К Силовые схемы испытательных машин с механическим приводом:	оаверса.

а — однозонной; 1 — станина; 2 — привод; 3	соответственно верхний

5 - датчик силы; 6, 1 - захваты для испытуемого образца соответствени^^ * _
и нижний; б — двухзониой; 1 — станина; 2 — нагружающие и • захватыдля испы-
подвижная траверса; 5 — верхняя траверса; 6 датчик силы» ,	соответственно

таний образцов на растяжение соответственно верхний и	. -

верхняя и нижняя опорные плиты для испытаний образцов на сж
Рис. 2, Силовая схема резонансной ма-
шины с эксцентриковым возбудителем ко-
лебаний и прямым жестким нагружением
образца

По этой схеме, например, построены
машины отечественного производства
УММ-50, универсальная машина с
гидропульсатором одностороннего
действия МУП-100, машины серии

ИРМ фирмы ЗсЬепск ТгеЬе! (ФРГ)
Ь испытательными нагрузками 10—
1000 кН и др.

Недостаток этой схемы — большая
масса элементов машины, укрепленная
на колоннах 2, что приводит к низкой
частоте собственных поперечных коле-
баний, находящихся внутри диапазона
рабочих частот машин, оборудованных
гидропульсаторами. Это приводит к
необходимости работать на фиксиро-
ванных частотах нагружения образца^
отстоящих от резонансных частот по-
перечных колебаний.

Силовую схему, показанную на
рис. 3, б, применяют в универсальных
машинах с гидропульсаторами двой-
ного действия.

Машина имеет одну зону для испыта-
ний на растяжение и сжатие при ста-
тическом нагружении и при испытаниях

Рис. 3. Силовые схемы универсальных испытательных машин с гидравлическим на-
гружением:

а —Хдвухзонной: 1 станина; 2 — колонны; 3, 9 — захваты для испытаний на растя-
жение соответственно верхний и нижний; 4 — нижняя траверса реверсора; 5 — колонны
реверсора; 6 — верхняя траверса; 7 — верхняя траверса реверсора; 8 — нагружающий
цилиндр; 10 механический привод установочного перемещения захвата 9; б — одно-
зонной с верхним расположением нагружающих цилиндров; 1 — станина; 2 — колонны;
3, 6 — траверсы реверсора соответственно нижняя и верхняя; 4 — колонны реверсора;
5 —- верхняя траверса; 7,8 — нагружающие цилиндры соответственно верхний и ниж-
ний; 9, 10 — захваты для испытуемого образца соответственно верхний и нижний; 11 —
механический привод установочного перемещения захвата 10', в — однозонной с нижним
расположением нагружающих цилиндров: 1 — станина; 2 — колонны с упорной резь-
бой; 3 — верхняя траверса; 4 — привод верхней траверсы; 5, 6 — захваты для испыту-
емого образца соответственно верхний и нижний; 7,11 — траверсы реверсора соответ-
ственно верхняя и нижняя; 8,9 — нагружающие цилиндры соответственно верхний и
нижний; 10 — колонны реверсора; г — однозонной с нижним расположением нагру-
жающего цилиндра двойного действия: 1 — станина; 2 — нагружающий цилиндр?
3 — колонны с упорной резьбой; 4 — верхняя траверса; 5 датчик силы; 6, 7 —•
верхний и нижний захваты для испытуемого образца
на усталость с симметричными и
«симметричными циклами нагружения.
Недостаток этой схемы тот же, что
и V предыдущей. Колонны 2 должны
быть рассчитаны на устойчивость по
Эйлеру, так как они испытывают на-
пряжения растяжения и сжатия, ко-
лонны 4 при любых видах испытаний
растянуты. Эта схема применена, на-
пример, в машинах серии 13Н8 фирмы
ЬозепЬаизеп (ФРГ).

Силовая схема, показанная на
рис. 3, а, отличается от предыдущей
установкой узла нагружающих ци-
линдров и механического привода уста-
новочного перемещения захвата. Ма-
точные гайки, расположенные в верх-
ней траверсе 3 и приводимые во враще-
ние приводом < взаимодействуя с упор-
ной резьбой колонн 2, перемещают
верхнюю траверсу с захватом 5. Ма-
шины, построенные по этой схеме,
как правило, снабжают гидропульса-
торами двустороннего .действия, даю-
щими возможность проводить испыта-
ния на усталость при симметричных
и асимметричных циклах нагружения.

Преимущество этой силовой схемы
перед схемами, показанными на
рис. 3, б, в меньшей массе элементов
машины, установленных на верхней
траверсе и, как следствие, — в отно-
сительно более высокой частоте соб-
ственных поперечных колебаний.

Эту схему применяют в машинах,
рассчитанных на весьма большие ис-
пытательные нагрузки. Например, она
применена в машинах отечественного
производства МП-800 с максимальной
нагрузкой 8 МН при статическом и
асимметричном динамическом нагруже-
ниях и нагрузкой ±3 МН при испыта-
ниях на усталось с симметричным
циклом нагружения, а также в гори-
зонтальной машине ЕН118 400 фирмы
МРЬ (ФРГ) с максимальной нагрузкой
До 10 МН и нагрузкой ±4 МН при
симметричных циклах нагружения.

Колонны 10 при любых видах на-
гружения испытуемого образца испы-
тывают нагрузки растяжения, а колон-
ны 2 испытывают нагрузки растяжения
и сжатия в зависимости от вида на-
гружения.

На рис. 3, г показана силовая схема,
получившая широкое распространение
в испытательных машинах вместе с

2 Зак. № 38

злектрогидравлическими системами
нагружения. Гидравлический цилиндр
двойного действия обеспечивает на-
грузки растяжения и сжатия. Колонны
испытывают нагрузки растяжения и
сжатия.

Для закрепления верхней траверсы
после ее установочного перемещения
разные фирмы Применяют различные
конструкционные решения для более
жесткого и плотного в отношении виб-
рации крепления верхней траверсы
к колоннам. Некоторые фирмы парал-
лельно колоннам монтируют жесткие
стойки с поперечиной, образующие
замкнутую раму. Необходимость уве-
личения жесткости машины объясня-
ется повышенным диапазоном рабочих
частот, получаемых благодаря электро-
гидравлической системе нагружения.

Эта силовая схема, например, ис-
пользована в испытательных машинах
отечественного производства серии
УРС с электрогидравлическим на-
гружением, в машинах фирмы МТ8
(США), машинах системы «НубгорЫз»
фирмы 8сЬ.епск (ФРГ), в машинах типа
Н1}8 1060 фирмы МГЬ (ФРГ), в маши-
нах серии ТН2 фирмы \Уо1рег1-Ат81ег
(ФРГ, Швейцария) и др.

На рис. 4, а показана силовая
схема высокочастотной машины с элек-
тромагнитным возбуждением колеба-
ний для испытаний на усталость.
Станина укреплена на основании с
большой инерционной массой, уста-
новленном на пружинах. Статическая
нагрузка на испытуемый образец
пропорциональна статической дефор-
мации скобы. Переменная гармониче-
ская сила возбуждается благодаря
движению грузов инерционной массы
возбудителя колебаний. Машина ра-
ботает в режиме автоколебаний. Так
как добротность механической коле-
бательной системы достигает несколь-
ких десятков единиц, частота авто-
колебаний близка к частоте собствен-
ных резонансных колебаний. Колон-
ны 2 и скоба 5 щГпытывйот статические
нагрузки растяжения и сжатия в за-
висимости от величины предваритель-
ного статического нагружения и рас-
тяжения или сжатия испытуемого
образца. Скоба 5 нагружена и перемен-
ной силой, но так как ее жесткость
во много раз меньше жесткости испы-
Рис. 4. Силовые схемы машин с электромагнитным возбуждением колебаний для испы-
таний на усталость и эластичным возбуждением динамической нагрузки:

а — прямым; 1 — станина; 2 колонны; 3 — грузы инерционные возбудителя коле-
баний; 4 — шток; 5 —* упругая скоба; 6 — верхняя траверса; 7 — механизм статиче-
ского нагружения; 8 — нагружающий винт; 9, 10 — соответственно корпус и якорь
электромагнитного возбудителя колебаний; //, 12 — захваты для испытуемого образца
соответственно верхний и нижний; 13 — датчик стглы; б — косвенным; 1 — станина;

2 — колонны с упорной резьбой; 3 — упругая балка; 4 — грузы инерционные; 5 — упру-
гая скоба; 6 —• верхняя траверса; 7, 8 — соответственно корпус и якорь электромагнит-
ного возбудителя колебаний; 9, 10 — захваты для испытуемого образца соответственно
верхний и нижний; 11 — датчик силы

туемого образца, эта сила соответствен-
но меньше переменной силы, испыты-
ваемой образцом.

По такой схеме построены машины
отечественного производства ВП-10У
и УРСЛС/30000 с максимальной на-
грузкой* 100 кН, а также машины типа
10НРР 1478 фирмы Дт81ег-\Уо1рег1
(ФРГ, Швейцария) с такой же макси-
мальной нагрузкой 100 кН.

На рис. 4, б показана силовая схема
высокочастотной машины для испыта-
ний на усталость с электромагнитным
возбуждением колебаний. На станине,
закрепляемой, как и у предыдущей
машины, на основании с большой инер-
ционной массой, жестко закреплены
колонны, имеющие упорную резьбу.
Верхняя траверса может перемещаться
по колоннам в результате взаимодей-
ствия маточных гаек механического
привода, размещенного на верхней
траверсе (на схеме не показан). Ста-
тическое нагружение испытуемого об-
разца пропорционально деформации

скобы 5. „ Переменная нагрузка на
образец создается движением инерци-
онных масс 4. Рабочая частота машины
определяется в основном жесткостью
балки 3 и массой инерционных грузов 4,
Машина с этой силовой схемой при-
годна для высокочастотных испытаний
на усталость образцов материалов
с большим внутренним затуханием.
По этой схеме построена машина оте-
чественного производства типа ВП-40.

На рис. 5, а, б показаны силовые
схемы машин с инерционным механи-
ческим возбудителем колебаний, вы-
полненным с вращающимися неурав-
новешенными относительно оси враще-
ния массами, для испытаний на уста-
лость. В обеих машинах к массивным
станинам 4, установленным на эластич-
ных опорах, прикреплены датчики
силы 9, несущие захват 8 для испыту-
емого образца, который другим концом
зажимают в захвате 7. Последний свя-
зан с пружиной 6 статического нагру-
„жения, которое осуществляют меха-
Рис. 5. Силовые схемы машин с инерционным механическим возбудителем колебаний
и эластичным косвенным возбуждением динамической нагрузки:

а _, с винтовыми резонирующими пружинами; б — с резонирующей упругой балкой

низмом 5, растягивая пружину. За-
мыкание силовой цепи происходит
через элементы станины.

Динамическое нагружение испытуе-
мого образца в машине по схеме
рис. 5, а происходит благодаря колеба-
тельному движению инерционного
груза 2, связанного с захватом 7
через пружины /. Обычно применяют
две винтовые пружины с противопо-
ложными углами навивки, вставленные,
одна в другую. При соответствующем
подборе жесткостей пружин это позво-
ляет скомпенсировать крутящие момен-
ты, возникающие на торцах пружин
при их растяжении или сжатии. Воз-
будитель 3 колебаний установлен на
инерционном грузе. По отношению
к переменной силе, нагружающей
образец, станину можно рассматривать
как контрмассу.

Динамическое нагружение испыту-
емого образца в машине по схеме
рис. 5, б осуществляется также благо-
даря инерционным силам, возникаю-
щим при движении грузов 2. Но
инерционные грузы расположены на
концах эластичной балки 1 с жесткой
частью, соединенной с захватом 7.
Колебания балки происходят на низ-
шей форме, т. е. когда узел колебаний
находится в середине балки. Как
и в предыдущей схеме, станина служит
контрмассой. В обеих схемах дина-
мически нагружены элементы станины,
расположенные в непосредственной бли-
зости к датчику силы.

Испытания образцов для определе-
ния прочностных характеристик ма-
териалов обычно проводят в одном
из двух режимов — эластичного или
жесткого нагружений.

Первый режим характеризуется за-
данной скоростью возрастания нагру-
жающей силы, а второй — заданной
скоростью деформирования испытуе-
мого образца. В обоих случаях в эле-
ментах испытательной машины (колон-
нах, траверсах, рамах) вследствие их
упругой деформации накапливается
потенциальная энергия, которая при
достижении материалом образца пре-
дела текучести приводит к нарушению
режима испытаний и быстрому его
разрушению. Это снижает достовер-
ность испытаний и тем больше, чем
больше деформации элементов машины,
т. е. чем больше запас потенциальной
энергии, накопленной в машине при
нагружении испытуемого образца. По-
этому при прочих равных условиях
результаты испытания на более жест-
кой машине ближе к действительным,
чем на податливой.

Силовая схема, показанная на
рис. 1, б, позволяет строить весьма
жесткие испытательные машины. До-
стигается это предварительным на-
пряжением винтов 2 и стоек 3. Винты
при любых видах нагружения образца
растянуты, а стойки сжаты. Если
стойки предварительно растянуть, а
колонны сжать, образовав из каждой
стойки и колонны замкнутый силовой
контур, то при . нагружении образца
в результате перераспределения на-
грузок суммарная деформация этих
элементов может быть очень малой,
а это эквивалентно повышению жест-
кости.

Такой технологический прием по-
вышения жесткости машин применяет
фирма 2шск (ФРГ).

Независимо от силовой схемы,
средств силового возбуждения и дру-
гих конструктивных признаков подав-
ляющее большинство испытательных
машин в динамическом отношении
может быть представлено ограниченным
числом схем колебательных систем
с сосредоточенными параметрами. Для
машин каждой группы, объединенных
одной такой схемой, общими являются
динамические особенности возбуждения
переменных нагрузок и условия пере-
дачи их на образец?

Жестким возбуждением динамиче-
ских нагрузок считают такое, при ко-
тором заданной величиной является
кинематически ограниченное возмуща-
ющее перемещение, постоя иное" на всем
протяжении испытания либо програм-
мируемое по определенному закону.
В этом случае возбуждающее усилие
изменяется в зависимости от изменения
жесткости нагружаемой системы, а
реакция испытуемого образца — в за-
висимости от изменения его жесткости-
в связи с образованием и ростом тре-
дцины усталости.

Эластичным возбуждением считают
такое, при котором заданной величи-
ной является нагрузка, постоянная
или программируемая на всем про-
тяжении испытания. В этом случае
возбуждающее перемещение не огра-
ничено кинематически и может изме-
няться в зависимости от изменения
жесткости нагружаемой системы, а де-
формация испытуемого образца —
в зависимости от постепенного разви-
тия трещины усталости.

Машины для динамических испыта-
ний (испытаний на усталость) при рас-
тяжении-сжатии целесообразно раз-
делить на четыре группы: 1) с жестким
возбуждением, 2) с эластичным пря-
мым возбуждением, 3) с эластичным
косвенным возбуждением, 4) с нагру-
жением силами инерции собственных
распределенных масс.

При построении динамических схем
приняты допущения.

1.	Упругие элементы колебательных
систем (пружины, динамометры, ко-
лонны, испытуемые образцы и т. д.)
считают невесомыми, а их распреде-
ленную массу учитывают путем при
ведения ее к ближайшим массам.

2.	Массу (станин, траверс, инерци-
онных грузов и т. п.) представляют
в виде материальной точки, в которой
сосредоточена конечная масса.

3.	Жесткость упругих направляю-
щих не учитывают, так как она прак-
тически не влияет на характер колеба-
ний.

4.	Колебания сосредоточенных масс
упругих систем испытательных машин
считают моногармоническими. В дей-
ствительности вследствие влияния -
различных конструктивных или дру-
гих факторов (непостоянство момента
инерции массы инерционных возбуди- '
телей колебаний с вращающимися
неуравновешенными массами, конеч-
ного отношения радиуса кривошипа
к длине шатуна, нелинейность харак-
теристики электромагнитного возбуди-
теля колебаний и т. п.) возбуждаемые
колебания не всегда бывают моногар-
моническими. Однако искажения фор-
мы кривой цикла нагружения, как
правило, невелики, и высшими гармо-
ническими составляющими можно пре-
небречь.

5.	Смещения масс считают относи-
тельно твердого тела бесконечно боль-
шой массы.

На рис. 6, а изображена динамиче-
ская схема машин первой группы.
Перемещения массы тг заданы и
ограничены достаточно жесткой кон-
струкцией возбудителя колебаний.
В этом случае масса т± практически
не влияет на колебания других сосредо-
точенных масс. Таким образом, машины
первой группы характеризуются воз-
буждаемым динамическим перемеще-
нием с кинематически фиксированной
амплитудой, которая не зависит от
частоты возбуждения. Такая динами-
ческая схема присуща всем машинам
с шатунно-кривошипными и эксцентри-
ковыми возбудителями колебаний, а
также гидропульсационным маши-
нам с пульсаторами объемного дей-
ствия, в которых передача движения
Рис. 6. Динамические схемы машин для испытаний на усталость возбуждением:

а _ прямым жестким; б — прямым эластичным; в — косвенным эластичным;

т3; пи — массы соответственно возбудителя колебаний (резонатора для сх. в), захвата
для образца и элементов машины, соединяющих образец с возбудителем колебаний, за-
хвата для образца, соединяющего образец с датчиком силы или с каким-либо иным узлом
машины, станины машины; Си с?; ся', с*; жесткости соответственно элементов, соеди-
няющих захват для образца с возбудителем колебаний (упругого элемента резонатора
для сх. б), пружины статического нагружения или эквивалентных ей устройств, образца,
датчика силы или иного элемента, соединяющего образец со станиной машины, упругих
опор, на которые установлена станина машины;	— внутренние неупругие со-

противления в элементах машины с соответствующими жесткостями

от привода бесклапанного насоса (пуль-
сатора) осуществляется жидкостью, за-
ключенной в соединительном трубо-
проводе. Силовые схемы этих машин
приведены на рис. 2 и 3.

Применительно к машине с гидро-
пульсатором, силовая схема которой
показана на рис. 3, а, элементы дина-
мической схемы соответствуют: —
массе плунжера гидропульсатора; с± —
приведенной жесткости трубопровода
и масла, находящегося в нем и в ци-
линдрах (пульсатора и нагружаю-
щем Я); У?* —- приведенному неупруго-
му сопротивлению этой цепи; т2 —
массе реверсора машины, включающего
верхний захват 3, нижнюю траверсу
колонны 5 и верхнюю траверсу 7
с поршнем нагружающего цилиндра;
с2 приведенной жесткости трубопро-
водов, соединяющих нагружающий ци-
линдр с насосом и гидравлическими
измерителями статической и динами-

ческой нагрузок и количества масла
в них; — неупругому сопротивле-
нию в этих элементах машины; с3 —
жесткости образца; /?3 — неупругому
сопротивлению в материале образца;
т9 — массе нижнего захвата 9; с4 —
жесткости винта механизма 10 уста-
новочного перемещения захвата 9;
/?4 — неупругим сопротивлениям в соч-
ленениях этих элементов; т4 — сум-
марной массе станины 1, колонн 2
и траверсы 6 с нагружающим ци-
линдром 5.

Во многих случаях динамическая
схема может быть упрощена. Например,
при испытаниях образцов с малым
внутренним трением /?3 можно не учи-
тывать; при жесткой установке машины
на массивный фундамент не учиты-
вают /п4, сб, и т. д.

Несмотря на относительно невысо-
кую частоту нагружения и связанную
с этим небольшую производительность
испытаний, машины первой группы
получили широкое распространение,
их продолжают выпускать многие фир-
мы.

На рис, 6, б изображена динамиче-
ская схема испытательных машин вто-
рой группы, характеризующихся воз-
буждаемой динамической силой, пе-
редаваемой непосредственно на испы-
туемый образец. Для возбуждения это-
го усилия применяют, например, инер-
ционные, электромагнитные, электро-
гидравлические возбудители колеба-
ний. Силовые схемы таких машин пред-
ставлены на рис. 3, г и 4, а. Типичные
представители этих машин — резонан-
сные машины с электромагнитным воз-
буждением колебаний (см. рис. 4, а),
применительно к которым элементы
динамической схемы соответствуют:
т1 + т2 — приведенной массе инер-
ционных грузов 5, штока 4, якоря 10
и захвата //; с2 и /?2 — соответственно
жесткостями внутреннему сопротивле-
нию материала скобы 5; с3 и 7?3 —
соответственно жесткости и внутрен-
нему сопротивлению материала образ-
ца; т3 — захвату /2; с4 и /?4 — соот-
ветственно жесткости и внутреннему
сопротивлению материала датчика си-
лы 13',	— суммарной массе стани-

ны /, колонн 2, верхней траверсы 6
с установленными на ней механиз-
мами.

В высокочастотных машинах в /?2, /?3
и Т?4 входит трение в соединениях меж-
ду соответствующими конструктивны-
ми элементами машины, которое оказы-
вает наиболее существенное влияние на
добротность ее колебательной системы.

Машины с электрогидравлическп-
ми возбудителями колебаний (см.
рис. 3, г) могут работать как в режиме
заданных перемещений активного зах-
вата 7, так и в режиме заданной силы,
прикладываемой к испытуемому об-
разцу, т. е. в зависимости- от режима
испытаний необходимо рассматривать
соответствующую динамическую схему.

К третьей группе (динамическая
схема на рис. 6, в) относят испытатель-
ные машины, возбудители колебаний
которых передают динамическое уси-
лие на испытуемый образец через про-
межуточную упругую систему, настраи-
ваемую на колебания с большим дина-
мическим усилением, —- резонатор.

В высокочастотных машинах, как и
в машинах второй группы, на доб-
ротность колебательной системы наи-
большее влияние оказывают сопро-
тивления, возникающие в местах'сты-
ков элементов колебательной системы.
Возбудитель колебаний может воздей-
ствовать на массу резонатора или
на массу т2 захвата для образца.
Примерами могут служить машины,
силовые схемы которых показаны на
рис. 4, б и 5. В качестве возбудителей
колебаний применяют те же устрой-
ства, что и в машинах второй группы.

Применительно к машине на
рис. 4, б элементы динамической схемы
соответствуют: тг — приведенной мас-
се инерционных грузов 4\	— жест-

кости на изгиб балки 3 резонатора;
7?! — внутреннему сопротивлению
в материале балки 3 и трению в соеди-
нениях между якорем 5, скобой 5,
центральной частью балки 3 и захва-
том 9; т2 — приведенной массе якоря 8
возбудителя колебаний, части ско-
бы 5, центральной части балки 3
резонатора и захвату 9; с3 и 7?3 — соот-
ветственно жесткости и внутреннему
сопротивлению материала образца,
с4 и /?4 — соответственно жесткости
и внутреннему сопротивлению упру-
гого элемента датчика 11 силы; —
суммарной массе станины /, колонн 2,
верхней траверсы 6 и возбудителя 7
колебаний; с5 и /?5 — соответственно
жесткости и сопротивлению опор (на
рис. 4, б не показаны). Переменная
сила электромагнитного возбуди-
теля колебаний приложена к т? —
захвату 9 (к центральной части балки 3
резонатора), и колебания резонатора
возбуждают через заделку его упругого
элемента.

Очевидно, что конструктивные эле-
менты машин на рис. 5 соответствуют
элементам динамической схемы маши-
ны на рис. 6, в. Переменная сила инер-
ционного возбудителя в обеих машинах
приложена к инерционным грузам 2
резонаторов, т. е. к

К четвертой группе относят все
машины, у которых в колебательных
системах нельзя выделить сосредото-
ченных масс, а основными нагружаю-
щими силами являются силы инерции
распределенных собственных масс ис-
пытуемого образца, поэтому динамиче-
ская схема их не может быть представ-
лена в виде колебательной системы
с сосредоточенными параметрами.
В эту группу входят машины с магнито-
стрикционными и пьезоэлектрическими
возбудителями колебаний, динамиче-
ские схемы которых рассмотрены ниже.

Для сопоставления динамических
характеристик испытательных машин
необходимо знать усилия, действующие
в упругих элементах соответствующих
колебательных систем. Эти усилия
могут быть выражены в виде произведе-
ния жесткости соответствующих эле-
ментов на их абсолютную деформацию.
Такой метод расчетного определения
усилий достаточно точен, так как
в рассматриваемых испытательных ма-
шинах скорость задаваемой деформации
значительно ниже скорости распростра-
нения ее в материале образца и эле-
ментов машины, и возможность возник-
новения в образце и элементах машины
волновых явлений фактически исклю-
чается.

Максимальная абсолютная деформа-
ция упругих элементов зависит от зна-
ка и амплитуды перемещений сосредо-
точенных масс, соединенных с ними.

Для составления дифференциальных
уравнений движения сосредоточенных
масс рассматриваемых колебательных
систем целесообразно применять энер-
гетический метод с использованием
уравнения Лагранжа:

Л_(.дК\ дК ( дП -р

Ш \ дХ[ ) дх1 "Т" дХ} 1*

где Д' и П — соответственно кинети-
ческая и потенциальная энергии всей
колебательной системы; Х[ — обоб-
щенная координата массы XI —
обобщенная скорость массы Р/ —
обобщенная сила, соответствующая
координате х/.

В качестве обобщенных координат,
можно принять перемещения соот-
ветствующих масс. Тогда обобщенной
силой в соответствии с выражением
Для работы, производимой на малом
приращении обобщенной координаты,
оудет усилие Рв, развиваемое возбу-
дителем колебаний. Это дифференци-
альное уравнение может быть состав-
лено для каждой обобщенной коорди-
аты, поэтому общее число уравнений

будет равно числу степеней свободы
системы.

Критерием оценки возможности той
или иной испытательной машины раз-
вивать необходимые нагрузки может
служить коэффициент эффективности
возбуждения, характеризуемый от-
ношением усилия Ро, действующего на
испытуемый образец (реакции образ-
ца), к усилию Рв, развиваемому воз-
будителем колебаний: Дэ == Р0/^в-

Чем больше Кэ, тем рациональнее
конструкция машины и эффективнее
возбуждение переменных нагрузок.

Датчики силы с упругими элемен-
тами применяют во многих испытатель-
ных машинах для статических и ди-
намических измерений силы, дейст-
вующей на испытуемый образец. При
статическом градуировании такой си-
лоизмерительной системы, установлен-
ной в испытательной машине, элементы
колебательной системы машины оста-
ются неподвижными, поэтому пос/ед э-
вательно соединенные испытуемый об-
разец и упругий элемент датчика силы
нагружаются одинаково и показания
силоизмерителя полностью соответст-
вуют нагрузке, приложенной к образ-
цу. А во время работы машины, когда
ее колебательная система находится
в движении, показания силоизмери-
теля уже не соответствуют действитель-
ной нагрузке на образец, так как
возникают дополнительные инерцион-
ные силы, действующие на упругий
элемент датчика силы. В зависимости
от соотношения масс и жесткостей ко-
лебательной системы машины, показа-
ния силоизмерителя могут быть как
выше, так и ниже нагрузки на образце.
Разность между фактической нагру-
женностью образца Ро и упругого
элемента датчика силы Рд составляет
динамическую ошибку. Однако точ-
ность измерения динамической на-
грузки с практической точки зрения
удобнее характеризовать не абсолют-
ной динамической ошибкой, а отно-
шением (%) ее к усилию, действую-
щему на образец:

• Ддин-Рдр-^ 100 =
г о

|Ю-
Положительные значения Адин оз-
начают завышение, а отрицательные —
занижение показаний силоизмерителя.

МАШИНЫ

С МЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Разрывные машины с рычажно-ма-
ятниковыми си ло измерите л ям и. Ма-
шина Р-5 предназначена для испытания
образцов из металлов на растяжение,
сжатие и изгиб при температуре окру-
жающей среды 10—35 °С.

В машину входит электромеханиче-
ский привод активного захвата и ры-
чажно-маятниковый силоизмеритель.

Блок тиристорного привода плавно
регулирует угловую скорость двигате-
ля с кратностью 1 : 100, что позво-
ляет менять скорость движения актив-
ного захвата машины от 1 до
100 мм/мин.

Электродвигатель 1 (рис. 7) через
червячный редуктор 10 и шестерни

Рис. 7. Схема машины Р-5:

1 — электродвигатель; 2 — маятник; 3 —.
редуктор масштабов; 4 — барабан; 5 —>
перо; 6 — стрелка; 7 — рычаг; 8 —• по-
движная траверса; 9 — ходовой винт;

10 — червячный редуктор

вращает ходовые винты 9, перемещая
подвижную траверсу 8 с активным
захватом. Реакция испытуемого об-
разца, зажатого в захватах, переда-
ется через систему рычагов 7 на маят-
ник 2, который отклоняется на неко-
торый угол, пропорциональный на-
грузке. Одновременно с маятником
отклоняется и рабочая стрелка шкалы
нагрузок. Шкив, укрепленный на од-
ной оси с рабочей стрелкой, через
тросик перемещает каретку диаграм-
много аппарата с пером 5 на расстоя-
ние, пропорциональное прилагаемой
нагрузке. Барабан 4, вращаясь от
левого ходового винта через шестерни
и редуктор масштабов 5, перемещает
диаграммную бумагу пропорционально
смещению активного- захвата в соот-
ветствующем масштабе. Таким об-
разом, на диаграммной бумаге в про-
цессе испытания вычерчивается график
испытания образца в координатах на-
грузка —' смещение захвата (дефор-
мация).

Силовая схема машины изображена
на рис. 1.

Машина Р-05 по конструкции и
принципу действия аналогична ма-
шине Р-5, но имеет и отличия.

1.	Вращение от электродвигателя
к редуктору передается двумя клино-
выми ремнями. Электропривод обеспе-
чивает скорость перемещения актив-
ного захвата 1—100 мм/мин; переста-
новкой ремней можно получить ско-
рость перемещения активного захвата
2—200 мм/мин, перестановкой шки-
вов — 0,5—50 мм/мин.

2.	Указатель-корректор шкалы,
фиксирующей величину перемещения
активного захвата, связан с маятни-
ком силоизмерителя, что позволяет
путем автоматического вычитания хода
пассивного захвата фиксировать рас-
стояние, пройденное только активным
захватом, т. е. деформацию образца.
Машина -РТ-250М-2 предназначена
для испытания на растяжение образцов
из различных тканей. Машина ком-
плектуется захватами одного типа
для текстильных материалов. Тири-
сторный привод' регулирует угловую
скорость двигателя с кратностью
1 : 10 и достаточной степенью жестко-
сти механической характеристики.
Усилие (рис. 8), возникающее при
растяжении образца, через верхний
захват и рычаг 6 вызывает отклонение
маятника 5. При отклонении маят-
ник при помощи упора 4 перемещает
рейку 3, которая, двигаясь между
направляющими роликами, вращает
через шестерню рабочую стрелку 2,
показывающую на шкале нагрузок
усилие на образце. Максимальное уси-
лие фиксируется контрольной стрел-
кой. Возвращаются рабочая стрелка
и рейка в исходное положение после
разрыва образца благодаря грузику.

Пределы измерения нагрузки на
машине изменяют путем подвешивания

^сменных грузов к штанге маятника.

Деформацию образца измеряют по
шкале 9, градуированной в миллимет-
рах. Вращается шкала рейкой 10,
которая соединена с активным захва-

том рычагом.

Указатель шкалы деформации свя-
зан через корректирующее устройство 7
с рычагом 6 маятникового силоизмери-
теля. По мере отклонения маятника

от вертикального положения коррек-
тирующее устройство и указатель опу-
скаются на высоту, равную вертикаль-
ному перемещению верхнего ,захвата.
Действительная деформация испыту-
емого образца определяется как раз-
ность перемещений нижнего и верх-
него захватов.

Перемещение активному захвату пе-
редается от привода 1 через червяч-
ный редуктор.

Привод автоматически останавлива-

ется: после разрыва образца; при пре-
вышении заданной нагрузки; при до-
стижении активным захватом верхнего
или нижнего крайнего положений.
рт пгЛ0ГИЧНЫ конструкции машин:
н 1-250-1 — с диаграммным аппара-
том для записи диаграммы в коорди-
РтТо^ох нагрузка-деформация и
^1-250М-3 — для испытания лубяных
волокон, имеющей приспособление для
подкрутки волокон, специальные зах-
ваты и односкоростной привод актив-
ного захвата с максимальной скоростью
еРемещения захвата 1500 мм/мин.

Машины РМ-30-1 и РМ-3-1 пред-
назначены для определения разрыв-
ши нагрузки и удлинения при испы-
нии одиночной нити из натуральных
синтетических волокон.

Рис. 8. Схема машины РТ-250М-2:.

1 — электродвигатель; 2 — рабочая стрел-
ка; 3 — рейка; 4 — упор; 5 — маятник;

6 — рычаг; 7 корректирующее уст-
ройство; 8 — захваты; 9 — шкала; 10 —-
рейка

В машинах применен тиристорный
электропривод, обеспечивающий плав-
ное регулирование угловой скорости
перемещения активного захвата с крат-
ностью 1 : 10.

Машины комплектуются набором,
сменных зажимов. Обычные плоские
зажимы служат для закрепления пре-
имущественно хлопчатобумажных ни-
тей и состоят из корпуса, плоских
шлифованных губок и зажимного
винта. В нижних зажимах предусмот-
рены устройства для создания пред-
варительного натяжения.

Машина ДШ-ЗМ-2 предназначена для
определения прочности хлопкового во-
локна и волокна химического способа
производства разрывом штапелька (пу-
чка). Электродвигатель 1 (рис. 9) через
систему шестерен и рейку 6 переме-
щает нижний захват 5, прикладывая
нагрузку к образцу 4. При растяжении
образца маятник 3 отклоняется на угол,
пропорциональный приложенной на-
грузке^ которая фиксируется на шка-
ле 2,
Рис. 9. Схема машины ДШ-ЗМ-2

Технические характеристики раз-
рывных машин с рычажно-маятни-
ковыми силоизмерителямц отечествен-
ного производства приведены в табл. 1,
а зарубежного производства — в
табл. 2.

Разрывные машины с электронными
силоизмерителями. В разрывной ма-
шине 2001 Р-05 сменные электрические
силоизмерители измеряют нагрузку
2Н—5 кН. Три дополнительные стрел-
ки на шкале нагрузок автоматически
фиксируют нагрузки при двух задан-
ных значениях деформации рабочего
участка образца и нагрузки при раз-
рыве образца. Специальный реечный
механизм позволяет испытывать коль-
цевые образцы. По конструкции ма-
шина 2001 Р-05 аналогична машинам
Р-5 и Р-05. Привод машины состоит
из электродвигателя постоянного тока,
червячного редуктора и зубчатой пе-
редачи для привода ходовых винтов.
Угловую скорость с кратностью 1 :
: 100 плавно регулирует тиристорный
электропривод.

На панели пульта управления раз-
мещены показывающие приборы,' ор-

Рис. 10. Датчик силы с индукционно-
трансформаторным преобразователем:

1 — скоба; 2 — основание; 3 —- рычаг;

4 — рамка; 5 — сердечник; 6 — корпус;

7 — демпфер; '8 — якорь; 9 — катушка
возбуждения

ганы управления и самопишущий при-
бор. Верхняя часть панели поворот-
ная, максимальный угол поворота
45°. Крайние положения поворотной
панели фиксируются. Панель повора-
чивается вместе с размещенными на ней
приборами.

Машина снабжена тремя сменными
датчиками силы на предельные на-
грузки 50, 500, 5000 Н.

Датчик, предназначенный для рабо-
ты, устанавливают на верхней траверсе,
фиксируют двумя штифтами и закреп-
ляют болтами.

Датчики силы на 5000 и 500 Н
(рис. 10) представляют собой основа-
ние 2, на котором укреплен упругий
элемент — скоба /, связанная через
рычаг 3 с рамкой 4 индукционно-тран-
сформаторного преобразователя.

У датчика на 50 Н упругим элемен-
том служит торсион, жестко закреп-
/» Технические характеристики разрывных машин отечественного производства с рычажнотмаятниковыми силоизмерителями

Машина	Испытуемое изделие	Наи - боль- шая нагруз- ка	Предел измерения нагрузок	Рабочий ход актив- ного захвата, мм	Масштаб записи деформации		Скорость переме- щения актив- ного захвата, мм/мин	Габаритные размеры, мм	Масса маши- ны, кг	Потреб- ляемая , мощ- ность, кВт
		Н								
МР-005	Проволока из металла	500	20 — 200,  50 — 500	300	2:1,5:	1	3 — 30,  7 — 70	625Х375Х 1720	145	0,12
МР-05-1	Проволока, полосы и ленты из металла	5 000	200—1 000,  250—2 500, 500—5 000	650	1:1,5:	1	2-6,  6 — 20,  8 — 25,  25 — 80	500Х 840Х 1700	240	0,27
Р-05	Образцы из металла		200-1 000,  500 — 2 500,  1 000—5 000	700	10 : 1,  50 : 1, 10 : 1		0,5—100	460Х 1260Х 1850	570	0,5
УММ-5	Образцы из металла и других материалов	50 000	2 000—5 000,  2 000 — 10 000,  2 000—25 000,  5 000—50 000	800	1:1,5:	1	2 : 4, 10 : °0, 50 : 100	1225X620X 2138	643	11
Р-5	Образцы из металла		2 000-10 000,  5 000—25 000,  10 000-50 000	700	10 : 1,  50 : 1, 10 : 1		1 — 100	1400Х710Х 2065	750	2,0
РМ-3	Одиночное волокно		1,2—5, 2 — 10, 6—30	200	100 : 1			560x 435 x 1810	140	0,15
РМ-3-1	Текстильные нити	30	1—5, 2—10, 6-30	350			80 — 800	800Х 500Х 1995	106	0,2
РМ-30	Одиночные нити	300	12 — 50, 20—100, 60-300	200				550 X .430 X 2000	150	0,15
РМ-30-1	Текстильные нити		10—50, 20-100, 60-300	350				600Х 500Х 2000	ПО	0,25
РТ-250			100—500, 250—2 500		1:1,2;	1		590Х 435Х 1810	200	

Машины с механическим приводом
Продолжение табл. 1

Машина	Испытуемое изделие	Наи- боль- шая нагруз- ка	Предел измерения нагрузок	Рабочий ход актив- ного захвата, мм
		Н		
РТ-250М-1	Текстиль	2 500	100—500, 100—1 000, 250—2 500	
РТ-250М-2			100—500, 100—1 000, 250—2 500	200
РТ-250М-3	Лубяные волокна	30	100—500, 100—1 000, 250—2 500	
ДШ-ЗМ-1  ДШ-ЗМ-2	Волокна		5 — 10, 10—30	60
2017 Д-006	Шерстяная пряжа	60	5—60	100
РМЙ-5А		50	1—10, 5 — 50	
РМИ-60	Резина	600	30—300, 60—600	400
РМИ-250		2 500	100-530, 100—1 000, 250—2 500	
РМС-30  РТС-250	Стекло- волокно	300  2 500	10—100, 30—300 50—500, 250—2 500	200
РП-100-1	Пряжа в -гасме	1 000	50—500, .  100 — 1 000	

Масштаб записи деформации	Скорость переме- щения актив- ного захвата, мм/мин	Габаритные размеры, мм	Масса маши- ны, кг	Потреб- ляемая мощ- ность, кВт
I : 1, 2 : 1	25—250	480X650X1500	220	
		480X650X1600		0,2
—	150	480X650X 1500	200	
—	100—500	245X420X675	32	—
*•	300	235X405X570	28	0,05
—	240	450Х 200Х 250	10	0,025
1 : 2	50—170, 150—500, 350—1000	610X360X 1980	140	0,27
	100, 200, 500, 1000	885X345X2400	248	
1 : 2, 1 : 1	50—170, 160—500, 400—1000	760Х620Х 2120	450	0,6
—	80—800	650 X 300 X 1830	85	
1 : 1, 2 : 1	25 — 250	600Х435Х 1810	200	0,25
	600	280X620X1510	145	0,18

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
2. Технические характеристики разрывных машин зарубежного
производства с рычажно-маятниковыми силоизмерителями

Машина	Пределы измерения нагрузки, Н	Расстоя- ние между захвата- ми, мм	Скорость перемещения активного захвата, мм/мин	Габаритные размеры, мм	Масса, кг

Потребляе-
мая мощ-
ность, кВт

ОИо АМо1рег1 (ФРГ)

Р7РЗ	—10,	5—150,  п	5-20,	100-^-1000  6-30, 10 — 50  ЕХР30	50 — 200,	5—150,  60-300,	100-1000  100—500, 200—1 000  2К60/300	0 — 600,	1000	1 — 100,  0-1 500,	70-1000  0 — 3 000  2К100/500	0—1 000,	1 — 100,  0 — 2 500,	70—1000  0-5 000 2К200/1000	0 — 2 000,	1 — 100,  0-5 000,	70-100  0—10 000  Каг1 Ггапк (ФРГ)	1960X340X680	250	0,5
	1870X820X 580	300	1,5

2.650  2.651  2.652  2.653	0-0,4,  0 — 10,  0 — 20, 0—50  0—20, 0 — 50, 0-100  0 — 200, 0—500, 0—1 000  0—50,> 0—200,  - 0—300, 0—1 000	1000	12,5—250, ' 25 — 500, 50—1000	—	165	0,35
2.654	0—2 000, - 0-5 000, 0—10 000		5,5—50	—	190	
2.655  2.656	0—1 000, 0 — 2 000, 0 — 5 000  0 — 2 000, 0—5 000, 0 — 10 000	800		—	225	0,35
2.657  2.658  2.659 •  2.800  2.801	0 — 5 000, 0-10 000, 0 — 20 000 0-6 000, 0 — 15 000, 0 — 30 000 0—10 000, 0—20 000, 0 — 50 000		2—100	—	230  235  240	0,8
	0-100,  0—500, 0—1 000  0—100,  0 — 200,  0 — 500, 0—1 000	300	10—200		—	—
Продолжение таол 2

Машина	Пределы измерения нагрузки, Н	Расстоя- ние между захвата- ми, мм	Скорость перемещения активного захвата, мм/мин	Габаритные размеры, мм	я  о са-	Потребляе- мая мощ- ность, кВт

2\Нск (ФРГ)

1101	2—100,	400	10-150,	1900Х660Х 480	150	0,6
	5—200, 10-500, 20—1 000		25 — 250,  50 — 500			
1141	50 — 2 000, 100 — 5 000, 200—10 000	800	7,5—75, 25—150, 30 — 300, 60—600	1950X 800X410	250	1,2
1162	200 — 20 000,  500 —50 000	900	2 — 20, 5-50, 10—100	2300Х 1050X700	800	2,2

Тагпоегоск! СтЬН (ФРГ)

Тагпо(е81 Р2 1 200—2 000, I		0—150	1 2100X620X450 1	300 1	1 0,6
500—5 000, |1 000—10 000 |	600	।		| |		

Тоуо 8е1к1 8е1заки —8ко (Япония)

№ 551 С	0 — 50,	950	200, 300,	800X400X 1560	140	0,2
	0-300;  0 — 300, 0-1 000		500;  100, 200, 300			
№ 552 (В)-А	0—1 000, 0—3 000;  0-2 000, 0-5 000	600	200, 300, 500;  100, 200, 300	1010X680X710	475	0,2
№ 210	0 — 1 000, 0—3 000	1050	150, 200, 300	1800X 1150X 1000	300	—
№ 241	0—500, 0—1 000,  0 — 2 000	1000	200, 300, 500	—	—	—
№ 6,10	0-500, 0 — 1 500	700	150, 200	1500X 1000X450	200	—
№ 250 — 041	0—2 000, 0-5 000	—	200, 300, 500	—	—	0,2
№ 250—051	0—200, 0—500	—	500	—	—	0.1
Т8-801-6	0—100	350	200, 300, 500	620Х520Х 1600	65	0,65
Т8-701-3	Т	окуо ТезНг	200, 300, 500  |& МасЫпе (Яп	900Х 400Х 1720  юния)	150	1 0,2
АИ	0—200, 0 — 500, 0—1 000	365	5,5-110	1510X600X400	100	0,2
АИЕ	0-1 000, 0—2 000, 0—5 000, 0—10 000	440	10—50	1720X 1050X470	50&	0,75

УЕВ ТЬйппеег 1пс1и81г1е-\уегк (ГДР)

2МС1250  2МС1500	0 — 500, 0—1 000, 0—2 500  0 — 1 000, 0—2 500, 0—5 000	1050	50—500	700X500X 2000	350	0.4
Продолжение табл. 2

	Пределы измерения	Расстоя- ние	Скорость перемещения	Габаритные	й	5ляе- мощ- кВт
Машина	нагрузки, н	между захвата-	активного захрата,	размеры, мм	Об о	8. й
		ми, мм	мм/мин		«3	Л К О о ф о
						С 2 я

Адате! Ыютаг&у (Франция)

ОМ. 03	0—20, 0—100, 0—500	500		300Х750Х 1400	65	—
ЮМ. 11  ОМ. 12	0—100,  0—250,  0—500, 0—1 000 0-250,  0-625,  0—1 250,					—
ОМ. 13-  ОМ.14	0—2 500 0—500, 0—1 250, 0—2 500, 0—5 000  0—1 000, 0—2 500, 0—5 000, 0—10 000	600	100, 300, 500	140X900X430	115	—
ОУ.07	0—1 000, 0 — 2 500, 0—5 000, 0—10 000	1050		2000X770X380	228	—

Ме1птрех (Венгрия)

ЕР-24	100—500, 200—1 000, 400—2 000	500	15 — 150	800Х550Х 1910	450	
РУ-19/1  РУ-19/2  РУ-19/3	0,4—3, .  1 — 10 0,8—4,  2 — 20  1,2—5,  3-30		50—500	800Х390Х 1850	120	0,25
ЕУ-15А  ГУ-15В  РУ-15С	4 — 20, 20 — 100 10-50, 50 — 250 20—100, 100—500					0,65

ленный одним концом в стойке основа-
ния. На другом конце торёирна —
опорная призма. Колебания рамки
гасит масляный демпфер 7. Для экра-
нировки и защиты от механических
повреждений датчик закрыт кожухом
и соединен с. захватом переходной тя-
гой. Деформация образца измеряется
съемными линейками (одна — по мет-
КЗм дРУГая — по захватам).

Машина комплектуется захватами
нескольких типов и реверсором для ис-
пытания на сжатие и сдвиг. Захваты

и реверсор фиксируются на тяге сило
измерителя и тяге подвижной траверсы
штырем. Для фиксации пассивного
захвата при зажиме образца пред}»
смотрен арретир. На нужную длину
образца захваты настраивают пере-
ставными кольцами на штанге.

При растяжении образца оператор
следит за метками на образце и пере-
мещает движок линейки до совмеще-
ния с риской первого конечного вы-
ключателя, который фиксирует стрел-
ку первой промежуточной нагрузки.
Рис. 11. Механизм загрузки образцов:

/, 8 — зажимы соответственно верхний
и нижний; 2 — ручка; 3 — удлинитель;
4 — ползун; 5 —» коробка; 6 — рама;

7 — ролик

При подходе флажка ко второму вы-
ключателю фиксируется промежуточ-
ная нагрузка, соответствующая за-
данной деформации. Дальше образец
растягивается до обрыва. При обрыве
образца автоматически фиксируется
нагрузка и включается ускоренный
обратный ход траверсы. Траверса воз-
вращается в крайнее верхнее положе-
ние и автоматически отключает привод
конечным выключателем.

Машина МР-500Т-2 предназначена
для определения предела прочности и
деформации резин, кожи, прорезинен-
ных тканей и других материалов в ши-
роком диапазоне температур.

В отличие от машины 2001 Р-05
машина МР-500Т-2 снабжена термо-
криокамерой, обеспечивающей испы-
тания образцов при температурах
—90-г-НЗОО °С.

Для измерения силы так же, как
в машине 2001Р-0,5 служат силоизме-
рители е индукционно-трансформатор-
ными преобразователями. Образец
вводится в захваты, расположенные
внутри термокриокамеры при помощи
механизма загрузки (рис. 11). Верхний
и нижний зажимы закреплены на уд-
линителях, которые соединены с пол-
зунами 4 коробки 5, перемещающейся
по направляющим рамы 6. Для уста-
новки соответствующего размера уд-
линители вместе с ползунами могут

перемещаться в вертикальной плоско-
сти в зависимости от длины образца.
Образец заводят сначала в верхний за-
жим и, перемещая ручку 2 в крайнее
положение, зажимают, после чего та-
ким же способом зажимают образец
в нижнем зажиме. Закрепленный в за-
жимах образец подают в камеру к
предварительно раскрытым захватам.
Микропереключатель срабатывает, и
образец автоматически зажимается за-
хватами. При перемещении траверсы
с активным захватом вниз усилие,
прикладываемое к образцу, восприни-
мается упругим элементом датчика
силы.

При движении траверсы вниз пер-
форированный диск поворачивается на
угол, пропорциональный перемещению
траверсы, а следовательно, происходит
деформация образца. Поворот диска
вызывает возникновение электрических
импульсов, которые передаются на
счетчик, установленный на пульте
управления. При разрыве образца
привод машины автоматически отклю-
чается, и отсчет деформации прекраща-
ется. Во время измерения деформации
по меткам оператор в зависимости от
перемещения . меток вручную смещает
шкалу и визир, следя по указателям
за метками. В момент разрыва визир
показывает на шкале абсолютное удли-
нение рабочей части образца (в про-
центах или миллиметрах). Одновре-
менно отсчет можно производить по
линейке, установленной внутри ка-
меры? Предусмотрен автоматический
останов траверсы в крайнем верхнем
и нижнем положениях.

Для предохранения силоизмерителя
из возможных толчков и ударов в мо-
мент смены захватов й заправки об-
разцов служит арретир штока. Поло-
жительные температуры внутри термо-
криокамеры (рис. 12) создаются элект- -.
рическими нагревателями, отрицатель-
ные температуры — жидким азотом.
Справа на камере предусмотрен загру-
зочный люк для подачи образцов в зах-
ваты. Система охлаждения камеры
состоит из двух сосудов Дьюара (вме-
стимостью до 25 л), электромагнитных
клапанов, служащих для подачи паров
азота в трубопроводы, двух штуцеров,
при помощи которых сосуды Дьюара
подключают к камере. Время (мин)
Рис. 12. Термокриокамера:

1 — дверь; 2 — рабочая часть камеры;
3 — обшивка; 4 — каркас; 5 — камера
внутренняя; 6 — направляющая; ' 7 —
калориферная часть камеры; 8 нагре-
ватели; 9 — перегородка; 10.— венти-
лятор

готовности термокриокамеры: для
300 °С — 60; для —90 °С — 90.

Машина БРП-5-3 предназначена для
испытания образцов на растяжение,
сжатие, изгиб и циклическое напряже-
ние при температурах—90-4-4*300 °С
с нагрузкой до 50 кН. Она отличается
от машины МР-500-Т более высокой
предельной нагрузкой и более широким
Диапазоном скоростей активного зах-
вата, а также легкосъемной термо-
криокамерой.

Испытательная нагрузка измеряется
Датчиками силы на 50, 500, 5000 и
50 000 Н с индукционно-трансформа-
торными преобразователями. Нагру-
жение производится электромехани-
ческим приводом с плавным регулиро-
ванием угловой скорости с кратно-

Рис. 13. Машина 1253У-2-1:

1 рама; 2 — пульт управления ПУ-36;

3 — машина; 4 — электропечь ПР-1200-4М;

5 — пульт управления ПУ-21;	6 —-

шланг; 7 — устройство распределитель-
ное; 8 — криокамера К^РК-12

стью 1 : 1000. Абсолютное удлинение
образца измеряется цифровым преоб-
разователем деформации.

Машина РМУ-0,005-1 предназначена
для массовых испытаний проволоки
и металлической ленты на растяжение
с малыми нагрузками. Тиристорный
привод плавно регулирует угловую
скорость двигателя с кратностью 1 :
: 100, что позволяет изменять скорость
движения активного захвата машины
от 1 до 100 мм/мин.

Машина универсальная для испыта-
ния материалов 1253У-2-1 (рис. 13)
предназначена для статических испы-
таний металлических и пластмассовых
образцов на растяжение, сжатие, из-
гиб, а также малоцикловое ] астяжение,
сжатие, ползучесть и релаксацию в ши-
роком диапазоне испытательных нагру-
зок, скоростей деформирования и тем-
ператур.

Особенности машины следующие:
1) наличие высокочувствительного тен-
зорезисторного силоизмерителя;
2) использование навесных датчиков
деформации, состоящих из упругого
элемента с наклеенными тензорезистор-
ными преобразователями (машина ком-
плектуется двумя сменными датчика-
ми с базами 25 и 50 мм); 3) наличие кри-
окамеры КРК-12 (5), предназначенной
Рис. 14. Схема машины 2038 Р-005:

1 — электродвигатель; 2 — клиноремен-
ная передача; 3 — червячная передача;

4 — ходовой винт; 5 — гайки; 6, 5 —
траверсы соответственно неподвижная
и подвижная; 7 — направляющая; 9 —
силоззмерительный датчик; 10 — сель-
сины

для охлаждения образцов до темпера-
туры —150 °С при испытании их на
растяжение, сжатие, изгиб (для зап-
равки образца предусмотрена дверца
со стеклом для наблюдения за образцом
в момент испытания; хладагент —
азот; температура измеряется тремя
термопарами, привязанными непосре-
дственно к образцу): 4) наличие элек-
тропечи ПР-1200-4М (4), предназна-
ченной для нагревания образцов до
температуры 1200 °С при испытании
их на растяжение, сжатие, изгиб,
а также ползучесть и релаксацию
(печь содержит трехсекционный нагре-
ватель, установленный на поворотном

кронштейне, закрепленном на левой
стойке).

Пульт управления ПУ-36 (2) служит
для управления электроприводом ма-
шины, позволяющим регулировать ско-
рость подвижной траверсы, проводить
циклическое нагружение и стабилизи-
ровать нагрузку на образце.

В пульте установлен измеритель
статических нагрузок ИСН-3, пред-
назначенный для измерения нагрузки
и деформации при статических или
повторно-статических режимах нагру-
жения, а также записи процесса в ко-
ординатах нагрузка—деформация, на-
грузка—время, деформация—время.

Координата «нагрузка» в приборе
ИСН-3 записывается от сигнала тен-
зорезисторного датчика силы, коорди-
ната «деформация» —- от сигнала тен-
зорезисторного датчика деформации
или сельсина-датчика, координата
«время» получается при протягивании
диаграммной ленты синхронным элект-
родвигателем.

Для проведения испытаний на ползу-
честь и релаксацию в пульте преду-
смотрено устройство регулирующее
УР-13. Устройство сравнивает сигнал
тензорезисторного датчика нагрузки
или деформации с заданным уровнем,
установленным на шкале „устройства.
Пульт управления ПУ-21 (5) служит
для управления работой электропечи
ПР-1200-4М и криокамеры КРК-12.

Аналогичной по исполнению явля-
ется и машина 1231У-10. Силовая
схема машин 1253У-2-1 и 1231 У-10
показана на рис. 1, б.

Гамма разрывных универсальных
машин с электронным тензюрезистор-
ным силоизмерением на нагрузки .0,5;
5 и 50 кН создана на блочно-модульном
принципе с высокой степенью унифи-
кации.

Машина 2038Р-005 предназначена
для испытания образцов из проволоки,
металлической ленты, резины, пласт-
масс. резиновых и текстильных нитей
па растяжение и сжатие с наибольшей
предельной нагрузкой ^500 Н при тем-
пературе окружающей среды 10—
35 °С.

Схема машины 2038Р-005 представ-
лена на рис. 14. Подвижная траверса 8
снабжена двумя параш гаек 5 на каж-
дом винте. Верхние гайки предназна-
чены для выборки люфтов в передаче
по мере износа. На подвижной траверсе
установлен силоизмерительный дат-
чик 9 с арретиром для зажима тяги
захвата при заправке образца. Если
датчик устанавливают на верхнюю
траверсу 6, то держатель нижнего
захвата переставляют на подвижную
траверсу. Силовая схема машины изо-
бражена на рис. 1, б. В основании
установлены два сельсина 10, соеди-
ненные с правым ходовым винтом
через цилиндрические зубчатые пере-
дачи. Они предназначены для передачи
вращения через сельсин-приемник и
редуктор масштабов барабану само-
писца в процессе записи диаграммы на-
грузка-перемещение активного захва-
та. В самописце установлен редуктор
масштабов на четыре скорости.

Сельсин А, установленная на его
валу крыльчатка, фотоэлектрический
датчик и индикатор перемещения пред-
назначены для измерения расстояния,
пройденного активным захватом.
Вследствие незначительной деформации
датчика силы перемещение пассивного
захвата не учитывается. Индикатор
показывает перемещение в десятых
долях миллиметра. В машине преду-
смотрены два режима испытания: рас-
тяжение (сжатие) и циклическое на-
гружение.

Машину устанавливают на столе
(подставке) высотой 750 мм для работы
оператора сидя или на полу — для
работы стоя. В последнем случае
силоизмеритель переставляют на верх-
нюю траверсу, и для управления при-
меняют верхнюю кнопочную станцию.

Пульт управления состоит из следу-
ющих блоков: индикации перемещения
активного захвата, силоизмерения, уп-
равления и записи диаграммы.

Стандартный тиристорный электро-
привод ЭТОШ обеспечивает плавное
регулирование угловой скорости крат-
ностью 1 : 100. Электропривод и си-
стема механической передачи позво-
ляют изменять угловую скорость дви-
жения траверсы до 1000 мм/мин.

Предусмотрено отключение электро-
двигателя при обрыве образца, пере-
гРУзке^датчика силы, достижении под-
вижной траверсой крайнего верхнего
или нижнего положения.

Для измерения и регистрации уси-

лия, прилагаемого к испытуемому
образцу, применена унифицированная
силоизмерительная система 1925 ИС
с тензорезисторными датчиками силы.

Деформация образца преобразуется
датчиком в электрические импульсы,
которые подаются на электронный
счетчик, представляющий деформа-
цию в» цифровом виде.

Машина модели 2063Р-005 представ-
ляет собой модификацию 2038Р-005.
Она дополнительно, укомплектована
системой цифропечати результатов ис-
пытаний. Регистрируются наибольшая
нагрузка, приложенная к образцу,
разрывная нагрузка и перемещение
активного захвата.

Аналогичны по конструкции и прин-
ципу действия машины 2055Р-05 и
2054Р-5, предназначенные для испыта-
ния на растяжение, сжатие, изгиб
и малоцикловую усталость образцов
из пластмасс, черных и цветных ме-
таллов с предельными нагрузками
соответственно 5 и 50 кН при темпера-
туре окружающей среды 10—35 °С.

Измерительно-испытательный ком-
плекс «Модуль» предназначен для ста-
тических испытаний образцов из ре-
зины с наибольшей предельной наг-
рузкой 1000 Н по методам, изложен-
ным в ГОСТ 270—75. Он оснащен
устройством автоматизированного сле-
жения за метками испытуемого образ-
ца и системой автоматической реги-
страции результатов испытаний на
цифропечатающем устройстве.

В состав измерительно-испытатель-
ного комплекса входят собственно
машина и пульт управления. Разрыв-
ная машина, входящая в состав комп-
‘ лекса, создана на базе машины для
испытания резин 2001Р-05 с силоизме-
рителем на 1 кН и системой слежения.
Силоизмеритель индукционно-тран-
сформаторного типа. Система слежения
измеряет деформацию при помощи ли-
неек. На машине предусмотрены ли-
нейки двух типов: для измерения де-
формации по меткам и для измерения
деформации по захватам.

Измерительно-испытательный ком-
плекс обеспечивает: слежение за изме-
рением деформации рабочего участка
образца; измерение нагрузок, прикла-
дываемых к образцу; индикацию изме-
ряемых величин и регистрацию резуль-
сл

3« Технические характеристики разрывных машин отечественного производства с электронными силоизмерилелями

Машина	Пределы измере- ния нагрузки, Н	Рабочий ход активного захвата, мм	Масштаб записи . деформации	Скорость перемещения активного захвата, мм/мин	Габаритные размеры, мм	Масса, кг	Потреб- ляемая мощ- ность, кВт
РМУ-0001  РМУ-0005	0,5—10  2 — 50	300	1 : 1, 5 : 1, 20 : 1, 50 : 1  1 : 1, 5 : 1, 20 : 1, 50 : 1	2—40  2 — 40	612X652X840	140	0.1
МРП-5	0—10	150	1 : 1, 5 : 1, 20 : 1, 50 : 1	1 — 1000	800X 2300X1990	500	2,2
РМУ-005  РМУ-005-1	25 — 500  20 — 100, 50—250, 10—500	200	1 : 1, 5 : 1, 25 : 1, 50 : 1  10 : 1, 50 : 1	2 — 40   1 — 100	615Х600Х 1400  640Х520Х 1460	250  225	0,3  0,5
РПУ-005, РПУ-005-Т	0-И 00, 0—250, 0—500	1200	10 : 1, 1 : I, 1 : 5	1 — 100, 1 — 1000	510x586x 1900	280	
2038Р-005, 2063Р-005	2 — 10, 4 — 20, 10 — 50, 20 — 100, 40—200, 100—500	1000	50 : 1, 25 : 1, 5 : 1, 2 : 1. 1 : 1, 1 : 2,5, 1 : 5	1 — 1000	565Х740Х 1750	160	0,35
У МП-005	10—100, 50 — 500	1000	5 : 1, 50 : 1	5 — 500	—	—•	——
МР-60А	25 — 250, 50—500		1 : 2	100—1000	453Х663Х 1485	—	—
2022Р-01	20—100, 40—200, 100-500, 200—1 000		1 : 5, 1 : 2, 1 : 1, 2 : 1, 5 : 1, 10 : 1	10 — 1000	490X 1220X 2140	600	2
МРП-200	5 — 50, 25 — 250, 200—2 000	200	2,5 : 1, 25 : 1, 100 : 1, 1000 : 1	0,001—0,01, 0,01—0,1, 4 0,1 —1,0, 1 — 10			
МРС-250	10 — 100, 50—500, 100 — 1 000, 250-2 500, 500—5 000	280'	1 : 1, 10 : 1, 100 : 1	0,06 — 0,6, 0,6-6, 6 — 60, 60—600	650Х4000Х 2000	1350	3
РПУ-05-1, РПУ-05-Т	200—1 000,  250—2 500, 500—5 000	1000 (500)	1 : 10, 1 : 5  1 : 2, 1 : 1, 2 : 1, 5 : 1	1 — 1000	820Х 1Ю0Х 1870	1000	0,5
2001 Р-05	4 — 20, 40—200, 400—2 000, 10—50, 100—500,  1 000—5 000	1000	1 : 5, 1 : 2, 1 : 1, 2 : 1, 5 : 1, 10 : 1	5 — 500, 10—1000	490X 1220X2140	580	1,0
2007 Р-05	200—1 000,  500—2 500, 1 000—5 000	900	10 : 1, 50 : I, 100 : 1	0,5 — 200	460Х 1250Х 1840	550	0,5





СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
Машина	Пределы измере- ния нагрузки, Н	Рабочий ход активного захвата, мм	Масштаб записи деформации
МР-500Т-2	10—500, 20—1 000, 50—2 000, 100—5 000	1050	
2055 Р-05	20—100, 50—250, 100-500, 200—1 000, 500—2 500,	1000	50 : Ь 25 : 1, 10 : 1, 2 : 1, 5 : 1, 1 : 1, 1 : 2,5, 1 : 5
УМП-5Т	1 000—5 000 100-1 000, 1 000—10 000, 10 000—50 000	600	15 1,10 3 1
БРП-5-3	4 — 20, 10—50, 40—200, 100—500, 400 — 2 000,  1 000—5 000,  4 000—20 000, 10 000—50 000	1350 (500 в термо- криокамере)	1 : 5, 1 2, 1 : 1, 2 : 1, 5 : 1, 10 : 1, 20 : 1, 50 : 1, 100 : 1
2054Р-5	200—1 000,  500 — 2 500,  1 000—5 000,  2 000—10 000,  5 000—25 000,  10 000—50 000	700	100 : 1, 50 : 1, 10:1,5:1,4:1, 2:1,1: 2,5, 1 : 5
УПЭ-10Т	500—5 000,  1 000—10 000,  2 000—20 000,  5 000—50 000,  10 000—100 000	300	5 : 1, 10 : 1, 50 : 1, 100 : 1
1231У-10	2—100 000	1000	1 : 1, 10 : 1, 50 : 1, 100 : 1, 500 : 1
1253У-2-1	2—20 000	1000	1 : 1, 10 : 1, 50 : 1, 100 : 1, 500 • 1
Скорость перемещения активного захвата, мм/мин	Габаритные размеры, мм	Масса, кг	Потреб - ляемая мощ- ность, кВт
5—1000	2750X 1000X 2580	1300	10
1 — 1000	615X830X 1910	480	0,8
0,05 — 500	р=»	*—	—
0,5 — 1000	800X 1400X 2950	1350	8,2
1 — 100	630X775X 2125	600	1,-2
3 — 30, 30—300		-	—
0,05 — 500	2200Х700Х 2400	1600	10
Э,2 —1000	2200X700X2000	1500	5

Машины с механическим приводом
4. Технические характеристики разрывных машин зарубежного производства с электронными силоизмерителями

Машина	Пределы измере- ния нагрузки, Н	Расстоя- ние между захвата- ми, мм	Скорость переме- щения активного захвата, м/мин •		7~  Масштабы записи деформации	Габаритные размеры, мм	Масса, машины, кг	Потреб- ляемая мощ- ность, кВт
		УЕВ ТЬйпп&ег 1псЫ1.пе—у/егк (ГДР)					
20 10/90	0 — 2 000, 0 — 4 С00, 0—100 000, 0 — 20 000, 0 — 40 000, 0—100 000	900	0,5—15, 3,5—100, 7 — 200, 10—300	—	1360X2440X660	1100	5,3
рп юоо	0—1 000, 0—2 000, 0—4 000, 0—10 000	1000	3 — 70, 30—210, 150—750, 500 — 1 00.0,	—*	1650Х 1900X6^0.	800	3
гм 40	0—40, 0-ЛОО, 0 — 200, 0 — 400	500	3 — 600	1 : 1. 5 : Г	1400Х 900Х <°00	330	0,55
гм юо.4оо	0—1 000, 0-2000, 0—4 000		2—600	1 : 1, 5 : 1	1400Х750Х 1000	350	1,54
РОМ 40	0—40, 0—100, 0—200, 0 — 400	200	15—150	—	1000X550X400	100	0,5
2Е 100.400	0—1 000, 0—2 000, 0—4 000	500	3 — 600	1 : 1, 5 : 1	1400Х750Х 1000	350	1,54
2Т 40	0—40, 0—100, 0—200, 0—400		10—900	1 : 1, 5 : 1	1400Х900Х 800	330	0,55
2Р 100.400	0—1 000, 0—2 000, 0—4 000	200	2 — 600  Ме1г1трех (Венгриз	1	1,5:1	1400Х 750Х 1000	50	1,54
Тепзпез! 101	0 — 200, 0—500, 0—1 000, 0—2 000, 0—5 000, 0 — 10 000, 0—20 000, 0 — 50 000, 0—100.000	950	0,5 — 5, 5 — 50	—		—	I 9
РУ-17	0—20	500		- —	1000X650X 700	175	0,13

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ


Продолжение та'л. 4

Машина	Пределы измере- ния нагрузки, Н	Расстоя- ние между захвата- ми, мм	1  Скорость переме- щения активного захвата, м/мин	Масштабы записи деформаций	Габаритные размеры, мм	Масса маши- ны, кг	Потреб - ляемая мощ- ность, кВт
		Айате! Ьотаг^у (Франция)					
Э7.14	0,1—5 000	1000	0, 5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500	—	1655X1270X610	200	0,5
Э7.15	—	950	5-500	—	1700X1270X610	300	0,6
Э7.16	0—50, 0—500, 0—5 000	800	5-500		1270 х 1500.Х 610	200	0,5
07.18	0—100, 0—1 000, 0 — 10 000, 0—50 000	1100	0,5—500, 0,1 — 100	—	' 2310Х 120СХ800	780	—
07.19	0—1 000, 0—10 000, 0—50 000, 0 — 100 000	1100	0,15 — 150, 0,03 — 30	—	2310X 1200X800	780	—
07.20  07.21	0—100, С —1 000  0—100, 0—1 000	475  725	5—500  5-500	—	970Х 600X450  1200X600X450	35  37	0,2
		8Ы таски 8е1закизИо (Япония)					
8-ЮТ	0,1 — 100 000			—	1900 X 1300X800	700	
8-5000’	0,1—50.000	420	5—50	—	1850Х 1150X750	500	1
8-2000	0,1—20 000			—	1600Х 1150X750	300	0,5
8-500	0,2—5 000		50—500	—	1600Х 1100X620	220	
8-100	0,2—1 000			—	1600Х 1100X620	200	0,3
088-5000	0,01—50 000	605	0,5—500		1970Х 110X750	800	1
И88-2000	0,01 — 20 000		0,005—500	—	1970Х1ЮХ750	750	0,5
088-500	0,01 — 5 000	420	0,5 — 500	—	1770Х 800Х 620	200	0,65
• - •			Тоуозе1к (Япония)				
№ 116	0—200, 0—1 500	10-60	5 000—20 000	—	875X 1000X800	*—	—
№ 118 81го&гарЬ Моде1 Р	0—100, 0—200, 0—500	450	5—500	—	1620X900X550	420	0,2

Машины с механическим приводом
СП

О

Продолжение табл. 4

Машина	Пределы измере- ния нагрузки, Н	Расстоя- ние между захвата- ми, мм	Скорость переме- щения активного захвата, м/мин	Масштабы  записи ; деформации	Габаритные размеры, мм	Масса маши - ны, кг	Потреб- ляемая мощ- ность, кВт
№ 120 8!го§гарЬ Мойе! Т	0 — 500, 0—1 000, 0—2 000, 0 — 5 000	600	5—500	—	2050х'б30х 1720	580	—
№ 208 81го&гарЬ Моде! К	0—500, 0 — 1 000, 0—2 000, 0 — 5 000	700	50—500	— .	1650 X 1130X500	342	—
№ 575 81го^гарЬ Моде! С	0—100, 0—220, 0—500, 0—1 000	900 ,	20, 30, 50, 200, 300, 500	—	1650X 780X440	150	4
№ 809 81го^гарЪ Моде! II	0—1, 0 — 50, ’ 0 — 2 000, 0—20 000	600	0,5 — 500  2\У1ек (ФРГ)		1950Х 1620X470	810	1
1454	0,02—20 000			0,01—200	—	1872Х 1325X 620	1000	
1464	0,02 — 50 000		0,005—1 000	—	1872Х 1325X 620	1200	3
1474	0,1 —100 000	—	0,025 — 1 000	' —	1950X2000X620	980	
1434	0,1—5 000	——	0,025 — 2 000	—	1900Х 1450X620	460	—-
1510	0,4 — 1 000	—	1 — 2 500  ОИо \Уо1рег1 (ФРГ	)	1867X1064X620	300	0,5
ТИМ 5, ТИМ 10	0 — 5 000  0—10 000	—	Максимальная  1 000	—	1720Х 1200X600	450	—
2ТИИ 5Т22  2Т2М  51 ИМ	0 — 20 000 0-50 000  0 — 20 000  0 — 50 000	—	500 — 1 000		2044X720X460.  1994X720X460	380	—
ИКЕ 500Т 1.100	0,01 — 10 000	— 1	500	—	1450Х 1100X600	220	0,75'
ИКЕ 500Т 1.120  1121	0,02 — 50 000  0,1 —10 000		0,5 — 500  1п51гоп Ыд (Англиз	Я)	1900X994X824  1775X735X840	850	4
1121	0,01—5 000	—	0,05 — 1 000		1770X720X740	166	0,5
1199	0—100 000	• —	1, 2, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 500, 1 000	—	2230Х 584 X 1428	900	2
1151	1 — 10, 10—100	—	1—9 990	—	1655X 820X615	200	0,03

г»,’, .4>Чг? ••,'./у/ ,	/ н « - п-...

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
татов измерения на цифропечатающей
машинке; регистрацию заданных моду-
лей; ручное управление цифропечатью.

Общий принцип работы машины
поясняет структурная схема на рис. 15.
В захваты машины устанавливают
образец 5, размеченный по методу
«негативных меток». За границами
меток образца следят фотоголовки 4,
состоящие из фотодатчиков, соединен-
ных по мостовой схеме, и осветителей.
В мостовой схеме фотодатчики находят-
ся в смежных плечах, поэтому сигнал
с датчиков подается с разными зна-
ками, что исключает влияние помех
и изменение контрастности границ.
Когда образец войдет в зону действия
фотодатчиков, суммарное напряжение
на выходе моста будет равно нулю,
если фоТодатчики находятся перед
цветовыми границами. Если граница
рабочего участка начинает переме-
щаться, сигналы разбаланса с фотого-
ловок поступают на электронные уси-
лители /, 9, а с них иа исполнитель-
ные двигатели 2, 8, перемещающие при
помощи тросиковой передачи фотого-
ловки. Взаимное угловое перемещение
осей двигателей, датчиком которого яв-
ляется реохорд измерения деформации 6,
пропорционально расстоянию между
фото голов ками. Одновременно со слеже-
нием за деформацией рабочего участка
измеряется нагрузка, прикладывае-
мая к образцу. Датчиком нагрузки
является дополнительный реохорд,
устанавливаемый на шкале машины.
При прохождении фотоголовками рас-
стояний, равных заданным удлинениям
образца, и при обрыве образца элект-
рический сигнал с реохорда нагрузки
поступает на блок управления 10, а с
него — на измерительное и цифропе-
чатающее устройство. Устанавли-
вают заданные удлинения образца
при помощи отсчетной линейки с легко
перемещающимися по ней магнитными
флажками 7. Сама линейка жестко
соединена с верхней фотоголовкой.
На нижей фотоголовке установлена
фотоголовка фиксации флажков 5.
Электрические сигналы, преобразо-
ванные в код, поступают на тран-
скриптор, преобразуются в последо-
вательный десятичный код и подаются
па Цифропечатающую машинку,
о пульте управления, кроме системы

Рис. 15. Структурная схема следящей
системы с фотодатчиками:

1, 9 — усилители; 2, 8 — электродвига-
тели; 3 — образец с нанесенными мет-
ками; 4 — фотоголовки слежения; 5 —
фотоголовка фиксации флажков; 6 —
реохорд измерения деформации; 7 —
флажки с магнитами; 10 — блок управле-
ния и регистрации

управления машиной, установлен блок
набора кода для ввода предваритель-
ных данных.

Технические характеристики раз-
рывных машин отечественного про-
изводства с электронными (малоинер-
циониыми) силоизмерителями при-
ведены в табл. 3, а зарубежного про-
изводства — в табл. 4.

МАШИНЫ

С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ

ПРИВОДОМ

Область применения, классификация
и состав машин с гидравлическим
приводом. Машины для испытания'
на растяжение-сжатие с гидравличе-
ским приводом охватывают наиболее
широкую область испытаний при дли-
тельном, статическом, циклическом,
динамическом (скоростном) приложе-
10 9 3 8 4

Рис. 16. Схема инверсивной уникальной
машины фирмы Наше! ап<1 Ьи1сЬ на пре-
дельную нагрузку 30/15 МН с настройкой:
а — на растяжение; б — на сжатие: 1
резьбовые колонны; 2 — пассивный уста-
новочный устой; 3,4 — устои соответст-
венно цилиндровый и поршневой; 5 — пор-
шень; 6 — опоры сжатия; 7 —тяги растя-
жения; 8, 9 — стопорные гайки соответст-
венно закрытые и открытые; 10 — демп-
ферные цилиндры

нии нагрузок. Диапазоны значения
последних распространяются от де-
сятков ньютон до ста миллионов нью-
тон. Предельная частота (Гц) прило-
жения переменных нагрузок: 150—:
200 — для машин малых мощностей,
5—20 — для машин больших и средних
мощностей. Максимальные перемеще-
ния активного захвата 2 м; максималь-
ные скорости этих перемещений дости-
гают 10 м/с. Реализуемые в процессе
испытания мощности 5 МВт.

В зависимости от компоновки маши-
ны с гидравлическим возбуждением
подразделяют на одноходовые, ревер-
сивные, инверсивные и стендовые
(безрамные).

Одноходовые машины снабжены ци-
линдром простого действия с одно-
сторонней рабочей полостью. Они мо-
гут создавать нагрузку только в одном
направлении. Для универсальности
одноходовые машины снабжают ме-
ханическим реверсором в виде допол-
нительной рамы, пересекающейся с ос-
новной рамой машины. Силовая схема
машин показана на рис. 3, а.

Реверсивные машины образуются из
универсальных одноходовых машин
установкой второго одностороннего
цилиндра оппозитно основному. Сило-
вая схема этих машин показана на

рис. 3, б. Различают машины с верх-
ним и нижним расположением цилинд-
ров (рис. 3, в). Другой путь образо-
вания реверсивных машин — установ-
ка цилиндра двойного действия в одну
из траверс рамы — рис. 3, г.

Знак нагрузки в инверсивной маши-
не меняют путем изменения компоновки
машины, например, путем соответству-
ющего закрепления опорно-захватных
траверс или Соединения цилиндра с ра-
мой для сжатия или плунжера с ра-
мой для растяжения (рис. 16). Стендовые
машины характеризуются отсутствием
рамы. По этому принципу делают про-
стые и универсальные машины. По
назначению различают следующие ос-
новные типы машин с гидравлическим
приводом для испытания образцов при
растяжении-сжатии: прессы для стан-
дартных испытаний строительных ма-
териалов (ПС); прессы для испытаний
конструкций (ПК); разрывные ма-
шины для стандартных испытаний
материалов (РС); разрывные машины
для исследований хрупкости разру-
шения (РХ); разрывные машины для
испытания изделий (РК); универсаль-
ные машины для испытаний материалов
и исследований их механических
свойств (УМ); универсальные машины
для исследования конструкций (УК).

В табл. 5 показаны основные компо-
новочные принципы, по которым вы-
полняют машины перечисленных ти-
пов, а также их конструктивные осо-
бенности и основные предельные пара-
метры.

Машины с гидравлическим приво-
дом для испытания образцов на сжатие-
растяжение включают в себя следую-
щие основные функциональные узлы:
1) систему возбуждения нагрузок,
содержащую источник гидравлической
энергии; 2) устройства замыкания реак-
тивных сил (рамы испытательных ма-
шин, станины прессов, силовую оснаст-
ку стендов и др.); 3) опорно-захватные
устройства, служащие для закрепле-
ния образца и передачи на него разви-
ваемой нагрузки; 4) устройства, изме-
няющие габаритные размеры рабочего
пространства машины, линии прило-
жения действия сил, расположение
гидромеханических преобразователей
в соответствии с размерами и формой
образца, а также характером прикла-
ч Основные типы машин, их конструктивные особенности

и предельные нагрузки машин для испытаний на растяжение и сжатие

Тип	Принцип компоновки машин				
	одноходовых	реверсивных	инверсивных	стендовых	
ПС	ВсСЮМН  ВиД2МН	—	—	ВсЩМН ВсС2МН	
ПК	ВсСЮМН ВсЦ5МН ВиС/Ц50/20МН	—	—	ВиБЗМН	-
РС	ВсС2МН  ВсЩМН  ВиД1МН	—	—	ВсСЗМН  ВиЦ2МН  ВиД1МН	
РХ	ВсС/ЩМН ВиСЮОМН ГиСЮОМН	—	—	ВиС40МН  ГиС80МН	
РК	ГсСЮМН  ГиСЗОМН 	—	—	—	
УМ	ВсС2МН  ВсЩМН	ВсС/Ц2МН	ВсСбООкН	—	
УК	ВиС/Ц40МН  ГиСЮМН	ВиС/ЩОМН  ГиС/ЦЗОМН	ГиСЗОМН	—	

Обозначения: В — вертикальное расположение силовой оси; Г — гори-
зонтальное расположение силовой оси; с —- серийного изготовления; и — индивидуаль-
ное изготовление; С — статического действия; Ц — циклического действия; Д — дли-
тельных испытаний; Б — скоростных или ударных (быстрых) испытаний.

даваемых к нему воздействий; 5) при-
боры для измерения воздействий на
образец и его реакций, выполняющие
как измерительные функции, так и
функции сигнализаторов для систем
управления; 6) систему управления
режимами испытаний, состоящую из
устройств автоматической стабилиза-
ции параметров испытания, задающих
устройств, ручных регуляторов, а та-
кже управляющих вычислительных ма-
шин; 7) систему регистрации результа-
тов испытаний включая управляющую
вычислительную машину и периферий-
ные устройства; 8) систему настройки
и калибровки приборного обеспечения
машины; 9) систему защиты от пере-
грузок, преждевременного разруше-

ния; нарушения режимов испытания
(включая защиту отдельных блоков
и функциональных узлов машины);
10) вспомогательные механизмы и при-
способления, обеспечивающие эрго-
номические условия проведения испы-
таний, гашение энергии разрушения,
автоматизацию установки приборов.

Прессы для стандартных испытаний
материалов. Прессы для испытания
строительных материалов [ПС
(рис. 17)] различаются:

1)	конструкцией силовой рамы (с не-
изменным габаритным размером ра-
бочего пространства; с расстоянием
между опорными плитами, изменяе-
мым при помощи центрального винта
или путем перемещения траверсы);
Рис. 17. Схемы прессов для испытания
стройматериалов:

а, — с подвижной траверсой с двумя ци-
линдрами; б — с неизменной рамой и двой-
ным цилиндром внизу; а — с централь-
ным винтом и двойным цилиндром; г —
с системой нагружения, имеющей двой-
ной механически запираемый цилиндр;
д — с дифференциальной системой на-
гружения; е — с многоцилиндровой си-
стемой нагружения: 1 — рама; 2 — тра-
верса; 3 — установочный винт; 4, 5 —
цилиндр (полость) диапазона нагрузок
соответственно малых и больших; 6 —
направляющий гидроаппарат для различ-
ных диапазонов; 7 — механический замок
диапазона нагрузок; 8 — полость возврата
(демпфирующая; I — соединение для диа-
пазона х/зР; // — соединение для диапа-
зона	/// — соединение для диа-

пазона Р

2)	конструкцией станины, выпол-
ненной в виде рамы (монолитной,
двухколонной, четырехколонной);

3)	расположением цилиндра (на верх-
ней траверсе, в основании пресса);

4)	конструкцией опор (с двумя шар-
нирами; с одним шарниром сверху или
снизу; с выключаемыми шарнирами);

5)	по способу осуществления холос-
того хода (путем возврата плунжера
под действием силы тяжести; принуди-
тельный возврат).	*

ПС выполняют узкоспециализиро-
ванными — только для проведения
определенного стандартного испытания
(кубиков бетона и кирпича на сжатие)
и универсальными — для испытания
строительных материалов. Последние
комплектуют опорами на сжатие и трех-

точечный или четырехточ^чный изгиб.
Иногда на общей станине компонуют
вторую раму с автономным нагружа-
ющим устройством на малые нагрузки
для испытаний на изгиб. Оба нагружа-
ющие устройства сообщаются посред-
ством переключателя с общей системой
питания й измерительными устрой-
ствами.

Для создания уменьшенных нагру-
зок в общей раме применяют
также комбинированные цилиндры
(рис. 17, б, в, г).

Точность измерения силы в ПС
позволяет судить о действующих на
образец нагрузках по давлению в
цилиндре и использовать уплот-
ненные пары. В качестве уплотнений
применяют кожаные, резиновые, поли-
мерные манжеты 11-образной формы,
установленные в расточке цилиндра,
или Г-образной формы, установлен-
ные на днище поршня. Применяют
уплотнительные резиновые кольца и
комбинированные резинофторопласто-
вые уплотнения. С совершенствованием
технологии изготовления прецизион-
ных цилиндров широкое распростра-
нение получают неуплотненные ци-
линдры с малыми зазорами (0,03—
0,05 мм в зависимости от, диаметра).

Сопряженная поверхность цилиндра
и поршня, будучи основной Направля-
ющей действия испытательной силы,
должна противостоять опрокидываю-
щим моментам, возникающим вслед-
ствие неизбежного эксцентриситета
равнодействующей сил сопротивлений
испытуемого образца. Для этого длина
направляющей поверхности должна
быть равна полутора-двум диаметрам
поршня.

Цилиндры ПС можно разделить на
три группы: 1) устанавливаемые дни-
щем на основании ПС; 2) подвешенные
за кольцевой бурт в расточке основа-
ния; 3) расточенные непосредственно
в основании.

Цилиндр 1-й группы разгружен от
упругих деформаций рамы, однако
общие габаритные размеры ПС полу-
чаются больше, чем у ПС с цилиндрами
двух других групп. Наиболее компакт-
ны цилиндры 3-й группы, применяе-
мые главным образом в портативных
и узко-специализированных прессах.
Цилиндры 2-й группы занимают про-
Рис. 18. Системы управления прессов для испытания строительных материалов:

а _ регулируемым насосом; б — стабилизатором; в — стабилизаторным усилителем в
сочетании с регулируемым насосом; / — насос; 2 — регулятор подачи йасоса; 3 — рычаг
регулятора скорости; 4 — маховик регулятора скорости; 5 — рычаг быстрого нагруже-
ния и сброса; 6 — золотник сброса; 7 — плунжер; 8 — пружина; 9 —регулятор; 10 —
дроссель стабилизатора; 11 — сервоцилиндр; 12 — дроссель полумоста управления; 13 —
указатели;. 14 — цилиндр пресса; 15 — задатчик скорости нагружения -

межуточное положение. Для восприя-
тия крутящего момента,.передаваемого
через бурт усилия, и исключения воз-
можности заклинивания поршня необ-
ходимо повышать жесткость открытой
стороны этих цилиндров.

Основное требование к ПС заклю-
чается в равномерности распределения
нагрузки по сечению образца, на ко-
торое влияют поперечная жесткость
станины (рамы) ПС; жесткость и твер-
дость опоры • плит; способность . ПС
приспосабливаться к геометрическим
несовершенствам образца.

Податливая в поперечном направле-
нии рама ПС способствует равномер-
ному распределению нагрузки по се-
чению образца, поскольку компенси-
рует несовпадение физической и гео-
метрической осей' В этом смысле двух-
колонные рамы лучше. Однако экс-
центриситет меняет ориентацию от
образца к образцу. Его расположение
под разными углами к плоскости ко-
лонн приводит к увеличению рассея-
ния результатов испытаний по партии.
Поэтому для ПС предпочтительней
одинаково во всех направлениях по-
перечно-жесткие станины — четырех-
колонные или монолитные.

Деформации опорных плит под на-
грузкой вызывают неравномерное рас-
пределение нагрузки и последователь-
ное разрушение образца, начиная от

наиболее нагруженной части, что
уменьшает разрушающую нагрузку.
Жесткость и твердость опорных плит
регламентируются ГОСТ 8905—73.

Компенсируют геометрические не-
совершенства образца шарнирными
опорами. Из трех возможных сочета-
ний шарнирных опор наилучшая по-
вторяемость результатов испытаний
достигается на ПС с жесткими рамами
в сочетании с жесткой нижней опорной
плитой и шарнирной верхней, опираю-
щейся на сферу, центр которой распо-
ложен на опорной поверхности. Опор-
ные сферы большого радиуса не яв-
ляются шарниром в прямом смысле,
поскольку заклинивают при нагруз-
ках, составляющих 5—15 % от макси-
мальной нагрузки ПС.

Из-за низких скоростей рабочего
хода и малых ходов плунжера (30—
100 мм) для ПС необходим маломощ-
ный гидропровод. Производитель-
ность насосов ПС 1—12 л/мин.

Для управления ПС (рис. 18) при-
меняют регуляторы подачи регули-
руемых насосов; регуляторы скорости
нагружения в _ сочетании с венти-
лем сброса; стабилизаторы нагрузки
с механическим или ручным регули-
рованием скорости роста нагрузки.

Прессы с ручными насосами приме-
няют непосредственно на строитель-
ных площадках.
Рис. 19. Регулятор скорости нагружения:

1 — полость подачи; 2 — плунжер; 3 —
полость противодавления; 4 — пружина
противодавления; 5 — игольчатый дрос-
сель регулятора; 6 — цилиндровая по-
лость; 7 — предохранительный клапан;

5 — успокоительное сопротивление

Основной элемент стабилизаторной
системы управления — прецизион-
ный переливной клапан, управляемый
в широком диапазоне давлений. Под-
тягиванием пружины клапана увели-
чивают давление в цилиндре, а следо-
вательно, усилие, развиваемое прес-
сом. Для регулирования производи-
тельности (подачи) насоса рычаг уп-
равления связывают с регулятором про-
изводительности насоса так, что оп-
ределенному положению рычага соот-
ветствует определенная скорость пода-
чи масла в цилиндр.

Регуляторы скорости широко при-
меняют не только в ПС, но и в других
испытательных машинах, снабженных
насосами с нерегулируемой произво-
дительностью. Регулятор работает как
дроссель, находящийся независимо от
давления в цилиндре под постоянным
перепадом давления (рис. 19). Полости
насоса 1 и противодавления 3 регуля-
тора разделены подпружиненным
плунжером 2. Смещаясь и сжимая
пружину 4 под действием давления
насоса плунжер соединяет своей ско-
шенной частью полость 1 со сливом.
Устанавливается равновесие, опреде-
ляемое натяжением пружины 4. При
открывании регулировочного иголь-
чатого дросселя 5 часть масла из по-
лости 1 подается в цилиндр, где повы-
шается давление. Цилиндровая по-
лость 6 соединена с полостью противо-
давления 3. Вследствие этого при по-
вышении давления в цилиндре в по-

лости подачи 1 также увеличивается
давление, оставаясь выше, чем давле-
ние в полости 6, причем разница зави-
сит от натяжения пружины 4. В ре-
зультате дроссель 5 находится под
постоянным перепадом давления, ко-
торое можно регулировать натяже-
нием пружины 4. Постоянство пере-
пада давления обеспечивает постоян-
ство расхода через дроссель 5 для каж-
дого его положения. Регулятор обычно
снабжают предохранительным клапа-
ном 7 и стержнем 8 в канале связи по-
лостей 3 и 6 для гашения автоколеба-
ний плунжера 2.

В СССР выпускают ПС нескольких
типов (табл. 6). Пресс 2ПГ снабжен
двухколонной рамой, имеет два сфе-
рических шарнира на опорах, кото-
рые могут «запираться». Для измене-
ния габаритных размеров рабочего
пространства в прессах до предельных
усилий 1250 кН применяют централь-
ный винт, а в прессах 2ПР-250
и 2ПГ-500 — подвижную траверсу.
Силу в прессах 2ПГ измеряют образ-
цовыми пружинными манометрами
класса точности 0,35, градуирован-
ными в единицах силы.

У прессов ПСУ в основном та же
конструкция, но для измерения силы
в них применяют торсионные мано-
метры с условной шкалой. В прессах
П — торсионный сцлоизмеритель
с именованными шкалами, а для ста-
билизации скорости используют ком-
пенсатор утечек масла через рабочий
цилиндр (рис. 20).

Прессы ПР — с монолитной сварной
рамой.

Технические характеристики ПС
зарубежного производства приведены
в табл. 7. Фирма ЗсЬепск—ТгеЬе!
(ФРГ) выпускает ПС трех модифика-
ций: КВ — с монолитной станиной и
неизменными габаритными размерами
рабочего пространства (см. рис. 17, б);
КВ8 — с монолитной станиной и изме-
нением габаритов рабочего простран-
ства посредством центрального винта
(см. рис. 17, в); КВЫ — с двухколон-
ной станиной и изменением габаритов
рабочего пространства подвижной
верхней траверсой. Во всех прессах
этой фирмы применяется дифферент
циальный цилиндр (см. рис. 17, б),
расположенный в основании пресса.
6. Технические характеристики прессов отечественного производства для испытания строительных материалов

Пресс	Наибольшая на- грузка при сжатии, кН	Ход плунжера, мм	Максимальная ско- рость плунжера, мм/мин	Максимальное рас- стояние	между  плитами, мм	Размер опорных плит, мм	Рабочее давление, МПа	Мощность, кВт	Масса, т	Станина (установочный привод)		Силоизмеритель . (шкала)
2ПГ-2.5	25	50	• 20	250	160Х 160	6,5	0,6	0,15	Консольная (центральный винт)		
2ПГ-10  2ПГ-50	100  500	60  50	30  20	350  600	210X210  325X325	15  25	1,2  1,3	0,3  0,6	Двухколонная ный винт)	(централь-	Манометрический (ус- ловная)
2ПГ-125	1250	70	35	700	440X440	20	2,2	1,8			
2ПГ-250	2500	60	40	800		25	2,8	2,8	Двухколонная	(моторная	
2ПГ-500	5000		20	1200	550X530			6,0	траверса)		<
ПСУ-2,5 ПСУ-10	25  100		40  30	250  350	160Х 160 210X21;)	5,7  16	—	—	Двухколонная	(централь-	
ПСУ-50  ПСУ-50А	50  50		20	600  350	325X325  210X210		1,0	0,68  0,6 •	ный винт)		
ПСУ-125  ПСУ-250	1250  2500		40  30	700  800	440X440	25	2,8	1,8  3,0	Двухколонная траверса)	(моторная	
ПСУ-500	5000		20	1200	550X 550			6,5			
ПР-2,5	25		40	250	160Х 160	6,5	—				
ПР-5  ПР-10	50  100	50	20 .  40	320  400	180Х 180  210X210	15	—	0,4	Сварная монолитная (элек- троприводный централь-		Торсионный (услов- ная)
ПР-20  ПР-50	200  500		20	500  630	250Х 250  320X320	25	—	0,82	ный винт)		
П-10	100		40	400	210X210	15	1,11	0,45	Двухколонная	(централь-	
П-50	500		20	630	320X320			0,93	ный винт)		
П-125	1250		30	800	450Х 450		3,4	2,2			
П-250  П-500	2500  5000		20	1000  1250	500X500  600X600	25	5,6	3,53  7,25	Двухколонная траверса)	(моторная	Торсионный (именован- ная)

Машины с гидравлическим приводом
Рис. 20. Схема управления прессом для
испытания строительных материалов ти-
па П:

1 — основание; 2 — цилиндр; 3 — плун-
жер; 4 — нижняя жесткая опора; 5 —
колонны; 6 — верхняя опора со сфери-
ческим шарниром; 7 •— траверса; 8 —
установочный винт; 9 — привод устано-
вочного винта; 10 — насос подкачки;
11 — насос высокого давления (25 МПа);
12, 17 — дроссели соответственно регу-
лятора скорости и обратной связи; 13 —
маховик дросселя; 14 — дифференциаль-
ный клапан перепада давления; 15 — пред-
охранительный клапан; 16 — клапан
включения давления подпора; 18 — пе-
реливной клапан низкого давления;
19 — аккумулятор; 20, 21, 22 — магистра-
ли соответственно питания, подпора,
силоизмерительная; 23 -» силоизмеритель-
ный цилиндр; 24, 26 — рычаги соответ-
ственно торсиона и привода стрелки реги-
стратора; 25 — торсион; 27 — пружина
поджатия рейки привода стрелки; 28 —
демпфирующий обратный клапан

Силу измеряют тензометрическим ди-
намометром, установленным на пас-
сивной опоре, снабженной сфериче-
ским шарниром. Активная опора жест-
кая. Для управления прессом приме-
няют следящую электрогидравличе-
скую систему.

Фирма МЕЬ (ФРГ) выпускает ПС
двух типов: ВР8 — в двухколонном
и ВР8_У — в четырехколонном испол-
нениях. Цилиндр в прессах односто-
ронний, расположен в основании.
Плунжер снабжен жесткой опорой.
Нагрузки измеряют различными при-
борами: пружинным или маятниковым
манометром, электротензометрическим
датчиком давления^ динамометром.

Высоту рабочего пространства из-
меняют центральным винтом со сфери-
ческой опорой. До предельных нагру*
зок 1000 кН включительно высоту
устанавливают вручную, от 2000 кН
и выше — установочный привод винта
снабжен электродвигателем.

Большую номенклатуру ПС выпу-
скает фирма ТопкесЬгнк (ФРГ), бази-
рующая эту продукцию на агрегатном
принципе. Прессы этой фирмы осна-
щают силоизмерением пружинными
манометрами и ручным управлением
или электрогидравлическим автома-
тизированным управлением в сочета-
нии с электронными системами изме-
рения. В последнем варианте они
могут встраиваться в поточные линии
комплектных испытательных лабора-
торий.

Унифицированную систему ПС раз-
работала фирма БеМпег (ФРГ). В се-
рии 11ВР представлены прессы с двух-
колонной рамой неизменной высоты.
Имеются варианты 11ВР—НУ с высо-
той, изменяемой посредством цен-
трального винта, вращаемого вручную.
Аналогична конструкция прессов се-
рии 8АУР и 8АУР—НУ с рамой в четы-
рехколонном исполнении. В прессах
портативной серии ЬРМ, имеющей
двухколонную раму, пресс вместе с на-
сосной станцией и пультом монти-
руется на общем реновации. Габарит-
ные размеры прессов указаны в табл. 7.
В этой серии так же, как и в'следую-
щих портативных сериях АУР (моно-
литная рама) и 8\УР (четырехколон-
ная рама), предусмотрены варианты
с ручным насосом. Фирма 8е!с1пег вы-
пускает ПС, в которых усилия изме-
ряются посредством пружинных мано-
метров. По специальному заказу прессы
оснащают часовым механизмом с ве-
дущей стрелкой на силоизмерителе,
позволяющей вручную отслеживать
установленную скорость роста на-
грузки. Такие устройства удачно соче-
тают низкие требования по поддержа-
нию скорости нагружения в процессе
стандартных испытаний при эксплуа-
тации прессов на строительных пло-
щадках. Для компенсации утечек фир-
ма Тогзее (Япония) в своих двухко-
лонных прессах с подвижной травер-
сой серии АС применяет систему про-
тиводавления в цилиндре (рис. 21)
7 Технические характеристики прессов для испытания строительных материалов

Пресс	Наибольшая нагрузка, кН	Ход поршня* мм	Наибольшая СКОрОСТЬ ПОрШ- НЯ; мм/мин	Наиболь- шее рас- стояние между плитами* мм	Размер опорных плит* мм	Габаритные размеры* мм	се о о <9 %

ЗсЬепск ТгеЬе! (ФРГ)

КВ 160	I	600  КВ250	2	БОО  КВ400	4	000  КВ600	6	000  КВ8160	I	600  КВ8250	2	500  КВ8400	4	000  КВ8600	6	000  КВШ60	1	600  КВШ50	2	500  КВШ00	4	000  КВН600	6	000  квиюоо	юооо  ВР510	100  ВР820	200  ВР840	400  ВР860	600  ВР5100	1	000  ВР3200	2	000  ВР8300	3	000  ВР3500	5	000  ВР8600	6	000  ВР3200У	2	000  ВР8300У	3	000  ВР8400У	4	000  ВР$500У	5	000  ВР8600У	6	000	200  60	1*—  1	310	*—  220X220	1600X950X580  1800X1150X700 2150X1400X860 2400X1600X960 3100X950X580 3300X1150X700 3570X1400X860 3800Х 1600X960 2950X950X580 3150X1150X700 3450X1400X860 3650X1600X960  , 4400X2100X 1320		2*0  3,0  5,0  8,0  2,7  4,6  6,8  10,0  2,5  5,0  8,0  11,0  31,0
			410				
			1010				
			1500  ЛРЬ (ФРГ)  315  515  350  650  530 (730)  530 (830)  550 (830)  550 (ЭГО)  650 (1050)				
	100			320X320  420X420			
				520X420			
		35	328 (850)	320X320	1750  2230  2740  3250  3460	900X500	—
			550 (950)	520X420			
						1100X850	
		40	650 (1050)				

ТопНескшк (ФРГ)

И22/1000-311 1122/1000-333 Й22/1500-311 1122/1500-333. 1122/2000-122 1122/2000-242 1122/2000-343	1 000	60  220  60  220	35	350	0 220 290X520 0 220 290x520 0 300	1150  1330  1200  1380	700X500	0,6
	1 500							О,6К
	2 000	80	50	215  265  350		1380	800X600	1*25
					320X520			
						1690		
		220						

3 Зак. № 38
Продолжение табл. 7

Пресс	1	” ”  Наибольшая нагрузка, кН	Ход поршня, ; ММ	Наибольшая скорость порш- ня, мм/мин	Наиболь- шее рас- стояние между плитами, мм	Размер опорных плит, мм	Габаритные размеры, мм		Масса$ т
1122/3000*122 1122/3000-242 1122/3000-343 1122/4000-122 1122/4000-242 1122/4000-343 1122/5000-242 1122/5000-343 1128/100 1128/200 1128/300 1128/500 1128/600  2551  2508/4 2508/10  2508/20 2560/40  2560/60 2570	3 000	80	50	215  265  350  215  265  350  265  350  530 (730)  530 (830)  550 (850)  550 (950)  650 (1050)  350	0 300	1400	800X 600	1,25
					320X 520			1,38
		220				1700		
	4 000	800	40		0 300	1680	850Х 650	2,75
					320Х 520			
		220				1990 1820  2100 2300  2550  2850 3310 3715  1700		
	5 000	80  220			320X 520		900X700	2,98
	1 000 2 000  3 000 5 000  6 000  3 000  40  100 200 400  600  600	100	50  25		320X320  420X420		1000X600	1*5  3,1  3,9  7,05  7*2  1*3  0,42  0,46  0,50  0,56  0,62  0,7 .
			35		520X420		1200X750	
			40  4 (30)				1500Х  Х1200 820X470	
		120			320X340			
		60	—	420	0 180	2340	800X700	
					230X 230	2370		
		20	120	210	0 180	1900	1100X650	

8е1<1пег (ФРГ)

Е1ВР200	2 000				320X520	1440	776X450	1,2
нврзоо	3 000			340	(0 300)	1590	866X 500	1,69
ПВР400	4 000				420X 520	1700	985X560	2,39
НВР500	5 000					1940	1110X620	3,35
нвр2оону	2 000			350	320X520	1850	776X450	1,4
ЦВР300НУ	3 000	100			(0 300)	2000	866X500	2,06
8МР200	2 000		—		320X 520	1410	750X600	1,39
З^УРЗОО	3 000			340		1530	816X610	1,9
8АУР400	4 000				420X520	1680	926X690	2,75
8\УР500	5 000					1830	986X690	3,28
8\УР200НУ	2 000			350	320X520	1700	750X600	1,62
8У/Р300НУ	3 000					1820	816X610	2,18
ЕРМ200	200					1420	970X460	0,3
ЬРМбОО	600	50		340	0 230	1560	980X460	0,375
ЕРМ1250	1 250					1800	1040X460	0,595
Продолжение табл. 7

Пресс	Наибольшая нагрузка, кН	Ход поршня, мм	Наибольшая скорость порш- ня, мм/мин	Наиболь- шее рас- стояние между плитами, мм	Размер опорных плит, мм	Габаритные размеры, мм		Масса, т
ЬРМ1500 ЬРМ2000 ЬРМЗООО \УР150 №Р200 №Р300 8МР200 5\УР300  АС50 АС100	1 500  2 000  3 000  1 500  2 000  3 000  2 000  3 000  500  1 000	50	Т01	340  гзее (Япони  500	0 230	1830  2000  2080  1440  1497  1532  1750  1900  1790	1090X460  1200X750  1295X750	0,70  1,365 1,515  0,515 0,64  0,78  1,25  1,60  2,0  2,2
					0 300 (320X520)			
		30  100			0 230		860X550  720X660	
					0 300			
					0 300  я)  220Х 220			
АС200  АС300  АС500  ВР840  ВР860  ВР8100  ВР8160  ВР200  ВР300  ВР400  ВР500  ВР600  ВР8200  ВР8300  ВР8400  ВР8500  ВР8600	2 000  3 000  5 000  400  600  1 000  1 600  2 000  3 000  4 000  5 000  6 000  2 000  3 000  4 000  5 000  6 000	150	100  Л  30	700	320X320  450X450  500X500  230Х 230	2420  3200  3800	1050X700  1280Х Х1000  1300Х хюоо	3,6  8,9  13,0  1,1  1,15  2,4  3,6  3,2  3,45  4,4  5,6  6,2  3,8  5  6  6,4  6,8
		250  100		1000  /1АИ (ФРГ)  350				
			70  45  35  ЗП	500	320X320			
				320  420;		2100  2450  2500  2550  2750  2880  3340		
		150			420X420			
			35	520				
					520X520			
			30  35  50 ,					
		100		500	320X320			
		150		635	420X420			
			35			3500		
					520X520			
			30			3600		
гРис. 21. Пресс для испытания строительных материалов, фуфмы Тогзее:

1 — основание; 2 — колонны; 3 — траверса; 4 — опоры; 5 — цилиндр; 6 — рабочая
полость;, 7 — полость противодавления; 8 — дренажная полость; 9 — насос; 10 — ре-
гулятор скорости нагружения; 11—управляющий дроссель регулятора; 12— ручка уп-
равления дросселем; 13 — плунжер регулятора; 14, 16 — клапаны соответственно предо-
хранительный и обратный; 15 — цилиндр маятникового силоизмерителя; 17 — демп-
фер возврата маятника; 18 — маятник; 19 — установочный груз; 20 — шкала сило-
измерителя; 21 — диаграммный аппарат; 22 — указательная стрелка; 23 контроль-
ная стрелка максимума нагрузки; 24 — дренажный бачок

в виде двух кольцевых проточек на
нем. В полость 7 масло подается непо-
средственно от насоса 9, а из полости
8 — отводится на слив. Поскольку раз-
ность между давлением на выходе из
насоса и давлением подачи в цилиндр
через регулятор скорости 10 опреде-
ляется натяжением пружины плун-
жера 13, то между полостью 7 и рабо-
чей полостью 6 цилиндра образуется
постоянный перепад давления, не за-
висящий от нагрузки пресса. Вслед-
ствие этого перепада поддерживается
постоянным небольшой поток масла
из насоса в рабочую полость 6 цилин-
дра 5, что компенсирует и стабилизи-
рует утечки в системе. Фирма МАИ
(ФРГ) для той же цели оснащает ПС
стабилизаторными регуляторами ско-
рости нагружения (см. рис. 18, б, в),
в которых темп роста нагрузки опре-
деляется скоростью натяжения пру-
жины стабилизатора. Баланс подачи
и утечки при этом поддерживается авто-

матически за счет гидравлической об-
ратной связи. Эта фирма выпускает
двухколонные прессы двух серий: ВР—
с неизменными габаритными размерами
рабочего пространства и ВР8 — с из-
меняемой центральным винтом рабочей
высотой.

Для испытания особо хрупких ма-
териалов фирма ЗсЬепск ТгеЬе1 (ФРГ)
выпускает прессы КВ с монолитной
станиной. Фирма МЕЬ (ФРГ) специ-
ально для таких испытаний выпускает
прессы серии ПРУ с подвижной тра-
версой и фрикционной клеммной ее
фиксацией на четырех массивных ко-
лоннах, что в сочетании с коротко-
ходовым цилиндром, имеющим диффе-
ренциальный поршень, позволяет по-
лучить жесткость пресса в продольном
направлении свыше 5-109 Н/м.

На рис. 22 показана полуавтомати-
ческая линия фирмы ТопИесЬгик
(ФРГ) для определения марки бетона.
На линии можно проводить испытание
рис. 22. Поточная линия по определению
марки бетона фирмы ТопИесИшк:

а — схема: 1 — рольганг для подачи ку-
бов по линии; 2 — пост .взвешивания и
измерения размеров; 3 — автоматизи-
рованный испытательный пресс; 4 —
контейнер; 5 — вычислительная машина
с печатающим устройством; 6 — бланк
протокола с наклеенным сертификатом;
б — пост взвешивания и измерения раз-
меров образца; / — образец; 2 — кон-
дуктор; 3 — фототриггеры; 4 — источ-
ники инфракрасного света; 5 — весы



бетонных кубов размером 200Х200Х
Х200 мм и 150X150X150 мм
(ГОСТ 10180—78). Линия включает
в себя два измерительных поста для
определения размеров, массы и проч-
ности образца, соединенных общим
рольгангом. Действия оператора' на
этой линии сводятся к набору номера
очередного образца, перемещению его
по рольгангу на пост взвешивания и
измерения размеров, досылке образца
с этого поста по рольгангу в автомати-
зированный испытательный пресс, по-
лучению с вычислительной машины
сертификата и наклейке его на бланк
протокола.

Пост взвешивания и измерения
(рис. 22, б) оборудован кондуктором,
установленным на платформе тензоме-
трических весов. Напротив кондуктора
расположены три стойки с двумя источ-
никами инфракрасного излучения, а
в кондукторе — наборы соответствую-
щих фототриггеров. Источники излу-
чения служат для измерения попереч-
ных размеров куба, один — для изме-
рения его высоты. Произведение сиг-
налов двух первых измерителей дает
уточненное значение площади попе-
речного сечения куба, произведение
сигналов всех трех измерителей — его
уточненный объем, что учитывается
при обработке результатов испытаний
компьютером.

Испытательный пресс оборудован
специальным кондуктором, центри-
рующим образец (по геометрическому
центру) на активной опорной плите.
Последняя перед 'испытанием автома-
тически, по сигналу с линейного диф-
ференциального трансформатора, уста-
навливается в исходное положение
в уровень с рольгангом. Испытания
с заранее установленной скоростью
производятся после нажатия операто-
ром кнопки «Пуск». Результат испы-
тания в виде разрушающей нагрузки
и плотности подается в вычислитель-
ную машину, где обрабатывается (по
программе) вместе с сигналами первого
поста, после чего поступает на цифро-
печатающее устройство и в долговре-
менную память на магнитную ленту.
В сертификате протокола печатают все
исходные данные и вычисленные
результаты, средние значения плот-
ности и предела прочности по серри
испытаний, а также статистические
характеристики.

Линия - снабжена пневматическим
манипулятором, сбрасывающим с пли-
ты пресса испытанный образец и его
осколки в контейнер.

Другая полуавтоматическая линия
фирмы ТопИесЬгмк обеспечивает ис-
пытание образцов цемента (балочки
40X40X 160 мм) на изгиб и сжатие,
предусмотренное ЭШ 1164, 1168, 1060,
8, Основные технические характеристики прессов отечественного производства
для испытания конструкций

	Наибольшая нагрузка, МН		(Я  я	плун- мин	Габаритные размеры ра- бочего про- странства (высота х X ширина), мм	«3 ю  5  еп	, кВт		в к о Е
Пресс	статиче- ская	цикли- ческая	Ход плун мм	Скорость жера, мм/		Пролет и: мм	Мощность	Масса, т	Число ко.
ПММ-125	1,25	0,5	200	50	1100X 540	600	2,35	3,0	
ПММ-150	1,5	0,75	1000.	70	5500X780	—	4,82	8,85	2
ПММ-250  ПММ-500	2,5  5	1,25  2,5	250	50	2500Х 800  3500X800	1500  2000	4,55  11,55	8,46  20,8	4
ПММ-1000	10	5	300	60	6000Х 1000	4500	17,65	'53,1	
МПС-200  ИПС-500	2  5		250	50	2500Х 80Э  3500X800	1500  2000	4,5  12	7  13,4	2  4
ИПС-1000	10		300	80	6000Х юоо	4500	18,5	43	
ПР-500  ПР-1000	5  10		250	50 ,	3500X750  6000Х 1050	2000  4500	10,6  24	16,5  47,3	2  4
ПР-125	1,25		200	50	1250X500	1200	—	3,17	2
ПР-250	2,5		250	50	2500X600	1500	—	8,15	

Т8О К 679, ГОСТ 310.4—76 и другими
стандартами. Линия содержит два
испытательных поста. На первом из
них оператор устанавливает балочку
на опоры изгибного пресса, включает
его, извлекает и отправляет на второй
пост части испытанного образца. На
втором посту установлен пресс для
испытания на сжатие полубалочек.
Управление режимами испытаний на
обоих постах автоматизировано. Ре-
зультаты испытаний автоматически
обрабатываются вычислительной ма-
шиной и выдаются в виде протокола
цифропечатающим устройством.

Прессы для испытания конструкций
(ПК) различаются исполнением; кон-
струкцией станины; конструкцией на-
гружающего устройства.

Как правило, ПК снабжаются при-
способлениями для проведения испы-
таний на поперечный изгиб. Основной
диапазон нагрузок 1—10 МН. В СССР
выпускают прессы ИПС, ПММ, ПР.
Их технические характеристики при-
ведены в табл. 8.

Фирма ХУРМ в ГДР выпускает прес-
сы на предельную нагрузку 3 и 6 МН.

Последняя модель в спаренном испол-
нении (рис. 23) позволяет развивать
усилия до 12 МН. Пресс этой модели
является примером повышения наи-
большей нагрузки уникальных ма-
шин, которое достигается за счет сум-
мирования усилий двух прессов типа
ИтМВ 600, поставленных рядом. Плун-
жеры прессов перекрывают жесткой
балкой накатной тележки. Аналогич-
ную балку подвешивают к пассивным
подвижным опорам. Цилиндры обоих
прессов получают общее питание.
Таким образом, между балками, обра-
зуется рабочее пространство для испы-
тания образцов при нагрузках до
12 МН, правда, несколько меньшей
высоты, чем у исходной модели, на
6 МН. Увеличением длины колонн1
исходной модели компенсируется и
этот недостаток.

Фирма Ашз1ег * (Швейцария), изго-
товляет прессы на предельную на-
грузку 1—10 МН, аналогичные прессы
выпускают фирмы Етегу, Ва1д\хчп,

* В настоящее время входит а объеди
нение Шо1рег1 — Атз1ег.
Р1е1е (США), Ауегу (Великобритания),
ЬозепсЪаизеп, МРЬ, ЛМич (ФРГ).
В прессах фирмы ЛШ4 двухколонной
схемы допускаются нагрузки до 50 МН.
В табл. 9 приведены основные техни-
ческие характеристики некоторых прес-
сов зарубежного производства.

Для уменьшения нижнего предела
рабочих нагрузок, увеличения разви-
ваемых скоростей деформирования и
частотных параметров циклического
нагружения образца прессы снабжают
двумя цилиндровыми парами, соответ-
ственно рассчитанными на полную на-
грузку и на нагрузку, составляющую
примерно х/б полной (см. рис. 17, а).
Два цилиндра дают возможность со-
гласовать нагрузки, создаваемые прес-
сом, с параметрами объекта испытания.
При испытании объектов на сжатие
(осевые нагрузки), как правило, необ-
ходимы большие усилия при относи-
тельно малых деформациях и их ско-
ростях. Для объектов, испытываемых
на изгиб (поперечные усилия), необ-
ходимы малые усилия, но большие
деформации.

Как правило, у ПК серийного про-
изводства нижнее расположение ци-
линдра. Плунжер возвращается в ис-
ходное положение после испытаний
под действием своего веса (невозврат
плунжера сигнализирует об аварий-
ном состоянии цилиндровой пары).
Дополнительный цилиндр меньшего
диаметра располагают в подвижной
траверсе пресса (рис. 17, а), вследст-
вие чего необходим механизм возврата
плунжера в исходное положение. Для
проведения испытаний с плавным на-
гружением от нуля в гидросистему
питания вводят компенсаторы веса
плунжера и опорных приспособлений
(рис. 24). Для возврата используют
либо отдельный цилиндр,, либо соот-
ветствующую полость 2 дифференци-
ального цилиндра. Компенсируют вес
посредством прецизионного перелив-
ного клапана (стабилизатора), вклю-
ченного в эту полость цилиндра.

О развиваемом усилии в прессах
сУДят по давлению в силовом цилин-
дре, которое измеряют прецизионными
манометрами с упругой трубкой. Эти
манометры в сочетании с уплотнен-
ными парами измеряют нагрузки с по-
решностью, не превышающей 2—3 %

7 з

Рис. 23. Пресс ПгМВ-1200 фирмы ЮТИ,
составленный из двух прессов с наиболь-
шей нагрузкой 6 МН:

1 — колонны; 2 — подвижные траверсы;
3 — шарнирные пассивные опоры; 4 —
распределительная балка; 5 образец;

6 — контейнер; 7 — накатная тележка;

8 пульт управления

Рис. 24. Схема действия компенсаторов
веса плунжера и подвижных частей:

/ — рабочая полость цилиндра; 2 —
возвратная полость цилиндра; 3 — об-
разец; 4 — плунжер стабилизатора; 5 —
зона обратной связи; 6 — пружина на-
стройки; 7 — рукоятка настройки ста-
билизатора
9. Основные технические характеристики прессов зарубежного производства для испытания конструкций

Пресс	. Наибольшая нагрузка, МН		Габаритные размеры рабочего пространства, мм			Ход плунжера, мм	Масса, т	Скорость плун- жера, мм/мин	Подала насоса, л/мин	Габаритные размеры пресса, мм	
	стати - ческая	цикли- ческая	Высота	Просвет между колон - н ами	Пролет изгиба					в плане	высота
					У^РМ (ГДР)						
Эг МВ300  Пг МВ600			1 000  3 000	|	600  680	|	1400'	|  2000	|	250 |	1 7,5 1  26	|			| 3600X3100 1  | 4600X 1800 1	|	3 200  |	6 900
					МРЬ (ФРГ)						
ЕР60 ЕР100	0,6 1	0,4 0,6	1 500—3 000		400—2000  400—3000						
ЕР200  ЕР300	2 3	1,5 2		4200	400—4000	100 '					
ЕР500	5	3	1 500—4 000								
ЕР600	6	4		610	400-5000						
ЕР1000	10	6	1 500—5 000	1010							^=3
УЕР100  УЕР600	1 6	0,6 4	3 300  4 500	400  1200	1000 1500						
УЕР1000  УЕР1500  УЕР2000	10 15 20	6 10 15	6 000  7 000  10 000	1500	1800  2500  2700	300					
				ТопИесЪгпк (ФРГ)							
1133/100	1			390			5,3	50	1,4		3 255
1133/200  Г133/300	2  3		1 500—3 000	490	400 — 2000	100	5,4  5,6	25  35	1,4  3,4	1500Х 1400	3 400
1133/500	5	—	1 500—4 000	635			11	35	5,8	1800Х 1500	3 925
1133/600	6			790	400—3000		11	40	8,2	2000Х 1500	3 985
1133/1000	10		1 500—5 000	1050	400—5000 МАЫ (ФРГ)		15	55	17,4	3500X2500	4 970
11ВР200	2	1		480		100	4,6	35			3 280
пврзоо ЦВР400 ПВР500 ЦВР600	3 4  5 6	1,5 2  2,5  3	1 500—5 000	540  600  630  740	200 — 2000	150	5,8 6,9  8,9 И	50  35  ' 35  30	—	—•	1	3 800  3 850  3 900  4 1.00
11ВР1000 ПВР1500	10  15	5  6		1060  1310	500—4000	200	26  30	30  40			4 900  5 300
ЦВР5000	50	20	8 000	1700	6000	250	—	—		3900X3900	13 500

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
в диапазоне с 0,1— 0,2 до верхнего
предела измерения.

Неуплотненные взаимно притертые
цилиндровые пары с большой длиной
направляющей (отношение длины об-
разующей рабочей поверхности пары
! к диаметру 1,5—2,5) в сочетании с маят-
никовым или торсионным силоизме-
рителем измеряют нагрузки с погреш-
ностью не выше 1 % , начиная с 0,04 от
верхнего предела измерения.

Наряду с косвенным методом изме-
рения нагрузок в прессах для испыта-
ния конструкций применяют и прямой
метод измерения нагрузок посредством
встроенных динамометров, мембран-
ных мессдоз и весовых систем. Из-за
сложности изготовления тензометри-
ческих динамометров на высокие на-
грузки вместо них применяют датчи-
ки давления в цилиндрах или различ-
ные механоэлектрические преобразова-
тели, устанавливаемые на манометри-
ческие измерители.

Габаритные размеры рабочего про-
странства в основном изменяют при
помощи червячно*винтового привода
траверсы, перемещающегося по вин-
товым колоннам. В четырехколон-
ной станине для синхронизации
вращения маточных гаек применяют
шестеренные (реже цепные) передачи.
Четырех колонные конструкции обла-
дают большей поперечной жесткостью,
чем двухколонные. В четырехколонной
конструкции пассивная опора сме-
щается в поперечном направлении по-
ступательно, без поворота. Это в боль-
шей степени сохраняет стабильность
граничных условий в процессе испыта-
ния, но усложняет синхронизацию
механизмов изменения рабочего про-
странства. Практически, работают
только три колонны, определяющие
положение плоскости пассивной опоры.
В результате центр приложения реак-
тивной силы смещается в сторону
центра тяжести трех рабочих колонн.
Равнодействующая реактивной силы
может оказаться в любом месте внутри
некоторого круга, описанного вокруг
геометрического центра опоры.

Для решения конструктивных про-
тиворечий между двух- и четырех ко-
лонной конструкциями некоторые
фирмы прибегали к трех колонной кон-
струкции. Она лучше удовлетворяет

требованиям к испытаниям на про*
дольный изгиб и устойчивость, однако
существенно ограничивает поперечные
габаритные размеры рабочего про-
странства.

В последнее время в машинах с наи-
большей нагрузкой до 1 МН червячно-
винтовой механизм для изменения ра-
бочего пространства заменяют гидра-
влическими подъемниками. При этом
для фиксации траверсы применяют
различные фрикционные зажимы, на-
пример нормально-открытые и нор-
мально-закрытые клеммные. В по-
следних траверсу фиксируют благо-
даря силам упругости зажима, отвер-
стие которого выполнено с натягом по
отношению к колоннам. Нормально-за-
крытые зажимы надежней нормально-
открытых, поскольку исключают ава-
рии при отказе гидросистемы.

Существенное преимущество фрик-
ционных зажимов — возможность без-
люфтовой фиксации траверсы. Приме-
нение фрикционных зажимов в прессах
для испытания конструкций с четырех-
колонной станиной позволяет создать
стабильные граничные условия в соче-
тании с высокой поперечной жест-
костью.

В прессах с наибольшей нагрузкой
от 2 МН и выше систему возбуждения
располагают в фундаментном приямке
так, чтобы на уровне пола помещения
находился лишь торец плунжера.
Нижнюю опору пресса накатывают
по рельсовому пути (см. рис. 23), что
облегчает монтаж испытуемой кон-
струкции, позволяет проводить его
вне пресса.

Существуют накатные тележки двух
типов: для осевого сжатия и для по-
перечного изгиба. Первые, как пра-
вило, снабжают сферической опорой,
вторые — катками для изгиба. На по-
движной траверсе устанавливают сфе-
рическую опору. Верхнюю и нижнюю
сферические опоры снабжают специ-
альными винтовыми домкратами по пе-
риметру опоры для ограничения пово-
рота шарнира, а также для его пол-
ного выключения. Обычно угол пово-
рота не превышает 3°. Следует отме-
тить, что под нагрузкой сферическая
опора заклинивается. Начало пре-
кращения работы шарнира прихо-
дится обычно на 5—10 % от наиболь-
шей нагрузки пресса. Поэтому, при
проведении испытаний, особенно в кон-
струкционных элементах, .работающих
на продольный изгиб, ни в коем случае
нельзя сферические опоры считать
шарнирными. Шарнирность гранич-
ных условий при относительно не-
больших нагрузках обеспечивается
двойными ножевыми опорами.

Для создания гидростатического
давления в цилиндре применяют регу-
лируемые и нерегулируемые насосы.

Иногда несколько нерегулируемых-на-
сосов объединяют в батареи. Их пооче-
редно включают по мере роста давле-
ния в системе.

Управляют нагружением в системах
с регулируемыми насосами путем ре-
гулирования производительности.
В насосах с постоянной производи-
тельностью подачу масла в пресс регу-
лируют регуляторами скорости. Для
фиксации нагрузки и стабилизации ее
на заданном уровне применяют стаби-
Рис. 25. Пресс фирмы Атз1ег на наибольшую нагрузку 20 МН с управляемыми усло-
виями нагружения и деформирования образца:

а — общая компоновка; б — расположение цилиндров; в — копировальное устройство;
г — пассивная опора; д — конструкция цилиндровой пары и штоков-демпферов; е —
схема фиксации подвижной траверсы; 1 — стол-копир; 2, 3 — сервоклапаны соответ-
ственно центральный и периферийные; 4 — активная опора; 5 —- центральный задатчик
перемещений; 6 — задатчик поворота стола; 7 — сфера пассивной опоры; 8 — опорная
плита; 9 — шарнир; 10 — болты подвески пассивной опоры; 11 — дозатор смазки опоры;
12 — картер опоры; 13 — зазор в сферической опоре; 14 — уплотнительное кольцо;
15 — амортизационные пружины пассивной опоры; 16 — фундаментный блок; 17 —«
болты подвески фундаментного блока; 18 — амортизационные пружины фундаментного
блока; 19 — гидроцилиндры; 20 — шток; 21 — плунжер; 22 — демпфирующий канал;
23 — верхние части штоков; 24 — колонны; 25 — траверса; 26 — фиксирующие вы*
движные пальцы; 27, 28, 29 — пружинные измерители соответственно вертикальная рав-
нодействующей силы, момента относительно продольной оси и момента относительно
поперечной оси

лизаторы. В системах отечественного
производства применяют универсаль-
ные статико-циклические стабилиза-
торы нагрузок, пригодные для прессов,
машин и стендового оборудования.

Для испытания конструкций под
повторно-переменными нагрузками
прессы серийного производства осна-
щают различными возбудителями цик-
лических нагрузок, например, прессы
отечественного производства ПММ —
низкочастотными возбудителями
МП-100, прессы фирмы МРЬ (ФРГ) —
аналогичными устройствами или реку-
перативными низкочастотными возбу-
дителями типа 8ВЕ (8с1ше11Ье1а8(игщ-
зешсЬеП), прессы фирмы МАИ (ФРГ)
на 50 МН — рекуперативными возбу-
дителями типа Ь1РР (ЬИебегТгедиепг-
ри18а1огеп). Предельную нагрузку при
Циклическом режиме значительно
снижают. Например, для пресса с пре-

дельной статической нагрузкой 50 МН
она составляет 20 МН.

Пресс фирмы Ат81ег (Швейцария)
на 20 МН показан на рис. 25. Габарит-
ные размеры рабочего пространства
пресса: расстояние «в свету» между
колонн 1650 мм, размеры опорных
плит 1,5X1,5 м, свободная высота
7,8 м. Основная отличительная осо-
бенность пресса заключается в кон-
струкции нагружающих и опорных
устройств. Нижняя активная плита
пресса опирается на шесть плунжеров,
цилиндры которых размещены в осно-
вании пресса равномерно по перифе-
рии плиты и попарно гидравлически
объединены (рис. 25, б). При таком
расположении благодаря регулирова-
нию подачи масла пресс может рабо-
тать в следующих режимах: а) задан-
ное нагружение при центральном при-
ложении нагрузки; б) заданное нагру-
жение с приложением нагрузки с лю-
бым эксцентриситетом; в) заданное
деформирование при плоско-парал-
лельном перемещении активной опоры;
г) заданное деформирование при цен-
тральном приложении нагрузки; д) за-
данное деформирование при наперед
заданном регулируемом крене актив-
ной опоры.

Для реализации режимов заданного
деформирования служит копироваль-
ное устройство (рис. 25, в). Оно состоит
из стола-копира, на котором распо-
ложены четыре сервоклапана: один
в центре, а три равномерно распреде-
лены по периферии. Плунжеры серво-
клапанов жестко связаны с опорой
пресса. Стол-копир приводят в дви-
жение тремя задатчиками перемеще-
ний. Центральный задатчик задает
столу поступательное движение, два
других задатчика наклоняют его отно-
сительно продольной и поперечной го-
ризонтальных осей. Режим а осущест-
вляют общим питанием всех цилиндров
от источника давления; режим б —
отдельным питанием каждой пары ци-
линдров от своих источников; режим
в питанием каждой пары цилиндров
через периферийные сервоклапаны при
движении стола-копира от централь-
ного задатчика; режим г — общим пи-
танием всех шести цилиндров через
центральный сервоклапан при зада-
нии движения стола от центрального
задатчика; режим д — питанием каж-
дой пары цилиндров раздельно через
периферийные сервоклапаны, причем
движение стола регулируют все три
задатчика.

Многоцилиндровая система воз-
буждения наилучшим образом обеспе-
чивает граничные условия, близкие
к условиям существования идеального
шарнира. Если принять, что силы тре-
ния в притертых цилиндровых парах
не превышают 1 %, и учесть их разме-
щение от центра стола на расстоянии
около 500 мм, то «радиус нечувстви-
тельности» имитируемого шарнира
будет 5 мм, что вполне обеспечивает
достаточную точность нагружения
при испытаниях конструкций.

По данным фирмы Атз1ег, сервоги-
дравлическая система слежения
в «жестком» режиме испытания обес-
печивает точность задания положений

стола в пределах 2,5 мкм, а угловых
отклонений — в пределах 2* 10~! рад.

Пассивная опора пресса (рис. 25, г)
сферическая. Центр сферы располо-
жен не на поверхности опорной плиты,
а ближе к внутренней части опоры.
Сфера крепится к траверсе через цен-
тральную шаровую опору и перифе-
рийные подпружиненные болты. Осо-
бенность сферической опоры — смазка

под высоким давлением, сохраняющим
жидкостное трение между полусфе-
рами независимо от действующей на- !
грузки. Смазка поступает через спе- 1
циальный золотник, открывающий до-
ступ масла в полость между сферами ?
при уменьшении зазора. Для предот-	5

вращения утечек масла по периферии	4

подвижной полусферы установлено ре- л {
зиновое уплотнительное кольцо, рас-
пираемое внутренним давлением. Сфе-
рическая пассивная опора в значи-. _
тельной мере сужает возможности	Л

пресса, поскольку при любых режимах,	Й

осуществляемых на активной опоре,	Ц |

равнодействующая сил реакции об-	Ш

разца будет проходить через центр	>

пассивной опоры. Таким образом,
эксцентриситет, а также наклон по-	3

верхности пассивной опоры, оказы-	1

вается неуправляемым. Для гашения	1

энергии, освобождаемой при разруше-	1

нии образца, предусмотрены пружин-
ная подвеска пассивной сферической
опоры и пружинное крепление фунда-
ментного блока, на котором установлен >.!
пресс. Масса пресса около 150 т, масса
фундаментного блока около 100 т.
Последний подвешивают на четырех
болтах через тарельчатые пружины. а.
Собственная частота колебаний си-
стемы около 5 Гц, а коэффициентдемп-
фирования более 90 %. Для демпфи-	|

рования служит специальное устрой-	1'

ство гидроцилиндров пресса (рис. 25, д),	1

торцы штока плунжеров превращены	д

в гидравлические, связанные между	®

собой демпфирующие оппозитные ци-	>

линдры. Эффективность демпфирова-	<

ния последних такова, что внезапное
разрушение образца при нагрузке
20 МН вызывает реактивную силу
плунжера не выше 100 кН.

Хрупкие конструкции и материалы	|

испытывают на прессах серийного	?

производства, применяя сквозную де-	- (

рев я иную камеру, в которую помещают	1
образец. Камера деформируется вме-
сте с образцом. Вследствие низкого
модуля упругости древесины на де-
формацию камеры приходится лишь
небольшая часть (обычно 2—3%) от
действующего на образец усилия.
При разрушении образца вся накоп-
ленная энергия передается на деревян-
ную камеру и гасится вследствие ее
пластического деформирования.

Станина пресса сварная с четырьмя
квадратными колоннами коробчатого
сечения. Траверса с пассивной опорой
перемещается цепным приводом, а фик-
сируется выдвижными пальцами в от-
верстиях колонн. Отверстия в колон-
нах расположены с шагом 450 мм по
высоте. В траверсе имеются три ряда
пальцев, расположенные на расстоя-
нии 300 мм друг от друга. Таким обра-
зом, выбором соответствующего ряда
пальцев обеспечивается шаг фиксации
траверсы через 150 мм.

Для измерения развиваемых уси-
лий служат три пружинных силоизме-
рителя. Измерительный цилиндр од-
ного из них трех камер ный. Каждая
камера присоединена к своей паре си-
ловых цилиндров так, что давления
в последних суммируются на измери-
тельном плунжере. Силоизмеритель
служит для измерения суммарного
осевого усилия. К камерам двух дру-
гих измерительных цилиндров сило-
вые цилиндры подключены дифферен-
циально так, что в результате сумми-
рования давлений на измерительном
плунжере происходит натяжение пру-
жин, пропорциональное моменту отно-
сительно горизонтальных продольной
и поперечной оси активной плиты
пресса.

Уникальным является пресс научно-
исследовательского института бетона
и железобетона (НИИЖБ) на предель-
ную нагрузку 40 МН. Особенность
его заключается в том, что он изготов-
лен целиком из напряженно-армиро-
ванного железобетона. Станина пресса
базируется на эллиптических в плане
основании и верхней траверсе, обмо-
танных гю периметру высокопрочной
арматурной проволокой с предвари-
тельным натяжением. Основание и
траверса расперты четырьмя колон-
нами из бетона в трубчатой обойме,
стянутыми сквозной, предварительно

напряженной стержневой арматурой.
Цилиндр и плунжер пресса также сде-
ланы из железобетона. И только взаим-
но сопряженные поверхности цилиндра
и плунжера образованы тонкостен-
ными стальными гильзами. Цилиндрб-
вая пара рассчитана на гидравлическое
давление до 50 МПа. Для ее уплотнё*
ния служат резинокордовые трехряД-
ные манжеты. Предварительная за-
тяжка манжет создает силы трения
в паре 400—500 кН. Поэтому возвра-
щается плунжер в исходное положе-
ние не под действием собственного
веса, а посредством специальных вдз}
вратных цилиндров. Большие силы
трения не позволяют использовать
гидростатическое давление в цилин*
дровой паре непосредственно для из-
мерения развиваемой нагрузки. Для
этого на опорах пресса установлены
упругие замкнутые камеры конструк-
ции В. Хорака (Чехословакия), кото-
рые пассивно воспринимают реакцию
образца и фиксируют ее. Наряду с си-
лоизмерительными функциями упру-
гие камеры служат центрирующими
шарнирами, причем лучше, чем обыч-
ные сферические опоры, Практически
в пределах угла поворота в 2—3° ра-
диус нечувствительности упругих ка-
мер не превышает 5 мм. Пресс снабжен
накатными тележками для изгиба и
сжатия. Высота рабочего пространства
неизменна. Для испытания коротких
образцов применяют специально вы-
полненный набор проставок из железо-
бетона. .

Другой уникальный пресс на пре-
дельную нагрузку 20 МН изготовлен
в Московском научно-исследователь-
ском институте типового и экспери-
ментального	проектирования

(МНИИТЭП). Его особенность — си-
стема возбуждения, где вместо цилин-
дровой пары применены сильфоны.
В силу ограниченности хода сильфона
предусмотрен механизм, позволяющий
поэтапно деформировать образец,
переставляя запирающее приспособ-
ление. Гофры сильфонов конструкции
МНИИТЭП точеные из листа. К ним
изнутри приварены кольцевые диа-
фрагмы, воспринимающие радиальные
усилия, вызванные внутренним гидро-
статическим давлением. Сварной шов
между гофрами и между гофрами и диа-
Рис. 26. Типовые схемы разрывных ис-
пытательных машин:

а — двухцилиндровая: 1 — полурамы;
2 плунжеры; 3 — цилиндры; 4 — за-
хваты; б — с симметричными поршнями
на колоннах: 1 — колонны; 2 — поршни;

3 — активная траверса с цилиндрами;
4 — захваты; 5 — траверса; 6 — зона
калибровки

фрагмой расположен в сжатой зоне,
что позволяет использовать высокие
давления (до 30 МПа). Этим сильфоны
выгодно отличаются от упругих камер
В. Хорака. У последних сварной шов
располагается в растянутой зоне и
уменьшает прочность камеры.

Разрывные машины для стандарт-
ных испытаний материалов. В разрыв-
ных машинах для стандартных испы-
таний материалов (РС) используют
главным образом схемы (см. рис. 3, а)
с верхним расположением цилиндра и
реверсивной рамой. Применяют два
варианта изменения габаритных раз-
меров пространства посредством резь-
бовых колонн: 1) резьба делается
в верхней траверсе 7 (см. рис. 3, а) ре-
версивной рамы, используется ручная
настройка пространства; 2) резьба де-
лается в траверсе активного захвата 4
(см. рис. 3, а), применяется механи-
зированная перестановка с приводом
на колонны, установленном на верх-
ней траверсе реверсивной рамы. Реже
применяют двухцилиндровую схему
(рис. 26, а), иногда — дифференциаль-
ные цилиндры, установленные в верх-
ней траверсе или основании. РС по
указанным схемам выпускают как
упрощенные модификации универ-
сальных одноходовых и реверсивных

машин, предназначенные специально
для контрольных испытаний. По схеме
рис. 26, а выпускается «портативная»
разрывная машина отечественного
производства РМ-50 с параметрами:
предельная нагрузка 500 кН, расстоя-
ние между захватами 260 мм, габарит-
ные размеры в плане 1035x500, вы-
сота 1473 мм, масса 800 кг.

Основные технические параметры
одноходовых универсальных машин
зарубежного производства приведены
в табл. 10. Фирма МАИ (ЗсИепск)
(ФРГ) выпускает машины трех типов:
Орм — с жесткой реверсивной рамой;
11РММ — с приводом на штанги, с гай-
ками в траверсе активного захвата;
11РМН — со штангами, вворачивае-
мыми в верхнюю траверсу реверсив-
ной рамы. Фирма ЗсИепск—ТгеЬе1
(ФРГ) выпускает машины, аналогич-
ные машинам 11РМН. Фирмы Шо1рег
(ФРГ) и Ашз1ег (Швейцария) выпу-
скают по заказам различные модифика-
ции, базирующиеся на основной мо-
дели. Малые модели фирмы №о1р'ег€
2Т112, ЗТШ, 4ТО2, 5Т112, 6Т112 соот-
ветственно на 20, 30, 40, 50 и 60 кН
имеют одинаковые параметры. Разли-
чаются только цилиндры.

В СССР выпускают одноходовые
универсальные машины нескольких
типов: ГМС, УММ и их упрощенную
модификацию Р (табл. 11). Машины
типа ГМС снабжены винтовыми ко-
лоннами с механическим приводом
и гайками в активном захвате; ма-
шина ГМС 100 имеет четырехколонную
основную раму. Машина УММ снаб-
жена жесткой реверсивной рамой.
Машина Р приспособлена для испыта-
ний на растяжение. В машинах Р нет
траверсы изгиба.

Для сокращения объема контроль-
ных и приемо-сдаточных испытаний
автоматизированы операции определе-
ния стандартных механических харак-
теристик материалов на различных
машинах по ГОСТ 1497—73*, ЭШ
50145—75, 180 82.

Автоматизированное измерение раз-
меров образца (сечения, расстояния
между метками при определении удли-
нения) осуществляется на специаль-
ных мерительных столиках, измери-
тельные щупы которых соединены
с вычислительной машиной так, что
10. Универсальные одноходовые машины зарубежного производства

Машина	Наиболь- шая на- грузка, кН	Ход поршня	Установоч- ный ход		, Габаритные размеры рабочего пространства					Высота машины	Мас- са, т	Мощ- ность, кВт
			винта	тра - версы	Расстоя- ние между колон - нами	Высота сжатия	Высота растя- жения	Пролет изгиба	Стрела прогиба			
					МАИ (ФРГ)							
1/РМ20	200				•	490	50—300		50—900 |	130	2815	1,8	3,8
15РМ40	400	250	600	1—	660	100—350	0—600	50—1000	150	3130	2,9	4,4
ирмбо	600				750	150—400				3390	3,6	
ирмюо	1000	300	500	—	810	Ю0—400	0—800	50—1200	210	4100	5,5	9,0
ПРММ20	200				490			50—900	130	3000	1,9	4,2
11РММ40	400	250	350	750	660	0—1000	0—1000	50—1000	150	3450	3,1	5,3
11РММ60	600				750					3700	3,9	
нрммюо	1000	300	500	900	810	0—1200	0—1200	50—1200	210	4000	6,-0	11,0
11РМН20	200				490			50—900	130	3750	1,-9	4,-2
НРМН40	400	250	350	750	660	•	0—1000	0—1000	50—1000	150	4000	3,-1	5,-3
17РМН60	600				”50					4300	3,9	
УРМН100	1000	300	1	500	900	810	0—1200	0—1200	| 50—1200	210	4800	6,0	1Ъ0

ЗсЬепск (ФРГ)

НРМ60 15РМ120 Г1РМ200 НРМ400 НРМ600	60  120  200  400  600	250	600	—	320  390  460  600  640	0—250	0—600	30—600  30—800	130	2530  2750  3070  3300  3610	—	гл 2,1 3,1 4,0 5,5
						50—300		50—1000				
									150  160			
НРМ1000	1000	300			720	50—350		50—1250	200	3980		7,5

Машины с гидравлическим приводом
ОО

Продолжение табл. 10

Машина	Наиболь- шая на- грузка, кН	Ход поршня	Установоч- ный ход		Габаритные размеры рабочего пространства					Высота машийы	Мас- са, т	Мощ- ность, кВт
			винта	тра - версы	Расстоя- ние между колон- нами	Высота сжатия	Высота растяже- ния	Пролет изгиба	Стрела прогиба			

\Уо1рег1: (ФРГ)													
2ТО2, ЗТ117, 4ТО2, 5Т112, 6ТЕ12	20; 30;  40; 50;  60	200	350		260		180	550	600		2339		
10ТЕ12	100		455		335		230	705	840		2840		0,37
20ТС12  30ТЕ12	200  300	250	450	—	520		295	700	1000	—	2980	—	
40ТЕ12  60Т112	400  600				655		385			/	3300		1,1
100ТП2	1000		500		630		370	750	1250		3840		
						Тогзее (Япония)							
АПКоЮК	100	250		680	150		0—600	0—680		87	3300	1,4	0,6 <
АПМо20Р	200	300		750	170		0—680	0—750	100—1000	100	3550	1,6	
АПМоЗОР	300	350			720	348			0—720		130	3560	2,5	1,-4
АПМобОК	500	450		800	380		0—700	0—800		150	4000	2,9	1,6
АУМоЮОР	1000	500		920	420		0 — 880	0—920	100—1300	'	185	4370	4,6	3,0

Примечание. Размеры в миллиметрах.

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
П. Основные технические параметры универсальных одноходовых к разрывных мойоКВ
оте шественного производства

Машина	Наибольшая нагрузка, кН	'Ход активно- го захвата	Скорость ак- тивного захва- та, мм/мин		Расстояние ме- жду колоннами	Максималь- ное расстоя-. . ние		Пролет изгиба	Число колонн	СИ о • 00  X,	Мощность, кВт	Высота маши- ны
					между опорами	между захвата-  ми					
ГМС50	500	275	140	395	1000		1200	2	4,8	2,Ь	3700
гмсюо	1000	300	70	800	1500		1500	4	8,3	6,2	4600
имчзо	300	300	170	420	250	400	660		1,6	2,1	2830
ИМЧ60	600	400	150	610	400	700	850		3,5	3,4	3400
УММ10	100	250	200	345	300	400	600		1,14	1,7	2740
УММ20	200			365	200	500	800		1,76	2,2	2950
УММ50	500		100	640	400	600	1000		3,1	2,6	3640
УММ 100	1000	300		900	600	800	1200	2	5,3	3,5	4515
УММ200	2000		50	990	700	1200	1500		11,3	4,2	5770
РЮ	100 .	280	300	400	210	800	—		1,26	2,31	2486
Р20	/оо	300		500		900	—		Ь82	2,61	2901
Р50	500	320		600	200	1000	—		2,9	3,71	3516
Р100	1000	340	100	800	170	1100	—		7,2	4,51	4232

Примечание. Размеры в миллиметрах.

оператору остается, вставив образец
в [ нездо столика, начать кнопку ввода
данных в вычислительную машину
вместе с номером образца.

Для автоматизированных разрыв-
ных машин разработаны захваты с ги-
дравлическим приводом нескольких
типов, используемые главным образом
в машинах на 100—2000 кН. Закрытые
клиновые захваты (рис. 27, а, б) при-
меняются фирмами МТ8, МЕЕ, 1п81гоп,
а также на машинах отечественного
производства. Раскрываются клинья
в этих захватах благодаря перемеще-
нию клиновой направляющей обоймы
под действием гидростатического дав-
ления в полости 4 кольцевого цилин-
дра. При подаче жидкости в полость 3
клинья сходятся и зажимают образец
с предварительной нагрузкой. Верти-
кальные перемещения обоймы вызы-
вают перемещения клиньев только
в горизонтальном направлении вслед-

ствие того, что клинья снабжены со-
ответствующими направляющими не
только по обойме, но и по 'днищу за-
хвата. Для испытаний только на рас-
тяжение применяют захваты со сфе-
рической подвеской (рис. 27, б). При-
менение закрытых захватов приводит
к необходимости введения дополни-
тельной операции по установочному
перемещению при вводе образца.
В связи с этим для автоматизированных
машин в большей мере пригодны за-
хваты открытого типа, клиновая обойма
которых прямоугольной формы, вслед-
ствие чего открывается сквозная щель
между клиньями в поперечном напра-
влении (рис. 27, в). Такими захватами
оснащает свои машины фирма МЕЕ.
Эта же фирма разработала рычажные
захваты (рис. 27, г, б), особо эффектив-
ные при испытании образцов высоко-
прочных материалов и полуфабрика-
тов, например арматурной стали, у ко-
торых невозможно усилить захватную
зону образца. Благодаря одновремен-
ному действию сил, сближающих
клинья с моментом, возникающим в
шарнире зажимных губок от растяги->
вающей рабочей нагрузки, происхо-

дит неравномерное распределение дав-
ления по захватной части образца, уве-
личивающееся к его концу. Это предо-
храняет образец от разрушения в за<
хваткой зоне.



*  4
Первую схему рычажного зажима
с симметричным гидроприводом
(рис. 27, г) применяют на машинах
одноходовой схемы. Здесь неизбежная
несинхронность горизонтального пере-
мещения рычагов выравнивается при
приложении растягивающей силы и
компенсируется свободной подвеской
реверсивной рамы машины на шарнир-
ном штоке поршня. Вторая схема
(рис. 27, д) с зубчатым синхронизато-
ром может применяться и в других
машинах с жесткой кинематикой.

Параллельные гидравлические за-
хваты фирмы ЗсЬепск (рис. 27, е) обес-
печивают зажим образца, благодаря
взаимному сближению двух попереч-
ных поршней с губками 5. Образец
удерживается силой прижима этих
поршней. Для обеспечения приемлемых
размеров захватов рабочие давления
в цилиндрах параллельных захватов
должны быть не более 50 МПа. В раз-
рывных машинах фирмы ВсЬепск—
ТгеЬе1 устанавливаются захваты с про-
стыми поршнями, уплотненными рези-
новыми кольцами. Для восприятия
знакопеременных нагрузок применяют
захваты с пустотелыми поршнями,
которые, расширяясь под действием
внутреннего давления, плотно при-
жимаются к стенкам цилиндра, выбирая
зазор. Силы прижима рассчитанытак,
что они превышают рабочие усилия,
а силы трения стенок поршня меньше
сил поперечного сжатия образца. По-
следнее условие необходимо для «сле-
жения» за уменьшением сечения об-
разца под возрастающей нагрузкой.
Фирма Паг1ес (Великобритания) в ана-
логичных захватах заменила один из
поршней жестким механич_еским плун-
жером, устанавливаемым посредст-
вом микрометрического винта. Отли-

чаясь лучшим центрированием, такие
захваты требуют, однако, перена-
ладки при изменении толщины или
диаметра образца.

Усилие зажима в параллельных
захватах фирмы ЗсИепск регулируется
нормально в пределах 0—50 % от
номинального усилия, а при помощи
дополнительного приспособления —
в пределах 50—100 % от номинального
усилия. Для регулирования усилия
необходимые номинальные давления
в полостях цилиндров (до 50 МПа) мо-
гут управляться на входе в мультипли-
катор питания захватов.

Технические характеристики гидра-
влических автоматизированных захва-
тов зарубежного производства при-
ведены в табл. 12.

Для автоматизации управления дви-
жениями и установкой в исходное по-
ложение захватов, а также управле-
ния процессом испытания за пределом
текучести служат датчики перемеще-
ний. Как правило, это индуктивные
датчики, представляющие собой линей-
ные дифференциальные трансформа-
торы.

Для измерения малых деформаций
в пределах 1—2 % применяют дефор-
мометры, устанавливаемые на'образец
специальным манипулятором, а также
индуктивные резисторные, реже ем-
костные, деформометры (см. гл. 23).
Их сигнал по достижении определен-
ной деформации служит командой на
отвод деформометра от образца и пере-
ход к испытаниям с повышенной ско-
ростью деформирования по команде
от датчика перемещения. Обычно соот-
ношения скоростей можно регулиро-
вать от 1 : 5 до 1 : 20.

Силы сопротивления образца изме-
ряют, как правило, тензорезистор-

Рис. 27, Автоматизированные захваты разрывных и универсальных машин;

а, б — клиновые закрытые фирмы МТ5 соответственно со сферической подвеской и с же-
стким креплением; в — жесткий открытый клиновой фирмы МРЬ, слева в раскрытом,
справа в зажатом состояниях; демонстрируется горизонтальное перемещение губок без
нагружения образца; г, д — рычажные фирмы МРЬ соответственно с двухцилиндровым
приводом и с-механическим синхронизатором; е — поперечный фирмы ЗсИепск: 1
образец; 2 — клинья; 3 — рабочая полость цилиндра; 4 —• возвратная полость цилиндра;
Л — губки захватов; 6, 7 — направление усилий соответственно автоматизированного
ЗдЖима от гидропривода и растяжения; 8, 9, 10 — шарниры соответственно подвески
оооймы захватов, передачи усилий гидроприводом, крепления захватньГх губок; 11 —
сферический шарнир; 12 — клиновые гайки; 13 — механический синхронизатор; 14 —
серьга-обойма; 15 — эпюра усилия зажима; 16 — эпюра сжимающих усилий от растя-
ивающей силы и реактивного момента; 17 == суммарная эпюра сжимающих усилий на
12. Параметры гидравлических автоматизированных захватов зарубежного производства

Захват	Номи- нальная сила, кН	Размеры губок (0 или ширинах X высота)	Толщина пло- ских образцов *	Диаметр круглых образцов *	При- соедини- тельное устрой - / ство	Габаритные размеры			Масса, кг
						Длина	Ширина или 0	Высота	

ЗсЪепск (ФРГ)

РЕ63К	63	0 46		0—20	•—	5-25	—4		—	Шпин- дель	235	150	145	18
РЕ160К	160	0	55	0—22	10—30		22—40	—	—		310	180	215	40
РЕ250К	250	0	70	0—26	10—35	5—32	26—50	—	—		355	210	252	70
РЕ400К	400	0	90	0—35	12—45	5—39	34—62	—	—		430	245	310	130
РЕ630К	630	0	120		22 — 55		—	52—80	—	Фланец	575	290	390	230
РЕЮК	1000	&	150	0—45	28—70	8-50	45—80	68—100	—		630	350	485	410
РЕ16К	1600	0	100		45—90		45—82		85-120		750	425	595	740
РЕ25К	2500	0	240	0—50	56—110	10—63	58—105	83—120	105 — 150		900	515	740	1300

МРЬ (ФРГ)

Т 1 1 1	60—250  400  600  1000	80  100  120  130	0-15	15—30	0 — 15	15—30	—	47—64	Гайка	0 220  0 265  0 320  0 400	320  355  390  530	80  105  170  370
			0 — 20	20—40			30—47					
			0—25	25—50	0-16	16—30						
								64 — 80				
	2000	160	5-30	30—60	5 — 20	20—35	35—55	55—75		0 475	600	580,





СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
Продолжение табл. 12

Захват	Номи- нальная сила, кН	Размеры губок (0 или ширина X X высота)	Толщина пло- ских образцов ♦	Диаметр круглых образцов ♦	При- соедини- тельное устрой- ство	Габаритные размеры			Масса, кг
						Длина	Ширина  ИЛИ 0	Высота	

МТЗ (США)

641.11	10	38X38	0—12		4—12			0	81	140	4,5
641.15	100	50X64	0—25		7—25			0	210	307	57
641.16	250  500	101X89	0—38		10—38		Шпин-	0	279	401	। 136
641.17 .		101X127	0—50		13—50		дель со сферой	0	375	495	272
641.18	1000	114х Г46	0—63		20—63			0	559	798	817
641.19	1500	139X165	0—76		20—76			0	660	838	1134
641.22	3000	203X 203	0—101		26—114			0	737	790	1724
641.31	10	38X38	0—12	—	4—12			0	81	117	4,5
641.35	100	50X64	0 — 25		7—25			0	149	234	23
641.36	250	101X89	0—38		10—38		Шпин- дель	0	241	328	79
641.37	500	101Х 127	0—50		13—50			0	292	462	181
641.38	1000	114Х 146	0—63		20—63			0	394	536	363
641.39	1500	139X165	0—76		20—76		Фланец	0	508	516	612
641.42	3000	203X203	0—101		26—114		яо за- казу	0	635	643	1452

* Машины снабжены комплектом сменных губок.

Машины с гидравлическим приводом

Примечание. Размеры в миллиметрах.
13. Универсальные реверсивные машины зарубежного производства
с дифференциальным цилиндром

Машина	Наибольшая нагрузка, кН	Ход поршня	Расстоя- ние между колон - нами	Расстояние между захватами	Высота	Масса, т
		мм				

ЗсЬепск ТгеЬе! (ФРГ)

КЕЮ КЕ25	100  250			0—900	2500 I  2800	1	1
КЕ40	400	250			3040	4,3
КЕ60	600			0 — 1000	3270	6,6
КЕ100	1000				3630	10,3

МРЬ (ФРГ)

11Р20 А2РН60	200  600	500  300	480  630	0—570  0—420	2800  3200	
ЫР100	1000	580	650	0—600	3750	

ними динамометрами с упругим телом
различной формы (см. гл. 23). Управ-
ляют нагружающим устройством ма-
шины посредством электрогидравличе-
ских распределителей (золотников).
Поскольку в автоматизированных РС
не нужны переменные и скоростные
режимы испытаний, то для управле-
ния применяют односторонние (не-
симметричные) электрогидравлические
распределители.

Автоматизация измерения деформа-
ций образца требует стабильности его
расположения в пространстве, для чего
должна быть строго зафиксирована
траектория движения активного за-
хвата. Это достигается заключением
захватной траверсы в направляющие
или переходом на жесткую в попереч-
ном направлении систему нагружения,
например на дифференциальные ги-
дроцилиндры, расположенные в верх-
ней или нижней части (см. рис. 3, г)
силовой рамы. В табл. 13 приведены
технические характеристики машин
зарубежного производства с диффе-
ренциальным цилиндром.

В СССР выпускают машины в уни-
версальном исполнении с дифферен-
циальным цилиндром, предназначен-
ные в большей мере для исследова-
тельских работ, УЭ-10; УЭ-20; УЭ-50;
УЭ-100 и УЭ-200. Наибольшая на-

грузка их соответственно 100, 200,
500, 1000 и 2000 кН. Диапазон частот
нагружения 3-10“7—0,33 Гц. Машины
снабжены тензорезисторными дина-
мометрами и деформометрами, диа-
граммным аппаратом, обеспечивающим
запись деформации в масштабах от
100 : 1 до 1000 : 1.

Разрывные машины для испытания
изделий, полуфабрикатов, определения
параметров хрупкого разрушения. К
полуфабрикатам относятся цепи, тросы,
канаты, арматурные стержни, прово-
лока, пряди, фасонный прокат (уголки,
трубы, профили).

Специализированные разрывные
машины (РК) служат для определения
механических параметров, главным
образом разрушающей нагрузки, по-
луфабрикатов. Горизонтальные раз-
рывные машины получили название
цепепробные из-за своего первона-
чального назначения. Для горизон-
тальных РК применяют главным обра-
зом системы нагружения с дифферен-
циальным цилиндром. Находят при-
менение и системы с реверсивной
рамой, а также с симметричным цилин-
дром. Схема с дифференциальным ци-
линдром использована, например,
в первой серийно изготовлявшейся
фирмой МАМ машине конструкции
Вердера на 1000 кН.
14. Технические характеристики горизонтальных разрывных машин фирмы Тогхее
(Я понйя)	,_______________

Машина	Наибольшая на- грузка, кН	Габаритные раз- меры рабочего пространства		Ход плунжера	Скорость плунже- ра, мм/мин	Масса# т	Мощность, кВт	Диаметр круглых образцов *	Толщина плоских образцов
		Расстояние между за- хватами	Просвет ме- жду колон- нами						
НТИоЮ	100	0—3000	320		300	1,5	0,95	0-30	0- 20
НТЫо20	200		500	500	200	2,6	1,7	10-30	
НТИоЗО	300	0—2300			150	7,0	1,9	10—40	0—30
НТЫобО	500	100 — 4000	550	,500	140	8,0	2,25	20—50	
НТИоЮО	1000	100—5000	800		62	10	4,5	20—60	0—40
НТЫо200	2000	100—7000	1000	600	50	14	5,2	20—70	0—50
НТИоЗОО	•зооо	100—800	12'00		35	17	7,0	20—80	0—60

* Машины снабжены комплектом сменных губок.

Примечание. Размеры в миллиметрах.

Горизонтальные РК фирмы Ва1(кнп
(США) компонуют по схеме (см.
рис. 26, б) с симметричными поршнями
на колбннах. В машинах предусмо-
трена специальная зона калибровки.
Горизонтальное расположение сило-
вой оси усложняет конструкцию, по-
скольку для возврата плунжера нельзя
использовать его вес и приходится
оснащать машину дополнительным
возвратным устройством. Диапазон
предельных нагрузок цепепробных
РК 1-20 МН. Фирма МРЬ выпускает
такие машины двух типов:	—

2-го и 3-го классов по ЭШ 51220 до
20 МН с манометрическим силоизме-
рением и Ь2РЭ 1-го класса до предель-
ных усилий 10 МН" с щелевым датчи-
ком силы. Щелевой датчик представ-
ляет собой полость, расположенную
между взаимно притертыми по торцо-
вому кольцу шайбами, питаемую авто-
номным насосом. В полости вследствие
утечек по периферии кольца устанав-
ливается давление, уравновешиваю-
щее внешнюю реактивную силу упер-
того в шайбу цилиндра. В табл. 14
приведены технические характери-
стики некоторых горизонтальных раз-

рывных машин фирмы Тогзее (Япония).
Отличительной особенностью этих ма-
шин является большой рабочий ход
активного захвата. Обычно значения
хода 0,5—3 м. Однако по спецзаказам
выпускаются машины и с большим
ходом. Для циклических испытаний
на переменное растяжение образцов
полуфабрикатов в ЦНИИСК
им. В. А. Кучеренко созданы разрыв-
ные безрамные установки для одно-
временного испытания трех образцов
на усталость. Технические характе-
ристики этих установок приведены
в табл. 15. Базируются они на стендо-
вом оборудовании с использованием
агрегатированных гидроцилиндров
сжатия и системы возбуждения (на-
сосы, гидропульсаторы, магистрали,
пульты управления). Гидроцилиндр
установлен в центре между двумя
опорными плитами,, которые связаны
тремя монтажными штангами по пери-
ферии плиты. Между штангами в пли-
тах монтируются захваты для образцов.
Захваты состоят из двух последова-
тельно действующих, ‘зажимов: внеш-
ний служит для закрепления образца,
внутренний — для распределения уси-
15. Технические характеристики трехобразцовых установок
для испытания полуфабрикатов на усталость

Наибольшая нагрузка ♦, кН		Длина образца, не более		Ширина рабо- чего простран- ства	Число цилин- дров в системе возбуждения	Основные типы испытываемых полуфабрикатов	Дополни-» тельные, устройства
статиче- ская	цикли- ческая	основная	с удли- нителя- ми				
100/33	50/16	900	1400	250	1	Высокопрочная про« волока до 0 4 мм	Печи для нагрева образца до 300 °С
200/66	100/33	1100	1800			То же, до 0 8 мм	
600/200	300/100	1400	—	350		Арматурные стерж- ни до 0 14 мм	—
1000/330-	500/160	1600	—			Штанги глубинных насосов до 0 19 мм	Камеры с раство- рами, вызы- вающими коррозию
3000/1000	1500/500	1800	—	600	3	Трубопроводы	и  сварные соединения  труб до 0 190 мм	Устройство для создания переменного давления внутри трубы

* В числителе суммарная, в .знаменателе — на' один образец.

Примечание Все размеры в миллиметрах.

лия по длине захватной части образца.
Внутренний зажим выполняют в виде
конуса (угол конусности 7—10°), за-
полненного материалом, не образую-
щим контактной коррозии на образце.
В качестве заполнителя применяют
текстолит, эбонит, твердую древесину
(бук, березу). Нагрузка на образцы
создается при освобожденных монтаж-
ных штангах. После установления
стационарного циклического режима
испытания на монтажных штангах уста-
навливается зазор, необходимый для
осуществления рабочего хода. При
разрушении одного из образцов зазор
выбирается, и нагрузка, приходив-
шаяся на разрушенный образец, пере-
дается на штанги. Время, необходимое
для выбора зазора, вполне достаточно
для срабатывания автоматики, выклю-
чающей установку. Разрушенный об-

разец заменяется новым или ложным*
а два других оставляются для про-
должения испытаний.

Для исследования трещи нестойко-
сти, хрупкого разрушения, определе-
ния скорости торможения трещин в об-
разцах большого сечейия изготовляют
разрывные машины на большие на-
грузки, но с малым ходом активного
захвата (РХ). Как правило, они вы-
полняются с неизменными габарит-
ными размерами рабочего простран-
ства, снабжаются упрощенными за-
хватами (резьбовыми, вилочными), йли
образец приваривается к захватным
частям. Для выращивания усталост-
ной трещины на образце некоторые
РХ снабжают системой возбуждения
циклических нагрузок. Большинство
РХ выполнено по двухцилиндровой
схеме (см. рис. 26, а).
У РХ может быть горизонтальное
и вертикальное расположение сило-
вой оси.

В ЧССР на заводе им. В. И. Ленина
сконструирована и изготовлена РХ
на 80 МН в горизонтальном исполне-
нии. Машина выполнена в виде двух
П-образных устоев, помещённых на
рельсовых тележках и стянутых между
собой подпружиненными тягами. Меж-
ду устоями помещены четыре нагру-
жающих приспособления, действую-
щие «в распор». Образец приваривают
к устоям. В верхней части машины
помещен пневматический копер для
инициирования образования трещины.

Аналогичная горизонтальная РХ
на 60 МН изготовлена во Франции.
Машина представляет собой две свар-
ные рамы массой 15 т, распертые двумя
системами гидроцилиндров. К рамам
приваривают листовой образец разме-
рами 1000Х 1000Х 100. Рамы сколь-
зят на салазках по подпружиненным
опорам. Машина снабжена приспо-
соблением для возврата рам в исход-
ное положение после испытания и
устройством гашения удара при раз-
рыве образца.

Горизонтальная РХ на 30 МН из-
готовлена в Японии. Машина универ-
сальная. Симметричный двусторон-
ний цилиндр позволяет создавать на
образце (стальная плита ЗХ 1,5 м при
толщине до 200 мм) растягивающие и
сжимающие нагрузки до 10 МН. Си-
стема возбуждения обеспечивает дли-
тельные циклические режимы с часто-
той до 0,5 Гц.

Машина окружена бетонной стеной
толщиной 2 м и бункерами с водой для
предохранения обслуживающего пер-
сонала_ от р-излучения с энергией в
2,4-10"12 Дж, создаваемой бетатро-
ном. Машина имеет нагревательное
оборудование для нагрева центральной
части образца до 300 °С, устройство,
которое может создавать коррозионную
среду, а также аппаратуру для слое-
графии при помощи бетатрона.

В машине использовано сервоги-
Дравлическое управление с обратной
связью по давлению или деформации
образца.

Машина фирмы ЗсЬепк (ФРГ) рас-
?™а на небольшую нагрузку
100 МН. Машина вертикальная. Вы-

сота ее 15 м, масса 650 т. Цилиндр
с дифференциальным поршнем имеет
диаметр 4,3 м и массу 135 т. Диаметр
поршня 2 м, ход 320 мм, скорость
80 мм/мин. Машина четырехколонная
с нижним расположением цилиндра.
Возбуждение нагрузок осуществляется
блоками комплекса «НудгориЬ» (см.
гл. 20), рассчитанными на рабочее
давление 50 МПа. Машина снабжается
сменными захватами под круглые об-
разцы с резьбовыми головками. При
хрупком разрушении на максималь-
ной нагрузке ускорения узлов машины
могут достигать 800—1000 м/с2, а пор-
шень может приобретать начальную
скорость 4 м/с. Поэтому для гашения
высвобождаемой при разрушении об-
разца энергии машина установлена на
подрессоренном балластном фундамент-
ном блоке массой 600 т. Подпоршневое
пространство цилиндра заполнено
маслом, а в его днище размещена кла-
панно-дроссельная система демпфе-
ров, открывающаяся в дренажный
бак. На машине можно проводить
испытания ня сжатие с пониженными
нагрузками (до 50 МН).

Универсальные машины имеют
силовые схемы, изображенные на
рис 3. Одноходовые универсальные ма-
шины изготовляют также по обращен-
ной по отношению к изображенной на
рис. 3, а схеме с реверсором, установ-
ленным в станине машины, и нагру-
жающим цилиндром, расположенным
между станиной и нижней траверсой
реверсора, а также по схеме с подвиж-
ным столом (рис. 28).

Обращенная схема позволяет рас-
полагать пространство сжатия в ниж-
ней зоне. При этом пассивной является
нижняя опора сжатия. Неподвижность
пассивной опоры облегчает испытание
конструкционных элементов, посколь-
ку база отсчета деформаций и переме-
щений объекта испытания сохраняется
неизменной. Поэтому, как правило,
обращенную схему применяют в ма-
шинах для испытания конструкций на
большие нагрузки.

Универсальные модификации ма-
шин по схемам, изображенным на
рис. 3, а, б, снабжают столом для ис-
пытаний на изгиб.

Управление нагружением в одно?
ходовых машинах осуществляется* по-
Рис. 28. Одноходовые универсальные ма-
шины:
а — выполненные по обращенной схеме;
б — с подвижным столом; / — основание;
2 — колонны; 3 — траверса неподвиж-
ной рамы; 4 — цилиндр; 5 — плунжер;
6 — активная траверса реверсора; 7
стол сжатия

средством регуляторов производи-
тельности насосов либо регуляторами
скорости (аналогично прессам для
испытания строительных материалов).
Машины на наибольшую нагрузку
1 МН и выше дополнительно снабжают
стабилизаторами нагрузок.

В табл. 16 представлены характери-
стики универсальных одноходовых ма-
шин, выполненных по обращенной
схеме, а в табл. 17 — универсальных
машин с подвижным столом.

Большинство изготовителей выпу-
скают гидропульсационные уста-
новки — универсальные машины,
снабженные гидропульсаторами.
В табл. 18 приведены параметры одно-
сторонних гидропульсационных уста-
новок зарубежного производства.
В СССР выпускают односторонние
гидропульсационные установки, ба-
зирующиеся на ряде модификаций
универсальных одноходовых машин
ГМС, УММ, Р (табл. 19). Объемный

16. Технические характеристики универсальных одноходовых машин
зарубежного производства, выполненных по обращенной схеме

Наибольшая нагрузка, МН		Параметры плунжера		Длина стола	Высота ра- бочего про- странства		Расстояние ме- жду колоннами	Высота машины над полом	Глубина при- ямка	Масса» т
сжатия	растя- жения	Диаметр	Ход		Сжатия	Растя- жения				

Ва1дш1п (США)

2,8	533		1473  264?	3 658  6 172	3 912  6 121	1067	5 944  8 534	3353	20  22,8
						1829			
4,6	711	914	3048	5 867	5 944		8 230	2743	52
9	965		3302	10 668	10 617	2286	14 021	4674	136,3
13,7	1168		3607	И	532		15 088		169,6
18,2 | 13,7		1220	.3658	10	210	3048	15 469	5791	216,6
22,8	1372	1100		12	400	3300	19 800	5300	420

Токуо-кок! (Япония)

10			8000	7 400	5 500		9 500	6000	200
20	*—	1000	3000	7 000	2 550	2500	15 000	7000	250

Примечание. Размеры в миллиметрах
17. Основные технические характеристики универсальных машин
зарубежного производства с подвижным столом

Машина.	Наибольшая на- грузка, кН	Ход активного за- хвата	Скорость активно- го захвата	Расстояние между колоннами в свету	Макси- мальное расстояние между		Пролет изгиба	Масса, т	Мощность, кВт	Высота машины
					опорами	захвата- ми				

XV РМ (ГДР),

704  7010  7020	40 100 200	' 250	200	400 |	500	|		600	1,3 1	1 4	1800
				500	ООО	500	1,6	5	2300
2Е40	400			600	675 1 750		2	6	2600
70100	1000		100	750	750		3		3300

Токуо— Кок! (Япония)

ясно	100		200	540		510	0,9	0,6	2150
ЯН20	200	200	100	530	800		1,4		2300
янзо	300		140	525		540	1,9	1,2	2260
ЯН50	500	250	. 80	650	900	650	2,5		2500
яшоо	1000		90	750	1000	750	4,1	3	2785
ЯН200	2000	300	50	850	1100	850	8,9	3,8	3490

Тогзее (Япония)

ЯАТ—Ыо10	100	Л 50	—	500 |	1 650 | 800 |	| 450	1,75	1,15	—
ЯАТ—Ыо20	200	200	—	550	800	500	2,55		—
ЯАТ—ИоЗО	300		—				2,7	1,9	
ЯАТ—Ыо50	500	250	—	650	900	600	3,9		—
ЯАТ—МоЮО	1000		—	770	820 1 1000	800	4,8	2,95	—-
РАТ—Ь1о200	2000	300	—	850	840 | П00	900	12,5	3,7	—>

ЗсЫтадги (Япония)

яню	100	150	100	500					0,4	1960
янзо	300	200			800		500	—	0,75	2120
ЯН50	500	. 250	80	650		900	600	—	1,5	2560
ЯШОО	1000			750	1000		800	—	2,2	2850
ЯН200	2000	300	50	850	1100		900	—	3,8	3500
ЯН400	4000	350	100	1150	2150		1000	—	5,5	5500
10000	46									
20000	90									
40000  50000	180  250		В зави- симо-	750	1876	1371	750 	2,85	В зави- симо-	3400
60000	280		сти от ком- плек-						сти от ком-	
100000	460	300			1829	1524		3,6	плек-	3660
200000	900		тующе-	546	1524	1295	610	5,3	тующе-	3600
300000  400000	1400		го на-' соса	610	1778	1524	750	6,8	го на- соса	4076
	1800			914	1372	1092	914	10		3912
600000	2800			1040	2057	1829		17,3		5082

Примечание. Размеры в миллиметрах.
18. Основные технические параметры гидропульсационных установок
одностороннего действия зарубежного производства

Машина	Наиболь- шая на- грузка, кН		Ход актив- ного захвата		Расстояние между ко- лоннами в свету	Макси- мальное расстоя- ние		Пролет изгиба	Диапазон частот, Гц	Масса, т	Мощность, кВт
	статическая	цикличе- ская	статический	цикличе- ский		между опо- рами	между за- хватами				

ЬозепсЬаизеп (ФРГ)

ПНР10	100	60  11НР20	200	100  ПНР40	400	200  ОНРбО	600	400  ОНРЮО	1000	600  ПНР200	2000	1000	250	12  5  6,5  7,5	380  385  530  635  730  955	300	600	600  1000	5,5—16,7	1,77  2,32  3,45  4,92  8,62  20,2	3,1  4,2
				350  400  500  550					6,5
	300				800  1000	1200  1500			8,2  12
		14,5					2 — 10		

ХУРМ (ГДР)

гоюри  7О20Ри  2О40Ри  ХЭЮОРа	100  200  400  1000	60 ПО 220 550	250	10	500	600	900	8 — 25	3	15  20
				5  6	600  750	675 | 750  750			3,4  4,8	
								4-12,5		

Примечание. Размеры в миллиметрах.

гидропульсатор, присоединяемый к ис-
пытательной машине, выполняет функ-
ции динамического возбудителя, обес-
печивая необходимый динамический
ход активного захвата. Сопротивления
возбуждаемому движению склады-
ваются главным образом из сопротив-
лений гидропередачи (см. гл. 20),
упругого сопротивления образца и
элементов рамы машины.

Согласование параметров гйдро-
пульсатора и. машины осуществляется
подбором предельного давления р и
переменного объема а , Предельная
энергоотдача № = ру является основ-
ной характеристикой гидропульса-
тора.

Динамическая нагрузка опреде-
ляется раздельно: РСт =. Р^/2 — по
статической составляющей и РДИн =
= рР/2 — Ра — по амплитуде разви-

ваемой переменной нагрузки, где
Р — площадь цилиндра; Рп — ам-
плитуда потерь, зависящих от со-
противления передаточной цепи и
требуемого перемещения' для нагру-
жения образца; Рп определяет ми-
нимальные значения коэффициентов
асимметрии цикла гидропульсатор-
ной установки.

Управляют режимом испытания
в односторонних гидропульсационных
установках раздельно по статической
и циклической компоненте. Широкое
распространение получили две системы
стабилизации: с контактным маноме-
тром и гидравлическая. В первой
системе указатель верхней границы
цикла (манометр) имеет контактные
стрелки, которые замыкаются при
снижении нагрузки и включают на
кратковременную работу подкачи-
10 Основные технические параметры гидропульсационных установок
одностороннего действия отечественного производства

Машина	Наиболь- шая на- грузка, кН		Ход актив- ного захвата		Расстояние между ко- лоннами в свету	Макси- мальное расстоя- ние		Пролет изгиба	Диапа зон частот, Гц	Масса, т	Мощность, кВт	Высота машины
	статическая	цикличе- 1 кая	।	статический 1	цикличе- ский		между опо - рами	между за - хватами					
ГРМ1	500	250	275	6,5	395	1000		1200	3,3—10	5,8	8,1	-9750
ГРМ2	1000	500	300	7,5	800	1500		1500	5—10	12	13,5	4670
МУП20	200	100	250	9	365	200	500	800	5-17	2,7	4,6	2950
МУП50	500*	250		6,5	640	400	600	1000		4,5	8,05	3640
МУП 100	1000	500	300	7,5	900	600	800	1200	5-15	7,8	13,45	4515
МУП200	2000	1000		10	990	700	1200	1500	5-10	17,5	30,15	5980
ЦР20	200	100		9	500	210	900		5—20	3,2	4,2	2900
ЦР50	500	250	320	6,5	600	200	1000			4,8	7,5	3516
ЦР100	1000	500	340	7,5	800	170	1100		5-17	5,5	28	4232

Примечание. Размеры в миллиметрах.

вающее устройство. Во второй системе
применяют гидравлические стабили-
заторы. Управляющая камера стаби-
лизатора (рис. 29) превращена в демп-
фирующий цилиндр большой площади
и соединен^ непосредственно с нагру-
жающим цилиндром машины. Демпфи-
рующая шайба /, жестко связанная
с распределительным плунжером 2
стабилизатора, помещена в цилиндр
с зазором, обеспечивающим гидравли-
ческую связь обеих полостей управ-

Рис. 29. Схема динамически успокоен-
ного стабилизатора с демпфером:

1 — Демпфирующая шайба; 2 — плун-
жер; з — реверсивная рамка; 4 — пру-
жина регулирования; 5 — управляющая
зона; б, 7, 8 — каналы соответственно
присоединения цилиндра; сливной, под-
вода питающей жидкости; 9, 10 по-
лости соответственно высокого и низ-
кого давления; 11 — корпус стабилиза-
тора; 12 — силоизмерительный тракт
Рис. 30. Структурная схе-
ма регулирования одно-
сторонних гидропульса-
ционных установок фирмы
МГЬ:

/ — рама машины; 2—рбра-
зец; 3 — нагружающий ци-

11 10

линдр; 4, 5 —датчики давле-
ния тензорезисторные соответственно силоизмерительный и управляющий; 6 — регист-
ратор; 7 —электронный экстремальный разделитель; 8 —задатчик (цифровой) режима;
Р — блок сравнения верхней границы цикла; 10 — регулятор статической компоненты;
11 — электродвигатель регулятора; 12 — насос питания; 13 — блок сравнения нижней

границы цикла; 14 — гидропульсатор; 15 — привод настройки амплитуды пульсатора;
16 — блок сравнения; 17 — гидравлический выключатель пульсатора; 18 — счетчик

циклов

ляющей камеры. Благодаря зазору
динамическая компонента давления га-
сится, а на , распределительный плун-
жер передается сила, равная произве-
дению среднего значения давления
в нагружающем цилиндре на разность
площадей демпфирующей шайбы. Эта
разность площадей равна площади
распределительного плунжера. Сила
уравновешивается регулировочной
пружиной в положении плунжера,
соответствующем требуемому расходу
жидкости. Гидравлические стабили-
заторы поддерживают среднее значе-
ние нагрузки цикла в отличие от кон-
тактных манометров, которые поддер-
живают соответствующее экстремаль-
ное значение, чаще всего — макси-
мальное значение нагрузки.

В системах с электронными измери-
тельными устройствами применяют
электроуправляемые системы регули-
рования режимов испытания. На

рис. 30 показана структурная схема
регулирования односторонней гидро-
пульсационной установкой фирмы МТБ
с измерением нагрузок посредством
тензорезисторйого датчика давления.
Управляющая система пульсационной
установки снабжена электронным эк-
стремальным разделителем, цифровым
датчиком границ цикла и частоты воз-
буждения. Для осуществления про-
граммных режимов (ступенчатое про-
граммирование) число задатчиков
должно быть равно числу ступеней
в программном блоке. Блок сравнения
верхней границы цикла управляет
статической компонентой нагрузки.
Блок сравнения нижней границы
цикла управляет приводом вывода
амплитуды пульсатора. Выключатель
17 цепи циклического гидропитания
срабатывает при разрушении образца,
когда нижняя граница нагрузки цикла
резко падает.
20. Параметры знакопеременных гидропульсационных установок зарубежного производства

Машина	Наибольшая нагрузка, кН					Ход активного захвата		Расстояние между колоннами в свету	Высота рабочего простран- ства		Пролет изгиба	Диапазон частот, Гц	Масса, т	Число колонн	Располо- жен це цилиндров
	статическая		циклическая												
	Сжатие	Растя - жение	Сжатие	Растя- жение	Знако- перемен- ная	статиче-. ский	цикличе- ский		сжатие	растяже- ние					

ЬозепеЬаизеп (ФРГ)

ПН№6	—	| 100	60	±30  СН820	200	100	±50  15Н840	400	200	±100  1/Н860	600	400	±150  ЫН8100	1000	600	±250  1ДН8200	2000	1000	±500	120	6  5  6,5	300  475  510  605  772  958	400	450	| 25 — 50	ы  3,5  5,1  о ,	2	Верхнее  о, 1  13,2  28
	250			750	1000	5,5—16,7	
		7,5					
					1500  2500		
	150	14,5		1800		2—10	

\УРМ (ГДР)

2ОМЮРи	300	200	100	100	±50	300		' 395	500	500	12,5—33	5,2	2	| Смешанное.
2ЭМ200Ри	2500	2000	1500	1000	±500	250	5	700	1500	1200	5—8	37,5	4	| Нижнее
ЗЭМЗООРи	6000	3000	2000	1500	±750		4	780	22.50	1500	3,3—9	65		

Атзкг (Швейцария)

30ХУР2	300  50ШР2	500  100ОТ2	1000	±150  ±250  ±500	200	20  12  6	—	520 I  760	I 850’  1200	1400	4—8	4,5  7,9  10,9	4	Смешанное

Примечание. Размеры в миллиметрах.

Машины с гидравлическим приводом
аосТИнитг  -итг эииэжохгсшэва			Верхнее	| Нижнее
ННО1ГОИ ОТГОИЬ				
еюэтд			1900  2650  2150  3640  6700	
хдя ‘чхоон1лодо			2,4  6,7  4,0  6,1  42	
1 ‘вэовдо			0,9 3,35 0,85 11,5 50,5	
ПД  ‘хоховь новвивиХ/			8—25 5-17  . 25—50 5-15 6,2—12,5	
врилви хаиодц			ОО ОО о О ОШО о О О <© СО Ю	
еяхэнвёхооби олэьоргс! вхоэнд			О ОО о о оюоо о о см	
Лхэяэ а иивнноиоя Кйжэи эиниохэова			ошюо о Ь- СО СО См ОО О	
Хрд активного захвата	уияэ -ЭЬИГГЯИЙ		5  9  4  7,5  11	
	$ияээьихвхэ		120  150  120  150  300	
Наибольшая нагрузка, кН	।	| циклическая	нвн - нэиэс!  - опоивне	ю	2  .	ОО  смоою о ю ю см •-< +1+1 +1+1 +1	
		винное!  -охэонИо	25  100  100  500  2000	
	квмоанихвхэ		50 200 100 1000 3000	
Установка			МУГП±2,5 МУП±10 МУГП5 МУП±50  МП300	

ф
я
я
«3

У
а

к
О.

С

Для создания знакопеременных ре-
жимов при однолинейном гидропуль-
сационном питании применяют схему	|

с двумя нагружающими цилиндра-	|

ми — двустороннюю гидропульсацион-	Я

ную установку. При этом реверсив-	1

ная рама выполняет роль жесткого яр-	1

ма, связывающего плунжеры противо-	1

положно направленных цилиндров.	,1

Один из цилиндров установки связы-
вается с гидропульсатором, а вто-
рой — с аккумулятором, образуя по-
датливую систему противодавления.
На образец передается разность нагру-
зок, возбуждаемых обоими цилин-
драми.

Параметры двусторонних гидро-
пульсационных установок зарубежно-
го производства приведены в табл. 20.
В СССР выпускают знакопеременные
гидропульсационные установки не-
скольких типов с верхним и с нижним
расположением цилиндров (табл. 21).
В знакопеременных гидропульсацион-
ных установках применяют чисто ги-
дравлические, неразделенные и раз- \
деленные гидропневматические акку-
муляторы. Большое преимущество
чисто гидравлических аккумулято-
ров — возможность использовать весь
диапазон рабочих давлений. Однако
относительно высокая жесткость жид-
костной системы приводит к потере	*

части циклической энергии на воз-	|

буждение переменной составляющей
противодавления. Обычно допускается	*

размах давления в системе противо-
давления при максимальной ампли-
туде давления пульсатора до 4 МПа.
Поскольку сопротивления соедини-
тельных трубопроводов носят активный
и реактивный характер, объемная	/

упругость масла в аккумуляторе мо-
жет быть скомпенсирована для опре-
деленного , диапазона рабочих частот.	|

Неразделенные гидропневматиче-	I

ские аккумуляторы обладают большей	1

податливостью и значительно компакт-	Я

ней чисто гидравлических. Однако	|

необходимость создания предвари-	|

тельного давления заправки требует	|

специальных конструктивных мер,	|

предотвращающих выпуск газа в атмо-	|

сферу. На рис. 31 показаны кон-	1

струкции клапанов гидропневматиче-	I

ских аккумуляторов, применяемых	1
фирмой №РМ (ГДР) для знакоперемен-
ных гидропульсаторов.

Пневмогидравлические аккумуля-
торы с раздельными газовой и жидко-
стной зонами предотвращают раство-
рение газа и образование эмульсии
при работе гидропульсационной уста-
новки. Компактность раздельных ак-
кумуляторов ограничивает пределы
изменения давления в системе. Как
правило, эти аккумуляторы заряжают
на определенное нерегулируемое дав-
ление (половина от максимального
при симметричной системе цилиндров
или максимальное при площади ци-
линдра противодавления, вдвое мень-
шей площади цилиндра, связанного
с пульсатором).

Внедрение .симметричных цилин-
дров с двухсторонним штоком суще-
ственно изменило компоновку универ-
сальных машин. Последние в на-
стоящее время выполняют на основе
агрегатных комплексов. В компоновку
машины входят рама с механизмом из-
менения высоты, устройства фиксации
траверсы, динамометр, опорно-захват-
ные устройства, симметричный гидро-
цилиндр. Как правило, предусматри-
вают возможность установки цилин-
дра сверху и снизу рамы с одновремен-
ной установкой на цокольном пьеде-
стале или непосредственно на полу.
Рамы различаются числом колонн:
для небольших нагрузок — двухко-
лонные рамы, для больших нагрузок —
четырехколонные рамы. Для переме-
щения подвижной траверсы применяют
червячно-винтовой привод или гидра-
влические подъемники.

Параметры рам испытательных ма-
шин различных агрегатных комплек-
сов приведены в табл. 22.

В комплексе «НуксгёезЬ фирмы
МРЬ применяют следующие разновид-
ности рам для симметричных систем
возбуждения: Н1Ж — с двумя резь-
бовыми колоннами для нагрузок 100—
1000 кН; Н158 1000 — с двухколонной
рамой с гидравлическим подъемом и
фрикционной фиксацией траверсы за-
тяжными винтами или нормально-от-
крытой муфтой под давлением. Рамы
Нс8 Ю00 применяют для нагрузок
ЬО—2500 кН. Для более высоких
нагрузок (250—6000 кН) выпускают
аналогичную четырехколонную серию

4 Зак. № 38

Рис. 31. Гидропневматические аккумуля-
торы фирмы ХУРМ:

а — с плавающим запорным клапаном;
б я— с пружинным запорным клапаном:
/ — баллон; 2 — газ; 3 — жидкость;

4 — отверстие присоединения к гидро-
системе; 5 — запорный шар; 6 — попла-
вок; 7 — пружина

рам Н118 3000. В рамах обоих типов
предусмотрены четыре основных ис-
полнения, различающиеся располо-
жением цилиндра (сверху или снизу)
и наличием пьедестала. В рамах
Н118 3400 и ТШ8 3600 пьедестала нет
(см. табл. 22). Машины, приведенные
в табл. 22, оснащены симметричными
цилиндрами ЭА7 с эффективной дли-
ной хода поршня 100 мм. Данные по
продольной жесткости рамы приведены
для свободной длины колонн 1000 мм.

В стандартном исполнении стол
рамы Н118 3000 снабжается диаго-
нальными Т-образными крепежными
пазами, позволяющими проводить ис-
пытания образцов и изделий на попе-
речные нагрузки (изгиб, кручение).
В специальном исполнении предусма-
тривается увеличение размеров стола
в рамах НБ8 1000 и НЫ8 3000.

В комплексе «Ну1го1е5Ь> предусмо-
трены удлиненные рамы РШ8 2000,
в которых обе колонны представляют
собой штоки поршней, помещенные
в цилиндрах, установленных на тра-
версе. Как и основной короткоходо-
вой (в стандартном исполнении ход
40 мм) цилиндр, размещенный в пьеде-
стале, цилиндры траверсы получают
питание от общей насосной станции
и могут быть использованы для воз-
буждения статических или цикличе-
22. Параметры рам испытательных машин зарубежного производства, оснащаемых симметричными двусторонними цилиндрами,
в различных агрегатных комплексах

Машина	Наиболь- шая нагруз- ка, кН		Размеры между				Размеры стола	Уровень стола на пьедестале	Ход траверсы	Высота машины			Продольная жесткость, кН/мм	Масса, т
	статическая	динамическая	крепежными пли- тами .	торцами шпинде- лей крепления за-*  хватов	захватами	5 г  к ш о ч о м				на пьедестале при распо- ложении цилиндра		без пьедестала		
										снизу	сверху			

МРЬ (ФРГ)

НП81006	60	48	__					840		2030	2510	1760	220	0,74
НП81010	100	80	—	670	500 |	650	900X430	925	500	2080	2610	1860	320	0,84
НН81016	160	128	—	930		700	950X475	980		2450	3020	2300	400	1,27
НП81.025	250	200	—	950	750		1000Х 500	1080	750	2680	3280	2580	560	1,75
НН81040	400	320	—	990		750	1100X600	1150		2810	3440	2710	830	2,6
Н1181060	600	480	—	1030			1180X670	1250		3080	3780	2980	1 300	3,8
НН81100	1 000	800	—	1470		800	1250X800	1360 ч		3810	4570	3300	2 000	6,2$
НП81160	1 600	1280	—	1560	,1000	850	1500Х 1000	1450	1000	4010	4810	4080	3 140	10,2
НГ181250	2 500	2000	—	1570		900	1650Х 1150	1640		4150	5010	4310	4 800	18,8
Н1783025	250	200	—	950		700X580	940Х 820	940		2770	2380	2670	670	1,23
НН83040	400	320	—	990	750	700X 570	960X830	1000	750	2960	3580	2870	995	1,39
НН83060	600	480	—	1030		700X560	1000Х 860	1050		3150	3790	3070	1 630	2,04
Н1783100	1 000	800	—	1470		750X550	1150X950	1150		3860	4540	3770	2 220	3,57
НН83160	1 600	1280	—	1560	1000	800X600	1240Х 1040	1230	1000	4090	4850	4060	2 990	5,58
НГ153250	2 500	2000	—	1570		850X650	1370X 1170	1290		4310	5100	4370	4 390	8,07
	Наиболь- шая нагруз-		Размеры между				
	ка,	кН					
			к ч	о та «=( «о			
Машина	к <е я	к св X О СО	я г 3	я я с я а я Я О> ч с	Я г	я г	Размеры стола
	ф я я н та	я г се Я	о с я ф г	я X « * о О.«К «	СО та И X	я я о , ч	
	о	5:		Ь Ч Й	со	§	
НН83400	4 000	3200	—	—	1000	950X700	1560Х 13Н)
низзбоо	6 000	4800	—	<—		1050X 800	1800x 1550
НН82006	60	50	—	—	600		—
ни82ою	100	80	—	—		540	.—
НН82016	160	130	—	<—	800		—
НН82025	250	200	1—;	—			—
НГ182040	400	. 320		—		650	—
НН82060	600	500	—	—			—
Н1ЛМ10  Н1Ж20	100  200	80  160	,				1000	585	860X500
Н1Ш40	400	320	—	—		700	1100x700
Н1Ж60	600	480	—	—		820	1340X850
ниыюо	1 000	800	—	—		800	1340X 1000 |
						ЗсЬепск (ФРГ)	
РС63МЫ	63	50	1100				—
РС160МЫ	160	128	1300	—	—	700	—
РС400ЛМ	4 00	320	1600	—	—		—
						
		Высота	машины			
					о я	
Уровень стола на пьедестале	3	на пьедестале при распо- ложении цилиндра		я Ч я	о а> Я  я л	
						
	я сх		&	пьеде	«2'	Ь  то о
	5 X	я я	ф о	без	Ях  Е я	то
—	1000	—	—	5950	8 510	13,3
		—	—	6740	10 530	23,5
ы-й	—	2400	—	—		2,4
м»			*—	—	1 250	2,5
						3,1
	—	2870	—	—		
—	—		—	—		3,2
*—	—	3120	—	—		5,3
	—		«—	——		5,5
650		2810	—		.		Ь6
81	1000	3263	—	—	—	3,1
851		3726		—	ш-	5,-7
1051		3960 '	—	—	*-	10,1
	750	2180		3—±э	250	0,7
930	850	2410	—	—	450	0,9
	1000	2750	—	—	800	1.6

Машины с гидравлическим приводом

о
ЧЭ
Продолжение табл. 22

Машина	Наиболь- шая нагруз-		Размеры между				Размеры стола	Уровень стола на пьедестале	Ход траверсы	Высота машины			Продольная жесткость, кН/мм	Масса, т
	ка,	кН												
	статическая •	динамическая	крепежными пли- тами	торцами шпинде- лей крепления за-  хватов	захватами	колоннами				на пьедестале при распо- ложении цилиндра		| без пьедестала		
										снизу	сверху			
РС630МИ  РС1,0МИ	630  1 000	500  800	1900			—	• 700	—	930	1000	3090			>•	1 400	/  2,6
РС1,6М^	1 600	1280	2100	—	—	900	—		1200	3430	—	—	2 000	3,2
РС400СО	400	320	1800	—	— ,	650X450	1140Х 1230	Пьедестал 850 для цилиндра с ходом 100 мм и 1200 для цилиндра	1100		—	—	800	2
РС630СО  РС1.0СЭ	630  1 000	500  800	2250	—	—	700Х 500	1265Х 1330		1200	Высота	—	—	1 600	3
РС1.6СЭ  РС2.5СЭ .	1 600  2 500	1280  2000	2700  3100			—	750X560  820X610	1490X 1430  1650Х 1790		1700  1900	рамы 4- + высота пьеде-	—	—	3 000  4 000	5  8
РС4.0СО	4 000	3200	3350	—	—	900X670	1750.Х 1950	с ходом 250 мм	2000	стала	—	—	6 300	14
РС6.3СО	6 300	5000	3900	—	—	1000X780	2000X 2100		2100		—	—	10 000	22
РСЮ,ОСО	10 000	8000	4350	=«		1140X1140	2250X2600		2200		—		16 000	32

АУо1рег1 (ФРГ)

10ТН2722	100	—		—		610	|	1	825		—	2945	—	—	—	1.9
20ТН2723	200	—	—	—		600		—•	—	3080	•—	—	—	2,5
30ТН2724	300	—	—	—	1200			—	—	3135	—	—	—	2,9
40ТН2725	400	—	—	—		660	1000	•—1	—	3447	—	—	—	3,6
60ТН2726	600	—	—	—		640		—	—	3512	—	—	—	4,0

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ

^^%аи&м1мй8&|4льжьз4а!^^
100ТН2727 150ТН2728 200ТН2749 7001  7010  7020  7040  7060  7099  1252  1251  1255  8031  8032  8033								Машина		
1 000 1 500  2 000 12,5 125 250 500 750  1 250  50 200 500 100 250 500								статическая		Наиболь- шая нагруз- ка, кН
10 100 200 400 600 1000  25 100 250  50 125 250								динамическая		
! 1500 I  1 1					1200	800		крепежными пли- тами		Размеры между
1600 |	1000	1270 |	| 1000					торцами шпинде- лей крепления за- хватов		
—	560  —	660  —	780		700	700		1 1 1  СЛ	00 М 00  00	ООО  О	~	ООО  СЛ  о 			790  1000	880  1080 —	. 600		захватами  колоннами		
880X450 1050X450 1080X500 1100X550 ш Ид (Англи 730X 250 830X300 1040X380							1200 у1ск (ФРГ) 1 860X400	Размеры стлла		
800 850 900 1000 1100 1200  я)  825 965 1040 860 910 1010								Уровень стола на пьедестале		
11.1111	111111	111								Ход траверсы		
2400  2950  3220  3850  2240  2550  3000  2540  2515  3780							3733  3875  4150  1 2250	снизу	на пьедестале при распо- ложении	«5  цилиндра	и	1 Высота машины
111111	111111	III  111111	111111	III								сверху  без пьедес		
ф.	03	м	№	111111	III  03	СЛ	03	СП	СЛ	>—	111111	III  о	о	о	о	о	о								Продольная жесткость, кН/мм		
111111	111111	?  Ф- 03 00								Масса, т		

Продолжение табл. 22

101

ноНояийи иияээьикявй'Е'ил э пнитвдо
Продолжение табл. 22

Машина	Наиболь- шая нагруз- ка, кН		Размеры между				Размеры стола	Уровень стола на пьедестале	.Ход траверсы	Высота машины			Продольная жесткость, кН/мм	Масса, т
	статическая	динамическая	крепежными пли- • тами	торцами шпинде- лей крепления за-  хватов	захватами	колоннами				на пьедестале при распо- ложении цилиндра		без пьедестала		
										снизу	сверху			
8034	500	250	—	1500	—	660X305	1128X565	920	—	3050	—	—	1 000	—РЧ
8035	1 000	500	—		—	790X410	1142X727	1035	—	3250	—	—	2 000	
8036	2 000	1000	—	1750	—	820X510	1356X997	1372	—	4450		—	4 000	—
						МТ8 (США)								
311.11	250	—	1473	1168	—	508X 254	711X419	838	—	2500	—	—	610	0,9
311.21	500	—	1880	1600	—	609X304	800X520	1092	—	3118	—		1 050	2,0
311.31	1 000	—	2362	2057	—	711 Х406	978X673	1143	—	3896	—	—	2 100	3,5
311.41	2 500	—	2438	2083	—	‘762X 508	1170X900	1420	—	4559	—	—	4 030	8,5
311.51	5 000	—	По за-		—	914X609	1530Х 1100	1244	—	5050	—	—	6 480	16
311.61  311.71	7 500  10 000	. —	казу потре- бите-  ля	2080	—	1016X762	1730X 1320  1830Х 1420	—	 —	Зависит от зака- за	—	—	9 630  12 800	27  36
312.21 ’	100	—	1422	1168	—	533	711X254	864	—	2515	—	—	260	0,45
312.31	250	я—	1860	1550	—	635	864X305	940	—	3073	—	—	460	0,8
312.41	500	—	2317	2032	—	762	1042X381	991	—	3683	—	—	740	1,5

Примечание. Размеры в миллиметрах.

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
ских нагрузок при большом ходе
(до 800 мм). Нагружают образец либо
одним приводом, либо обоими приво-
дами. При этом на низкочастотную
составляющую, возбужденную ци-
линдрами траверсы, накладывается
высокочастотная составляющая на-
грузки.

В комплексе «Нубгорп18» фирмы
ЗсЬепск предусматриваются двухко-
лонные (63—1600 кН) и четырехко-
лонные (400—10 000 кН) рамы РС.
Двухколонные рамы устанавливают на
пьедестале высотой 930 мм. В четырех-
колонных рамах пьедестал предусмо-
трен только до нагрузок 1600 кН.
Высота пьедестала 800 мм — для ци-
линдров с ходом 100 мм и 1200 мм —
для цилиндров с ходом до 250 мм.
Перемещается траверса исключительно
гидроподъемниками, фиксация ее
фрикционная (рис. 32). В двухколон-
ных рамах предусмотрено упрощенное
исполнение (РС—М) фиксации тра-
версы болтовой затяжкой. В четырех-
колонных рамах предусмотрено аль-
тернативное решение по расположению
цилиндра (сверху — РС-П или сни-
зу — РС-С). Нижнее расположение
для нагрузок 2500 кН и свыше тре-
бует фундаментного приямка. В четы-
рехколонных рамах под нагрузки
400—600 кН предусмотрен удлиненный
(1500, 1800 и 3000 м) стол с Т-образными
пазами для проведения испытаний
объектов под поперечными нагрузками.
Указанная в табл. 22 жесткость рам
РС определена при свободной длине
колонн 1000 мм.

В машинах фирмы МТ5 (США) пре-
дусмотрены четырехколонные (серия
311) и двухколонные (серия 312) рамы
(жесткость при свободной длине ко-
лонны 1270 мм). В рамах обеих серий
траверса перемещается гидроподъем-
никами, а фиксируется — разрезными
фрикционными клеммами. Предусма-
триваются нормально-открытые клем-
мы с затяжкой болтами и нормально-
закрытые — с освобождением гидро-
цилиндрами (только в четырехколон-
ных рамах). В рамах серии 312 преду-
сматривается только пьедестальное
исполнение с нижним расположением
цилиндра, в рамах серии 311 преду-
смотрены четыре модификации, при-
чем для рам с предельными нагрузками

Рис. 32. Нормально-закрытый фрикцион-
ный зажим фирмы ЗсЪепск в состояниях:
а — разомкнутом; б — замкнутом: 1 —
колонна; 2 — траверса; 3 — упругая
фрикционная втулка; 4 — фторопласто-
вое уплотнительное кольцо; 5 — подача
жидкости высокого давления; 6 — мас-
ляная пленка

свыше 5000 кН стандартный пьедестал
не предусмотрен. По заказам потреби-
телей фирма снабжает рамы серии 311
увеличенным столом для крепления
испытуемых конструкций.

В машинах фирмы 1пз1гоп двухко-
лонные рамы с гидравлическим подъ-
емом и фрикционной фиксацией тра-
версы рассчитаны на нагрузки 100—
500 кН, а для нагрузок 500—2000 кН
применяют четырехколонные рамы. Та-
ким образом, машина 500 кН может
иметь как двухколонную (тип 8033),
так и четырехколонную (тип 8034)
рамы. Рамы обоих типов объединены
в серию 8000 с единым исполнением на
пьедестале с нижним расположением
цилиндра. Для фиксации траверсы
в серии 8000 применены нормально-
открытые клеммные зажимы, стяги-
ваемые болтами или гидроцилиндрами.
Для расширения возможностей машин
при проведении статических испыта-
ний в комплексе фирмы 1пз1гоп преду-
смотрены рамы серии 1250 в четырех-
колонном исполнении, снабженные до-
полнительным механическим (чер-
вячно-винтовым) приводом траверсы.
Предусматривается двоякое исполне-
ние привода: только для перемещения
траверсы (машины мод. 1252, 1250,
1254) со скоростью 200 мм/мин, и для
статических и повторно-статических
испытаний. В последнем случае ско-
рость привода регулируется (0,05—
500 мм/мин — мод. 1252 и 0,01—
200 мм/мин — мод. 1251 и 1255).

В машинах фипмы Эаг1ес преду-
смотрены рамы нескольких модифика-
ций дня симметричной системы воз-
буждения. Двухколонные резьбовые
рамы серии М1000/КА на пьедестале
предназначены для усталостных ма-
шин на небольшую нагрузку (20, 50,
100, 200 кН). Траверса в этих рамах
перемещается ручным приводом непо-
средственно на ходовых гайках. Двух-
колонные рамы серии МЮОО/КЕ пред-
назначены для машин статического
действия. Перемещается траверса
гидроподъемниками, а фиксация ее
фрикционная нормально-открытыми
разрезными клеммами, стягиваемыми
посредством болтов. Эти рамы изготов-
ляют под статические нагрузки 250 и
600 кН. Для статико-циклических
испытаний предназначаются двухко-
лонные (тип МЮОО/КВ) и четырех-
колонные (тип МЮОО/КС) рамы. Рамы
рассчитаны на предельные нагрузки
125 (100); 250 (200); 500 (400); .750
(600) кН (в скобках динамический
предел); за исключением четырехко-
лонных рам на 125 кН. Колонны рам
нарезные, перемещение траверсы —
от червячно-винтового привода с за-
контриванием при фиксации. В рамах
типа МЮОО/РС цилиндр расположен
в траверсе, стол снабжен Т-образными
пазами. Для нагрузок 1,2 и 2 МН
в статике и 1 МН в динамике применяют
четырехколонные рамы с гидроподъе-
мом траверсы и клеммными нормально-
открытыми зажимами, фиксируемыми
винтовой затяжкой.

В комплексе фирмы Зегуо1е81 при-
меняют рамы нескольких серий двух-
колонного и четырехколонного испол-
нения с клеммной фиксацией траверсы.
В малых машинах типов 208 (цилиндр
в траверсе) и 210 (цилиндр в пьеде-
стале) с наибольшей нагрузкой 2,5; 5;
10 кН используется двухколонная
рама. Фиксируется траверса винтовым
стягиванием клемм, а перемещается
предварительно подъемником или не-
посредственно — цилиндром через
монтажный стержень. В рамах осталь-
ных серий применена четырехколон-
ная модификация рамы. Серии 209
(цилиндр в траверсе) и 211 (цилиндр
в пьедестале) также имеют предвари-

тельно устанавливаемую траверсу
с винтовой фиксацией клеммного за-
жима и предназначаются для машин
с динамической нагрузкой 20, 50,
100 кН. Для машин на нагрузки 50,
100, 200 кН применяют рамы с рас-
положением цилиндра на траверсе
(тип 220) или в пьедестале (тип 221)
с перемещением траверсы синхронным
двухвинтовым подъемником и фикса-
цией ее на колоннах путем замыкания
клемм посредством гидроцилиндров.
Для испытания конструкций преду-
смотрены рамы трех серий: 214 — с ди-
намической нагрузкой 50, 100, 200 кН;
216—с динамической нагрузкой 300
и 600 кН; 224 — с динамической на-
грузкой 500, 1000 и 2000 кН.

Рамы машин фирмы №о1рег!—Агпз-
1ег для симметричной системы возбуж-
дения серии ТН2 имеют две резьбовые
колонны с червячно-винтовым приво-
дом перемещения траверсы. Цилиндр
расположен в пьедестале. Для испы-
таний на изгиб предусматривается спе-
циальный стол, выполняемый зацело
с пассивным захватом.

В машинах «Зегуоге^» фирмы 2ду1’ск
предусмотрены четырехколонные рамы
серии 7000 с клеммным зажимом по-
перечины посредством ее затяжки бол-
тами. Перемещается траверса двух-
винтовым или гидравлическим подъем-
ником. Цилиндр устанавливают на
пьедестале. Предел динамических уси-
лий 1 МН.

В СССР выпускают УМ нескольких
типов с симметричными цилиндрами с
двухсторонним штоком (табл. 23). Ма-
шины для испытания на усталость
МУПЭ (рис. 33) снабжают роторными
гидропульсаторами. Гидроцилиндры в
этих машинах имеют шариковые
направляющие штоков.

Компоновка машин МУПЭ дает воз-
можность проводить испытания кон-
струкционных элементов с внецентрен-
ными реакциями благодаря разгрузке
цилиндра от боковых реакций и жест-
кому направлению активного захвата.
Подвижный стол, базирующийся на
колоннах, также предотвращает боко-
вые реакции в процессе испытания.

Благодаря роторным гидропульсато-
рам расширен диапазон частот и улуч-
шены энергетические параметры цик-
лических режимов при ограниченном
Характеристики машин отечественного производства
с "симметричными двусторонними цилиндрами

Режим воз- буждаемых нагрузок, тип возбу- ждения	Машина	Наибольшая нагрузка, кН	Ход захвата, мм	Расстояния, мм			Диапазон ча- стот, Гц	Скорость пере- мещения актив- ного захвата, мм/мин	Масса, т
				от образца до колонны	между за - хватами	между опо- рами на из-  гиб			
Статический,	3006У5  3002У10	50  100	260  280	200	700  800	125  160	0,8-1 (мало-	200	1,62  1,86
электро- гидравличе- ский	3003У20  3001У50	200  500	300  320	250  300	900  1000	200  250	цикловые режимы по про- граммам)	100	2,28  3,84
	3004У100  3005У200	1000  2000	340  360	400  500	1250  1500	300  400		50	8,94  16,48
	МУПЭ5Ш	50		250	750	600			5
Цикличе- ский, ротор- ными гидро- пульсато- рами	МУПЭ10Ш  МУПЭ20Ш	100  200	250	600  800	1200  1000	700  800	0,5—50		5,6  6,3
	МУПЭ50Ш  МУПЭЮОШ	500  1000	300	750  900	1200	1200  1500	0,4 — 40	В зави- симо- сти от	8,5  12,7
	МУПЭ200Ш .	2000		2300	1300	1600	0,4 — 35	ком- плек-	16,2
	МУПЭ5У	50	-	250	750	600	10—35	тующей насос-	5
Цикличе- ский, плун- жерными двусторон- ними гидро- пульсато- рами	МУПЭ10У  МУПЭ20У	100  200	250	600  800	1200  1000	700  800	10—25	ной уста- новки	5,6  6,3
	МУПЭ50У	500		750	1200	1200	5—20		8,5
	МУПЭЮОУ	1000	300	900		1500	5—15		12,7
	МУПЭ200У	2000		2300	1300	1600			16,2
Ци кличе- ский дрос- сельный элек- трогидрав- лический	УРС5/100  УРС10/100	50  100		200	700  800	400	0—100	1 1	2,8  4,5
	УРС20/100	200	100	250	900	500		—	4,8
	УРС50/50  УРС100/25	500  1000		300  400	1000  1100	600  800	0—50  0—25	—	9,8  14,8
	УРС200/20	2000		500	1600	1000	0—20	—	21,58
Бигармониче-	МУБ±2,5	50/± 25	240	250	300	400	0,1—35	150	2,6
ский, ротор- ными пуль-	МУБ±5	50			400	500	0,1 — 50		
саторами	МДУ±30	300	250	420	1000	1000	0,1—45	300	8,6
Цикличе- ский, резо- нансный	ЦЛУ + 30			370	2000	1800	0,1 — 57		7,0
Рис. 33. Машина МУПЭ:

1 — основание; 2 — колонны; 8 — тра-
верса; 4 — архитрав; 5 — маточная
гайка привода перемещения траверсы;

6 — контргайка; 7 — двигатель устано-
вочного привода; 8 — динамометр; 9 —
пассивный захват; 10 — образец; 11 —
активный захват; 12 — стол; 13 — втул-
ка направляющей стола; 14 — поступа-
тельный шариковый подшипник; 15 —
упругий шарнир крепления штска; 16 —
плунжер; 17 — цилиндр; 18 — поступа-
тельные шариковые подшипники; 19 —
защитный кожух; 20 — предохрани-
тельный чехол

расходе энергии вследствие цикличе-
ской рекуперации.

На базе машин МУПЭ выпускают
машины 3000У для статических и

повторно-статических испытаний. Эти
машины снабжают гладко притертым
цилиндром (без подшипников). Их стол
направляется по колоннам при по-
мощи роликовых катков. Крепления
шариковых и катковых направляю-
щих унифицировано так, что при не-
обходимости станины машин могут
переналаживаться. У шариковых на-
правляющих большая боковая жест-
кость, благодаря чему возможны боль-
шие скорости циклических перемеще-
ний (до 3 м/с). Однако эти машины
рассчитаны на небольшой ход (до
20 мм), достаточный для проведения
только циклических испытаний. Для
статических испытаний приходится
переходить на катковые направляю-
щие с неограниченным рабочим ходом.

Для испытаний при сложном нагру-
жении выпускают бигармонические
установки МУБ ±5 и МДУ ± 30.
Компоновка машин МУБ + 5 анало-
гична компоновке машин МУПЭ.
К полостям цилиндра присоединены
отсеки золотников двух пульсаторов
с амплитудами расхода 0,8 X
X 103 см3/с для каждого. Золотники
вращаются от общего привода: один
непосредственно, а другой — через
коробку передач. Поэтому в цилиндр
поступает два суммирующихся потока
С с разными частотами <о2 и а>2, опре-
деляемыми передаточным отношением
коробки передач. Взаимная фаза по-
токов устанавливается бесступенчато.

Пассивный захват машины укреп-
лен на упругом тензорезистррном ди-
намометре, электрический сигнал ко-
торого позволяет отслеживать по осцил-
лографу форму кривой цикла нагруже-
ния. Граничные значения усилий опре-
деляют при помощи манометров с дву-
мя клапанными разделителями по раз-
нице экстремальных давлений в поло-
стях цилиндра. Утечки в системе ком-
пенсируются насосом, который служит
для статического нагружения, опре-
деляемого разностью статических ком-
понент давления в полостях цилиндра,
задаваемой дифференциальным стаби-
лизатором.

В машинах МУБ ± 5 серийного
производства в коробке предусмотрен
набор передач 1 : 2; 1 : 3; 1 : 4; 1 : 10,
а также сменные шестерни и для дру-
гих соотношений частот, вплоть до
1 : 100..У привода золотников серий-
ных установок три основные угловые
скорости: 66, 100 и 200 рад/с. Привод
с коробкой передач обеспечивает 12
ступеней моногармонического режима
в диапазоне 2—35 Гц. Замена двига-
теля привода (2 кВт) бесступенчато
регулируемым позволяет расширить
диапазон частот до 0,5—60 Гц. В по-
следних моделях этих машин муфты
фазового согласования заменены диф-
ференциалом, позволяющим в процессе
испытаний подстраивать или непре-
рывно менять взаимную фазу возбуж-
даемых гармоник. В последнем случае
обеспечиваются режимы испытаний
с изменяющейся фазой.

В машине МДУ ± 30 (рис. 34) при-
менена гибридная система возбужде-
ния. Она содержит основную систему
из двух роторных пульсаторов, зо-
лотники которых приводятся во вра-
щение общим бесступенчатым приво-
дом — один непосредственно, а вто-
рой через коробку передач и диффе-
ренциал фазовой подстройки. Допол-
нительная система образована дрос-
сельным электрогидравлическим уси-
лителем, который управляется сигна-
лом рассогласования заданных и вы-
ходных величин. Задатчиком служат
поворотные трансформаторы, связан-
ные с золотниками пульсаторов и фор-
мирующие соответствующий бигармо-
нический процесс. Сигнал обратной
связи—текущее значение динамической
составляющей силы или деформации,
получаемое с соответствующего прибо-
ра, установленного на машине. Допол-
нительная система динамического воз-
буждения корректирует искажения,
вызываемые нелинейностями в системе,
в частности при испытании образцов
в упругопластической области дефор-
мирования. Второй дроссельный
электрогидравлический усилитель ре-
гулирует статическую компоненту
развиваемого воздействия.

Машины УРС с дроссельным электро-
гидравлическим возбуждением базиру-
ются на блоках агрегатного комплекса
АСИП. В их состав входят рамы двух-
и четырехколонного пьедестального
исполнения с цилиндром в пьедестале;
симметричный гидроцилиндр с напра-
вляющими штоков из композитных
материалов; измерительные приборы

Рис. 34. Структурная схема управления
машиной МДУ ± 30:

/ — гидроцилиндр; 2 — активный захвату
3 — пассивный захват; 4 — динамометра
5 — тензометр; 6 — блоки сравнения?
7 — задатчик статической компоненты
нагрузки (асимметрии цикла); 8, 9 •—
задатчики соответственно амплитуд гар-
моник динамической компоненты на-
грузки (деформации) и формы цикла по
гармоникам; 10 — блоки коммутации;
11 — усилители; 12 — блоки разделе-
ния на гармоники; 13 — управляющий
блок; 14 — генератор несущей частоты;
15 — электрогидравлический регулятор
статической компоненты нагрузки; 16 —
компенсационный электрогидравличе-
ский регулятор исправления формы цик-
ла; 17 — роторные гидропульсаторы;
18 — насос; 19 •— механический задат-
чик частотно-фазовых соотношений гар-
моник; 20 — образец

(динамометры, деформометры, дат-
чики положений), состоящие из бло-
ков АСИП; насосные станции и усили-
тели, состоящие из тех же блоков.
Траверса на рамах перемещается ги-
дроподъемниками, а фиксируется —
нормально-открытыми фрикционными
клеммами с затяжкой гидроцилин-
драми.

Резонансные усталостные машины и
машины для скоростных испытаний.
Для повышения энергетических пока-
зателей и расширения частотного диа-
пазона циклических режимов в УМ,
предназначаемых преимущественно
для усталостных испытаний, приме-
няют резонансное усиление.
Рис. 35. Гидрорезонансная двухцилиндровая машина ЦЛУ ± 30:

а — гидромеханическая схема: 1 — пульсатор; 2 — цилиндр возбуждения; 3 — пру-
жина связи; 4 — нагружающий цилиндр; 5 — образец; 6, 8, 9 — трубопроводы соот-
ветственно инерционные, возбуждения в режиме вынужденных колебаний, возбуждения
в резонансном режиме; 7 — аккумуляторы; б — динамическая модель возбуждения
резонансных режимов; т1 и Л2, ^2 — соответственно вязкие сопротивления и при-
веденная масса параллельных ветвей трубопровода; к, т — линейные эквиваленты со-
противлений инерционных трубопроводов; с,, с2 — упругая жесткость соответственно
образца и пружины связи; в — резонансные кривые коэффициентов динамического уси-
ления: Кр — по силе, А. — по перемещению, А,^ — по энергии

Наибольшая эффективность при
прямом резонансном усилении в ма-
шинах с гидравлическим возбуждением
достигается силовым увеличением
энергии (резонанс сил). Резонанс сил
наиболее эффективно используется в
машинах с двухцилиндровой системой
возбуждения, впервые разработанной
в СССР (рис. 35). Наибольшая дина-
мическая нагрузка машины ЦЛУ±30
в знакопеременном и знакопостоянном
режимах ±300 кН. Диапазон возбуж-
даемых частот, включая режим вынуж-
денных колебаний этих машин, 0,5—
55 Гц. Амплитуды динамических пере-
мещений под предельными нагрузками
в диапазоне частот 10—20 Гц до. ±30 мм.
Высота рабочего пространства до 2 м,
ширина- 740 мм. Машины снабжены
столом изгиба с пролетом до 1800 мм.

Циклические резонансные режимы
(рис. 35, а) возбуждаются роторным
пульсатором /, который питает малый
цилиндр возбуждения 2. Шток послед-
него через пружину 3 воздействует

на шток нагружающего цилиндра 4,
заканчивающийся активным захватом
и проходящий сквозь основание уста-
новки. Активный захват передает на-
грузку на образец 5. Для закрепления
образца при испытаниях на попереч-
ные нагрузки служит стол. Полости
нагружающего цилиндра инерцион-
ными регулируемыми трубопроводами
6 связываются с аккумуляторами 7.
Такая компоновка разгружает пуль-
сатор от статической нагрузки, созда-
ваемой вследствие разного давления
в полостях нагружающего цилиндра.
Пружина играет роль амортизатора
при испытании жестких образцов и
позволяет использовать динамическое
увеличение перемещений при испыта-
нии податливых конструкций. Таким
образом, наряду с силовым резонан-
сом используется и резонанс перемеще-
ний. Легкость регулирования ампли-
туды и частоты возбуждения роторного
пульсатора позволила оснастить ма-
шину устройством для программного
нагружения. Автоматическое слеже-
ние за исполнением программы и изме-
рение силы осуществляются опорным
упругим динамометром. При испыта-
ниях на осевые нагрузки динамометр
вместе с пассивным захватом укреп-
ляется в траверсе.

Благодаря гидравлическим комму-
никациям возможно циклическое воз-
буждение пульсатором через цилиндр
возбуждения и непосредственно через
нагружающий цилиндр. В динамиче-
ской модели (рис. 35, б) учтены лишь
основные элементы, участвующие непо-
средственно в формировании процесса
испытания. Протяженность магистра-
лей, соединяющих цилиндр возбужде-
ния с пульсатором, незначительна,
а сечение их достаточно для того, чтобы
пренебречь влиянием инерционных и
вязких сопротивлений в них. Емкости
полостей цилиндра возбуждения не-
значительно снижают податливость
пружины связи. Сечения и длина инер-
ционных трубопроводов таковы, что
потери на емкость нагружающего
цилиндра не сказываются на устанав-

ливаемом режиме, т. е. парциальная
частота определяемая массой твердых
подвижных частей и эквивалентной
жесткостью этой емкости, выше ча-
стоты возбуждения.

Амплитуда возмущающего переме-
щения X = г/жо лг1/*”1, где г — экс-
центриситет ротора пульсатора; / —
площадь; п — число плунжеров ро-
тора; се2 — угловая скорость ротора;
Рв — площадь цилиндра возбуждения.

Коэффициенты динамического уве-
личения (рис/ 35, в):

силы Хр =	1	'	—-

/(С! — ИИ2)2 + /?20)а
(максимум вблизи частоты <о =
7 / б?1 \

= I/ — I; перемещения Хх =

=	_______^2____________

У (сг + с2 — то>2)2 + к2®2
мум вблизи частоты

(макси-
со =

Хф =

энергии

._____________^1^2_________

УЦС! — Ш(й2)2 + &2со2 ] X

**'' Ж + С2 — Щ(02)2 + 620)2]

(два

максимума вблизи обеих частот).

Общее диссипативное сопротивле-
ние инерционных трубопроводов

.	,	+ *и(^1 + т21(о2)	.

(/Иц + т21)2 со2 + (&ц + /?21)2

	+ #4>(02) + ^]2 (^2 + Щ^2(О2)

(т12 + Щ22)2 0)2 + (&12 + ^2г)2

Суммарная приведенная масса

^21 (^1 + ™Ь®2) +
+	(^ + т^со2)

(т11 + т21)2 0)2 + (&11 + &21)2

Щ22 (&22 + /П212(02) +
+ щ12 (Я2 + /пЗоСО2)

(т12 + И122)2 О)2 + (^12 + ^22)2 *

Вторые индексы параметров в этих
выражениях характеризуют принад-
лежность их к инерционным трубо-
проводам, соединяющим верхнюю или
нижнюю полость цилиндра с соответ-
ствующим аккумулятором. Параметры
трубопроводов

где р — плотность; V — кинематиче-
ская вязкость жидкости; 1ц— длина;
Д/ — площадь сечения соответствую-
щей ветви инерционного трубопро-
вода; Р — площадь грузового ци-

линдра.

На машинах ЦЛУ ± 30 цикличе-

ская энергия, возбуждаемая пульса-
тором, усиливается в 10—20 раз. От-

Р
ношение площадей цилиндров -=— ==

Р в

= 10. Таким образом, только благо-

даря силовому резонансу можно уси-
лить энергию в 10 раз. Большие уси-
ления возможны благодаря совмест-
ному действию силовых и кинематиче-
ских факторов, для чего предусмо-
трена пружина связи. Машине при-
дается набор пружин, позволяющих
варьировать динамические параметры
в широких пределах.

Роторный гидропульсатор является
жестким возбудителем, и поэтому не-
посредственная связь (с2-> оо) штоков
цилиндров затруднена.

Двухцилиндровые резонансные ма-
шины зарубежного производства снаб-
2^1 Технические характеристики
двухцилиндровых гидро резонансных машин
серии 824 фирмы МТ5 (ФРГ)

Параметр	Машина		
	824.21	824.31	824.32
Наибольшая пре- дельная нагрузка, кН Наибольшая ампли- туда симметричного цикла, кН Статическая состав- ляющая наиболь- шей нагрузки, кН Амплитуда динами- ческих перемеще- ний, мм  Диапазон ^рабочих частот, Гц  Статический ход, мм  Скорость перемеще- ния активного за- хвата, мм/мин Высота	рабочего  пространства (без захватов), мм Ширина рабочего пространства, мм  Мощность насосной установки, кВт  Масса, т	350  175  230  12,5  20— 180	450  225  <5  8,  20—	650  325  •0  5  225
	150		
	80  990  609	40  1524  711	
	12,4		
	0,7	11,3	

жают электрогидравлической системой
эластичного возбуждения. Фирма
МТ8 выпускает резонансные двух-
цилиндровые УМ на базе стандартных
четырехколонных рам с расположе-
нием цилиндра в подвижной траверсе.
Машины объединены в серию 824
(табл. 24). В них применяется набор
инерционных грузов. Грузы уста-
навливают между штоком нагружаю-
щего цилиндра и активным захватом.
Аккумуляторы присоединяют непо-
средственно к полостям нагружаю-
щего цилиндра. Фирма ЗсЬепск вы-
пустила несколько двухцилиндровых
гидрорезонансных УМ по аналогич-
ной схеме на наибольшую нагрузку
до 6 МН и уникальную машину с гори-
зонтальным расположением силовой
оси на наибольшую нагрузку 12 МН.

Наряду с двухцилиндровыми резо-

нансными УМ фирма ЗсЬепск исполь-
зует резонансные явления для динами-
ческого усиления обычных одноци-
линдровых УМ. При этом на предель-
ных частотах электрогидравлического
возбуждения удается достичь значи-
тельного силового коэффициента уси-
ления и вести испытания образца при
полной нагрузке на весьма высоких ча-
стотах, недоступных электрогидрав-
лическому возбуждению в режиме вы-
нужденных колебаний.

При использовании жидкости дина-
мическое усиление на контуре обра-
зец — жидкость может быть до-
стигнуто только благодаря кинемати-
ческому увеличению энергии возбуж-
дения. Диссипативные потери в трубах
намного выше, чем при движении твер-
дой массы. Поэтому в одноцилиндровых
резонансных УМ жидкость не вводят
в резонансный контур.

Схема машины с косвенным резонан-
сным возбудителем показана на
рис. 36, а. В линию связи возбудителя
1 с цилиндром 2 включен параллельно
полостям цилиндра ротор 3 со спи-
ральным каналом 4. Ротор связан
с упругим торсионом 5. При необходи-
мости он может быть снабжен допол-
нительным маховиком 6. Поток воз-
будителя направляется в цилиндр 2
и спиральный канал ротора. Уравне-
ния ротора со спиральным каналом
(как четырехполюсника) связывают
перепад р давления на входе в канал,
момент М на роторе с потоком С и
угловой скоростью V ротора: -

Р — ^11Ф1 + ^12^
— 714 = ^21Ф1 “Ь ^22^>

„	. т

ПРИ 2ц = Ш-у2-,

/^22 == ^6)/,

„	„	. тг	. тг

712 = 721 = соз а « но —р

где т — масса жидкости в канале;
/ — площадь сечения канала; г — ра-
диус канала в роторе; а — угол подъе-
ма витка; I — момент инерции ротора,
жидкости и маховика. Момент на ро-
торе М == V, где с — крутильная
жесткость торсиона. Сопротивление
образца с упругой жесткостью €о, при-
веденное к гидросистеме, принимает
значение /о =	>

л 0.%

Коэффициент Лф = косвенного

резонансного усиления для этой ма-
шины принимает вид

тсо2/72 [(/ + тг2) о2 —

**	/по)2/72 [(/ + тг2) о2 — с] — ’

— Рс0 (/о2 — с)

Знаменатель этого выражения об-
ращается в нуль при одном положи-
тельном значении €02>— , С—— . Та-

I + тг2
ким образом, на частоте возбуждения,
соответствующей этому значению,
Хр -> оо, т. е. получается динами-
ческое усиление амплитуды возбуж-
денного потока (рис. 36, б). Резонанс-
ная частота мало зависит от жестко-
сти со. Снизу для любых со#=0 она
ограничена частотой со2 = -г----—,

I 4- тг2 9
на которой Хр = 0.

Для проведения испытаний при ско-
ростном и ударном нагружениях слу-
жат специальные УМ. Максимальная
скорость деформирования в гидравли-
ческих УМ около 10 м/с. Диапазон
предельных нагрузок от нескольких
килоньютон до нескольких меганью-
тон. Максимальные мощности воздей-
ствий 5—20 МВт.

Различие в режимах, осуществляе-
мых скоростными гидравлическими
УМ, определяется начальными усло-
виями. Если скорость воздействия
растет от нуля в начале процесса, то
такие испытания называют скорост-
ными. Испытания с неизменной ско-
ростью воздействия в начале испыта-
ния называют ударными.

Для достижения высоких скоростей
воздействий в гидравлических УМ
предварительно накапливают энергию
в нагружающей системе, а затем пере-
дают ее образцу. По характеру накоп-
ленной энергии различают кинети-
ческие и потенциальные системы воз-
буждения. В первых необходимая для
передачи на образец энергия накаплива-
ется в жидкости, движущейся в трубо-
проводе, во вторых — энергия накап-
ливается в аккумуляторах. Накоплен-

Рис. 36. Косвенное резонансное возбу-
ждение:

а — схема: 1 — возбудитель; 2 — на-
гружающий цилиндр; 3 — ротор усили-
теля; 4 — спиральный канал; 5 — тор-
сион; 6 — маховик; 7 — образец; б —
характеристика усиления потока

ная энергия передается на образец
различными способами: при сбросе
жидкости из одной полости цилиндра
или при освобождении фрикционных
втулок. Последний способ более со-
вершенен, так как позволяет сущест-
венно сократить время передачи воз-
действия на образец из-за незначи-
тельности объемов масла в фрикцион-
ных втулках. Фирма ЗсЬепск приме-
няет для скоростных машин трехсту-
пенчатые электрогидравлические рас-
пределители с номинальной подачей
до 3400 л/мин. Цилиндр скоростной
машины снабжается демпферным уст-
ройством, уменьшающим его скорость
до нуля к концу хода в обе стороны.
Демпферное устройство представляет
собой дополнительные объемы за вхо-
дами жидкости в полости цилиндра.
Входы в цилиндр профилированы так,
25. Технические характеристики
машин для скоростных испытаний
серии 819 фирмы МТ8 (ФРГ)

Параметр

Наибольшая нагруз-
ка, кН:

статическая

динамическая
Максимальная ско-
рость, м/с:

без нагрузки

под нагрузкой
35 % от статиче-
ского предела
Высота рабочего про-
странства, мм
Ход активного захва-
та, мм
Длина демпферного
участка, мм

Машина

3,5 •  2,3	15  10	37   28
2,53	12,7	21,1
2,13	10,1	16,9
711	762	1397
100	250	355
—	±25	±50

Примечание. Для машины всех
типов собственная частота динамометра
с захватом 25 кГц; нелинейность скоро-
сти, %: без нагрузки — 1, под нагруз-
кой — 5; мощность насосной установки
6 кВт, производительность ее 10 л/мин.

что поршень при движении перекры-
вает их в опорожняемой полости, ос-
тавляя отверстие, уменьшающееся по
проходному сечению. В результате
в резервном объеме повышается дав-
ление, причем, как только оно стано-
вится равным давлению подачи, дви-
жение поршня останавливается.

Фирма МТ8 разработала серию 819
специальных скоростных машин на
небольшие усилия (табл. 25).

Скоростные машины с кинетическим
накоплением энергии разработаны
в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко.
Регулируемый гидроагрегат • 1
(рис. 37, а) с маховиком 2 разгоняется
вхолостую, быстро переключаясь на
работу в режиме максимальной про-
изводительности. Максимальные ско-
рости достигаются при использовании
в качестве гидроагрегата роторных
гидропульсаторов, у которых длитель-
ность переключения с холостого хода
на режим максимальной производи-
тельности не превышает (3—5) 10 3 с.
Для накопления кинетической энер-
гии в потоке жидкости (рис. 37, б)
агрегат 1 включают сначала в работу с
требуемой производительностью в зам-
кнутый кольцевой трубопровод 2.

гат; 2 — маховик; 3 — регулятор расхода (наклонная шайба); 4 -— гидроцилиндр;
5 — образец; 6 — масляный резервуар; б — при накоплении энергии в кольцевом
инерционном трубопроводе: 1 — гидроагрегат; 2 — кольцевой трубопровод; 3 — пус-
ковой вентиль; 4 — регулятор расхода и реверсор (золотниковый распределитель); 5 —
цилиндр; 6 — образец (сплошная линия стрелки — циркуляция жидкости в период
накопления энергии; штрих-пунктир — циркуляция в период нагружения образца);
в — при двухстадийном преобразовании энергии: 1 — рама машины; 2 — цилиндр;
3,4 — аккумуляторы соответственно активный и пассивный; 5 «— инерционный трубо-
провод; 6 — скоростной пусковой клапан; 7 — блок путевого автоматического кла-
пана; 8 — поршень путевого клапана; 9 — упор путевого клапана; 10 — блок на-
стройки путевого клапана; 11 — настроечные вентили; 12 =» насосная установка;
13 — образец
В этом трубопроводе предварительно
разгоняется жидкость. Для нагруже-
ния образца кольцевую связь трубо-
провода размыкают, и жидкость на-
правляется в цилиндр машины. Су-
щественное преимущество скоростных
машин с кинетическим накоплением
энергии — возможность создания удар-
ных нагрузок на образцах, находящих-
ся под предварительным статическим
напряжением.

В скоростных машинах с кинетиче-
ским возбуждением стабильность ско-
рости деформирования выше, чем в ма-
шинах с потенциальным возбуждением.
Однако пределы скоростей ограничены,
и реализуемая мощность не может пре-
высить мощности привода.

Преодоление этих противоречий до-
стигается системами с двухстадийным
накоплением энергии (рис. 37, в).
На первой стадии осуществляется на-
копление потенциальной энергии в ак-
тивном аккумуляторе 3. На второй ста-
дии энергия аккумулятора передается
массе жидкости в инерционном трубо-
проводе 5, соединяющем активный и
пассивный 4 аккумуляторы. Наконец,
при достижении требуемой скорости
движения жидкости в инерционном
трубопроводе ее кинетическая энергия
направляется в цилиндр 2 машины.
Необходимая скорость и момент пере-
дачи энергии на образец задается авто-
матически путевым ограничителем.
Ограничитель снабжен специальным
блоком настройки, устанавливающим
его поршень перед испытанием в на-
перед заданное откалиброванное по-
ложение.

Уникальные универсальные машины
(УК) служат для испытания крупно-
габаритных конструкционных элемен-
тов. Наибольшие нагрузки 5—30 МН.
В СССР эти машины выпускает завод
ЗИМ. За рубежом УК выпускают фирмы
Ва1с1\ут, О1зеп, 8а(ёс (США); Ауегу
(Великобритания); МАИ, МРЬ (ФРГ);
Агп81ег (Швейцария); Токуо Кок1
(Япония); МТМ (ГДР). Уникальные
машины выполняют одноходовыми,
инверсивными и реверсивными; с
вертикальным или горизонтальным
расположением силовой оси. В табл. 26
приведены технические характеристики
некоторых УК.

В вертикальных УК используют

нижнее расположение цилиндров как
для одноходовых, так и для ре-
версивных установок. В одноходо-
вой УК фирмы Ва1сКуш на 22МН
при сжатии и растяжении диаметр
цилиндра 1372 мм, рабочее давле-
ние 15 МПа. Машина выполнена по
обращенной схеме (см. рис. 28, а),
что обеспечивает подвижность пассив-
ного захвата, расположенного на тра-
версе станины. Ярмо образовано ци-
линдровой поперечиной, ходовыми вин-
тами, расположенными вдоль всей
длины колонн и вращающимися от
привода мощностью 55 кВт, и актив-
ной опорно-захватной поперечиной.
Последняя снабжена гайками для хо-
довых винтов и башмаками под на-
правляющие в колоннах. Башмаки
под направляющие колонн преду-
смотрены и для траверсы с пассивным
захватом. Ее можно перемещать по-
перечиной и закреплять клиньями
в колоннах станины на необходимой
высоте в одной из шести позиций.
Активные захват и опора объединены
в силоизмерительном блоке, связанном
с поперечиной через гидравлические
мессдозы фирмы Етегу. Сила тяжеети
блока компенсируется пружинной
подвеской к поперечине. Возбуждаемые
цилиндром усилия передаются на обра-
зец через винтовые тяги и активную по-
перечину. Длина винтовых тяг 18,6 м,
диаметр 406 мм. Возвращают цилиндр
в исходное положение и компенсируют
вес подвижных частей специальные
цилиндры, плунжеры которых упи-
раются в бустерные траверсы, подве-
шенные к основанию посредством пру-
жин, которые вместе с цилиндрами
служат для гашения энергии, освобож-
даемой при разрушении образца.

По инверсивной схеме выполнены
две машины фирмы Нате! апб ЬшсЬ:
одна на 30/15 МН, другая на 28/14 МН
(см. табл. 26).

Инверсивная схема позволяет ис-
пользовать одно и то же пространство
и те же самые силовые элементы при
проведении испытаний на растяжение
и сжатие.

Силовой контур горизонтальной
реверсивной УК с многоцилиндровой
системой возбуждения (МУГ-500,
МУГ-3000) образован двумя прого-
нами коробчатого сечения и двумя ус-
26. Основные параметры уникальных машин

Фирма (страна)	Машина	Принцип действия	Распо- ложение оси машины
ВаШ—\М1п (США)  Токуо—Кок! (Япо- ния)	4000000  5000000  12000000	Одноходовые, одноцилиндровые, обращенная схема	Верти- кальное
Атз1ег (Швейцария)	МУГ-500	Реверсивные вось- мицилиндровые	
ЗИМ (СССР)	МУГ-3000		
Нап!е1 ацй Ьи!сЬ (ФРГ)	—	Инверсивные с цен- тральной тягой	Горизон- тальное
Ауегу (Великобри- тания)	—	С реверсивной ра- мой четыре ци- линдра	
ХУРМ (ГДР)	20М1200 '	Реверсивная 4 +2 цилиндра	Верти- кальное
Наибольшая статическая нагрузка, МН				Размеры рабочего пространства, мм				Ход нагружения, мм	- Масса, т
сжатия		растяжения		Ширина	Протяженность зоны		Пролет из- гиба		
					сжа- тия	растя- жения			
18			14	3048	10 210		3650	1220	216,6
	22,8			3300	12 400		—	1200	420
55		1	25	3500	12 300		3500	1100	630
	1	.0		2500	7 400	1 5 500	8000	1000	200
		Ю			7 000	1 2 550	3000		250
		5		5000	12 500		—	1200	200
		5		3300	6 500		—	500	180
	30			3500	16 500		—		550
30			15	2400	15 000	13 000	—	600	350
28			14		13 000	12 000	—		340
	1	0		1000	12 000	10 000	—	1600	250
12			6	1600	6 300		4000	600	250

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ
Рис. 38. Гидрорезонансная машина фирмы ЗсЬепск на наибольшую нагрузку 12 МН:
/ — нагружающий цилиндр; 2 — станина; 3, 4 — захваты соответственно активный
и пассивный с поперечным гидравлическим зажимом образца; 5 — фрикционный зажим
траверсы в положении «освобожден»; 6 — бифилярная подвеска; 7 — динамометр; 8 —
фрикционный зажим траверсы в положении «Заперт»; 9 — синхронизатор движения
захватов; 10 — аккумуляторы; 11 — насос; 12 — электрогидравлические распредели-
тели; 13 — задатчик перемещений; 14 — цилиндр возбуждения; 15 образец

тоями. В переднем, неподвижно за-
крепленном устое расположены восемь
цилиндров, направленных по четыре
оппозитно друг другу. Плунжеры ци-
линдров через штоки упираются в две
симметричные опорные' плиты, кото-
рые вместе с четырьмя стяжными бол-
тами образуют нагружающий блок
машины. Стяжные болты закреплены
в опорных плитах посредством сфери-
ческих гаек, что вместе с шарнирными
штоками плунжеров обеспечивает сво-
боду поворота активной опоры (зах-
вата). Пассивный устой имеет рееч-
ный привод для перемещения вдоль
прогонов. Фиксируется он на послед-
них при помощи выдвижных пальцев.
Шаг фиксации 1 м. На устое располо-
жена пассивная опорная плита, уста-
навливаемая по отношению к устою
посредством четырех винтов с шарнир-
ными головками. Шарнирные винты
имеют запас хода, позволяющий пере-
ставлять опорную плиту в пределах
шага фиксации устоя. Необходимость
в точной перестановке диктуется ра-
венством хода активной опоры шагу
фиксации. Три опорные плиты размером
5X3 м с Т-образными пазами моно-
литные литые и идентичны по конструк-
ции. Прогоны связаны с фундаментом

бустерными цилиндрами, служащими
для возвращения нагружающего
блока в исходное положение после
разрушения образца. Они же гасят
энергию, освобождающуюся после раз-
рушения образца. Измеряют усилия
при помощи маятниковых силоизмери-
телей, имеющих два измерительных
цилиндра, связанных соответственно
со сторонами сжатия и растяжения. Это
сделано для автоматического учета
противодавления масла, вытесйяемого
из холостых цилиндров при работе
машины.

В СССР выпускают гидропульса-
ционные УК типов МП-600 и МП-800.
Последняя машина на 8МН имеет
два противоположно направленные
гидроцилиндра в системе возбуж-
дения, один из которых связан с пуль-
сатором (производительность 1300 см3),
а другой — с аккумулятором.

Специально для проведения устало-
стных испытаний изготовляют гидро-
резонансные УК по двухцилиндровой
схеме. Такие машины в вертикальном
исполнении (серия 825) разработаны
фирмой МТ8 на наибольшую нагрузку
3 и 9 МН. В качестве инерционного
звена в этих машинах используется
масса жидкости в трубопроводах, со-
единяющих полости цилиндра с ак-
кумуляторами. Диапазон резонансных
частот для машин на ЗМН 10—ПО Гц,
а для машин на 9МН 10—29 Гц.

Фирма ЗсЬепск выпускает горизон-
тальные двухцилиндровые гидроре-
зонансные УК на 12МН (рис. 38).
Предусмотрена возможность работы
в трех режимах. Статические и мало-
цикловые испытания осуществляются
на частотах до 1 Гц. В этом режиме
нагружение образца производится
нагружающим цилиндром 1 при выклю-
ченных аккумуляторах 10 до предель-
ных усилий ± 12МН. В режиме серво-
управления с использованием одного
из распределителей 12 и одного из
аккумуляторов 10 для противополож-
ной полости цилиндра 1 осуществляет-
ся циклическое нагружение до частот
5—10 Гц. Увеличение частоты дости-
гается путем смещения поршня в ци-
линдре 1 и сокращения объема актив-
ной полости. Предельные нагрузки
в этом режиме 12 ± 6 МН. В резонанс-
ном режиме частоты испытаний до
20—60 Гц при предельных нагрузках
10 ± 5 МН. Для настройки Т1а резо-
нанс на этих частотах достаточно массы
(около 30 т) плунжера цилиндра 1
с активным захватом 3. Максимальные
ускорения подвижных масс 130—
150 м/с2. Резонансный узел рассчитан
на тридцатикратное динамическое уси-
ление в основном благодаря силовому
резонансу. Перемещаясь, подвижные
массы передают возмущения на всю
машину'в результате изменения поло-
жений центра тяжести. Для снижения
влияний этих возмущений, а также для
гашения энергии, освобождаемой при
разрушении образца, машина комплек-
туется контрмассой на пассивной опоре
и подвешена на биффилярную подвес-
ку 6, обеспечивающую собственную
частоту колебаний машины 0,2—0,5 Гц.

МАШИНЫ

С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ,
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИМИ,
МАГНИТОСТРИКЦИОННЫМИ
ВОЗБУДИТЕЛЯМИ КОЛЕБАНИЙ

Электромагнитный, электродинами-
ческий и магнитострикционный воз-
будители колебаний применяют в ма-

Рис. 39. Резонансные машины «На1@Н»
фирмы МАМ

шинах для испытаний на усталость
с высокими частотами нагружения
испытуемых образцов — от десятков
герц до десятков килогерц. Электро-
магнитные — в машинах с частотой
нагружения до 500 Гц, электродина-
мические — до 5000 Гц, а магнито-
стрикционные — от единиц до десятков
килогерц. В современных машинах
резонансной нагружение образцов
прямое или косвенное с возбуждением
от внешнего генератора или в режиме
автоколебаний.

Машины с электромагнитными воз-
будителями колебаний. В ранних кон-
струкциях этих машин электромагнит-
ный возбудитель питался либо от авто-
номного машинного генератора, либо
от сети промышленного переменного
тока. Типичная конструкция таких
машин показана на рис. 39.

Испытуемый образец 2 зажимают
в захваты: 1 — на станине машины и
3 — на жесткой тяге 10, соединяющей
его с якорем 4 электромагнитного воз-
будителя. Жесткой тягой 3 якорь соеди-
нен с плоскими пружинами 5 (в неко-
торых машинах, например фирмы
МАЫ, применялись витые пружины),
которые соединены с винтовым меха-
низмом 6 статического нагружения
испытуемого образца. Катушки 9
электромагнитного возбудителя, рас-
положенные по разные стороны якоря
на магнитопроводах-из листовой транс-
форматорной стали, попарно включены
последовательно и питаются двухфаз-
ным генератором со сдвигом фаз в 1/4
периода. Действующие на якорь 4
электромагнитные силы изменяются
синусоидально с удвоенной частотой
переменного тока, протекающего по
катушкам 9, и сдвинуты по фазе на
1/2 периода. Результирующая сила,
действующая на колебательную си-
стему машины со стороны якоря,
также изменяется синусоидально, и
ее частота равна удвоенной частоте
питающего электромагнит тока. Соб-
ственную частоту колебаний си-
стемы, определяемую жесткостью пру-
жин 5 и присоединенных к ним масс
элементов машины без испытуемого
образца, устанавливают (путем из-
менения жесткости пружин 5 посред-
ством перемещения фиксаторов 7) рав-
ной частоте колебаний тока, питающего
электромагнит. После установки об-
разца 2 машина работает в дорезонанс-
ной области вдали от резонанса. На-
грузка на образец равна усилию,
развиваемому электромагнитом, а
силы инерции уравновешиваются уп-
ругими силами пружин 5.

По приведенной схеме строились
машины фирм На^й и МАИ.
Усилие, действующее на испытуемый
образец, в машинах фирмы На1^Ь
определяют путем измерения усилия,
развиваемого электромагнитом. Для
этого на полюсах якоря 4 предусмо-
трены катушки (на рис. 39 не показа-
ны), в которых индуцируется ЭДС,
пропорциональная амплитуде изме-
нения магнитного потока и изменяю-
щаяся синусоидально с частотой трка,
питающего электромагнит (с частотой
нагружения испытуемого образца).
ЭДС измеряют чувствительным вольт-
метром переменного тока, шкала ко-
торого проградуирована в единицах
силы. Амплитуда усилия электромаг-
нита пропорциональна квадрату ам-
плитуды изменения магнитного по-
тока.

Усилие, действующее на испытуе-
мый образец в машинах фирмы МАЫ,
определяют динамометром, упругий

27. Основные параметры машин
фирм На№Ь и МА К

Фирма	Рабо- чая ча- стота, Гц	Пере - менная сила	Стати- ческая сила растя- жения
		Н	
НаЩЪ .	33	±20 000	±50 000
МАМ	50	±35 000	±70 000

элемент которого включен последова-
тельно между захватом 1 и верхней
траверсой станины машины.

Основные параметры машин приве-
дены в табл. 27.

Принципиальная схема высоко-
частотной электромагнитной машины
ЬеЬг фирмы ЗсЬепск приведена на
рис. 40. Колебательная система ма-
шины представляет собой якорь 7
(рис. 40, а), укрепленный на трубчатом
упругом элементе 11, жестко соеди-
ненном со станиной 10. Испытуемый
образец 5 закрепляют в захвате, рас-
положенном на якоре и в захвате 5,
находящемся на упругом элементе 2
динамометра. Динамометр жестко
соединяют с колоколообразной инер-
ционной массой /, которая опирается
на пружины 13. Статическую нагрузку
на испытуемый образец создают путем
сжатия пружин 13 червячно-винтовыми
механизмами 12. Параллельно пру-
жинам 13 устанавливают несколько
дополнительных пружин (не показаны
на рис. 40, а), которые уравновеши-
вают собственный вес массы 1. Пере-
менная нагрузка возбуждается элект-
ромагнитной системой Я, содержащей
катушки 1 (рис. 40, б), питаемые пере-
менным током от. высокочастотного
генератора 3, который приводится
во вращение электродвигателем 4, и
катушки 2, питаемые постоянным то-
ком. Последовательно с катушками 2
включен дроссель Др, увеличиваю-
щий сопротивление цепи переменному
току и таким образом снижающий шун-
тирующее . действие цепи подмагни-
чивания на цепь возбуждения с ка-
тушками 1. Ток подмагничивания уста-
навливают реостатом Д2 и измеряют
амперметром А. Последовательно с ка-
Рис. 40. Высокочастотная машина «ЕеЪг» фирмы $сИепск:
а — конструкция; б — электрическая схема

тушками 1 включают батарею конден-
саторов С и реостат Электрический
колебательный контур, состоящий из
индуктивностей обмоток генератора,
электромагнита и емкости конденса-
торов С, настраивают на частоту коле-
баний питающего тока. Реостатом Д2
можно регулировать добротность этого
колебательного контура.

Динамическая схема такой машины
показана на рис. 6, в. Таким образом,
эта машина является резонансной с
косвенным возбуждением колебаний.
Резонатор машины образован жестко-
стью упругого элемента 11 (см.
рис. 40, а) и массой якоря 7 с присоеди-
ненными к нему элементами. Частоту
колебаний резонатора можно изменять
установкой на якорь 7 дополнитель-
ных грузов 6.

Изменение жесткости образца в про-
цессе испытаний в результате образо-
вания трещины усталости мало влияет
(не более 2—3 %) на частоту собствен-
ных колебаний механической колеба-
тельной системы машины.

Механическая и электрическая коле-
бательные системы машины сильно
связаны, и, изменяя расстройку и доб-
ротность электрической колебатель-
ной системы при налаживании машины,
получают результирующую резонанс-
ную характеристику с плоской вер-
шиной при 480—520 Гц.

Статическую нагрузку на испытуе-
мый образец определяют индикато-
ром 9 (см. рис. 40, а) часового типа,
измеряя деформацию пружин 13.

Переменную нагрузку на испытуе-
мый образец определяют, измеряя раз-
мах колебаний захвата микроско-
пом 4у а также измеряя амплитуду ви-
бросмещения захвата индуктивным дат-
чиком 16 с регистрирующим прибо-
ром /7.

В машине предусмотрено измерение
амплитуды вибросмещения якоря
электромагнитного возбудителя коле-
баний индуктивным датчиком 14 с
регистрирующим прибором 15.

Эти машины обеспечивают испыта-
ния образцов на усталость с частотой
нагружения 500 Гц при одновременном
воздействии статической растягиваю-
щей нагрузки до 20 000 Н и перемен-
ной синусоидальной нагрузки с ампли-
тудой до 20 000 Н.

На рис. 41 показана схема резонанс-
ной машины «Еззаи ипб Уо1§1», ра-
ботающей в режиме автоколебаний.
Испытуемый образец 3 закрепляют
в захватах. Захват 2 расположен на
станине машины, а другой захват на
якоре 4 электромагнитного возбуди-
теля 6 колебаний. Катушка 1 подмаг-
ничивания питается постоянным то-
ком через дроссель Др и реостат /?/.
Катушка 5 возбуждения включена
во вторичную обмотку выходного транс-
форматора Тр последовательно с кон-
денсатором С и реостатом Д2. Первич-
ная обмотка трансформатора Тр под-
ключена к выходу электронного уси-
лителя 7 мощности низкой частоты,
вход которого подключен к части вит-
ков вторичной обмотки трансформа-
тора Тр. Собственная частота коле-
баний механической колебательной
системы определяется жесткостью ис-
пытуемого образца и присоединенных
к нему масс якоря с захватом. Частота
электрического колебательного кон-
тура, образованного индуктивностями
вторичной обмотки трансформатора и
обмотки возбуждения 5, а также ем-
костью последовательно включенного
конденсатора С, настраивается на
частоту механической колебательной
системы. Дроссель Др уменьшает за-
тухание, вносимое в электрический
колебательный контур обмоткой 1.
Реостатом можно изменять доброт-
ность электрического колебательного
контура. Поскольку электрический и
механический колебательные контуры
оказываются сильно связанными, вся
система возбуждается на одной ча-
стоте и работает в режиме автоколеба-
ний. Машина обеспечивает испытания
при симметричном цикле нагружения
с частотами до 500 Гц.

На рис. 42 показана резонансная
машина с косвенным нагружением,
работающая в режиме автоколебаний,
«М1кго1топ 654», изготовляемая фир-
мой ЗАЮАМЕЬ (Швейцария). Испытуе-
мый образец 7 зажимают в захватах 6
и 9. Поперечина 4 центрирует динамо-
метр с захватом по оси машины. Коле-
бательная система машины центри-
руется плоской пружиной 19. Сигнал
с тензорезисторов, пропорциональный
действующей на испытуемый образец
нагрузке и содержащий информацию
о частоте колебаний, подается на пред-
варительный усилитель 8, с выхода
которого он поступает на измеритель 11
амплитуды переменной нагрузки и
измеритель 12 статической составляю-
щей нагрузки, действующей на испы-
туемый образец. Нагрузки регистри-
руются стрелочными приборами. Сиг-
нал с выхода измерителя 11 подается
на усилитель мощности 14, питающий
электромагнитный возбудитель коле-

Рис. 41. Резонансная машина «Еззаи
ип4

Рис. 42. Резонансные машины с косвен-
ным нагружением «М1кго1гоп 654»,
8АОАМЕЕ:

1 — винтовой механизм статического на-
гружения; 2 — верхняя траверса; 3 —
колонны; 4 — поперечина; 5 — тензо-
резисторный датчик силы; 6, 9 — за-
хваты; 7 — испытуемый образец; 8 —
предварительный усилитель; 10 — стол;
11, 12 — измерители соответственно ам-
плитуды переменной нагрузки и стати-
ческой составляющей нагрузки; 13 —.
пружинные опоры стола; 14 — усили-
тель мощности; 15 — счетчик числа цик-
лов нагружения; 16,	18 — овальные

пружины резонатора; 17 — сменные гру-
зы; 19 — плоская пружина; 20 — ко-
лонны; 21 — нижняя траверса; 22 —
электромагнитный возбудитель колеба-
ний; 23 — якорь возбудителя колебаний
Рис. 43. Высокочастотный электромаг-
нитный пульсатор «У1Ьго1ог» фирмы

АИгед Ат$1ег

баний. Число циклов нагружения под-
считывается счетчиком 15.

Колебательная система машины мо-
жет быть представлена динамической
схемой, изображенной на рис. 6, в.

Частота нагружения испытуемого
образца очень мало зависит от его же-
сткости и определяется параметрами
резонатора, образованного сменными
грузами 17 и овальными пружинами 16
и 18. Изменяя массу грузов, можно
в некоторых пределах менять рабочую
частоту машины.

Машина позволяет проводить испы-
тания при симметричных и асимме-
тричных циклах нагружения.

Технические характеристики
машины <М1кго1гоп 654»

Наибольшая нагрузка, Н:
на образец .................

статическая растяжения или
сжатия ...................

Наибольшая амплитуда пере-
менной нагрузки, Н .........

Наибольшая амплитуда пере-
мещения активного захвата, мм
Диапазон рабочих частот, Гц
Характеристики силоизмери-
телей;

5000

5000

±2500

±2
40—230

чувствительность тензорезл-
сторного датчика динамоме-
тра, мВ/В ................. 1,66

напряжение питания датчи-
ка, В .................... 12

погрешность, отнесенная
к номинальному значению
измеряемой динамометром
нагрузки, %	............ 0,5

верхний предел диапазонов
измерения указывающих
приборов, Н............... 1000

и 5000

дрейф нуля, %, не более	0,5

нелинейность амплитудной
характеристики, %, не более	0,5

нелинейность частотной ха-
рактеристики в диапазоне
0—50 кГц, В, не более ...	0,1

На рис. 43 показан высокочастот-
ный электромагнитный пульсатор
«ХЧЬгоГог» фирмы АИгед Ашзкг (Швей-
цария). Испытуемый образец 16 за-
жимают в захваты 15 и 17. Захват 17
расположен на трубчатом упругом
элементе 18 динамометра, установлен-
ного на плите 20, которая крепится
к массивному бетонному фундаменту 21,
установленному на цилиндрических
винтовых пружинах. Машины комплек-
туют двумя динамометрами: одним на
номинальную нагрузку, равную 0,2
от максимальной нагрузки машины,
другим — на максимальную нагрузку
машины.

Активный захват 15 жестким што-
ком 13 соединен с плитой 12 и ниж-
ней ветвью овальной пружины 11.
На фланец штока 13 можно устанавли-
вать четыре сменных груза 14. Плита 12
тягами 10 соединена с якорем 9 элек-
тромагнитного возбудителя 8 колеба-
ний, который укреплен на фланце 6
винта 2. Фланец связан тягами 7
с плитой 34, соединенной с верхней
ветвью пружины 11. Плита 34 цен-
трируется по оси машины поперечи-
ной" 35. На колоннах 5 укреплена
верхняя траверса 4, на которой нахо-
дятся механизм 3 статического на-
гружения с ходовым винтом 2 и при-
водной электродвигатель 1. Механизм 3
используют также для изменения вы-
соты рабочего пространства машины
(расстояние между захватами для об-
разца). У механизма статического на-
гружения есть ручной привод (не по-
казан на рисунке).

На поперечине 35 установлен ин-
дуктивный датчик 36, якорь которого,
имеющий демпфер, соединен податли-
вой пружиной 33 с плитой 12. Сигнал
с датчика подается на блок 38 управле-
ния приводом статического нагруже-
ния, на который поступает также сиг-
нал с задатчика 39, определяющий ве-
личину и знак (растяжение или сжа-
тие) статической нагрузки, которая
поддерживается с погрешностью, не
превышающей ±1 % от установлен-
ной величины.

На упругом элементе динамометра
укреплен якорь индукционного дат-
чика 28. Сигнал датчика, несущий ин-
формацию о виброскорости активного
захвата 17 и частоте колебаний, по-
дается на устройство управления ма-
шиной и питания электромагнитного
возбудителя колебаний, которое обес-
печивает настройку режима автоколе-
баний и амплитуды переменной на-
грузки на испытуемый образец. Вну-
три упругого элемента динамометра
вдоль его оси расположена тяга 19,
одним концом соединенная с фланцем
динамометра, нд котором укреплен
захват 17, а другим — с механизмом 22,
преобразующим линейные перемеще-
ния тяги в угловые перемещения зер-
кальца 23. Луч света от источника 24
падает на зеркальце, и. отразившись
от него, на шкалу 25. Положение на
шкале отраженного луча определяет
статическую нагрузку на образец.
Высота световой полоски, получаю-
щейся на шкале при колебаниях,
пропорциональна размаху перемен-
ной нагрузки, действующей на обра-
зец. При настройке машины шторку 26
устанавливают Так, чтобы на фотоэле-
мент 27 луч света попадал лишь тогда,
когда он выйдет за кромку шторки.
Получающийся' в этом случае сигнал
с фотоэлемента служит для ограни-
чения амплитуды нагрузки на задан-
ном пределе. Поскольку ограничи-
тель реагирует только на верхний
уровень переменных нагрузок, аппара-
туру возбуждения при пуске машины
настраивают так, чтобы был запас мощ-
ности возбуждения, достаточный для
компенсации уменьшения усилия,
возможного в процессе испытания, по
различным причинам, т. е. при выклю-
ченном ограничителе амплитуда на-
грузки должна превышать заданную.
При нормальном положении шторки

ее кромка находится на уровне того
деления шкалы 25, которое соответ-
ствует максимальной нагрузке цикла
и заданной амплитуде переменной
нагрузки.

Сигнал индукционного датчика 28
через потенциометр 29 подается на
вход суммирующего усилителя 30,
на выходе которого включен трансфор-
матор Тр. Параллельно первичной
обмотке трансформатора включена
батарея конденсаторов С1 с переклю-
чателем, имеющая переменную ем-
кость. Батарея конденсаторов С1 слу-
жит для настройки по фазе, а потенцио-
метр 29—для настройки по ампли-
туде, автоколебаний. Со вторичной об-
мотки трансформатора сигнал подается
на вход усилителя 32 мощности, со-
стоящего из двух параллельно вклю-
ченных электровакуумных триодов.
Режим работы триодов зависит от
входного сигнала, при максимальной
выходной мощности триоды работают
с токами сетки (режим С).

Нагрузкой выходного каскада яв-
ляется настраиваемый контур, обра-
зованный обмотками электромагнит-
ного возбудителя 8 колебаний и бата-
реей конденсаторов С2 с переключа-
телем, имеющей переменную емкость,
причем конденсаторы подключены па-
раллельно обмотке подмагничивания,
питаемой выпрямителем 37. Перед
включением машины в зависимости от
ожидаемой рабочей частоты переклю-
чатели батарей конденсаторов С1 и С2
устанавливают в положения, указан-
ные в прилагаемой к машине таблице.
Оптимальные положения переключа-
телей соответствуют минимальному
анодному току при заданной нагрузке
на образец, измеряемому амперметром
А, что соответствует балансу фаз и
амплитуд автоколебательной системы.

Сигнал с фотоэлемента 27 усиливает-
ся усилителем 31 с регулируемым
коэффициентом передачи. Сигнал с
выхода этого усилителя подается на
второй вход суммирующего усилителя.
Сигналы на входах усилителя 30
противоположны по фазам. Положе-
ние ручки потенциометра 29 и коэффи-
циент передачи усилителя 31 выбирают
такими, чтобы существовало динами-
ческое равновесие сигналов на уровне,
зависящем от положения кромки
шторки 26. Слишком большой сигнал
возбуждения с потенциометра 29
так же, как и слишком большой сиг-
нал с усилителя 31, приводят к не-
устойчивой работе машины.

Счетчик числа циклов нагружения
-снабжен синхронным двигателем с си-
стемой управления, работающей по
сигналу с предварительного усили-
теля 30. Электронное реле отключе-
ния системы возбуждения получает
сигнал с предварительного усили-
теля 30 и может быть настроено на
определенный этап развития трещины
усталости в испытуемом образце, так
как развитие трещины сопровож-
дается падением сигнала возбуждения.

Динамическая схема машины изобра-
жена на рис. 6, б, откуда ясно, что
«У1‘ЬгоГог» является машиной с пря-
мым эластичным возбуждением. Ра-
бочая частота определяется жесткостью
испытуемого образца и массой смен-
ных грузов 14.

Машины фирмы АИгед Ат§1ег
(Швейцария) рассчитаны на предель-
ную нагрузку в 20 000 и 100 000 Н.
Машинам придаются приспособления,
позволяющие испытывать образцы на
растяжение-сжатие, кЪнсольный и
чистый изгиб, кручение, а также прис-
пособления для испытаний на уста-
лость зубьев шестерен и т. д.

Точно такие же машины модели АУ-10
выпускает фирма Токуо Кок1 (Япо-
ния). Набор дополнительных приспо-
соблений полностью соответствует ма-
шинам У1ЬгоГог.

Фирма \Уо1рег1 (ФРГ) выпускает
модернизированный вариант этих
машин — 10НРР1478, сохранив для
них фирменное обозначение «Аш81ег».
Детали колебательной системы машины
оставлены без изменения. Основание
машины представляет собой не бетон-
ный блок, а массивные прямоугольные
плиты, соединенные между собой же-
сткими тягами. Между плитами уста-
новлены пружины.

Оптический динамометр заменен ди-
намометром с тензорезисторными пре-
образователями. Указывающий при-
бор динамометра имеет четыре диапа-
зона измерений.

В комплект машины входит тензо-
метр для измерения переменных де-
формаций испытуемого образца.

Система управления машиной в связи
с переходом от электровакуумных
ламп к полупроводниковым приборам
претерпела большие изменения. Ме-
ханизм статического нагружения осна-
щен тиристорным приводом, позво-
ляющим проводить испытания при
статической составляющей, изменяю-
щейся с частотой 3,2 мин х. Усилитель
мощности, питающий электромагнит-
ный возбудитель колебаний, транзи-
сторный. Машина снабжена системой
управления, позволяющей программи-
ровать статическую и динамическую
составляющие нагрузки на образец.

Силоизмерительное устройство снаб-
жено двумя^ стрелочными указываю-
щими приборами: один служит для
измерения статической составляющей
и имеет нуль посредине шкалы (ле-
вая часть соответствует нагрузке сжа-
тия, а правая — нагрузке растяже-
ния), второй предназначен для изме-
рения динамической составляющей.

Фирма АУо1рег1 выпускает высоко-
частотный пульсатор 20 НРР 1430
с предельной нагрузкой 200 кН. Кон-
струкция его аналогична конструкции
«Ат81ег». Динамическая схема этой
машины приведена на рис. 6, в; ма-
шина снабжена резонатором, параметры
которого в основном определяют
рабочую частоту. Узлы, электронное
оборудование и дополнительные прис-
пособления такие же, как у машины
10НРР1478.

Акционерное общество Сеог^ Р1зс-
Ьег—Атз1ег (ФРГ) рекламирует вы-
сокочастотные электромагнитные пуль-
саторы пяти типоразмеров: 20; 30; 100;
150 и 450 кН. У всех машин (за ис-
ключением двух последних) конструк-
ция как у 10НРР1478. В наибольшей
степени отличается механической
частью машина «Огозз Вгибег» на пре-
дельную нагрузку в450 кН. Верхняя
траверса машины снабжена электро-
приводом гаек, взаимодействующих с
резьбовой частью двух колонн, и мо-
жет устанавливаться в некоторых пре-
делах по высоте. Это движение позво-
ляет изменять высоту рабочего про-
странства. На верхней траверсе уста-
новлены электропривод и винтовой
механизм статического нагружения
образца.
28. Высокочастотные пульсаторы зарубежного производства

Параметр	АИгеб Атз1ег (ФРГ)		Токуо Кок! (Япония)	АУо!рег1 —Атз1ег (ФРГ)		беогб Р!зЬег— Атз1ег (ФРГ), бгбззе Вгидег
	!  2НРР421 	;!	10НРР422	, АУ-1	10НРР1478	20НРР1430	
Максимальная нагрузка, кН: за цикл статическая в	±20	±100			4-200	±450
Максимальная амплитуда переменной нагрузки, кН	±10	±50			±100	±225
Диапазон рабочих частот, Гц	35 — 240	60—300		50—260	50—230	40—300
Погрешность, %: динамометра, отнесен- ная к номинальной на- грузке поддержания заданной динамической нагрузки	±1,5  ±1			. —	±0,1	±1,5  ±1
Наибольшее удлинение об- разца мм	±1,2		±0,6	±1,25	±1,4	—
Максимальная скорость пе- ремещения (установочного) активного за'хвата, мм/мин	140	38	29	120	400	

Машина снабжена двумя парал-
лельно включенными пружинами ста-
тического нагружения такой же формы,
как и в машинах на меньшую нагрузку.
Плита 12 (см. рис. 43) представляет
собой жесткую крестовину, соединен-
ную с нижними ветвями пружины ста-
тического нагружения и четырьмя
тягами с жесткой плитой. В нижней
части плиты предусмотрены пазы для
установки верхнего захвата или прис-
пособления для испытаний на изгиб,
кручение и т. д., а на верхней ее по-
верхности между тягами укрепляют
сменные грузы.

Машина снабжена оптическим дина-
мометром и устройством с фотоэлемен-
том для стабилизации переменной на-
грузки (см. рис. 43).

Динамическая схема машины оста-
лась прежней (см. рис. 6, б).

Основные данные высокочастотных
пульсаторов зарубежного производ-
ства представлены в табл. 28.

На рис. 44 показана схема машин
отечественного производства для испы-
таний на усталость: ВП-10У и
УРС-10/30 000 с электромагнитным
возбуждением колебаний.

Динамическая схема машин приве-
дена на рис. 6, б. Машины работают
в режиме автоколебаний при прямохм
нагружении образца.

Испытуемый образец 18 (рис. 44)
зажимают в захваты 17 и 19. Нижний
захват расположен на упругом эле-
менте датчика силы 21, который ук-
реплен в массивной станине 20. Ста-
нина укреплена на массивном бетон-
ном блоке 22, устанавливаемом на
спиральных пружинах на пол лабора-
тории. Верхний захват укреплен на
фланце 15, соединенном жестким
стержнем 13 с плитой /2. На фланец 15
могут быть установлены сменные
грузы 14, которые служат для изме-
нения рабочей частоты машины при
испытании образцов одной жесткости.
Плита 12 соединена с нижней гетвью
пружины 10 статического нагружения
образца. Верхняя ветвь этой пружины
соединена с поперечиной 9и корпусом 5
электромагнитного возбудителя коле-
баний. В машинах устанавливают диф-
ференциальный поляризованный элек-
тромагнитный возбудитель, якорь 7
которого соединен тягами 11 с, плитой
12. Верхний 6 и нижний 8 электро-
магниты снабжены катушками подмаг-
ничивания и возбуждения, соединен-
ными последовательно. Корпус 5
ходовым винтом 1 связан с механизмом
2 статического нагружения, имеющим
электродвигатель 57.

В машинах применены вибрационно-

частотные датчики силы (см. гл. 23).
В середине упругого элемента перпен-
дикулярно его оси выполнено отвер-
стие диаметром, равным 0,2—0,25 диа-
метра упругого элемента. Внутри от-
верстия в плоскости, проходящей через
его диаметр перпендикулярно оси уп-
ругого элемента, сделана балочка
прямоугольного сечения. Электро-
магнитные преобразователи располо-
жены напротив широких сторон ба-
лочки, один из них является возбуди-
телем колебаний, а другой — преобра-
зует поперечные колебания балочки
в электрический сигнал. Преобразо-
ватели включены соответственно на
выход И"вход усилителя. При приложе-
нии к упругому элементу усилия вдоль
его оси балочка испытывает растяги-
вающие или сжимающие напряжения.
Частота колебаний балочки функцио-
нально зависит от, прикладываемого
усилия. Сигнал с выхода усилителя
датчика, имеющий форму меандра,
подается на полосовой фильтр 25.
Средняя частота фильтра равна сред-
ней рабочей частоте датчика, а полоса
пропускания — не менее удвоенной
максимальной рабочей частоты маши-
ны, т. е. не менее 1000 Гц. Сигнал с
фильтра поступает на смеситель 26,- на
который подается также сигнал от ге»
нератора 23 опорной частоты. Фильтр
27 выделяет из сигнала смесителя
сигнал с частотой, равноц сумме (или
разности) частот датчика и генератора
опорной частоты. Полоса пропускания
фильтра 27 не менее удвоенной макси-
мальной рабочей частоты машины.
Сигнал на выходе дискриминатора 28
несет информацию о статической и ди-
намической составляющих нагрузки
на образец. После фильтра 29 ниж-
них частот сигнал подается на калибро-.
ванные делители 30 и 32 напряжения,
а после детектора 24 — на калибро-
ванные делители 31 и 33 напряжения.
Калиброванные делители позволяют
выбирать пределы измерения в отно-
шении 1:2:5.

На фланце 15 равномерно по окруж-
ности и на* равном расстоянии от оси
машины установлены пьезоэлектриче-
ские датчики ускорения 16, которые
включены на вход сумматора 34.
Сигнал с выхода сумматора пропорцио-
нален ускорению фланца 15 и связан-
ного с ним активного' захвата 17,
направленному вдоль оси машины.
После сумматора включены два ин-
тегратора 35 и 36. Сигнал с выхода
интегратора 36, пропорциональный
вибросмещению активного захвата,
детектируется пиковым детектором 37.

Показания измеряемых параметров
регистрируются, автоматическим элек-
тронным показывающим потенцио-
метром 38 с круглой шкалой и автома-
тическим самопишущим потенцио-
метром 39 с ленточной диаграммой.
Оператор, обслуживающий машину,
пользуясь переключателем П1, мо-
жет измерять амплитуду колебаний
активного захвата или статическую
составляющую и максимальную на-
грузку за цикл. На ленту самописца
наносятся одновременно три диа-
граммы: амплитуда колебаний актив-
ного захвата — время; статическая со-
ставляющая нагрузки — время; мак-
симальная нагрузка за цикл — время.
Это позволяет контролировать весь
ход испытаний и наблюдать отработку
системой автоматического управления

ступеней заданной программы нагру-
жения или деформирования испытуе-
мого образца.

Сигнал с интегратора 35 через огра-
ничитель 40 и регулируемый фазо-
вращатель 41 подается на потенцио-
метр 42, с выхода которого через пред-
варительный усилитель 46 — на вход
усилителя мощности 49, питающего
обмотки электромагнитного возбуди-
теля колебаний. Фазовращатель слу-
жит для установления баланса фаз
сигналов в электромеханической коле-
бательной системе машины — для
настройки режима автоколебаний.

На схему 44 сравнения через пере-
ключатель П2 может быть подан сиг-
нал, пропорциональный амплитуде ко-
лебаний активного захвата, или сиг-
нал, пропорциональный максимальной
нагрузке за цикл. На другой вход
схемы сравнения через переключа-
тель ПЗ поступает сигнал программы.
Этот сигнал в виде постоянного напря-
жения снимают либо с источника 52
опорного напряжения, либо с про-
грамматора 53. * Балансировку схемы
сравнения производят по показаниям
нуль-индикатора 45. Алгебраическая
сумма сигналов, действующих на вхо-
дах схемы сравнения, пройдя через
цепь 43 коррекции, является управ-
ляющим сигналом для потенциометра
42, который выполнен в виде делителя
в коллекторной цепи транзистора.
Одно плечо делителя образовано по-
стоянным резистором, а другое —
внутренним сопротивлением электрон-
ной лампы (или полевого транзистора).
Управляющее напряжение действует
на сетку электронной лампы (затвор
транзистора). Эта схема отличается
достаточной «глубиной» регулирова-
ния, обеспечивая программирование
в пределах 10—100 % измеряемого
параметра с запасом 20 дБ. Кроме того,
она позволяет простым переключе-
нием П2 проводить испытания в режиме
заданных амплитуд колебаний актив-
ного захвата (жесткое нагружение)
и режиме заданных нагрузок (эластич-
ное нагружение). Автоматически вы-
ключается машина при разрушении
испытуемого образца 18 или сниже-
нии частоты колебаний до заданного
значения. В первом случае режим
32	33

Рис. 45. Резонансные машины
1254У РС-10/18000 и 1249УРС-2/18000

автоколебаний, реализуемый цепью об-
ратной связи, которая включает огра-
ничитель 40 и регулируемый фазо-
вращатель 41, нарушается и напря-
жение на выходе нормирующего уси-
лителя 47 падает до нуля. При этом
релейный каскад 50 отключает блоки
54 и 55, питающие усилитель мощности
и, обмотку подмагничивания возбуди-
теля колебаний. В случае равенства
заданной частоты и частоты колеба-
ний образца сигнал, усиленный уси-
лителем 48, со схемы сравнения 51
поступает на релейный каскад 50,
и отключение блоков 54 и 55 происхо-
дит аналогично. Такая схема расши-
ряет возможности машины. Она, на-
пример, позволяет изучать скорость
роста трещин усталости в образце.

В комплект машин входит электрон-
ный счетчик циклов нагружения.
Электродвигатель 57 механизма ста-
тического нагружения управляется
блоком 56, который позволяет произ-
водить перестановочное (в зависимости
от длины образца) перемещение актив-
-ного захвата или устанавливать ста-
тическую нагрузку.

Машина ВП-10У снабжена блоком
дистанционного управления, благо-
даря которому аппаратурные стойки

машины можно устанавливать на рас-
стоянии до 50 м в звукоизолированном
помещении, и печью ПР-500-314 с
водяным охлаждением, позволяющей
программировать скорость нагрева,
выдержку при температуре и охлаж-
дение испытуемого образца.

На рис. 4§ показана схема машин
отечественного производства для испы-
таний на усталость 1254УРС-10/18000
и 1249УРС-2/18000 с электромагнит-
ным возбуждением колебаний. Ма-
шины работают в режиме автоколеба-
ний при прямом эластичном нагруже-
нии образца. Динамическая схема
машин приведена на рис. 6, б.

Испытуемый образец 13 (рис. 45)
зажимают в захваты 12 и 14. Зах-
ват 14 находится на упругом элементе
датчика силы 20, имеющем тензорези-
сторные преобразователи. Активный
захват 12 жестко соединяется с флан-
цем штока 9 и упругой поперечи-
ной 11. Жесткость упругой попере-
чины в направлении оси машины мала,
а в направлениях, перпендикулярных
оси машины, — значительна. На фла-
нец штока 9 устанавливают сменные
грузы 10 для изменения частоты ко-
лебаний. Шток 9 соединяется с якорем 8
электромагнитного возбудителя 6 ко-
лебаний, корпус которого поперечи-
ной 7 жестко связан с колоннами 3
машины. Якорь 8 тягами 5 соединяется
с нижней ветвью пружины 4 статиче-
ского нагружения испытуемого об-
разца. Верхняя ветвь пружины свя-
зана с червячно-винтовым механиз-
мом 1 статического нагружения, при-
водимым в движение электродвига-
телем. Верхняя траверса 2, колонны 3
и нижняя траверса 17 образуют же-
сткую подвижную раму машины,- так
как колонны могут перемещаться в на-
правляющих 15, имеющих цанговые
зажимы. В нижних частях колонн 3
сделана винтовая нарезка. Эти части
взаимодействуют с червячно-винтовым
приводом 16. Направляющие 15, при-
вод 16 и упругий элемент датчика 20
силы расположены на массивной ста-
нине 18, которая прикреплена к мас-
сивному бетонному блоку 19. Блок 19
покоится на четырех спиральных пру-
жинах, размещенных в подкладках,
устанавливаемых на пол лаборатории.
Установка подвижной рамы д*^сти-
гается поступательным перемещением
колонн от привода 16. Колонны могут
перемещаться с двумя скоростями:
повышенной — для установочного
(холостого) хода и пониженной — со-
ответствующей скорости перемещения
винта механизма статического нагру-
жения.

Приводы механизма статического
нагружения и рамы снабжены систе-
мами 32 и 33 автоматического управле-
ния по сигналам от автоматического
регулятора 25 статической составляю-
щей нагрузки на образец и от блока 31
датчика 29 зазора между якорем и по-
люсами электромагнита. Такая кон-
струкция позволяет автоматически’под-
держивать постоянный зазор при из-
менении уровня статической нагрузки,
т. е. изменение последней оказывает
минимальное влияние на амплитуду
переменной нагрузки.

Сигнал тензорезисторных преобразо-
вателей датчика силы, несущий ин-
формацию о статической составляющей
нагрузки и -максимальной нагрузке
за цикл нагружения, обрабатывается
измерителем 23 нагрузки, с которым
связаны цифровые четырехразрядные
указатели 21 и 22 этих параметров.
С измерителя нагрузки также пода-
ются сигналы на блок 28 настройки
режима автоколебаний, автоматиче-
ский регулятор 25 статической состав-
ляющей и автоматический регулятор 26
максимальной нагрузки. Автоматиче-
ские регуляторы связаны с соответ-
ствующими программаторами 24 и 27
нагрузок. Блок настройки содержит
ограничитель амплитуды сигнала с ча-
стотой, равной частоте колебаний ма-
шины; регулируемый фазовращатель
и аттенюатор. Сигнал автоматического
регулятора 26 управляет усилителем 30
мощности, питающим обмотку возбуж-
дения электромагнита 6. Обмотка под-
магничивания электромагнита питается
от автономного блока. Машина ком-
плектуется счетчиком циклов нагру-
жения, с которого снимаются сигналы
Для управления программаторами.

Для испытаний образцов из материа-
лов с большим внутренним демпфиро-
ванием больше подходят машины с кос-
венным возбуждением колебаний, соз-
даваемая переменная нагрузка в ко-

рне. 46. Резонансная машина В П-40
с косвенным нагружением:

1 — поперечина; 2 — верхняя траверса;
3, 4 — ветви пружины статического нагру-
жения: соответственно верхняя и ниж-
няя; 5 — резонатор; 6 — колонны с вин-
товой нарезкой; 7 — станина; 8 — бе-
тонный блок; 9 — вибрационно-частот-
ный датчик силы; /<?,	12 — опорные

плиты; 11 — испытуемый образец; 13 —
пьезоэлектрический датчик ускорения;

14 — сменные грузы; 15 — перестановоч-
ные элементы, соединяющие ветви пру-
жины статического нагружения; 16 —
шток; 17 — якорь; 18 — дифференциаль-
ный электромагнитный возбудитель ко-
лебаний

торых мало зависит от физического со-
стояния испытуемого образца.

На рис. 46 показана машина ВП-40,
предназначенная для испытаний об-
разцов из бетона и других материалов
с большим декрементом колебаний.
Машина обеспечивает знакопостоян-
ную нагрузку (сжатия) на испытуемый
образец. При применении реверсора
можно проводить испытания на растя-
жение образца. Динамическая схема
машины изображена на рис. 6, в.

Испытуемый образец 11 устанавли-
вают между плитами 10 и 12. На верх-
ней траверсе смонтированы дифферен-
циальный электромагнитный возбуди-
тель 18 колебаний и червячно-винтовой
механизм статического нагружения и
установочного перемещения верхней
траверсы. Гайки этого механизма вза-
Рис. 47. Резонансная машина 1743УРС-0,5/15000 с косвенным нагружением:

а — конструкция; б — установка сменных грузов для осуществления прямого нагру-
жения; в — резонатор для косвенного нагружения с увеличенной амплитудой колеба-
ний активного захвата

имодействуют с той частью колонн 6,
жестко укрепленных на станине 7,
где нанесена винтовая нарезка. Крылья
резонатора 5 выполнены в виде плоских
пружин равной жесткости на изгиб.
Жесткость пружины статического на-
гружения может быть изменена пере-
становкой элементов 15. На средней
части резонатора равномерно по ок-
ружности и на равном расстоянии от
оси машины расположены пьезоэлек-
трические датчики ускорения 13.
Пульт управления машиной такой же,
как машиной ВП-10У.

В комплект машины ВП-40 входит
_ катетометр со стробоскопом, имеющим
импульсную лампу, фаза и частота
вспышек которой могут быть отрегу-
лированы по сигналам от системы воз-
буждения колебаний так, что можно
наблюдать крайние положения колеб-
лющегося объекта. Это устройство
позволяет измерять статическую де-
формацию и амплитуду переменной

деформации испытуемого образца, а
также изучать изменение деформации
вдоль оси испытуемого образца.

На рис. 47 показана машина 1743
УРС-0,5/15000, предназначенная для
испытания образцов материалов на
кратковременную ползучесть при ис-
пытаниях на усталость.

Динамическая схема машины изо-
бражена на рис. 6, в. Силовой контур
машины включает в себя верхнюю раму,
состоящую из подвижной верхней тра-
версы 3 с зажимом 2 (рис. 47, а);
две колонны 7, соединенные сверху
поперечиной и снизу плитой 9; ниж-
нюю раму, состоящую из колонн 11,
жестко укрепленных в плите 9, и
нижней траверсы 26; механизм 28
статического нагружения, ходовой
винт 30 которого связан с траверсой 23;
направляющие 15, соединенные с тра-
версой 23; пружины 14 и 19 статиче-
ского нагружения, связанные с на-
правляющими 15; шток 18, соединяю-
щий средние жесткие части пружин
статического нагружения; шток 5,
связывающий пружины статического
нагружения с нижним активным за-
хватом 7 для испытуемого образца 6;
упругий элемент датчика 4 силы, ук-
репленный на верхней траверсе 3
и несущий пассивный захват 5. Плита 9
через пружины 10 соединена со стани-
ной 12, опертой на пружины 27, уста-
новленные в подкладках на полу ла-
боратории. На траверсе 23 смонтиро-
ван червячно-винтовой механизм 25,
ходовой винт 32 которого соединен
с корпусом электромагнитного возбу-
дителя 22 колебаний. Корпус может
перемещаться по направляющим 33.
Якорь 21 возбудителя колебаний со-
единен со штоком 18, на котором ук-
реплен резонатор 17, представляющий
собой симметричную плоскую балку
равной жесткости на изгиб с жесткой
средней частью. На концах этой балки
расположены сменные грузы 16. Между
корпусом и якорем возбудителя уста-
новлены индуктивный 20 и контакт-
ный 34 датчики воздушного зазора
магнитной цепи возбудителя колеба-
ний. Строго по оси штока 8 установлен
пьезоэлектрический датчик 13 ускоре-
ния.

Датчик силы — с тензорезистор-
ными преобразователями, сигнал ко-
торых обрабатывается блоком 44 из-
мерения нагрузки. К этому блоку при-
соединен цифровой указатель 45 ста-
тической составляющей нагрузки на
образец. Для регистрации максималь-
ной нагрузки за цикл к блоку 44
может быть подключен через переклю-
чатель П1 цифровой указатель 46.
Переменная составляющая сигнала
датчика силы подается на блок 40,
состоящий из ограничителя, регули-
руемого фазовращателя и атенюатора.
Сигнал с выхода блока 40 поступает
на вход автоматического регулятора 41
циклической составляющей нагрузки
или деформации образца. Соответст-
вующий управляющий сигнал выби-
рается переключателем П2 либо с бло-
ка 44, либо с блока 42 измерения ам-
плитуды колебаний активного за-
хвата 7. В блок 42 входят интеграторы,
преобразующие сигнал датчика 13,
пропорциональный ускорению, в сиг-
нал, пропорциональный амплитуде

5 Зак. № 38

колебаний захвата. Сигнал с автомати-
ческого регулятора 41 подается на уси-
литель 39 мощности, а с него — на об-
мотку возбуждения электромагнита.
Обмотка постоянного подмагничивания
возбудителя колебаний питается вы-
прямителем 38.

Сигналы, пропорциональные стати-
ческой составляющей нагрузки, мак-
симальной нагрузке за цикл и ампли-
туде колебаний активного захвата,
поступают на автоматический само-
пишущий потенциометр 47 для записи
диаграмм в координатах параметр—
время.

Электродвигатели 29 и 31 привода
статического нагружения и привода
корпуса возбудителя колебаний уп-
равляются блоком 36. Этот блок поз-
воляет устанавливать необходимый
зазор между якорем 21 и полюсами
электромагнита возбудителя и задан-
ную статическую нагрузку на испытуе-
мый образец. В процессе испытаний
заданная статическая нагрузка под-
держивается автоматическим регуля-
тором 43, а необходимый зазор — ре-
гулятором 37 по сигналам индуктив-
ного датчика 20 и контактного датчика
34.

Датчик 24 с тензорезисторными пре-
образователями выдает сигнал, про-
порциональный статическому удлине-
нию образца (деформации ползучести).
Регистрируется этот сигнал блоком 35.

Конструкция машины позволяет
при частичной замене элементов коле-
бательной системы преобразовывать
ее в машину с прямым нагружением, и
машину с косвенным нагружением,
но с увеличенной амплитудой коле-
баний активного захвата.

Для прямого нагружения снимают
резонатор 17, а вместо него (рис. 47, б)
устанавливают фланец 49 для сменных
грузов 48. При испытании податли-
вых образцов для увеличения ампли-
туды колебаний активного захвата
снимают резонатор 17, верхнюю пру-
жину 14 статического нагружения и
шток 18, а вместо них устанавливают
(рис. 47, в) мягкую пружину 50, а
также шток 51 с фланцем для сменных
грузов 52, соединенным с пружиной-
резонатором 53, нижняя ветвь которой
соединяется с нижней пружиной 19
статического нагружения и якорем 21.
29. Основные технические характеристики высокочастотных резонансных машин
отечественного производства с электромагнитным возбудителем колебаний

Параметр	ВП-10У	УРС-10/30000	1254УРС-10/18000	1249УРС-2/18000	ВП-40	1743УРС-0,5/15000
Максимальная нагрузка растя- жения или сжатия, кН:  за цикл статическая	100			20	400 (сжатие)	5
Максимальная амплитуда пе- ременной нагрузки, кН	±50	±50	±50	±10	±200	±2,5
Диапазон рабочих частот, Гц	50—500	50—500	60—300			60—250
Погрешность (%) измерения нагрузки, начиная с 0,1 пре- дельного значения: в статике в динамике	±		±1		±3	±1
			±3			
Погрешность измерения ампли- туды колебаний активного за- хвата, % от верхнего значения каждого предела	±5		—	—	±5	
Скорость перемещения захва- та, мм/мин: установочная  при статическом нагруже- нии	2	10	20	10	—	—
		1	0,1		—	0,01-1
Число ступеней программиро- вания	13		—	—	13	—
Вместимость счетчика циклов	10*		10е		108	10»

Примечание. Погрешность поддержания заданной нагрузки или дефор-
мации ±3 %.
Основные характеристики машин
отечественного производства с элек-
тромагнитным возбуждением колеба-
ний представлены в табл. 29.

Машины с электродинамическими
возбудителями колебаний используют
для создания циклических нагрузок
в весьма широком диапазоне частот:
от десятков герц до 5—10 кГц.

На рис. 48 представлена резонанс-
ная машина с электродинамическим
возбудителем колебаний для испыта-
ний на усталость, разработанная
в ИМП АН Латвийской ССР. В уста-
новке применен электродинамический
вибростенд ВЭДС-100.

К подвижной системе 2 электродина-
мического возбудителя 1 колебаний
через фланец 3 присоединяется резо-
нансная мембрана 4, несущая актив-
ный захват 5 для испытуемого образ-
ца 5. Второй конец образца зажимают
в захват 7, расположенный на упругом
элементе датчика 8 силы, имеющего
тензорезисторные преобразователи.
Датчик силы и регистрирующая ап-
паратура 15 образуют динамометр
для измерения переменных сил, дей-
ствующих на испытуемый образец.
Датчик силы 8 укреплен на инерцион-
ном элементе 10 с большой массой.
Инерционный элемент для снижения
потерь энергии подвешен на гибких
тросах 9. К инерционному элементу
прикреплен пьезоэлектрический дат-
чик 11 виброускорения. Сигнал с дат-
чика ускорения подается на блок 18
управления, входящий в комплект виб-
ростенда ВЭДС-100. Этот блок содер-
жит измеритель виброускорения, за-
дающий генератор со сканированием
частоты и систему автоматического
поддержания заданного виброускоре-
ния. Выходной сигнал с блока 18
поступает на вход усилителя 21 мощ-
ности, питающего через резистор 14
подвижную катушку электродинами-
ческого возбудителя колебаний. Ма-
шина работает в режиме прямого эла-
стичного нагружения на резонансной
частоте, определяемой жесткостью ис-
пытуемого образца.

Стабилизация виброускорения инер-
ционного элемента 10 обеспечивает
стабилизацию инерционной силы, на-
гружающей испытуемый образец 6.

Усилие возбуждения колебаний оп-
5*

Рис. 48. Резонансная установка с электро-
динамическим возбудителем колебаний
для испытаний на усталость

ределяют, измеряя силу тока в под-
вижной катушке электродинамического
возбудителя, являющегося линей-
ным электромеханическим преобразо-
вателем-двигателем. Возбуждаемая
сила В — 1В1, где 1 — сила тока,
протекающего через подвижную ка-
тушку; В — индукция магнитного
поля; I — длина проводника подвиж-
ной катушки. Фаза усилия совпадает
с фазой тока. Ток I пропорционален
падению напряжения на резисторе 14,
которое усиливается усилителем 13
и записывается автоматическим элек-
тронным потенциометром 12. Напря-
жение на выходе усилителя 13 можно
проградуировать в единицах перемен-
ной силы, развиваемой возбудителем
колебаний. Таким образом, потенцио-
метр 12 записывает диаграмму измене-
ния возбуждающего усилия в течение
всего времени испытания образца.

Поскольку в процессе накопления
повреждений жесткость испытуемого
образца изменяется, изменяется и ре-
зонансная частота колебаний машины.
В машине предусмотрено автомати-
ческое фазовое регулирование резонанс-
ной частоты колебаний. Сигнал с ди-
намометра через нормирующий уси-
литель 17 подается на вход фазочув-
ствительного детектора 22. На второй
вход этого детектора через нормирую-
щий усилитель 16 поступает сигнал,
пропорциональный силе тока в под-
Рис. 49. Машина МДУ-5 для испытаний
на усталость при одновременном воздей-
ствии нагрузок высокой и низкой частоты

вижной катушке возбудителя. Норми-
рующие усилители 16 и 17 не вносят
фазовых искажений в рабочий диапазон
частот установки.

При резонансных колебаниях, ча-
стота которых определяется жестко-
стью испытуемого образца, в колеба-
тельной системе необходим фазовый
сдвиг между усилием возбуждения и
усилием, действующим на испытуе-
мый образец, равный 90°. Для соблю-
дения этого условия напряжение на
выходе фазового детектора 22 отсут-
ствует при фазовом сдвиге в 90° между
сигналами на его входе. При измене-
нии фазового сдвига входных сигналов
на выходе детектора появляется сиг-
нал постоянного тока, величина и по-
лярность которого отражают направле-
ние и величину фазового сдвига. Сиг-
нал с выхода фазового детектора, уси-
ленный усилителем 23, служит для
управления электродвигателем уст-
ройства сканирования частоты задаю-

щего генератора в блоке 18 управле-
ния.

Период или частота резонансных ко-
лебаний измеряются электронным
цифровым частотомером 20 и регист-
рируются цифропечатающей маши-^
ной 19, По окончании эксперимента
машина выключается автоматически.

Усилие, нагружающее образец,
зависит от коэффициента динами-
ческого усиления при резонансе, ко-
торый определяется декрементом коле-
баний испытуемого образца и поте-
рями энергии в соединениях колеба-
тельной системы установки.

Основные технические характеристики
машины с электродинамическим
возбудителем колебаний

Возбуждающее переменное
усилие, Н .................. 1000

Диапазон рабочих частот ви-
бростенда, Гц.............. 20 — 5000

Погрешность (%) поддержания
резонансной частоты колеба-
ний ....................... ±0,01

Электродинамический возбудитель
колебаний в испытательных машинах
часто применяют в сочетании с возбу-
дителями колебаний других типов для
создания комбинированных нагрузок
на испытуемый образец.

На рис. 49 показана машина МДУ-5
для испытаний на усталость образцов
материалов при одновременном воз-
действии нагрузок высокой и низкой
частот.

Испытуемый образец 7 зажимают
в захваты 6 и 8. Захват 6 расположен
на упругом элементе датчика 5 силы.
Датчик жестко закреплен на траверсе 4.
Траверса 4 снабжена червячно-вин-
товым механизмом установочного
перемещения с электроприводом и
зажимными гайками 3, взаимодейст-
вующими с той частью колонн 2, где
есть винтовая нарезка. Колонны сверху
связаны поперечиной 1, Нижние части
колонн укреплены в корпусе электро-
динамического возбудителя 13 коле-
баний. Активный захват 8 жестко за-
креплен на корпусе 9 подвижной ка-
тушки электродинамического возбу-
дителя, имеющей упругую подвеску.
Пружина 10 статического нагружения,
одной стороной соединена с корпусом
подвижной катушки, а другой — со
штоком 12. Шток 12 движется в под-
шипниках 11 и 15 с регулируемыми
эксцентричными втулками для уста-
новки соосности механизма нагруже-
ния. В шток 12 встроен упругий эле-
мент датчика 14 силы. Шток 12 шар-
ниром 16 соединен с эксцентриковым
механизмом 18 низкочастотного на-
гружения испытуемого образца. Экс-
центриситет этого механизма может
плавно изменяться устройством 26
в процессе нагружения образца. Для
сглаживания неравномерности хода^
эксцентрикового механизма нагруже-
ния служит маховик 17. Роль махо-
вика также выполняет корпус меха-
низма в устройстве 26. Эксцентрико-
вый механизм приводится в движение
клиноременной передачей 20 от ре-
дуктора 21 с электродвигателем, уста-
новленным на основании 22 машины.
Эксцентриковый механизм низкоча-
стотного нагружения смонтирован на
плите 19, которая может перемещаться
по направляющим 27. Плита 19 хо-
довым винтом 25 соединена с чер-
вячно-винтовым механизмом 23 ста-
тического нагружения испытуемого
образца. Механизм установлен на ос-
новании 22 машины и приводится
в движение электродвигателем 24.
Обмотка подмагничивания электроди-
намического возбудителя питается
выпрямителем 29. Подвижная катушка
возбудителя питается от усилителя 30
мощностью 5 кВ-А с задающим гене-
ратором. Электродинамический возбу-
дитель развивает усилие 5000 Н и про-
изводит высокочастотное нагружение
как в резонансном, так и в нерезо-
нансном режимах. Измерительное ус-
тройство 31 измеряет высокочастотную
составляющую нагрузки, действую-
щей на образец. Измерительное уст-
ройство 28 измеряет низкочастотную
и статическую составляющие нагрузки,
действующей на образец. Пружина 10
статического нагружения играет роль
дополнительного механического филь-
тра, уменьшающего воздействие высо-
кочастотной нагрузки на датчик 14.

Основные технические характеристики
машины МДУ-5

Наибольшая нагрузка рас-
тяжения или сжатия, кН	60

Максимальная амплитуда
(кН) переменной нагрузки;

низкочастотной ....	25 .

высокочастотной в нере-
зонансном режиме нагру-
жения .................. 5

Максимальная суммарная
нагрузка, кН ............. ±50

Частоты (Гц) нагружения:

низкочастотного ...» 0,25; 0,34?
0,5; 2,47;

3,34; 4,98
высокочастотного . . .	100—300

Допустимая максимальная
амплитуда (мм) колебаний
активного захвата на низ-
кой частоте............... 2.5

Диапазон плавного измене-
ния эксцентриситета (мм)
механизма низкочастотно-
го нагружения . . . . .	0-10

Скорость (мм/мин):
холостого хода механиз-
ма статического нагру-
жения .........	4

механизма‘ статического

нагружения под нагруз-
кой ....................... 1

установочного перемеще-
ния траверсы .....	25

Погрешность показаний, %:
системы задания ампли-
туды высокочастотной
нагрузки, начиная с 0,1
от максимального значе-
ния ........................... ±3

автоматического измери-
теля экстремальных зна-
чений низкочастотной со-
ставляющей нагрузки,'
начиная с 0,05 от наи-
большей нагрузки маши-
ны .......................... ±5

компенсационного изме-
рителя текущих значений
низкочастотной нагрузки

за цикл нагружения, на-
чиная с 0,05 от наиболь-
шей нагрузки машины	±1

компенсационного изме-
рителя текущих значений
высокочастотной нагруз-
ки за цикл нагружения,
начиная с 0,05 от наи-
большей нагрузки маши-

........................... п:3

Программирование ампли-
туд нагрузок на низкой и
высокой частотах нагруже-
ния ...... .............

Независимое
ступенчатое
с 12-ю ступе-

нями

Вместимость счетчика цик-

лов частоты:
низкрй ....................

высокой.............  •	•

10*
10»

Машины с магнитострикционными
возбудителями колебаний позволяют
проводить испытания образцов мате-
риалов при весьма высоких частотах
Рис. 50. Резонансная машина УМ-20 с пря-
мым жестким возбуждением нагрузок маг-
нитострикционным возбудителем коле-
баний

нагружения — до нескольких десятков
килогерц.

На рис. 50 показана резонансная
машина УМ-20 (НИКИМП). Механичес-
кие колебания, создаваемые магнито-
стриктором 1 с обмоткой 2 возбуждения,
передаются по согласующему волно-
воду 5, закрепленному в узле коле-
баний на диафрагме 4, к образцу 5.
Устройство, обеспечивающее воздей-
ствие на испытуемый образец специаль-
ной среды, высокой или низкой тем-
ператур, устанавливают на колонках,
закрепленных в опорной плите ма-
шины. На них же помещают траверсу,
к которой прикреплен измерительный
волновод 6. Магнитостриктор с обмот-^
кой помещен в бачок, через который
пропускается охлаждающая вода. Во
избежание перегрева магнитострик-
тора в случае прекращения подачи
воды предусмотрена блокировка це-
пей питания посредством гидрокон-
такта, присоединяемого ко входному
штуцеру бачка. Машина комплектуется
двумя магнитострикторами с согла-
сующими волноводами и двумя измери-
тельными волноводами, рассчитанными
на средние частоты колебаний 10
и 20 кГц.

При испытаниях со столь высокими
частотами нагружения не удается из-

мерять переменное усилие, действую-
щее в сечениях испытуемого образца
непосредственно. Напряжения в об-
разце рассчитывают через его дефор-
мацию, т. е. через амплитуду колеба-
ний конца образца.

В качестве согласующих волноводов
применены экспоненциальные концен-
траторы (см. гл. 20). При небольшом
отклонении рабочей частоты колеба-
ний от резонансной частоты концен-
тратора колебательный режим системы
магнитостриктор — концентратор — об-
разец практически не нарушается.

Амплитуду колебаний образца из-
меряют двумя способами: оптическим
и электрическим. При оптическом спо-
собе применяют микроскоп 8 с окуляр-
микрометром, который закреплен на
подвижной каретке, расположенной
на кронштейне.

Амплитуду колебаний образца из-
меряют электрическим способом при
помощи емкостного датчика 7, установ-
ленного напротив торца измеритель-
ного волновода. Сигнал датчика, уси-
ленный предварительным усилите-
лем Р, подается на измеритель 15
амплитуды колебаний со стрелочным
указывающим прибором.

Сигнал емкостного датчика исполь-
зуется также для создания режима
автоколебаний. Машина снабжена
автоматическим регулятором и про-
грамматором амплитуды колебаний
испытуемого образца. Таким образом,
в машине происходит прямое жесткое
возбуждение нагрузок. Сигнал с пред-
варительного усилителя 9 подается
на счетчик 11 циклов и на ограничи-
тель 10, с которого через регулируе-
мый фазовращатель 13 и переключа-
тель П попадает на вход каскада
16 с управляемым коэффициентом пере-
дачи. Сигнал с выхода этого каскада
через предварительный усилитель 19
поступает на вход усилителя мощ-
ности 20, а с него — на обмотку воз-
буждения магнитостриктора. Усили-
тель мощности содержит выпрямитель
подмагничивания магнитостриктора.
Разделяются выходы усилителя мощ-
ности и выпрямителя цепью с дроссе-
лем, включенным последовательно с
выпрямителем, и конденсатором, вклю-
ченным последовательно с усилителем
мощности.
Изменение фазы и коэффициента
передачи усилителя 19 обеспечивает
соблюдение баланса фаз и амплитуд
в режиме автоколебаний.

С декад счетчика циклов 11 могут
быть сняты импульсы для управления
длительностью ступеней программы из-
менения амплитуды колебаний, наби-
раемой в программаторе 12. Сигнал
постоянного тока с уровнями напря-
жения, изменяющимися в соответствии
с программой, подается на схему 18
сравнения, на другой вход которой
поступает сигнал с измерителя 15
амплитуды колебаний. Выходной сиг-
нал схемы сравнения, пройдя цепь 17
коррекции, управляет коэффициентом
передачи каскада 16.

Основные технические характеристики
машины УМ-20

Наибольшее механическое напря-
жение (МПа) в испытуемом об-
разце ................ .........	1200

Рабочие частоты (кГц) нагруже-
ния ............................10 и 20

Абсолютная погрешность (мкм)
измерения амплитуды колебаний
образца микроскопом .............. ±1

Погрешность (%) измерения ам-
плитуды колебаний емкостным из-
мерителем ........................ ±3

Пределы автоматического регули-
рования уровня (дБ) выходной
мощности усилителя ...............±12

Число ступеней программирова-
ния ............................ 13

Вместимость счетчика циклов . . 10®

Режим автоколебаний в машинах
с колебательной системой, подобной
описанной, можно создавать по сиг-
налам обратной связи от датчиков,
устанавливаемых на свободном торце
магнитостриктора или на диафрагме
согласующего волновода 3. Для воз-
буждения автоколебаний на заданной
гармонике в цепь обратной связи
включают полосовые фильтры.

Для создания асимметричных циклов
нагружения в машинах с магнито-
стрикционными возбудителями коле-
баний статическую силу прикладывают

Рис. 51. Машина УС-20 для испытаний
при асимметричных диклах нагружения

в узлах колебаний колебательной си-
стемы.

На рис. 51 показана машина УС-29
(ИПП АН УССР) для испытаний при
асимметричных циклах нагружения с
магнитострикционным возбудителем
колебаний.

Магнитостриктор с частотой соб-
ственных колебаний 20 кГц жестко
соединяется с концентратором 2 с
такой же частотой собственных коле-
баний. Образец 3 связан с концентра-
тором накидной гайкой и имеет ча-
стоту собственных колебаний 20 кГц.
Статическую нагрузку Р прикладывают
к колебательной системе через заделку
концентратора и стакан 5. Амплитуду
колебаний образца измеряют микро-
скопом 4 с окулярмикрометром по раз-
мыву метки, нанесенной в пучности
колебаний образца. Магнитостриктор
питается переменным и постоянным то-
ком от усилителя 10. Машина работает
в режиме автоколебаний. Сигнал об-
ратной связи снимается с .емкостного
датчика 6, расположенного над сво-
бодным торцом образца, усиливается
в предварительном усилителе 7. Этот
сигнал служит для синхронизации
задающего генератора 9, сигнал ко-
торого подается на усилитель мощ-


ности. Программное регулирование
переменной нагрузки осуществляется
воздействием программного регуля-
тора 8 на задающий генератор,

В ИПП АН УССР разработаны ма-
шины для испытаний на усталость
с магнитострикционным возбужде-
нием колебаний с различной рабочей
частотой: У-3 — 3—3,2 кГц; У-10 —
10—11 кГц; У-20 — 19—20 кГц;
УС-10—10 кГц; УР-10 — 10 кГц.

Механическая колебательная си-
стема машин У-3, У-10 и У-20 состоит
из магнитостриктора, согласующего
волновода (концентратора) и испытуе-
мого образца. На этих машинах про-
изводят испытание образца при сим-
метричных циклах нагружения. Меха-
нические колебательные системы ма-
шин УС-10 и УС-20 аналогичны (см.
рис. 51). Механические колебательные

системы машин УР-10 и УМ-20 также
аналогичны (См. рис. 50). Статическое
нагружение испытуемого образца
в машине УР-10 осуществляется ры-
чажным механизмом,» соединенным с
червячно-винтовым приводом эластич-
ной пружиной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Серенсеи С. В., Гарф М. Э., Кузь-
менко В. А. Динамика машин для испы-
таний на усталость. М.: Машиностроение,
1967. 460 с.

2.	Усталостная прочность материалов
и элементов конструкций при звуковых
и ультразвуковых частотах нагружения.
Киев: Наукова думка, 1977. 250 с.

3.	Школьник Л. М. Методика усталост -
ных испытаний. М.: Металлургия, 1978»
302 с.
Глава

4.	СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
НА ИЗГИБ И КРУЧЕНИЕ

СИЛОВЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ
СХЕМЫ МАШИН

На рис. 1, а показана силовая схема
статической машины для испытаний
на кручение. Через червячный или
зубчатый редуктор 1 захвату 2 сооб-
щается движение, закручивающее об-
разец. , Образец зажимают в захваты 2
и 3. Захват 3 расположен на оси маят-
ника 4, по углу подъема которого су-
дят о скручивающем моменте, прило-
женном к испытуемому образцу. Эта
силовая схема использована во мно-
гих испытательных машинах и, на-
пример, в отечественной испытатель-
ной машине типа К-50.

На рис. 1, б и в приведены схемы
распространенных машин для испыта-
ний образцов или деталей, например
валов, при-изгибе с вращением. В ма-
шине для испытания консольным из-
гибом на валу электродвигателя 1
(рис. 1, б) установлен захват 2 для
зажима испытуемого образца, а зах-
ват 3 — на свободном конце образца.
Захват 3 снабжен шарниром 4, который
соединен через шарнир 6 с рычагом 7,
опертым на шарнир 5. На рычаг 7
надеты грузы 8. Изменяя число и по-
ложение грузов 5, .образцу сообщают
заданный статический изгибающий мо-
мент М. Машина, схема которой дана
на рис. 1, в, предназначена для испы-
таний образцов при чистом изгибе
с вращением. Рычаг 1 может быть снаб-
жен демпфером для предотвращения
его колебаний относительно положе-
ния равновесия. В обоих случаях осу-
ществляется мягкий режим испыта-
ний. Для осуществления жесткого
режима образец деформируют винто-
вым механизмом.

По рассмотренным схемам построены
машины для испытания образцов диа-
метром 1—100 мм и более при скорости
вращения до 12 000 1/мин (до 200 Гц).
В машине для испытаний при чистом
изгибе (рис. 2, а) образец закреплен

в захватах 5 и 6, расположенных на
стойках 4 и 7. Стойка 4 шарниром 3
соединена с датчиком 2 изгибающего
момента, закрепленным на станине 1.
Стойка 7 шарниром 8 соединена с ка-
чающимся рычагом //, установленным
на станине 1 через шарнирную опору 12.
Возбуждение колебаний осуществля-
ется кривошипным механизмом 16 че-
рез шатун 9. Эта Схема положена в ос-
нову многих испытательных машин
различного Типа.

Машина, схема которой представлена
на рис. 3, а,, позволяет испытывать
образцы на усталость при кручении,
при изгибе или при комбинированном
нагружении изгибом и кручением. Оси
маховиков 3 и 6 оперты в подшипни-
ках 4 и 7, На маховике 3 расположен
инерционный возбудитель колебаний
с вращающимися неуравновешенными
массами 2. Вращение возбудителя осу-
ществляется через гибкий вал от-элек-
тродвигателя 1. С маховиками жестко
соединены серповидные захваты 5 и 8.
При закреплении образца в захватах
вдоль оси X—X будет осуществляться
переменное кручение, а вдоль оси У—
У — переменный изгиб. При располо-
жении образца под некоторым углом
к этим осям будет осуществляться со-
ответствующее комбинированное нагру-
жение. Крутящий момент, приклады-
ваемый к серповидным захватам, можно
определять по амплитуде колебаний
маховика 6, момент. инерции массы
которого должен быть известен. Мож-
но также встроить датчик крутящего
момента. Изгибающий и крутящий
моменты, действующие на образец,
вычисляют в зависимости . от выбран-
ного угла а между геометрической осью
образца и осью колебаний маховиков.

На рис. 4, а показана схема настрой-
ки машины для испытаний на усталость
при кручении с симметричным или
асимметричным циклом нагружения.
Испытуемый образец зажимают в зах-
ватах 4 и 5. Захват 4 расположен на
Рис. 1. Схемы статической машины для
испытаний на кручение и машины для
испытания на усталость при изгибе с вра-
щением образца

якоре 3 электромагнитного возбуди-
теля колебаний, к которому с другой
стороны присоединен торсион 2, Для
закручивания торсиона предназначен
червячный привод /. Захват 5 распо-
ложен на датчике 6 крутящего момента.
При закручивании торсиона на не-

который угол в цикл нагружения
образца вносится асимметрия.

На рис. 4, б дана схема настройки
машины для испытания консольных
образцов на изгиб при симметричном
цикле нагружения. Для измерения
изгибающего момента служит датчик /.

Рис. 2. Схемы машины с жестким прямым нагружением для испытаний образцов при
чистом изгибе:
а = силовая; б и в динамические

Рис. 3. Схемы машины с мягким прямым нагружением для испытаний образцов на уста-
лость при комбинированном нагружении;

о —• силовая; б « динамическая
По такой схеме выполнены отечествен-
ные испытательные машины типа
БЭЛ-2, ЭМУ-1. Схему используют для
многих машин с небольшими отличия-
ми в конструктивном исполнении воз-
будителя колебаний.

В машине для испытания лопаток
турбины (или консольных образцов)
на усталость с электромагнитным воз-
буждением колебаний (рис. 5, а) в за-
жиме 1 на массивной станине укреп-
лена балка 2, несущая на свободном
конце груз 5. В грузе 3 смонтирован
захват 4 для зажима корня испытуе-
мой лопатки 5. В грузе смонтирован
также якорь электромагнитного воз-
будителя 6. Изменяя вылет балки и
массу груза 3, можно менять частоту
собственных колебаний этой системы.
Обычно машину настраивают так,
чтобы частота колебаний балки сов-
падала с собственной частотой попереч-
ных колебаний испытуемой лопатки.
По этой схеме построены, например,
машины типа Турбо-4 и Турбо-5
(ЧССР).«

На подвижной системе 1 (рис. 5, б)
электродинамического возбудителя,
создающего колебания вдоль верти-
кальной оси, укреплен датчик 2 из-
гибающего момента. На датчике смон-
тирован клиновой захват 3 для зажима
корня 4 испытуемой лопатки 5. Плос-
кость корня лопатки проходит через
вертикальную ось возбудителя коле-
баний. Центр масс всей колебательной
системы (вместе с испытуемой лопат-
кой) должен находиться на вертикаль-
ной оси. Для балансировки предназна-
чены съемные грузы 6. Испытуемая
лопатка нагружается [инерцйонными
силами собственной распределенной
массы. Датчик 2 измеряет изгибающий
момент, действующий в корне испытуе-
мой лопатки. Эта схема удобна тем,
что лопатка с захватом может быть
помещена в нагревательную печь,
упругий элемент датчика защищен
водяным охлаждением через каналы,
расположенные между ним и захватом.
По этой схеме построены отечествен-
ные машины типа МВЛ-4 и МВЛ-5.

Принципы и допущения, положен-
ные в основу при построении приве-
денных ниже динамических схем ма-
шин для испытаний на изгиб и круче-
ние, аналогичны принятым в гл. 3.

Рис. 4. Схемы машин для испытаний
на усталость с электромагнитным возбу-
ждением крутильных или изгибных ко-
лебаний

К четырем группам, которые рас-
смотрены в гл. 3, необходимо добавить
пятую группу машин с возбуждением

Рис. 5. Схемы машин для испытания на
усталость лопаток турбин:
а — с косвенным нагружением; б —
с мягким прямым нагружением
Рис. 6. Схемы машин для испытаний
образцов изгибом при вращении:
а — гравитационное нагружение; б
нагружение рычага через пружину

Постоянным усилием. Динамические
схемы машин для испытания образцов
изгибом с вращением приведены на
рис. 6. Рассмотрим схему машины с кон-
сольным нагружением.

На рис. 6, а т^ — масса, приве-
денная к свободному концу испытуе-
мого образца с перемещением х&
С1 — жесткость испытуемого образца;

— неупругое сопротивление мате-
риала образца и трение в соединитель-
ных элементах. Колебания рассма-
триваемой системы возбуждаются ста-
тическим биением образца, зависящим
от точности изготовления образца,
захвата и его опор. Анализ сводится
к расчету одномассной колебательной
системы с возмущением колебаний
путем гармонического перемещения
свободного конца образца. Если на-
гружение рычага 7 (см. рис. 1, 6)
происходит через пружину, в динами-
ческой схеме необходимо учесть при-
веденную жесткость с2 (рис. 6, б) ме-
ханизма нагружения и внешнее и вну-
треннее трение в элементах соеди-
нения механизма нагружения. Если
силовая схема машины содержит демп-
фер, сочлененный с рычагом 7 (см.
рис. 1,6), то /?2 — неупругое сопро-
тивление демпфера. Во время работы
машины захват3 участвует в колеба-
тельном движении, описывая некоторую
замкнутую кривую в плоскости, пер-
пендикулярной оси образца. Так как
жесткость упругой системы опреде-
ляется главным образом жесткостью
образца, которая обычно значительно

выше жесткости системы нагружения
и одинакова во всех поперечных на-
правлениях, траектория движения
захвата близка к окружности. Гори-
зонтальная составляющая движения
захвата практически не влияет на мак-
симальную напряженность испытуе-
мого образца. Таким образом, можно
рассматривать эквивалентную динами-
ческую схему, в которой точка, со-
ответствующая зажиму образца в зах-
вате, совершает гармонические коле-
бания с амплитудой, равной половине
ее статического биения при вращении
захвата с частотой со, равной угловой
скорости вращения захвата.

В машинах со схемами; показанными
на рис. 2, б и в: и /2 — приведен-
ные моменты инерции масс захватов 5
и 6; с± — жесткость образца, испытуе-
мого на изгиб; с2 и с3 — бесконечно
большие жесткости стоек 4 и 7. Коле-
бания возбуждаются при линейном
перемещении основания стойки жест-
костью с3.

Анализ подобных маший можно
проводить, рассматривая схему
(рис. 2, в), на которой изображена
колебательная система с двумя движу-
щимися относительно друг друга гру-
зами массой и /п2, соединенными
пружиной жесткостью

На рис. 3, б приведена динамическая
схема, которой соответствуют машины
для испытания на усталость при кру-
чении. На рис. 3, б обозначено: —
жесткость образца на кручение; с2 —
жесткость упругого элемента датчика
момента кручения; и /3 — моменты
инерции маховиков, например 3 и 6
(рис. 3, а); —.момент инерции зах-
вата для образца, расположенного
на упругом элементе датчика момента.
Анализ машин этого типа можно про-
водить аналогично анализу машин
с линейно движущимися элементами,
испытывающих растяжение и сжатие,
рассмотренных в гл. 3.

На рис. 7 приведены динамические
схемы машин для испытаний образцов
при изгибес силовой схемой по рис. 5, а.
Эти машины относятся к группе машин
с косвенным возбуждением колебаний,
так как возбуждение колебаний испы-
туемого образца осуществляется через
резонатор, каким является балка 2.
На рис. 7, а: и — соответственно
приведенные масса и момент инерции
испытуемого образца; — приведен-
ная жесткость испытуемого образца;
т2 — приведенная масса, включаю-
щая массу якоря электромагнитного'
возбудителя колебаний, массу захвата
и часть массы балки резонатора; с2 —
приведенная жесткость на изгиб балки
резонатора. Так как колебания балки
имеют небольшую амплитуду углового
смещения, можно не учитывать момент
инерции от ее поворота.

Анализ машин этого типа можно
проводить аналогично анализу машин,
схема которой дана на рис. 7, б; на
схеме дополнительно введено неупру-
гое сопротивление в образце и в балке
резонатора.

На рис. 7, в—е приведены динами-
ческие схемы машин для испытаний
образцов при изгибе; силовые схемы
этих машин изображены на рис. 4, а
и 5, б. На рис. 7, в и г изображены
динамические схемы при возбуждении
колебаний путем приложения перемен-
ной силы к свободному концу образца
или к якорю, укрепленному на этом
конце, а на рис. 7, д и е динамические
схемы при возбуждении колебаний
через датчик изгибающего момента.
Под т1 следует понимать массу якоря,
укрепленного на конце образца, или
(когда якоря не применяют) приведен-
ную массу, эквивалентную распреде-
ленной массе образца (или лопатки),
при условии, что испытания проводят
при колебании системы по первой
форме, т. е. на основном тоне. Захват
для образца, установленный на уп-
ругом элементе динамометра, имеет
массу т2 и момент инерции массы
Под т3 подразумевается масса якоря
электромагнитного возбудителя коле-
баний и крепежных устройств для дат-
чика изгибающего момента или масса
подвижной системы электродинами-
ческого возбудителя колебаний и кре-
пежных устройств датчика изгибаю-
щего момента, или масса аналогичных
по назначению деталей при использо-
вании возбудителей колебаний других
типов.

В схемах, изображенных на рис. 7, в
и е, упругим элементом датчика изги-
бающего момента является участок АВ,
испытывающий колебания изгиба.
В схемах, приведенных на рис. 7, г

Рис. 7. Схемы машин для испытаний на
изгиб с эластичным косвенным (а и б),
а также с эластичным прямым (е—е) на-
гружением

и д, изгибные колебания испытуе-
мого образца преобразуются в кру-
тильные колебания упругого элемента
датчика, которым являются участки АВ
и ВО, Схема на рис. 7, в наиболее
проста в практическом осуществлении.
Однако в силу того, что изгибающий
момент не постоянен по длине упру-
гого элемента датчика, а увеличивается
по мере приближения к месту заделки,
преобразователи деформации в элек-
трический сигнал, например фольго-
вые тензорезисторы, необходимо уста-
навливать и соединять по специальным
схемам, позволяющим измерять мо-
мент, действующий в месте заделки
упругого элемента датчика, независимо
от расстояния, на котором приклады-
вается возбуждающая сила.

В схемах на рис. 7, г и д можно
применять любые преобразователи де-
формации упругого элемента датчика,
поскольку изгибающий момент, дей-
ствующий в корневом сечении испытуе-
мого образца, равен крутящему мо-
менту, действующему на упругий эле-
мент датчика. Влияние перерезываю-
щих сил, возникающих от поступатель-
ного движения захвата массой /п2,
может быть скомпенсировано соответ-
ствующей установкой преобразовате-
лей независимо от их типа — индук-
тивных, емкостных и т. д.

МАШИНЫ С МЕХАНИЧЕСКИМ
ПРИВОДОМ

Отечественная промышленность вы-
пускает машины для испытания на
кручение как с маятниковыми, так и
с электронными (малоинерционными)
моментоизмерителями. Наибольшее
применение для испытания на кру-
чение нашла машина типа КМ-50-1
с рычажно-маятниковым моментоиз-
мерителем и вертикальным расположе-
нием образца (табл. 1). Она предназна-
чена для испытания образцов из ме-
талла на кручение с наибольшим крутя-
щим моментом 500 Н«м. На машине
можно испытывать образцы из других
материалов (пластмассы, древесины
и т. д.).

Принципиальная схема машины изо-
бражена на рис. 8. Электродвигатель /,
установленный внутри корпуса маши-
ны, через клиноременную передачу, ко-
робку передач и редуктор 10 приводит
во вращение ходовой винт 9 с установ-
ленным на нем нижним захватом.
Момент, приложенный к нижнему

Рис. 8. Принципиальная схема машины
КМ-50-1

захвату, воздействует на образец 8
и передается через пассивный захват
маятнику 7, который отклоняется
вместе с рычагом 4 на угол, пропор-
циональный приложенному моменту
кручения. Рычаг 4 через рейку и зуб-
чатое колесо воздействует на стрелку,
которая, отклоняясь, показывает зна-
чение крутящего момента на шкале
моментоизмерителя. Рейка жестко
связана с пером 3 аппарата. Бумага для
записи диаграммы укреплена на ба-
рабане 5. По оси ординат записывается
крутящий момент, а по оси абсцисс —
угод закручивания. Барабан вращается
через редуктор 2 от привода машины.
Коробка передач позволяет осуществ-
лять два скоростных режима: 1 и
0,3 об/мин. Машина снабжена допол-
нительным ручным приводом. Для
закрепления образцов различной дли-
ны нижний активный захват 6 можно
устанавливать на различной высоте.
Нижний захват расположен в ходовом
винте на направляющих, выполнен-
ных в виде шариковых обойм, которые
обеспечивают осевое перемещение во
время испытания образцов для того,
чтобы на образец не действовала рас-
тягивающая сила, создаваемая массой
захвата. Пружина внутри ходового
винта поддерживает захват и смягчает
его удар по торцу ходового винта после
разрушения образца. Угол закручи-
вания отсчитывают по шкале, уставов-
1. Технические характеристики машин типов КМ-50-1 и 2014МК-50

Характеристики			Значения	
Наибольший крутящий момент, Н«м  Число шкал моментоизмерителя (число диапазонов)			500 3	
Диапазоны измерения крутящего момен-	первый  <га, Н«м	второй  третий			50—500  20—200  20—100	
Наименьшая цена деления, Н*м  Цена деления углов закручивания, ...°  Допустимая погрешность измерения крутящего мо- мента, %  Частота вращения активного захвата,- об/мин  Расстояние между захватами, мм  Масштаб диаграммной записи, доли  от предельного значения диапазона момента в 1 мм  от угла закручивания, ...° в 1 мм			0,2 1 ±1	
			1 и 3	]  60-  1/150  0,1; 0,5	|	0,15—1  700  1/250 0,1; 0,5; 5
Погрешность записи	по моментам на всей длине хода пера, мм		±1,5	±2,5
	по углу закручива- ния.	на длине хода пера до 25 мм, мм	±0,5	
		на длине хода пера свы- ше 25 мм, % от действи- тельного угла закручива- ния	±2,0	
Расстояние между колоннами в свету# мм  Тип привода  Частота быстрого вращения активного захвата, об/мин  Мощность, кВт  Габаритные размеры, мм:  длина  ширина  высота  Масса, кг			45 Электриче- ский ручной  0,4  1097  695 1870 645	»0  Электриче» ский  3 0,8  600 1400 1900 1000

ленной на ходовом винте. В шкале
360 делений, цена каждого из них со-
ответствует углу закручивания в 1°.
Целые обороты ходового винта фикси-
рует специальный счетчик с пределом
измерения до десяти оборотов.

Показания по шкале углов закру-
чивания соответствуют относитель-
ному повороту захватов машины, так
как поправка на поворот верхнего
захвата вносится автоматически кор-
ректирующем устройством. Уравно-
вешивающий момент создается с по-

мощью задемпфированного маятника
со сменными грузами, который связан
с верхним захватом. Диаграммный ба-
рабан связан с приводом коробкой
скоростей, позволяющей устанавли-
вать различные масштабы записи. Для
закрепления образцов машина снаб-
жена клиновыми захватами со смен-
ными термически обработанными губ-
ками.

В машине типа 2014МК-50 (рис. 9)
применен электронный (малоинер-
ционный) силоизмеритель.
Рис. 9. Общий вид машины 2014МК-50:

1 — самопишущий прибор; 2 — измери-
тельный прибор; 3 —• отсчетное устрой-
ство моментом змерител я; 4 — счетчик
угла закручивания; 5 —. счетчик числа
оборотов; 6 — верхний захват (пассив-
ный); ' 7 — ограждение; 8 — колонны;

9 — нижний захват (активный); 10 —
привод

Моментоизмеритель (рис. 10) со-
стоит из корпуса 2, выполненного
в виде рамы, упругого элемента 5
(один конец которого жестко закреп-
лен клиньями /, а другой — в подшип-
нике), рычага 4 и индуктивно-транс-
форматорного датчика 3, Угол поворота
торсиона и электрический сигнал дат-
чика пропорциональны моменту кру-
чения.

Рис. 10. Моментоизмеритель

На лицевой стороне шкафа установ-
лен измерительный прибор (см. рис. 9)
с отсчетными устройствами крутящего
момента, угла закручивания, числа
оборотов. Он снабжен рабочей и кон-
трольной стрелками. Рабочая стрелка
приводится во вращение от электро-
двигателя, получающего сигнал от
блока управления моментоизмерителя
и указывает нагрузку, прикладывае-
мую к образцу. На одной оси с рабочей
стрелкой установлен шкив, который
с помощью гибкого тросика переме-
щает перо самопишущего прибора.
Барабан лентопротяжного механизма
через редуктор масштабов приводится
во вращение от привода. Угол закру-
чивания и число оборотов образца
в процессе испытания измеряются с по-
мощью специального фотодатчика,
сигнал с которого передается на элек-
тромагнитный счетчик, который про-
градуирован в градусах угла закручи-
вания. Система возбуждения машины
снабжена тиристорным приводом.

2. Технические характеристики машин для

испытания материала на кручение

Марка4 машины	Фирма, страна	Назначение		Наиболь- ший кру- тящий момент, Н-м	Габаритные размеры, мм	Мас- са, кг
ТО12	РгоЬа1 — ХУегке, ФРГ	Для стых жин, ней	испытания тол- спиральных пру- , упругих стерж- и гибких валов	500	2060Х660Х 1300	
НТ-300 № 200-037	ЗЬппад- 7 и, Япония	Для испытания метал- ла на кручение в од- ном направлении		3000	3660X990X 2170	2500
РТ-50 № 200-038	То же	То же		500	2640X660X1820	1000
Машину комплектуют клиновыми
захватами, аналогичными захватам
машины КМ-50-1.

В табл. 2 приведены характеристики
машин зарубежйого производства для
испытания на кручение.

МАШИНЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ
ПРИВОДОМ

Для стандартных испытаний строи-
тельных материалов на изгиб (бетона,
кирпича, асбоцемента и др.), а также
испытаний изделий (балок, плит, труб
и др.) применяют изгибные прессы,
выполняемые по следующим силовым
схемам: двух- или четырехколонной
рамы с верхним расположением ци-
линдра на подвижной (неподвижной)
траверсе; консольной рамы с нижним
или верхним расположением цилин-
дра; по обращенной, с подвешенной
на реверсивной раме траверсой изгиба.

Изгибные прессы снабжены приспо-
соблениями для испытания на трех-
и четырехточечный изгиб, плитами
для испытаний на сжатие, устройствами
для испытаний на растяжение цемент-
ных восьмерок и другими приспособ-
лениями, предписываемыми стандар-
тами. Системы управления и измере-
ния на изгибных прессах такие же,
как на прессах для испытания на сжа-
тие. Часто одну и ту же систему уп-
равления используют для двух прес-
сов (на сжатие и на изгиб). Основные
технические характеристики выпускае-
мых изгибных прессов приведены
в табл. 3.

Фирма МРЬ выпускает изгибные
прессы трех типов. Прессы типа ПРЭ
выполняют по обращенной схеме на
двухколонной основной раме с цилин-
дром, установленным на верхней тра-
версе. Реверсивная рама подвешена на
плунжере. На внутренней траверсе
рамы укреплен стол для изгиба с опо-
рами. Средняя опора, или малый стол
с двумя опорами (для чистого изгиба),
укреплены в верхней траверсе основ-
ной рамы. Колонны последней служат
направляющими для движения стола.
Испытательные нагрузки такие ко-
лонны не воспринимают. Малые прессы
этой серии используют для испытания
бетонных изделий, большие — для

железобетонных. Поэтому оба стола
выполнены с параметрами, отвечаю-
щими конкретному виду изделий.

Прессы типа ВВР базируются на
двухколонной раме с подвижной тра-
версой, в которой установлен нагру-
жающий цилиндр. К плунжеру ци-
линдра подвешен нож, а в основании
рамы укреплен стол для изгиба. Эти
прессы предназначены для испытания
плит и балок, поэтому у них высота
рабочего пространства небольшая. На
прессах*типа ВКР кроме плит и балок,
как и на прессах типа ВВР, можно ис-
пытывать трубы на изгиб посредством
приложения нагрузок вдоль образую-
щей. Поэтому высота их рабочего
пространства значительно увеличена,
а стол снабжен дополнительной на-
катной тележкой с опорой для уста-
новки трубы. Для бетонных и керами-
ческих труб эллиптического профиля,
имеющих плоское Основание, поверх-
ность опорной плиты на тележке плос-
кая. Для круглых труб выполняют
специальное ложе (по стандарту на
испытание соответствующего изделия).
Конструктивно прессы типа ВКР уни-
фицированы с прессами типа ВВР.

Фирма МАИ выпускает изгибные
прессы унифицированного типа, ба-
зирующиеся на двухколонной раме
с цилиндром в траверсе.Прессы типа 5
предназначены для испытания труб,
прессы типа В — для испытания ба-
лок, прессы типа 8В снабжены уни-
фицированным приспособлением для
испытаний труб (центральная опора
на столе изгиба),, балок или плит
(перифирийные опо$ы на столе из-
гиба).

Фирма ТопНесЬшк выпускает из-
гибные прессы главным образом кон-
сольного типа. Эти прессы снабжены
различными приспособлениями для ис-
пытаний на изгиб асбоцементных из-
делий (плиток, листов, труб и др.).
Рама прессов серии 2601 имеет трех-
колонную систему консольно-вынесен-
ных траверс. На нижней консоли
укреплен цилиндр со столом для из-
гиба на поршне, а в верхней кон-
соли — ступенчато переставляемый не-
подвижный нож. Прессы этой серии
предназначены дляи^нытання бетон-
ных балок на изгиб. Их можно укои-
плектовать общей системой? на<*руэке-
8» Технические характеристики прессов для стандартных испытаний на изгиб
строительных материалов и изделий

Фирма, страна	Тип	Наибольшая предельная на- грузка, кН	Размер опорных плит	Расстояние между опо- рами по вы- соте	Пролет из- гиба	Ширина ; опор изгиба	Ход плун- жера	Высота	Масса, т	Мощность, кВт
			/	мм							
Топ1- 1есЬп1к, ФРГ	2601-30	30	•	100	100—  600	508	100	1740	0,72	1,-5
	2601-60	60	—	200	100—  900				0,75	
	2601-100	100	—							
	2601-160	160	—	275	200— 1 200			1670	0,99	
	2601-200	200	—							
	2604/1000	10	—	120—155	180—  2 400	1250	220	1730	0,7	1.4
	2604/2000	20	-							
	2630	10	—	100	100—  1 200	510	150	1100	0,3	
	2640/4	40	—»	600	200—  2 500	1300	200	2550	1,4	1.5
	2640/10	100	—		200— 2 000	1100			1,6	
	2644	200	—	1450	200—  3 700	1500	300	3470	4,6	1,2
	1222/10	100	1320Х Х800	1600/1300	250—  3 000	1380	200	3500	6,3	• 2
	1222/20	200	1500Х X 900	2350/2150	450— 4 000	1650		4400	7,0	3
	1222/30	300	1600Х  X 1200	2500/2300		1410		4700	7,5	1
	1222/40	400	2100Х  X 1200	2500/2200		2200		5370	8,5	и
	1222/60	600		2500/2300				5600	9,0	5,5
	2627	100	-	1500	40 000	1200	1200	-	-	-
г

													
ВВР6	ВВР4	ВВР2	ОРИ200	ОРОЮО	ОРО60	ОРО40	ОРО20	ОРО8Ю	ОРО86	ОРОЮ	ОРО6	О □	0РИ2
СП о	©	ю о	2000	1000	600	400	200	100	© ©	100	© о	©	ьэ ©
1			0 300	0 250	0 180		220Х X 220	1	1	0 160		0 120	
1  1  650			100—400				80—480	1	1	© 1  © о о		0-200	
2 000	2 500		По заказу				200—  900	©  СЛ о		<р о ©© °1		40—  400	
ьэ о							220	СЛ о о		220		275	
200			300					200					
1			1										
1			1										
1			1										
Топ1- (есЬгнк, ФРГ						2 Ф  Ж 2 ОЭ ВЭ	
2860	2803	2840/20  2840/40	2642/40  2636		2С42/20	Тип	
600	200  400		400		200	Наибольшая предельная на- грузка. кН	
2500Х Х1600	200Х X 1200	1200Х  X 800					Размер опорных плит
			1	1			
							
3000	2500	2000	2500			3	Расстояние между опо- рами по вы- соте
2 600			5 000		40 000		Пролет из- гиба
2600	2100	1300	2000	СЛ о о			Ширина опор изгиба
1		1	1	1			Ход плун- жера
1		1	1				Высота
		1	1	1		Масса, т	
1			1			Мощность, кВт	

к

ь
я



ОО

Машины с гидравлическим приводом
числителе при сжатии, в знаменателе — при изгибе
МРЬ, ФРГ								Фирма, страна		
ВКР60	ВКР40	ВКРЗО	со  ”0  (О о	ВКР20 -	ВЕРЮ	ВВР30	ВВР10	Тип		
600	400	300	200	200	100	300	100	Наибольшая предельная на- грузка, кН		
2100Х  X 1200		1600Х  X 1200	1 2170Х X 900	1500Х Х900	1320Х  X 800	1			Размер опорных плит	
2550/2250	2550/2350	2400/2210	2500/2300	2350/2250	1600/1500	480	СЛ о		Расстояние между опо- рами по вы- соте	
5 000	4 000	3 000	СИ О о	4 000	1  3 000	2 500	2 000	г 3	Пролет из- гиба	
2100		1250	2000	1500	1300 		550			Ширина опор изгиба	
003						300	ю о о		Ход плун- жера	□ 45
										О  §
			1			1			Высота	ь
										р? о
				V						№
			1			1		Масса, т ,		5 Л
										Н
			1			1		Мощность, кВт		м
										оо

СРЕДСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ИЗГИБ И КРУЧЕНИЕ
/	Рис. Наб°Ры приспособлений к прессам для испытаний на

изгиб:

\	а — основная траверса; ножи для испытания! б сухой штука*

турки; в — волнистого асбоцемента; г -• асбоцементных плит по

*/	стандартам СССР и ФРГ; д — асбоцементных плит по стандарту

Великобритании; е — гипсовых плит по ВЖ18169; дас — при-
способление Для испытания балочек, вырезанных из гипсовых плит; опоры для испыта-
ния; з — асбоцементных труб по 180; и — асбоцементных труб по стандартам Шве-
ции и ФРГ; к — асбоцементных муфт

ния и измерения в паре с прессами типа
1122 для испытания бетонных кубов
на сжатие. Прессы типа 2604 смонти-
рованы на монолитной С-образной ста-
нине, на нижней консоли которой ук-
реплен стол для изгиба, а на верхней —
нагружающий цилиндр. Здесь же рас-
положены насос и манометры. Прессы
этого типа предназначены для испы-
тания: асбоцементных гладких и вол-
нистых листов по стандартам ЭШ274,
180 К393; 180 К395; 180 К96; 180
№785; сухой гипсовой штукатурки
по стандарту ЭШ 18180, асбоцемент-
ных труб и муфт по стандартам 180
К160; 180 К391; 180 №786.

Стол для изгиба снабжен перестав-
ными опорами, имеющими отверстия
под шарниры. Такой же опорой сна-
бжен плунжер цилиндра. В шарниры
вставлены сменные ножи, конфигу-
рация и размеры которых отвечают
требованиям соответствующих стан-
дартов (рис. 11).

Аналогичную конструкцию имеет
пресс серии 2630, предназначенный
Для испытания гладких асбоцемент-
ных плит и сухой штукатурки. Прессы

серии 2640 предназначены для испыта*
ния асбоцементных труб, гладких и
волнистых плит, муфт; они снабжены
приспособлениями для испытаний как
на трехточечный, так и четырехточеч-
ный изгиб, который необходим, на-
пример, для испытания плит по стан-
дарту ЕШЧ1048Е и труб по стандарту
В8 486 : 66.

Пресс серии 2644 имеет монолитную
Ь-образную станину с увеличенным
в поперечном направлении основанием
(стол для изгиба) и перемещаемым
в направляющих вертикальной колон-
ны консольным супортом, в котором
установлен цилиндр. Пресс имеет уни-
версальное назначение для испытания
бетонных балок, например по О1ЫЮ48
и ПШ485, асбоцементных плит, труб,
муфт и других изделий.

Прессы типа 1222, 2627, 2636, 2642
аналогичны по конфигурации прессам
типа. 8В фирмы МАК и прессам типа
ВКР фирмы МРЬ и предназначены
для тех же целей; прессы типа 2840,
2803 и 2860 предназначены только для
испытания труб сжатием по обра-
зующей.
В прессах для испытаний материа-
лов и изделий на изгиб используют
преимущественно обращенные вниз ци-
линдры, расположенные в перемещае-
мой траверсе. Для возврата цилиндров
и связанных с ними ножей применяют
контргрузовые системы уравновеши-
вания, пружины возврата, а также
дифференциальные цилиндры с воз-
вратной полостью. В последнем случае
применяют компенсаторы массы по-
движных частей, выполненные в виде
прецизионных переливных клапанов,
сообщенных с полостью возврата.

Для испытания протяженных кон-
струкций типа балок и ферм на изгиб
применяют многопозиционные прессы,
содержащие систему отдельных нагру-
жающих рам, закрепленных через
требуемое расстояние на опорной бал-
ке. В балочном прессе фирмы МЕЕ,
способном загрузить протяженную кон-
струкцию пролетом до 15 м восемью
сосредоточенными нагрузками с лю-
бым сочетанием их значений до 200 кН
каждая, нагружение осуществляется
односторонними гидроцилиндрами, об-
ращенными плунжером вниз. Цилин-
дры установлены в подвижной тра-
версе, которая может перемещаться
по направляющим колоннам рам в пре-
делах высоты 800 мм. Максимальная
высота рабочего пространства пресса
1650 мм, ширина просвета рам 500 мм.
Характерной особенностью этого прес-
са является использование жесткой
опорной балки, несущей всю нагрузку,
и замоноличенной в фундамент с воз-
можностью закрепления на ней на-
гружающих рам. Однако применение
комплектных нагружающих рам су-
щественно ограничивает возможности
испытания.

В другой конструкции стенда той же
фирмы, предназначенного для испыта-
ния плит и труб с приложением на-
грузки по образующей, силовые рамы-
порталы закреплены анкерными бол-
тами в периферийных ручьях силового
пола. Внутренние ручьи используют
для закрепления опор. Нагружающие
устройства выполнены в виде подвиж-
ного суппорта с вмонтированными в
них на плоских гидростатических опо-
рах гидроцилиндрами; это позволяет
создавать строго вертикальную на-
грузку на объект испытания при из-

менениях формы последнего. Суппорты
закреплены на траверсах порталов ан-
керными болтами и могут перемещаться
по высоте портала. Наибольшая на-
грузка, развиваемая домкратами,
200 кН, ширина рабочего пространства
портала 2 м, высота 1,5 м. Длина
ручьев силового пола в выполненных
конструкциях достигает 10 м, число
порталов — шесть. Порталы можно ис-
пользовать и на стандартных силовых
полах с шагом ручьев 1 м или растром
анкерных отверстий 1 м. Однако в по-
следнем случае необходимы переход-
ные плиты для прикрепления портала
к полу. В конструкции порталов фирмы
ЗсИепск предусмотрено прикреплять
порталы непосредственно на стандарт-
ном силовом полу с растром анкерных
отверстий 1 м. Нагружающее устрой-
ство укрепляют4 между двумя травер-
сами. Последние, в свою очередь,
можно устанавливать на требуемой
высоте колонн и закреплять болто-
выми соединениями.

В отечественных стендах СГС-40 и
СГС-60 используют секционный прйн-,
цип. Каждую секцию пресса монти-
руют на своем основании, которое
рассчитано на восприятие полной на-
грузки этой секции. Для увеличения
длины рабочего пространства секции
пресса сочленяют и прикрепляют к си-
ловому полу с шагом между ручьями
1 м. Таким образом, при многосекци-
онной сборке прессов реактивная на-
грузка частично воспринимается си-
ловым полом. В секциях стенда СГС-40
используют двухколонные передвиж-
ные порталы с перемещаемой по резь-
бовым колоннам траверсой с гидро-
цилиндром. В секциях стенда СГС-60
используют неподвижные резьбовые
колонны, по которым перемещаются
траверсы. По траверсам в поперечном
направлении могут перемещаться хреб-
товые балки с подвешенными к ним
гидроцилиндрами. В оснастке стен-
дов предусмотрены ножевые поворот-
ные и глухие опоры, а также распреде-
лительные балки, устанавливаемые на
плунжерах цилиндров. Технические
характеристики стендов СГС-40 и
СГС-60 приведены в табл. 4.

Управление многопозиционными на-
гружающими устройствами услож-
няется необходимостью создания раз-
личных нагрузок на отдельных пози-
циях и поддержания их на установлен-
ном уровне при изменении нагрузок
на соседних позициях. Последнее об-
стоятельство усугубляется возможным .
влиянием нагрузок каждой из позиций
друг на друга. Взаимодействие на-
грузок в зависимости от формы образ-
ца может как повышать, так и снижать
нагрузки на регулируемый цилиндр.
Наиболее эффективным средством
управления многопозиционными стен-
дами является система, состоящая из
стабилизаторов нагрузки. На рис. 12, а
показан блок четырехканального уп-
равления стабилизаторами комбини-
рованного типа. Один из стабилиза-
торов (крайний справа) поддерживает
постоянное давление в системе пита-
ния, а четыре других распределяют
жидкость по каналам, поддерживая
в каждой позиции нагружения уста-
новленное давление. Это давление оп-
пределяется равновесием плунжера
стабилизатора, находящегося- под дав-
лением натяжной пружины и давле-
нием в соответствующем канале управ-
ления. При понижении давления в ка-
нале плунжер поднимается и сообщает
управляемый канал с магистралью
питания; при повышении давления
плунжер, опускаясь, сообщает управ-
ляемый канал со сбросом. В случае
внезапного падения давления в ма-
гистрали питания, например, при под-
ключении другого канала, использу-
ющего всю производительность насоса
в период устранения зазора гидро-
цилиндром, обратный клапан препят-
ствует перетоку жидкости из управляе-
мого канала в магистраль питания.
Перемычка на плунжере между нагне-
тательной и сбрасывающей выточками
перекрывает питание управляемого ка-
нала при внезапном падении давления,
например при разрыве магистрали,
местном разрушении образца.

Блок стабилизаторов, показанный на
рис. 12, а, предназначен для управле-
ния статическими составляющими на-
грузок, как при чисто статическом,
так и статико-циклическом нагружении
с помощью гидропульсаторов. В по-
следнем случае измерительная маги-
страль управляемого канала может
оказаться запертой в процессе предва-
рительной настройки на статический

4. Технические характеристики
секционных стендов СГС-40 и СГС-60

Характеристика		СГС-40	СГС-60
Наибольшая	нагрузка  цилиндра, кН		30;  100 '4	100
Число цилиндров на секцию			6
Габаритные раз-	длина	1600	4500
меры рабочего	ширина	600	6000
пространства секции, мм	высота	2500	2000
Масса секции, т		17,2	25

режим. Поэтому в блоке предусмотрен
специальный вентиль, сообщающий зо-
ну обратной связи стабилизатора не-
посредственно с магистралью питания
управляемого канала.

Предохранение разгрузки управляе-
мой магистрали при падении давления
питания клапаном ограничено во вре-
мени. Это вызывает некоторые не-
удобства в настройке режимов, по-
скольку заставляет визуально следить
за давлением в системе питания.
В двухканальной системе управления,
показанной на рис. 12, б, осуществля-
ется автоматическое дозирование масла
во вновь присоединяемый канал так,
что давление питания остается выше
давления в управляемом канале. Дрос-
сельные челноки дозаторов находятся
в равновесном положении под дей-
ствием давления питания, давления
в управляемой системе и натяжения
пружин противодавления. Натяжение
этих пружин определяет перепад между
давлением в управляемом канале и
давлением в магистрали питания. При
уменьшении этого перепада челнок
дозатора перекроет питание второго
канала.

Смешанные системы базируются
на испытательных машинах с большой
предельной развиваемой нагрузкой в
осевом направлении. Эти машины свя-
зывают с силовыми элементами; в ре-
зультате становится возможным про-
водить испытания на изгиб или осу-
ществлять более сложные схемы на-
грузок. К смешанным системам при-
бегают, например, в случаях испыта-
ния колонн на продольный изгиб на
прессах для создания относительно
небольшой поперечной нагрузки. Для

этого параллельно колоннам пресса
устанавливают дополнительную вер-
тикальную силовую колонну с ци-
линдром, закрепленным на необходи-
мой высоте. В зависимости от кон-
струкции основного пресса можно до-
пустить создание боковой нагрузки
в пределах 5—10% от его грузо-
способности. Как правило, прессы для
испытаний конструкций снабжают про-
тяженными опорными тележками для
испытаний балочных конструкций.
Однако громоздкость накатных теле-
жек заставляет ограничивать испы-
тания на изгиб по развиваемым на-
грузкам. При пролетах 4—5 м они
ограничиваются 20—30 % предельной
нагрузки пресса.

В универсальной испытательной ма-
шине фирмы ЗсИепск, оснащенной сим-
метричным гидроцилиндром с электро-
дроссельным управлением, осуществле-
но монолитное сочленение основания
с силовым блоком фундамента короб-
чатой конструкции. В блоке преду-
смотрены анкерные отверстия для мон-
тажа опор изгиба. В результате кон-
струирования такой установки были
получены предельные статические на-
грузки 6 МН при сжатии образца
до высоты 3 м и поперечном изгибе
с пролетом до 6,6 м и 4 МН при рас-
тяжении. Предел циклических нагру-
зок до ±2,5 МН.

Для создания дополнительных по-
перечных нагрузок фирма ЗсЬепск
создала установку, предназначенную
для испытания шахтных и тоннельных
крепей (рис. 13). Основой установки
является машина агрегатного комплек-
са НудгориЬ с предельной нагрузкой
6,3 МН и расположением цилиндра
в подвижной верхней траверсе. Осно-
вание машины замоноличено в массив-
ный сплошной силовой фундаментный
блок, в котором установлены анкерные
шины для закрепления реактивных
упоров. Особенностью этой установки
является реактивный блок горизон-

тального нагружения, связанный
с подвижной траверсой гибкими тя-
гами и подпертый наклонными гидро-
цилиндрами. В реактивном блоке раз-
мещен активный- штамп установки,
обладающий двумя степенями свободы
относительно реактивного блока (вер-
тикальные и горизонтальные переме-
щения). Штамп через упругую штангу
подвешен к штоку вертикального, ци-
линдра. Внутри штампа размещен ци-
линдр горизонтального нагружения.
Шток последнего вместе с двумя го-
ризонтальными направляющими соеди-
нен с торцовыми плитами, скользя-
щими в вертикальном направлении на
гидростатических подшипниках в на-
правляющих реактивного блока. Ци-
линдр горизонтального нагружения
развивает усилия до 1 МН и сообщает
перемещение активному штампу
± 100 мм.

Испытания на стендах широко при-
меняют во всех отраслях промышлен-
ности: в строительстве, машинострое-
нии, на транспорте. В состав стендо-
вого оборудования входят: а) реактив-
ные элементы, содержащие капиталь-
ные силовые сооружения, инвентарную
оснастку и опорно-захватные приспо-
собления; б) системы возбуждения,
имеющие источники гидравлической
энергии, устройства ее передачи и
преобразования и гидромеханические
преобразователи; в) системы измере-
ния сил, перемещений деформаций,
напряжений и других величин с ин-
формационными , регистрационными,
запоминающими и обрабатывающими
устройствами; г) системы управления,
в том числе автоматические задающие
устройства, блоки сравнения, кали-
бровки сигнала; д) вспомогательные

Рис. 12. Стабилизаторные системы управления многоканальных систем нагружения
стендовых установок:

а — четырехканальный блок стабилизирующих элементов: 1 — натяжные пружины;.
2 — корпус блока; 3 — плунжеры стабилизаторов; 4 — механизм колебательного дви-
жения плунжеров; 5 — механизм натяжения пружины; 6 — вентиль статического нагру-
жения; 7 — вентиль включения; 8 — вентиль сброса; 9 — запирающая перемычка на
плунжере; 10 — магистраль питания; 11 -— гильза; 12 — обратный клапан; 13 —• маги-
страль управляемого канала; 14 — силоизмерительная магистраль; 15 — канал сброса;
б — двухканальная система стабилизации с автоматической дозировкой подачи масла:
1 — насос; 2 — переливной клапан; 3 — магистраль питания; 4 — дозатор; 5 — ста-
билизирующие элементы; 6 — трубопроводы обратной связи; 7 — пружины системы
противодавления; 8 — клапанодроссельное защитное устройство; 9 — пульсаторы; 10 —
экстремальные разделители; индексами I и II указана компонента, к которой относится
соответствующий элемент схемы
Рис. 13. Машина фирмы ЗеЬепск для
испытания шахтных крепей:

/ — основание; 2 — силовой блок фун-
дамента; 3 — колонны; 4 — траверса;

5 — цилиндр; 6 — шток цилиндра вер-
тикального нагружения; 7 — активный
штамп; 8 — реактивный блок горизон-
тального нагружения; 9 — упорные ци-
линдры реактивного блока; 10 — шток
гидроцилиндра горизонтального нагру-
жения; // — испытуемая крепь; 12 —
анкерные шины

устройства и приспособления, подъем-
ная и монтажная техника, агрегаты
сбора, очистки и приготовления масла,
техника связи.

Стендовое оборудование применяют
для статических, скоростных, цикли-
ческих (мало- и многоцикловая уста-
лость) испытаний. Основные элементы
систем возбуждения, измерения, упра-
вления, а также значительную часть
вспомогательных устройств современ-
ных стендов комплектуют из общих
агрегатных комплексов, однако неко-
торые требования испытательных стен-
дов вынуждают оригинально решать
вопросы возбуждения и управления
режимами испытаний; существенно ус-
ложняется также измерение.

При стендовых испытаниях в зави-
симости от конфигурации различают
объекты:

1)	не требующие реактивных сило-
вых устройств; усилия замыкаются
в них самими объектами; к таким объек-
там относятся рамы технологических

прессов, клети прокатных станов, не-
которые кузовные устройства;

2)	не требующие внешних силовых
каркасов; к таким объектам могут
быть отнесены детали и узлы земле-
ройных машин, трансмиссионные валы
и другие изделия машиностроения,
усилия в которых замыкаются сило-
выми плитами и полами;

3)	которые могут быть испытаны
с применением капитальных силовых
полов и инвентарной оснастки; к та-
ким объектам относятся балки, плиты,
фермы и большинство конструкций
строительной индустрии, транспорта,
кораблестроения, машиностроения;

4)	требующие для испытаний кроме
инвентарной оснастки изготовления
специальных устройств, приспособле-
ний, механизмов; к этой группе объек-
тов могут быть отнесены трансмиссии
и ходовые части экипажей, дорожно-
строительных машин, узлов и агрега-
тов станкостроения, авиации, сочлене-
ний трубопроводов, аэродромных и
дорожных покрытий;

5)	для испытания которых необ-
ходимы специальные капитальные си-
ловые сооружения; к ним относят мо-
дели плотин, элементы кораблей, са-
молетов.

За рубежом стендовое оборудование
выпускают многие фирмы и главным
образом на основе агрегатных комплек-
сов (табл. 5).

Фирма МРЬ выпускает наиболее
разнообразную по системам возбужде-
ния оснастку стендов, объединив опыт
фирм ЬозепсЬаизеп и МоЬгд РедегЬаИ
в разработке этого оборудования. На-
ряду с используемыми всеми фирмами
электродроссельными системами воз-
буждения, эта фирма оснащает ком-
плексы рекуперативными низкочастот-
ными возбудителями, основанными ^на
реверсе обратимых агрегатов, и объем-
ными гидропульсаторами нескольких
типоразмеров. Это позволяет осуще-
ствлять традиционные испытания с вы-
сокими динамическими параметрами
при ограниченном расходе энергии.
Фирма ЗсЬепск выпускает детально
проработанную фирмой МАК реактив-
ную силовую оснастку нескольких
типоразмеров. Однако фирма ЗсЬепск
сосредоточила внимание исключитель-
но на электродроссельном способе воз-
5 . Элементы агрегатных комплексов, входящих в состав стендового оборудования, выпускаемого зарубежными фирмами

Фирма, страна	Плиты и полы		Реак- тивные каркасы	Гидроцилиндры				Электрогид- равлическое дроссельное возбуждение		Объем- ные пульса- торы	Низко- частот- ные воз- будители	Насос- ные установки
	метал - личе- ские	железо- бетон - ные		сжатия	дифференциаль- ные		симме- тричные					
					тяго- вые	универ- саль- ные		'индиви- дуальное	груп- повое			
1пз1гоп, Велико- британия	—	—	По зака- зу под конкрет- ные объекты	—	—	—	Серия из агрегат- ного ком- плекса	Серия . фирмы Моо&	—	—	—	Серия из агрегат- ного ком- плекса
5егуо1ез1, Велико- британия	—	*		—	—	—			—	—	—	
МТ8, США	Типо- вые, общего маши- нострое- ния			—	Серия 207	—	Несколь- ко серий агрегат- ных ком- плексов	Несколь- ко серий, в том. числе собствен- ных раз- работок	—	—	—	Несколь- ко серий
Зсйепск, ФРГ		Типо- вые, соб- ствен- ных разра- боток	Типовые, входя- щие в си- стему • агрегат- ного ком- плекса	Серии и? агре- гатного ком- плекса	—	Серии из агре- гатных ком- плек- сов			—	— ;	—	Серия из агрегат- ного ком- плекса
МРЬ, ФРГ									Серия из агре- гатного ком- плекса	Серия из агрегат- ного ком- плекса	Серия из агрегат- ного ком- плекса	Несколь- ко серий
АУо1рег1— * Атз1ег, ФРГ	—						Серия из агрегат- ного ком- плекса	Серия фирмы Моо&		Одного типа		Серия из агрегат- ного ком- плекса
№РМ, ГДР	—	—	По за- казу		—	—'	—		—	Двух типов	—	Один тип
1поуа, ЧССР	—	—	—	—	—	—1	Серия из агрегат- ного ком- плекса	Ориги- нальная серия		—		Серия иь агрегат- ного ком- плекса

Машины с гидравлическим приводом
Рис. 14. Силовые плиты и полы:

а — глухая плита; б — плита с подвалом
на опорных колоннах; в — коробчатая
плита: 1 — плита; 2 — маслогидроизо-
ляция; 3 — внешняя изоляция; 4 — бе-
тонное основание; 5 — щебеночное ложе;

6 — бетонная подготовка; 7 — опорные
колонны

буждения исключив из агрегатных
комплексов объемные пульсаторы фирм
ТгеЬе! и МАМ, а также низкочастот-
ные рекуперативные возбудители фир-
мы МАМ.

В СССР разработаны три поколенияг
стендового оборудования общего назна-
чения — оснастка типов ПГС 100;
2СО и ОИС. В состав стендов входят
инвентарные реактивные элементы:
стойки, контрфорсы, ригели, хребто-
вые балки, серии цйлиндров сжатия,
тяговых дифференциальных цилин-
дров, симметричных цилиндров. Си-
стемы возбуждения представлены на-
сосными установками, электродрос-
сельными усилителями на симметрич-
ных цилиндрах, объемными гидро-
пульсаторами, широко диапазонными
роторными гидропульсаторами, в том
числе соединяемыми при заданных
частотных соотношениях.

Особыми агрегатами стендового обо-
рудования являются реактивные си-
ловые элементы. Эти элементы содер-
жат капитальные силовые сооружения
(плиты, полы, стены, колонны, балко-
ны, перекрытия, потолочные балки);
стационарные силовые каркасы; сбор-
ные силовые каркасы, в состав кото-
рых входят инвентарные элементы
(опоры, стоики, контрфорсы, растяж-
ки, ригели, балки).

Из капитальных силовых сооруже-
ний наибольшее распространение по-

6. Рекомендуемые размеры (мм) объемных

стальных плит с бетонным наполнением

Длина	Ширина	Высота	Крепежный растр				
			резьбовой		Т-образный под гайку		
			М16	М24	818	828	
1000	1000	500	100	200	180	20.	220
2000	1250						
3000							
4000	1500						
™оо							
лучили силовые полы и плиты различ-
ной конструкции. Плиты и полы на-
чинают использовать не только для
монтажа силовых каркасов, но также
для установки и крепления испытатель-
ных машин вместо капитальных фун-
даментов. Унифицированные для этих
целей плиты и полы должны обеспе-
чивать фиксацию испытательных уста-
новок и их агрегатов; монтаж карка-
сов стендовых устройств с замыканием
силовой цепи; восприятие динамиче-
ских реакций систем вибрационных
испытаний с гашением колебаний;
восприятие динамических, ударных и
волновых воздействий, возникающих
при разрушении образца.

Полы и плиты выбирают в зависи-
мости от формы и мощности оборудова-
ния, устанавливаемого на них. Для
вибрационных установок масса полов
(в кг) должна быть больше суммы
всех инерционных сил (в Н). Для
установок с упругим замыканием в
большинстве случаев удовлетворитель-
ной оказывается масса (в кг), численно
равная одной — десяти суммарной пре-
дельной нагрузке устройств (в Н).

Силовые полы должны быть масло-
стойкими, а их основание защищено
от загрязнения грунтовыми водами.
На рис. 14 показаны различные формы
выполнения силовых полов. Наиболее
совершенна коробчата-я конструкция,
позволяющая воспринимать повышен-
ные усилия. Щебеночное ложе (гра-
нулы диаметром менее 16 мм) выпол-
няет демпфирующую и виброизолиру-
ющую роль. Для повышения эффектив-
ности виброизоляции применяют пру-
жинные, резиновые, пневматические
виброизоляторы.

Плиты и полы изготовляют из чугу-
на, стали, бетона в обойме, железо-
бетона. Плиты из чугуна, как правило,
устанавливают и закрепляют в бетон-
ном основании. Чугунные плиты отли-
вают с Т-образными -пазами по стан-
дарту (например, ПЖ 650), в одном
или двух взаимно перпендикулярных
направлениях. Размеры стандартных
плит общего машиностроения (О1Ы
876/Ш) достигают 4X8 м в плане.
Особопрочные чугунные плиты выдер-
живают нагрузки при отрыве до
500 кПа.

Большими возможностями обладают

Рис. 15. Конструкция сварной стальной
коробчатой плиты с бетонным заполне-
нием:

/ — горизонтальная плита; 2 — верти-
кальная стенка; 3 — виброизоляторы;

4 — анкерные гнезда; 5 — бетонная за-
ливка

силовые полы и плиты, выполняемые
в стальной цельнолитой, а также свар-
ной обойме; первые изготовляют раз-
мером до 5X1,5X0,5 м. В табл. 6
приведены рекомендуемые фирмой
Зсйепск размеры и растр анкерных
приспособлений, которые выполняют
по всем наружным сторонам плиты.

На рис. 15 показана стальная свар-
ная силовая плита конструкции фирмы
МАИ. Конструкция выполнена из двух
листов, соединенных трубчатыми встав-
ками с растром 500X500 мм. Резьба
под анкерные болты нарезана только
на листах с их тыльной стороны. Это
предохраняет резьбу от повреждений.
Промежуток между плитами заполнен
бетоном. Плита *ймеет Г-образную фор-
му с вертикальной силовой стенкой
размером 4X4 м.

Железобетонные силовые полы вы-
полняют с предварительным напря-
жением в одном или двух направле-
ниях. В полах предусмотрены либо
Т-образные анкерные пазы, располо-
женные с шагом 1 м, либо анкерные
отверстия с различным видом крепле-
ния в зависимости от конструкции
пола (рис. 16).

Стандарт И Ж51231 предусматривает
единый растр расположения анкерных
отверстий 1000Х1000 мм. Этот же
стандарт устанавливает точность вза-
имного расположения анкерных от-
верстий в железобетонных плитах
±2 мм. Размеры отверстий Должны
обеспечивать достаточный зазор для
ликвидации несовпадения анкерных
отверстий пола и монтируемой кон-
струкции. В полах с подвалом и сквоз-
7	6	7	3 6

6)

Рис. 16. Отверстия в же-
лезобетонных полах фир-
мы МАМ:

а — сквозное подкрепле-
ние болта нижней гайкой
или упорной головкой (тип
А250 и А500); б — сквозное
с заделанной гайкой или
опорой под внешнюю гай-
ку (тип А1000); в — глу-
хое с заделанной гайкой
или плитой под прямо-
угольную головку (тип
Н250 и Н500): 1 — сило-
вая плита; 2 — щебеноч-
ный балласт; 3 — гнездо
для наружной направля-

ющей анкерного болта; 4 — защитная труба; 5 — анкерная плита (гайка); 6 —»
металлический лист наружной облицовки; 7 — защитная пробка

ними анкерными отверстиями анкер-
ные болты пропускают насквозь и со
стороны подвала закрепляют гайкой
с увеличенной площадью опоры
(рис. 16, а) либо в прокладке с нарезан-
ной резьбой (рис. 16, б). Можно также
использовать болты с головками. При
этом головки должны иметь достаточ-
ную опорную поверхность. В глухие
силовые полы закладывают анкерные
плиты с резьбой или прямоугольным
отверстием под болты с прямоуголь-
ной головкой (рис. 16, в). Параметры

7. Технические характеристики
унифицированных анкерных гнезд
железобетонных силовых полов
фирмы БсЬепск

Параметр	Тип анкерного гнезда		
	А250, Н250	§8	© о о
Наибольшая допускаемая нагрузка, кН: статическая ^вертикальная и	250	500	1000
горизонтальная) переменная: знакопостоянная	180	370	750
знакопеременная	±125	±250	±500

Примечание. Наибольшая тол-
щина силового пола 1500 мм

унифицированных анкерных гнезд при-
ведены в табл. 7. Гнезда изготовляют
на машиностроительных предприятиях
с высокой точностью; при закладке
в плиту перед бетонированием их
тщательно выверяют по кондуктору,
фиксируют закладной арматурой ме-
жду пучками предварительно напря-
гаемых канатов.

Несмотря на тщательность выполне-
ния бетонных работ, погрешность рас-
тра гнезд обычно превышает допуск
на машиностроительные соединения,
а к соединениям силового пола и кар-
каса предъявляются повышенные тре-
бования по жесткости. Появление за-
зоров не допускается при сочетании
полной осевой и боковой нагрузок.
Для согласования крепежных размеров
в стендовом оборудовании фирмы МАИ
применяют соединения каркаса с полом
разных видов, осуществляемых с по-
мощью специальных центрирующих
шайб. В одном из соединений фрикци-
онная шайба-гайка фиксируется на
каркасе посредством наворачиваемой
на нее удлиненной гайки; во втором
соединении фрикционная центриру-
ющая шайба фиксируется на гнезде
силового пола; остальные соединения
закрепляют при свободном состоянии
центрирующей шайбы. В соединениях
фирмы ЗсЬепск применено центриро-
вание через разжимные пружинные
шайбы (рис. 17).

Натяжение анкерных болтов на со-
временных испытательных стендах осу-
ществляют специальными натяжными
Рис. 17. Анкерное крепление силовых
каркасов к железобетонным силовым по-
лам со сквозными отверстиями:

1 — плита со сквозными отверстиями; 2 —-
анкерная часть каркаса; 3 — анкерный
болт; 4 — анкерная шайба; 5 — гайка
крепления; 6 — упорная шайба; 7 —
опорный цилиндр; 8 — фрикционно-цен-
трирующая шайба; 9 — набор упругих
шайб; 10 — опорный диск; 11 — чистый
пол; 12 — подливка пластичного бетона

домкратами с последующим примене-
нием контргаек. Таким же путем осу-
ществляют освобождение силовых кар-
касов.

Силовые плиты и полы унифициро-
ваны. В табл. 8 показаны типы, формы,
параметры плит и полов, разработан-
ных фирмами МАМ и ЗсЬепск. На не-
больших металлических плитах обычно
монтируют установки для испытания
на кручение валов, дисков сцепления,
трансмиссий и других агрегатов и
устройств. Железобетонные полы боль-
ших размеров используют для испы-
таний на изгиб конструктивных эле-

Рис. 18. Опорные блоки конструкции фирмы МА1Ч:

0 — общий вид со схемой приложения сил; б — оснащение блока нормальной опорой
Для испытания балочных конструкций шириной до 800 мм; в — то же, расширенной опо-
рол шириной до 1500 мм; г — оснащение двух блоков траверсной опорой для испытания
плит шириной до 3000 мм: 1 — блок; 2 — опора; 3 — прижимная плита; 4 анкерные
оолты; 5 — траверса; 6 сферические опоры под траверсы
8. Технические характеристики силовых плит и полов,
разработанных фирмами МАН и Зсйепск

Материал	Параметр	Форма исполнения					
		Балки	Блоки	Плиты	Плиты		Коробчатые конструк*  । ции
					на ко* лоннах	на стой- ках	
Чугун  0 Т-образной анкеровкой в бетон	Длина, м	—	2-8		—	1 — 4	
	Ширина, м		2—8	2—3,5		1—3	—
	Толщина, м	—	1 — 5	1—2	—	0,3— 0,5	—
	Предельная распреде- ленная нагрузка, кПа	—	500	500	—	100	—
	Масса, т	—	10—  400	10— 100	—	*—	—
Сталь и стальная оболочка с бетоном	Длина, м	2 — 20	1—3			—	—
	.Ширина, м	0,5—2	1-3	1-2		—	
	Толщина, м	0,5—3	1-2	0,1—0,5		—	—
	Предельная сосредото- ченная нагрузка, кН	100 '	250	А  100		—	—
	Масса, т до	100	50	20		—	—
Железобетон	Длина, м	10—20	2—6	2—15	4 — 15	6 — 20	8—30
	Ширина, м	0,75т—3			2-15	3 — 20	4 — 20
	Толщина, м	1—4	2 — 4	1—2	1—2,5	2—5	3 — 5
	Предельная сосредото- ченная нагрузка, кН	500 на одно анкерное гнездо					
	Масса, т до	1300	800	500		600 '	1000
ментов типа балок, плит, панелей,
труб, объемных элементов. Наиболь-
шая приспособляемость стендового обо-
рудования к разнообразным объектам
испытания достигается с помощью
инвентарной оснастки силовых кар-
касов. Наиболее полно такая оснастка
разработана фирмой МАМ, а выпускает
ее — фирма ЗсЬепск.

В оснастку^ входят опорные блоки
трех типоразмеров (рис. 18, табл. 9),
служащие для размещения опор под
образцы. Опорные блоки имеют П-
образную конструкцию в плане с че-
тырьмя анкерными отверстиями, рас-
положенными на расстоянии 100Х
X 1000 мм. Блоки снабжены вертикаль-
ной и горизонтальной базовыми по-
верхностями, на которых закрепляют
различные опоры для установки об-
разцов.

Разработаны наборы различных
опор:

а)	опоры для испытаний на изгиб
балок и плит и других видов испыта-
ний; на рис. 19 показан пример уста-
новки балочной конструкции для ис-
пытания на шарнирной и катковой
опорах; кроме опор в наборы входят

9,. Технические характеристики
опорных блоков конструкции фирмы МАН

различные траверсы (см. рис. 18) для
изменения ширины опор;

б)	стойки силового каркаса трех
типоразмеров; они (рис. 20) имеют
центральную силовую колонну, под-
пертую со стороны действия горизон-

Рис. 19. Схемы установки
образцов для испытаний на
изгиб:

а — общий вид; б — катко-
вая опора; в — шарнирная
опора: 1 — опорный блок;

2 — образец; 3 — анкерный
болт; 4 — катковая опора;

5 — шарнирная опора; 6 —
прижимная траверса; 7 —
като$; 8 — катковые поверх-
ности; 9 — ограничительный
рычаг; 10 — шарнир; 11 —.
проушины шарнира- 12 ____

защитный чехол

$ Зак. № 38
Рис. 20. Стойки каркасов фирмы МА№

1 — колонна; 2 — подкос; 3 — основание;

4	— анкерный болт; 5 — присоединительный
блок; 6 —г двусторонний упругий шарнир;

7	— траверса шарнира; 8 — траверса соедини-
тельного хомута; 9 — анкерный болт хомута;

10	— портальная силовая балка (ригель); 11 —
места установки цилиндров; 12 — растяжка;

13	— анкерный болт башмака растяжки

Рис. 21. Соединительный хомут:

1	— основной анкерный болт; 2 — верхняя тра-
верса; 3 — нижняя траверса; 4 — удлинитель;

5 — силовые балки

11. Технические характеристики порталов
фирмы МАМ

10. Технические характеристики стоек
фирмы МАМ

	Предельные нагрузки		Размеры, мм		
Е 8	Поперечная сила, кН	Изгибаю- щий момент, кН* м	Высота	Длина ос- нования	Ширина
25	200	300	3700	2185	230
50	500	600	4865	3250	320
100	1000	1200			350

Тип	Размеры, мм		Воспринимае- мые силы, кН		
	Высота	Пролет	вертикальная	горизон- тальная	
				боковая	фрон- тальная
100	1350—  4000	1000—  5000	500	50	100
200	2000—  5300		1000	100	200
400			2000	200	400
Рис. 22. Схемы сборки
силовых каркасов из эле-
ментов фирмы МА№
а — простой портал; б—
косой портал; в — диа-
гональный портал; г —
двойной портал с риге-
лями; д — двойной пор-
тал с консольными ри-
гелями; е — усиленный
сдвоенный портал с ко-

роткими ригелями; ж —
то же, в диагональном расположении; з — сдвоенный портал*. / — раскосы стоек; 2 —
растяжки стоек; 3 — силовые балки; 4 — ригели длиной 5 м; 5 — ригели длиной 1 м

тальных реакций подкосом, а в попе-
речном направлении оснащены растяж-
ками; к присоединительному блоку
стоек можно крепить испытательные
цилиндры, поперечные силовые балки
и другие устройства; технические ха-
рактеристики стоек приведены
в табл. 10;

в)	силовые балки различной длины
и грузоспособности;

г)	соединительные устройства, вы-
полняемые в виде диагональных хо-
мутов, имеющие траверсы, стягивае-
мые анкерными болтами с помощью
натяжных домкратов.

Хомут (рис. 21) располагают по
Диагонали к пересекающимся балкам;

он позволяет связывать их в необходи-
мые для испытаний каркасы. Для хо-
мутов предусмотрены два типа анкер-
ных болтов: основной, используемый
для крепления балок к упругим шар-
нирам, и удлинитель, позволяющий
соединять балки между собой.

Фирма разработала комплексы
силового оборудования, содержащие
указанные элементы, рассчитанные на
различные нагрузки и для различных
исследуемых элементов. Технические
характеристики порталов, собираемых
из двух стоек и одной балки, приве-
дены в табл. 11. На рис. 22 приведены
некоторые схемы сборки каркасов из
стоек и балок.
Рис. 23. Соединения пульсаторов и домкратов в нагрузочной композиции:

а — с общей гидравлической связью; б — смешанное; в — гидравлическое автономное

В силовую оснастку отечественных
стендов ПГС-100, 2СО и ОИС входят
жесткие стойки каркаса высотой до
8 м (рассчитанные на продольную
вертикальную нагрузку 500 кН), че-
тырехметровые ригели, способные вос-
принимать нагрузку 500 кН в середине
пролета или две вертикальные на-
грузки по 500 кН на расстоянии 1 м
от стоек. Хребтовые балки длиной
8 м при трех связях могут восприни-
мать две вертикальные нагрузки по
500 кН каждая. Приведенные значе-
ния нагрузок соответствуют пульси-
рующему циклу с максимальным от-
клонением оси от вертикали до 5°.
Для приложения горизонтальных и
наклонных нагрузок служат подкосы,
рассчитанные на преодоление момента
1,5 МН-м и поперечной силы 500 кН.
Высота подкосов 5 м. Они предназна-
чены не только для непосредственного
закрепления нагружающих цилин-
дров, но также и для дополнительного
крепления каркаса в горизонтальном
направлении. Кроме сборного каркаса
в наборе силовых элементов отечествен-
ной оснастки имеются двухколонные
порталы с передвижной поперечиной.
Пролет порталов 2 м; рассчитаны они
на восприятие нагрузки 500 кН в се-
редине пролета траверсы. К траверсам
можно подвешивать ригели или хреб-
товые балки сборного каркаса.

Для испытаний на стендах больших
пространственных конструкций с энер-
гией деформаций в десятки и сотни
килоджоулей предпочтение отдается

рекуперативным методам возбуждения
объемными тидропульсаторами, ком-
мутационными системами, в том числе
роторными гидропульсаторами и низ-
кочастотными рекуперативными воз-
будителями. Лишь при необходимости
моделировать стохастические процессы
приходится обращаться к непосред-
ственному электродроссельному воз-
буждению. Энергетические ограниче-
ния вызывают необходимость проведе-
ния расчетов баланса энергии, потреб-
ляемой образцом и возбуждаемой со-
ответствующим источником. В част-
ности, для объемных и роторных
пульсаторов потребляемая энергия за-
висит от схем их соединения с гидро-
цилиндрами, вызываемых требования-
ми испытания. Возможны три различ-
ных вида соединений (рис. 23).

В табл. 12 приведены расчетные фор-
мулы для определения циклической
энергоотдачи пульсаторов при различ-
ных соединениях (рис. 24). В таблице
под У] понимается суммарная энер-
гоотдача системы гидравлически свя-
занных пульсаторов; рь ру, рг, р$ —
полная амплитуда давления; р^д г> 5—
ее номинальное значение; — но-
минальная предельная динамическая
нагрузка домкратов; — фаза на-
грузки; = 6^0	— коэффи-

циенты взаимной податливости соот-
ветственно 61^ — образца, 61^ — кар-
каса, определяемые известными мето-
дами строительной механики.
1 >. Расчетные формулы для определения необходимой энергоотдачи
объемных гидропульсаторов

Соединение (см. рис. 23)	ч Циклическая энергоемкость системы			Нагрузочный эффект
	внешняя		внутренняя №(6)	
Параллельное г0	Го	. 2	_г<>	.	. 2	Синхронное,
пульсаторов с помощью об-	х		У^М-тй *	синфазное при* ложение натру*
щего распреде-			*	\ Р' ч	зок к образцу,
лителя при пи-	1 = 1		г=1	при соотноше-
тании от него				ниях между ни*
г домкратов			Г г ш—ш ж ж	ми, определяе-
	х2^	р ь^рмр^	х У У 4’	мых грузовыми площадями
	1=1 /	ш =1	ЛшшЛ ЛшшЛ 1=1 /=1	домкратов
Групповое	г1		Го	Синхронное,
параллельное	V	ир(а)	Уи<М-^\2х	синфазное при-
синфазных Го,	7			ложение нагру-
«о пульсаторов				зок к образцу
с упругой	1=	=1	1=1	\ Г	/	при соотноше-
связью через	г	п,	Г Г	ниях между ни*
п домкратов,		«<»>/><"> X	х226*7)^н>/>/н)	ми, определяе-
установленных на образце	=2^			мых как грузо- выми площадя-
	/=1 /	=1+г	1=1 /=1	ми домкратов,
				так и произ-
	хр(н)_^ .		«0  У ^6)=	вольными соот- ношениями дав»
		р< р/'		лений рг, р$,
	«0		1=г о4~1	Рп
	2	цу(а) =	/ Р3 \2  - Нзг) х	
	1—г0"Н		\ ’ /	
	$	п	$ $	
	--Ё	2 «о р<н) х	х 2 2 в^)х	
	1—г+	1/=1+г	<=Г+1 /=г+1	
	-	Хр(н)_.р)р/		хр(н)р(н)	
Гидравлически		- / г	П-Дб)/ р1 \2й(б) *  1 »<"> 1	Синхронное
автономное г0	Ц7<а)=	5>>х		(с любым задан»
пульсаторов на				ным сдвигом по
г упруго свя-	1			фазе) приложе-
занных син-		1. \	х/ Г о(н)12	ние нагрузок
хронных дом-	V р(н)р(И) ..			к образцу при
кратов со сдви-		1 а ~		любых соотно-
гом по фазе	„ ₽<р/ ...Л2 .			шениях между ними
	р<->  / г	р<н)		
	+(2	л(а)р(н)р(н) *  °О’ Ч Ч Х		
	\ /=1	1		
	,, р1р	/	\2“|Т		
	₽<“>р	,<И> Ч		
отдачи в гидросистеме пульсаторов фир-
мы ЕозепсЬаизеп производительностью
(см3/ход):

1 _ ЮО; 2 — 200; 3 — 300; 4 — 800 (вклю-
чая четырехметровый трубопровод)

Сжимаемость масла вызывает по-
тери: №<п> в пульсаторе, постоянные
вследствие неизменности объема; ТГ(Т>
в коммуникациях, зависящие от длины
и диаметра трубопроводов.

О потерях в пульсаторах позволяет
судить рис. 24. Потери в коммуника-
циях можно подсчитать, учитывая по-
датливость трубопровода, методом
Н. Е. Жуковского:

/=1

— ( * । 1 \ .

\ Ет 5Т Ем /	4

где <1 — внутренний диаметр трубопро-
вода; Ет — модулы упругости мате-
риала трубы; Ем — модуль упругости
масла; $т — толщина стенки трубы;

I — суммарная длина коммуникаций.

Энергоемкость системы, определяе-
мая формулами табл. 12, не учитывает
необратимые потери энергии, которые
в пульсаторах составляют 20%. Сле-
довательно, выбор возбудителей нужно
производить с запасом 20—25 %. Экс-
плуатационная энергоотдача пульса-
торов, как правило, ниже номиналь-
ной из-за невозможности в конкрет-
ных случаях использовать полное дав-
ление. Поэтому рабочую энергоотдачу
пульсатора необходимо определять по
формуле перехода: №<₽)== (р/р(Н)) 1Г(Н),
где 1Г(Р) — энергоотдача пульсатора
при рабочем давлении; 1Г(Н) — номи-
нальное значение энергоотдачи.

Необходимость возбуждать высокие
циклические энергии при испытаниях
на стендах заставляет использовать
эффекты резонансного усиления. При
резонансе возбудитель восполняет не-
обратимые потери энергии, тогда как
поток реактивной энергии может за-
мыкаться во внутренней системе воз-
буждения. В стендовых испытаниях
применяют две системы резонансного
усиления: непосредственную и кине-
матически зависимую.

При непосредственном усилении ре-
зонансный контур содержит: образец
(упругое сопротивление), гидроци-
линдр, инерционный трубопровод (соз-
дающий инерционное сопротивление
массами жидкости), гидроаккумулятор
и пульсатор. Основные диссипативные
сопротивления вызываются вязким тре-
нием в инерционном трубопроводе.
На рис. 25 показаны схемы резонанс-
ного непосредственного усиления, а
в табл. 13 приведены значения кине-

Рис. 25. Схемы резонанс-
ного возбуждения с не-
посредственным подклю-
чением гидропульсатора:
а — у аккумулятора; б —
у грузового цилиндра;
в — комбинированном; х —
возбуждаемые перемеще-
ния;	. упругая же-

сткость аккумулятора;
т — приведенная масса
жидкости в инерционном
трубопроводе; к — вязкое
сопротивление в инерцион-
ном трубопроводе, с0 —
упругая жесткость образца
13. Коэффициенты динамического усиления при непосредственном возбуждении

Коэффи- циент	Значения коэффициентов при подключении пульсатора						
	у аккумулятора	у грузового цилиндра			комбинированном		
		1_  [(1 - V2)2 + ?2У2]	2	1			(1 + с)-*		
^х	_ 1  с [(1 + с - V2)2 + ?2У2]	2	1			1  Г1	V4 4- У3У2	1 ~2  [ (1 + С — V2)2 4- У2У2 ]		
ХР	С{[(1_|_С_^2)2+?2Л72] Х 	1_  X [(1 - V2)2 +??№]}	2  1 1  2с02		-	(С_у2)2+у2у2	2				
			(1 + С-У2)2 +-|>2>2]				1  Г	V* + У2У2	]—
		При V2 = 1  1					[ (1 4-с- -у2)2 4~ Т2у2 ]  со (со + ^а)”1
^Х	1	2_1  сат 2 [*%> + тс1] 2		, тсо (со-2са)' 2	.2  тса + к со	1  2			-с0 (* + тс0)|‘/« тс2 + кс0
. ЛР ।	к~1тсаСо [*2со + тс1] 2  сат 2 ["!са + *2 (% + %)]	2					со(* + тсо) Т/г	
		При V2 — 1 + с  1				- (са + ‘:о)(тс2а + ксо) - со (ео + га’~’	
"^Х	1   сат2(‘а+со) 2		тсп  1 л		2	  .	*! (са + со) ]	1  2	1		
	сосат {(са + со) 1тс1 + *2 х  *(% + 'а)1Г,Л				Ч%^а)р2 + '"(Са + С°)]2		

Машины с гидравлическим приводом
Рис. 26. Гидрорезонансные схемы для
стендовых испытаний с разгрузкой пуль-
сатора от статического и динамического
давления:
а — при использовании вспомогательно-
го цилиндра; б — при подключении
пульсатора к полости дифференциально-
го цилиндра

матического силового и энерге-
тического Хде, коэффициентов усиления
для этих схем.

Коэффициенты выражены через без-
размерные параметры с = са/со\ V2 =
= ш2 (т/со); у2 = к2/(тс0), где с0 —
упругая жесткость образца; са — упру-
гая жесткость аккумулятора (для без-
газового аккумулятора са = ЕР2/'(/),
т = р//72/"’1 — масса жидкости в инер-
ционном трубопроводе; к = влр//72/"2—
диссипативное сопротивление жидкости
в инерционном трубопроводе; Е —
модуль упругости; р — плотность; р —
динамическая вязкость жидкости; и —
объем аккумулятора; I — длина; / —
площадь сечения инерционного тру-
бопровода; Р — эффективная площадь
грузового цилиндра.

Коэффициент Хд. = х0/х отражает от-
ношение амплитуды деформации об-
разца к амплитуде возбуждаемого пере-
мещения х = г-/7п//7-51п со/, где г —
амплитуда перемещений, Гп — пло-
щадь плунжера пульсатора.

Коэффициент Хр = хосо/(рп^) отра-
жает увеличение амплитуды перемен-
ной силы на образце относительно
условной амплитуды силы на плун-
жере пульсатора, где рп — амплитуда

переменного давления в цилиндре пуль-
сатора.

Коэффициент = 2х2со/(С'прп) от-
ражает увеличение переменной энер-
гии на образце по отношению к энер-
гии возбуждения, где 6/а — цикличе-
ский объем пульсатора.

Поскольку при непосредственном со-
единении пульсатора с резонансным
контуром в гидросистеме необходимо
поддерживать одинаковую статическую
составляющую давления и не до-
пускать снижения минимального да-
вления ниже анти кавитационного пре-
дела, использовать силовое увеличе-
ние не эффективно. Заметное динами-
ческое усиление может быть достигнуто
лишь при увеличении перемещений.
Наибольший эффект достигается при
схемах, представленных на рис. 25, б,
в. Согласовывая параметры системы
варьированием площади цилиндра, до-
стигают пяти—, десятикратного повы-
шения энергии возбуждения.

Необходимость работы на резонансе
перемещений, коэффициент усиления
при котором зависит от меняющихся
диссипативных сопротивлений, требует
специальных мероприятий по стабили-
зации режимов и управлению процес-
сами испытаний. Поэтому в стендовых
испытаниях находят применение ре-
зонансные системы с кинематическим
увеличением перемещений при работе
на силовом резонансе (рис. 26). Пуль-
сатор разгружен от статической ком-
поненты нагрузки и создает только
динамические перемещения, равные де-
формации образца, т. е. работает в ре-
жиме, отвечающем = 1.

Коэффициент силового динамическо-
го увеличения

___1__

Хр = [(1 4-С —У2)2 + ?М] 2'

на

силовом резонансе V2 — 1 с при-
са КйГ
нимает значение	рез“Г7—л-----г-«

« (Со “т* ^а/

Использование в цепи гидравличе-

ских звеньев механических элементов
каркаса приводит к сложным колеба-
тельным контурам. Значительное число
схем испытаний может быть сведено

к двухмассным системам с кинемати-
ческим возбуждением. В таких си-
Рис. 27. Схемы стендовых установок, приводящиеся к двухмассным колебательным
контурам:

а — схема, приводимая к разветвленному контуру; б — ее динамическая модель; в —•
колебательный контур; е — графики 'энергетических коэффициентов усиления; д —
схема, приводимая к цепному контуру; е — ее динамическая модель; ж — колебатель-
ный контур; з — графики энергетических коэффициентов усиления

стемах (рис. 27) наряду с резонансным
увеличением возбуждения можно по-
лучить эффект подавления последнего.
Принципиально различаются цепные
и разветвленные двухмассные коле-
бательные контуры. В табл. 14 при-
ведены основные динамические пара-
метры этих контуров при возмущении
X — Г 81П Ш.х.

В разветвленном контуре возмуща-
ющая сила Рв обладает четырьмя
характерными частотами, при которых
она приобретает значения 0 (частоты
и ш2) или оо (частоты й3 и Й4).
Эти частоты расползаются в следу-
ющем порядке (например, для со1 <
б)о)' Шу Од ш2 О4.

Для всех упругих звеньев системы
имеются две частоты: О3 и О4, отвеча-
ющие максимуму кинематического уси-
ления энергии; для звеньев <?а и <?к
имеется по одной частоте, на которой
достигается максимум силового уве-
личения энергии. Эти частоты соответ-
ствуют парциальным частотам ш4 и
й>2- На этих же частотах перекрестно

энергетические коэффициенты для
звеньев с0 и ск приобретают нулевые
значения, т. е. возникает эффект по-
давления возбуждения. Наиболее це-
лесообразно использовать силовые ре-
зонансы, на которых высокие значе-
ния %цг сохраняются при больших
диссипациях.

В цепном контуре энергетический
коэффициент усиления достигает
максимума на четырех частотах. При
этом на частотах и П2 осуществляет-
ся наибольшее силовое увеличение
энергии, а на частотах Й3 и й4 — кине-
матическое. Силовые и резонансные
частоты чередуются (&х< &3< ^2<
< &4), причем силовые резонансы пред-
шествуют кинематическим. При ча-
стоте возбуждения, отвечающей пар-
циальной частоте ш4, коэффициент
~ О, т. е- наступает эффект по-
давления возбуждения.

При исследованиях на кручение
гидропривод применяют главным об-
разом в машинах и установках для
натурных испытаний узлов и деталей
14. Динамические параметры гидромеханических передач стендовых установок
с двухмассовой системой

Параметры			Система	
			разветвленная	|	цепная
Амплитуда усилий в упругих элементах				Л—Ч СМ  3  1 см см СЯ  'ч—X л-Ч СМ  3  1 см —  с.
			°3  1 ^сГ см"”4 3  1  см со "и  л	л—“Ч СМ  3  1 см<^ см"*4  3  1 ^сГ в
		р0	о  И  А  Л &  1	Ю Ю  О Л—"Ч V' В  — ю 1  1  В	
		Рк	^1("’2-“2)	2 2  (л>1 ц>2
			СвГ	С/(«Г-2)(«42-“2)
Коэффи - циенты динами- ческого усиления	лиловые	^ро	0)2	о^К-»2)
			с^>2 —‘(о2	
		^рк	2	М1 <°2
			(О2 — со2	л—Ч см  3 .1 смсм а  х сГ"  3  1 см — с? Ч«X
	кинема- тические	^хо		ю4
			см""*** 3  1 СМ т». см~' 3  1 СМ СО	см~^ 3  1 см^ С? ЧХ "з  1 см со С? 'чх'
		^хк	Ю1 Н ~ ш2)	
			см”4 3  1 см тг .Х-Ч. см  3  1 см г?	Со Ю 1  В ю '"ю" 1  В ю 'Ч»х
			("1 - ®2) (“2 ~ “2)	х—ч см  3  1  см см см~'  3  1  см —
			(^-“2)(«|-“2)	х-*ч ю СОЮ  1  в  ю  'ч_их 41-Ю  1  в
	энерге- тические	Ч?о	«2 (®1 — ю2)	,ч2,,2 /.,2	,,2\2  Ю2Ю4 (<°1 ~ и )
			X см"*4 3  1	3  СМ^ 1 а	*  смсм х-ч 3 см  : - см со  СЗ ч»г	х  X-ч ►- ю  Сою I 1 ® *	ю  В	'  ю  "' 50  Х“Ч юю  Ю	।  4^Ю	|  1	©  ’	ю  В ч^ X
		Ьфк	Ш1 (и2 ~ ю2)	(О2(о|(йд(О2
			X—Ч  Ю  00 ю  А ё в Ю Ю  1  1	»^Ю  8	1  Ю 1 в го  X	х-*ч 3  3	1  1 СМт*4 смсм 03  < см  3 см	.  3	1  1 см со  1	а  см — ч^х X


Продолжение табл. 14

трансмиссий. Разнообразие задач, ста-
вящихся при таких испытаниях, не-
обходимость индивидуального подхода
к их решению, вызываемого специфи-
кой работы исследуемого узла и кон-
струкции при эксплуатации, застав-
ляют конструировать машины и уста-
новки в основном целевого назначения.
Для возбуждения крутящего момента
могут быть использованы различные
системы, например преобразования по-
ступательных движений в поворотные
(рис. 28) посредством механических

передач: рычажной, реечной, винтовой
или непосредственного возбуждения
крутящих моментов и поворотных дви-
жений методами: объемным (рис. 29,а),
инерционным (рис. 29, б), коммута-
ционным (рис. 30).

Объемный поворотный гидроцилиндр
в принципе, не отличается от гидроци-
линдра поступательного движения.
Угол поворота ротора относительно
статора зависит от объема жидкости,
введенной в соответствующую полость,
а момент — от разности давления в по-

Рис. 28. Принципы возбуждения крутящих моментов поступательными гидроцилин-
драми с механическими преобразователями:

а — рычажным; б — реечным; в — винтовым: 1 — полости гидроцилиндра; 2 — поршень;

3 — рычаг; 4 — активный захват; 5 — рейка; 6 — винт

Рис. 29. Возбудители вращательного действия:

в объемный поворотный гидродвигатель: 1 — статор; 2 “ ротор; 3— соединительный
канал одноименных полостей; б — гидромеханический инерционный спиральный пре-
образователь: 1 — ротор; 2 — спиральный канал; 3 — коллекторы; 4 — образец; 5 =•
пассивная опора
Рис. 30. Коммутационные возбудители крутящих моментов:

а — симметричного; б — с постоянной составляющей: 1 — статорное направляющее
кольцо; 2 — цилиндровый ротор симметричного возбудителя; 3 — цилиндровый ротор
постоянной составляющей момента; 4 — золотниковый распределитель переменного
момента; 5 — золотниковый распределитель постоянной составляющей; 6 — источник
гидростатического давления; 7 — образец; 8 — пассивный захват

лостях. Инерционный возбудитель вза-
имодействует лишь с переменным по-
током, протекающим через спираль-
ный канал по периферии ротора. По-
стоянные составляющие угловой ско-
рости ротора и потока в спиральном
канале не вызывают взаимодействия.
Этот метод возбуждения пригоден для
создания переменных моментов и углов
поворота. Коммутационным преобра-

зователем возбуждается крутящий мо-
мент, зависящий от давления питания,
угла поворота золотникового распреде-
лителя и эксцентриситета статора.

В зарубежной практике наиболее
широкое распространение для воз-
буждения крутящих моментов полу-
чили объемные системы. На рис. 31
показана схема управления установок
для испытания образцов материалов,

Рис. 31. Схема установки
для испытаний на круче-
ние:

1 — силовая плита; 2 —
поворотный гидроцилиндр;

3алектродроссельный уси-
литель; 4 — образец; 5 —
крутильный динамометр;

6 — реактивная опора; 7 —
активная опора; 8 — диф-
ференциальный трансформа-
торный датчик углов по-
ворота; 9 — усилители;

10 — блок сравнения; //-*
задатчик; 12 —насос; 13 —
фильтр; 14 — аккумуля-
тор; 15 — переливной кла-
пан; 16 — масляный резер-
вуар
15. Технические характеристики поворотных гидродвигателей фирмы МТ5

				Наиболь- шая реак- тивная сила, кН		База под- шипников ротора	Длина				я о  я
Тип	Крутящий момент, кН* м		Рабочий объем, см3/рад					Диаметр		Момент инерции ро- тора, кг*м2	
								Статора	Вала ро- тора		
	статиче - ский	динами- ческий		осевая *4	попереч- ная	мм					
215.32	0,226		12,1	1,1	6,7	76	184	203	36,53	1,03 X 1 о-3	32
215.35	0,565		30,3							1,21 ХЮ”3	
215.41	1,13		60,6	2,2	13	121	241	260	55,58	6,99 X Ю~3	70
215.42	2,26		121							0,822Х 10“2	
215.45	5,65		311	5,3	24	145	285	311	95	5Х Ю~2	, 125
215.51	11,3		622			215	355			8,31 X 10-2	165
2'16.10	22,52	16,89	1147	26,8	112	244	329	356	130	0,21	340
216.20	45,04	33,78	2245	44,5	134	268	359	451	160	0,65	590
216.30 .	84,45	56,3	4130 |	134	223	374	553 |	559	200	1,46	1230

** Приведенная к опорному подшипнику ротора.

валов и элементов трансмиссий на
переменное кручение с помощью пово-
ротных гидроцилиндров (гидродвига-
телей). Фирма МТ8 разработала агрегат-
ную серию таких установок, базирую-
щихся на применении поворотных гид-
роцилиндров серии 215 и 216
(табл. 15).

В поворотных гидроцилиндрах се-
рии 215 применены подшипники ка-
чения, воспринимающие радиальную и
осевую реактивную нагрузки. В гидро-
Цилиндрах серии 216, рассчитанных на
большие моменты и реакции, исполь-
зованы подшипники скольжения с фто-
ропластовыми уплотнителями. Уста-
новки монтируют на стандартных си-
ловых плитах, технические характе-
ристики которых приведены в табл. 16.
Кроме плит и цилиндров в число основ-
ных агрегатов этой серии входят диа-

фрагменные активная и реактивная
опоры, служащие: первые — для уста.-
новки гидроцилиндра, вторая — для
размещения динамометра. Технические
характеристики опор приведены в
табл. 17. Образец с опорами можно
соединять либо через диафрагменные
муфты (табл. 18), либо через жесткие
фланцы (табл. 19). Необходимость
упругой подвески опор установки,
а также использования диафрагменных
муфт вызывается стремлением изба-
виться от паразитных составляющих
(изгибающих моментов, осевой и по-
перечной силы) нагрузок при испыта-
ниях, особенно когда прикладываемый
момент не совпадает с осью об-
разца.

Установку образцов с эксцентриси-
тетом применяютдля одновременного
прикладывания к образцу крутящего
16. Технические характеристики крепежных плит фирмы МТ 8

Тип	Длина	Толщина	Ширина	Пролет образца	Жесткость при круче- нии, Н« м/рад	Масса, кг
	мм					
215.32  215.35	1140	140	380	724  711	5,IX 106	150
215.41  215.42	1370	160	560	851 .756	19,6Х 10е	375
215.45  215.51	1525			876  768	17.6Х 10е	420
216.10	3050 '	330	559	2130	5,7Х 10’	1600
216.20		406	686	2000	11X10’	2300
216.30				1880		

17. Технические характеристики опор фирмы МТБ

Тип	Высота центра над плитой, мм	Осевая сила, Н	Изгибающие моменты, Н*м			Допустимые перемещения -			
			горизонтальные	вертикаль- ные		осевые, мм	Угол' поворота опор, рад		
				о к сх м О «3 к к х н о	о  <я « е О  х л  X о «кВ X о О		горизон- тальный	вертикальный	
								на актив- ной опоре	на пас- сивной опоре
215.32	127	450	23	510	4000	0,76	0,004	0,003	
215.35									
215.41	158,8	670	45	1000	1000	0,78	0,008		
215.42									
215.45	196,8	2200	225	2260	1360	1,52	0,006	0,0008	0,0012
215.57				3960	—			0,0004	
18. Технические характеристики диафрагменных муфт фирмы МТ§

Тип  215.32  215.35	Диаметр, мм		Ши- рина, мм	Допускаемые				Момент инерции,- кг» м2
	муф- ты	крепеж- ного фланца		осе- вая сила, кН	изги- бающий момент, Н-м	осевое переме- щение, мм	углы поворо- та, рад	
	248	101	51	0,45	23	3,81	0,028	0,0249
		127					0,025	0,0278
215.41	311		52	0,67	45			0,0614
215.42		Л03	74		34	4,32	0,015	0,135
215.45	387		76	2,2	158	3,81		0,281
215.51		248	89		170	3,05	0,011	0,410
216.10	460	356	91,8	4	790	3,2	0,0045	2,2
216.20	502	381	105	4,4	900	3,3	0,0053	4,4
216.30	705	432	109	13,4	2800	4,3	0,01	12

и изгибающего моментов. При совмест-
ном действии изгибающих и осевых
нагрузок допускаемые значения сни-
жаются пропорционально действую-
щим составляющим.

Для многих деталей и узлов транс-
миссий испытания на кручение в не-
подвижном состоянии недостаточно по-
казательны, поскольку в этом случае
не воспроизводятся факторы, оказы-
вающие решающее влияние на работо-
способность конструкции в эксплуата-
ции. К таким факторам относятся пе-
ремена контактирующих поверхностей
в коробках передач, изменение усло-
вий контакта в шарнирах, влияние
центробежных сил в дисках сцеплений.
Для приближения условий испытаний
трансмиссий к эксплуатационным из-
готовляют установки с нагружением
исследуемых узлов в процессе враще-
ния с использованием систем: парал-
лельной, когда привод вращения уста-
навливают параллельно системе воз-
буждения переменного момента; ко-
аксиальной, когда привод вращения
и система возбуждения монтируют
соосно друг другу.

19. Технические характеристики
крепежных фланцев фирмы МТ$

Тип	Диаметр, мм		Ши- рина, мм	Момент инерции, кг»м2
	на-' руж- ный	вну- трен- ний		
215.32	102	65	57	0,0046
215.35	127			0,0114
215.41		90	67	0,0128
215.42	203			0,0866
215.45		135	83	0,103
215.51	248		124	0,350
216.10	356	130	159	1,9
216.20	381	160	172	2,7
216.30	432	200	203	5,18
Рис. 32. Схемы установок фирмы ЗсЬепск для испытания коробок скоростей:

а — автомобильных; б — тракторных с валом отбора мощности; / — статор поворот-
ного цилиндра; 2 — вал ротора; 3 — крутильный динамометр; 4 — исследуемые коробки
скоростей; 5 — зубчатые передачи; 6 — вал затяжки; 7 — привод вращения; 3 — элек-
тродроссельный усилитель; 9 — поворотный гидроцилиндр нагружения валов отбора
мощности

На рис. 32 показаны две схемы испы-
тания коробок скоростей. По первой
схеме (рис. 32, а) две коробки стыко-
ваны выходными валами, а их входные
валы замкнуты с одной стороны по
цепочке: динамометр, ротор поворот-
ного цилиндра, его статор, зубчатая
передача на вспомогательный вал за-
тяжки, а с другой стороны непосред-
ственно через вторую зубчатую пере-
дачу на тот же вал затяжки. Таким
образом, вся система оказывается ки-
нематически замкнутой через поворот-
ный гидроцилиндр, перепад давления
в полостях которого определяет кру-
тящий момент в кинематической цепи.
Вся система приводится во вращение
специальным приводом на вал затяжки.
Необходимость в одновременном испы-
тании двух коробок вызывается требо-
ваниями кинематического согласова-
ния вращения элементов замкнутой
цепи. По этой схеме входной вал
левой коробки нагружается непосред-
ственно от поворотного цилиндра че-
рез динамометр. Входной вал второй
правой коробки нагружается через
Обе зубчатые передачи с неизбежными

потерями момента на преодоление тре-
ния и инерционных сопротивлений.
Таким образом, имеются различия
в моментах, действующих на правую
и левую испытуемые коробки скоро-
стей.

По второй схеме (рис. 32, б) коробки
снабжены дополнительным валом от-
бора мощности. Система нагружается
как со стороны главной передачи,
так и со стороны валов отбора мощ-
ности. При этом последние синхрони-
зированы собственной зубчатой пере-
дачей, связанной со своим поворотным
гидроцилиндром.

В рассмотренных примерах оба эле-
мента поворотного цилиндра (ротор
и статор) приводятся во вращение об-
щим приводом; их взаимная подвиж-
ность нужна только для компенсации
деформаций элементов привода. Для
подвода жидкости к полостям гидро-
цилиндра используют коллекторное
соединение электродроссельного уси^
лителя (рис. 33), втулка которого
остается неподвижной. В одном блоке
со втулкой встроен токосъемный кол-
лектор для передачи сигналов датчика
угла поворота и крутильного дина-
люхметра в управляющую и измеритель-
ную системы установки.

Особенностью замкнутых систем яв-
ляется то, что все действующие силы
замыкаются внутри кинематической
цепи, а на долю привода приходится
лишь преодоление сил трения. Таким
образом, приводу требуется неболь-
шая мощность вращения.

На рис. 34 показана замкнутая
система одновременного испытания че-
тырех карданных валов в процессе
вращения и изменяемого в двух пло-
скостях угла передачи переменного
крутящего момента. Замкнутый ки-
нематический контур, образованный
четырьмя исследуемыми карданными
валами, двумя подвижными промежу-
точными валами, двумя парами зубча-
тых передач с 'включенными в них
приводами вращения и нагружающими
поворотными цилиндрами, может из-

Рис. 33. Схема подвода жидкости к вра-
щающемуся поворотному гидроцилиндру:
1 — статор цилиндра; 2 — ротор; 3 —
каналы к полостям цилиндра ;4 — электро-
дроссельный усилитель; 5 — коллектор-
ная втулка; 6 — токосъемники; 7 — ка-
бельный канал

менять передачу вращения в горизон-
тальной и вертикальной плоскостях
посредством двух управляемых по-
ступательных гидроцилиндров. Таким

Рис. 34. Схема машины фирмы ЗсИепск для одновременного испытания переменным
кручением четырех карданных валов в процессе их вращения при изменяемых по -про-
грамме горизонтальном и вертикальном углах передачи момента:

* — исследуемые валы; 2 — обоймы промежуточных валов; 3 — промежуточные валы;
4 — подшипники цапфы обойм промежуточных валов; 5 — захватные опоры; € — зуб-
чатые передачи; 7 — приводы вращения; 8 — статоры поворотных гидроциянедрш»;

-вал ротора поворотного цилиндра; /0 — поступательный гидроцилиндр имитации
колебаний кузова на рессорах; 11 — поступательный гидроцилиндр имитации поворотов
Управляемых колес; 12 — динамометры
'/////////////л

||||М:

Рис. 35. Схемы коаксиальных стен-
дов фирмы БсЬепск:
а — для испытания муфт сцепления:
1 — корзина сцепления; 2 — диск
сцепления; 3 — маховик; 4 — под-
шипниковая опора; 5 — барабан;
6 — динамометр; 7 — вал ротора по-

воротного гидроцилиндра; 8 —
поворотного гидроцилиндра;
электродроссельный усилитель;
привод вращения барабана; б
испытания карданных валов:
исследуемый карданный вал;

статор
9 —

10 —
— для

вспомогательный

карданный

2 -
вал:

— ПОДШИПНИК в

4

УОИИИИЯйЙРА

9 8

////////////////Л

упругой подвеске;
4 — барабан; 5 —
роликовая муфта;
6 — поступатель-
ный гидроци-
линдр поворота
роликовой муф-
ты; 7 — статор
поворотного ци-
линдра; 8 — вал
ротора поворот-
ного цилиндра;
9 — динамометр;
10 — привод вра-
щения барабана;
11 — электродрос-
сельный усили-
тель

3

5

<0

образом имитируются эксплуатацион-
ные условия работы карданных шарни-
ров в автомобильных трансмиссиях:
при колебаниях кузова на рессорах
и при повороте управляемых колес
(переднеприводная система автомоби-
ля). Нагружающие поворотные ци-
линдры создают программную нагруз-
ку, отвечающую режимам трогания
с места, переключения'передач, вклю-
чения сцепления и движения автомо-
биля. Каждая последовательно соеди-
ненная пара карданных валов нагру-
жается переменным крутящим момен-
том собственным поворотным цилин-
дром и имеет собственный привод
вращения. Промежуточные валы рас-
положены в подшипниковых обоймах,
которые в свою очередь снабжены
общей поперечной цапфой и могут
поворачиваться относительно ее оси.
Ц^пфа вместе с обоймами имеет воз-
можность продольного перемещения.
Последний имитирует колебание на
рессорах, а поворот в цапфах имити-
рует поворот управляемых колес.

Коаксиальные машины имеют более
компактные конструктивные решения
вследствие отсутствия зубчатых пере-
дач. Отсутствие зазоров в кинемати-

ческой цепи обеспечивает возможность
нагружения знакопеременным крутя-
щим моментом.

На рис. 35 показаны схемы двух
коаксиальных машин. В установке
для испытания муфт сцепления авто-
мобилей корзина испытуемой муфты
закреплена на маховике, жестко свя-
занном с вращающимся барабаном,
привод которого рассчитан на частоту
вращения 2500 об/мин. Диск сцепле-
ния насажен на вал ротора поворот-
ного гидроцилиндра, имеющий дина-
мометрическую вставку. Статор пово-
ротного цилиндра закреплен на торце
вращающегося барабана. Поскольку
нажимной подшипник сцепления от-
пущен; диск сцепления находится в за-
цеплении с нажимным диском корзины
и маховиком, испытывая действие цен-
тробежных сил от вращения барабана.
Крутящий момент, создаваемый по-
воротным цилиндром, имитирует на-
грузки на сцепление от эксплуатацион-
ных условий работы трансмиссии ав-
томобиля.

В установке для испытания кардан-
ных валов образец, вращаясь с ба-
рабаном, находится под действием
центробежных сил, зависящих от угла
Рис. 36. Установки фирмы ЗсЬепск для испытания металлических образцов на сложное
переменное воздействие изгиба и кручения при вращении;

а — с мембранной подвеской опор; б — с мембранным сочленением рабочей камеры:
1 — привод вращения; 2 — барабан; 3 — опоры барабана; 4 — камера испытаний; 5 —
электр©дроссельный усилитель; 6 — статор поворотного гидроцилиндра; 7 — вал ротора
поворотного гидроцилиндра; 8 — динамометр; 9 — промежуточная опора вала; 10 —*
образец; 11 — диафрагмы; 12 — маятниковое коромысло изгиба; 13 — шарнир коро-
мысла; 14 я— шарнир штока цилиндра изгиба; 15 — цилиндр изгиба

наклона пассивной опоры и перемен-
ного крутящего момента, возбуждае-
мого поворотным гидроцилиндром.
Угол наклона пассивной опоры может
меняться по заданной программе по-
ступательным гидроцилиндром.

Валы и детали трансмиссий и меха-
нических передач находятся в экс-
плуатации под сложным воздействием
переменного кручения и изгиба в про-
цессе вращения. Поэтому материалы
Для них необходимо выбирать на ос-
нове проверки совместного действия

этих факторов в очередности их изме-
нения, отвечающей эксплуатационным
условиям. Для проведения таких ис-
пытаний фирма ЗсЬепсК выпускает
коаксиальные установки, схемы кото-
рых показаны на рис. 36. К враща-
ющемуся барабану с одного торца при-
соединена испытательная камера, то-
рец которой заканчивается цапфой,
помещенной в подшипниках маятнико-
вого изгибного коромысла. К другому
торцу барабана присоединен статор
поворотного цилиндра. Вал его ротора
Рис. 37. Стенд для испытаний муфт бурильных инструментов под статико-циклическим
крутящим моментом при вращении:

/ — привод вращения; 2 — рабочий вал; 3 — приводной вал; 4 — глухая зубчатая пере-
дача; 5 — натяжная зубчатая передача; 6 — образец; 7 — механизм статического на-
тяжения; 8 — упорный подшипник; 9 — барабан; 10 «— спиральный канал; 11 — ко-
лекторная втулка; 12 — источник переменного питания; 13 — маховик; 14 — упругий
элемент (второй образец)

через динамометр соединен с активным
захватом в испытательной камере. Пас-
сивный захват жестко связан с торцом
испытательной камеры. Последняя,
в свою очередь, благодаря мембранным
вставкам может свободно изгибаться
в процессе вращения. Образец изги-
бается маятниковым коромыслом, ось
подвеса которого пересекает центр
образца. Изгибающий момент возбу-
ждается поступательным гидроцилин-
дром, шарнирно связанным с маятни-
ковым коромыслом. В установке, пред-
ставленной на рис. 36, а, применены
двухшарнирный поступательный ци-
линдр и шарнирная подвеска маятни-
кового коромысла. Подвижность испы-
тательной камеры в поперечном на-
правлении обеспечивается торцовыми
мембранами. В установке, приведен-
ной на рис. 36, б, применена разрез-
ная испытательная камера, две поло-
вины которой соединены в центре
образца мембранными вставками, а
маятниковое коромысло подвешено на
упругих шарнирах; упругой вставкой
оно соединено со штоком поступатель-
ного гидроцилиндра.

Мощность динамического крутящего
момента может быть существенно по-
вышена при использовании резонанс-
ных эффектов. На рис. 37 показана
схема стенда для испытания деталей,
в'частности муфт, на переменное дина-
мическое кручение в процессе пере-

дачи постоянного крутящего момента
при вращении. Стенд состоит из двух
параллельных ветвей, связанных ме-
жду собой зубчатыми передачами и об-
разующих замкнутый кинематический
контур. Одна из ветвей (приводная)
снабжена приводом вращения, меха-
низмом статического нагружения и
барабаном со спиральным каналом для
возбуждения динамических нагрузок.
Механизм статического нагружения вы-
полнен в виде косозубого зубчатого
колеса, скользящего по шлицам вала.
При его перемещении по валу в зам-
кнутой кинематической цепи создается
постоянный крутящий момент. При
питании спирального канала барабана
переменным потоком от источника
(пульсатора или электродроссельного
усилителя) в приводном валу возни-
кает переменный крутящий момент.
Гидроинерционный спиральный воз-
будитель не чувствителен к постоян-
ной скорости вращения вала, поэтому
он жестко связан с последним. Пере-
менный поток подается от источника
к концевым выходам спирального ка-
нала через коллекторные муфты. По-
стоянный крутящий момент, вращение
и динамический момент через зубчатые
колеса передаются на второй вал.
При этом постоянный момент замы-
каете» последовательно через обе вет-
ви, а переменный — передается па-
раллельно через обе зубчатые пере-
дачи. На второй рабочей ветви между
зубчатыми колесами помещены после-
довательно образец, маховик и упру-
гий элемент (или второй образец).
Частоту возбуждения переменного по-
тока выбирают близкой к частоте
собственных колебаний меховика на
образце и упругом элементе. В вы-
полненной конструкции стенда бара-
бан со спиральным каналом рассчитан
на возбуждение момента ±500 Н-м;
коэффициент динамического усиления
достигает 5—8. Таким образом, макси-
мальный переменный крутящий мо-
мент на образце в процессе испытаний
достигает 3—4 кН-м.

МАШИНЫ С

ЭЛ Е КТРОМА ГН ИТН ЫМИ,
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИМИ
И МАГНИТОСТРИКЦИОННЫМИ
ПРИВОДАМИ

Машины с электромагнитным при-
водом. На рис. 38 показана машина
А. В, Антоновича, на которой осу-
ществляют косвенное жесткое нагруже-
ние испытуемого образца. Образец 5
зажат в захвате 4, расположенном на
резонаторе 2. Резонатор выполнен
в виде балки, конец которой жестко за-
креплен в станине 1. Место закрепле-
ния по длине балки можно изменять,
настраивая частоту ее собственных
колебаний в резонанс с возбуждающей
переменной силой, создаваемой элек-
тромагнитом 3. Электромагнит питают
переменным током частотой 50 Гц от
сети; электромагнит не поляризован и
частота колебаний возбуждаемой силы
100 Гц. Частоту собственных колеба-
ний испытуемого образца выбирают
близкой к 50 Гц. Испытуемый образец
по отношению к резонатору можно
рассматривать как динамический демп-
фер. Приведенная масса резонатора во
много раз больше приведенной массы
испытуемого образца; амплитуда коле-
баний последнего во много раз больше
амплитуды колебаний резонатора.
В машине отсутствуют устройства для
измерения амплитуды колебаний об-
разца или изгибающего момента. Ре-
жим испытаний с заданной амплитудой

Рис. 38. Машина А. В. Антоновича с кос-
венным жестким нагружением испыту-
емого образца

колебаний образца устанавливают ог-
раничителями 6.

Напряжение в опасном сечении об-
разца

а И ’

где у — плотность материала образца;
I — рабочая длина образца; К — тол-
щина образца; р — частота колебаний
образца; у — прогиб образца.

Машина снабжена устройством для
обнаружения трещины в образце в про-
цессе его испытания. Устройство со-
стоит из емкостного датчика, электро-
дами конденсатора которого являются
образец 5 и пластина 7, расположен-
ная около образца. Конденсатор поля-
ризован постоянным напряжением.
Сигнал емкостного датчика после уси-
лителя 8 подается на выпрямитель 9,
а с него на самописец 10.

На рис. 39 показана машина МКП-8,
предназначенная для испытания на
усталость при кручении с программным
(13 ступеней) изменением переменной
и статической составляющих нагрузки.
Переменные нагрузки создаются ре-
зонансным электромагнитным силовоз-
бу дител ем, питающимся током про-
мышленной частоты. Статическая на-
грузка создается роторным электро-
магнитом двустороннего действия, пи-
тающимся постоянным током. Испы-
туемый образец 5 зажимают в захва-
тах 6 и 15. Захват 15 расположен на
Рис. 39. Машина МКП-8 с возбужде-
нием статического и переменного кру-
тящего момента электромагнитами

якоре 3 электромагнитного возбуди-
теля 1 колебаний. С якорем жестко
соединено устройство 4 с регулируе-
мым моментом инерции, а также ниж-
ний торсион 2, который другим кон-
цом жестко закреплен в станине. Якорь
оперт на подшипник 16. Захват 6
закреплен на упругом элементе мо-
ментомера. Упругий элемент момен-
томера соединен с верхним торсио-
ном 12. В месте соединения упругого
элемента с торсионом установлен под-
шипник 13, наружное кольцо которого

Рис. 40. Машина фирмы Аш$1ег для ис-
пытаний на усталость при кручении
с электромагнитным возбуждением ко-
лебаний

установлено в якорь 8 электромагни-
та 9 статического нагружения образца.
Якорь 8 оперт на подшипники 10.
Другой конец верхнего торсиона
жестко соединен с маховиком 11,
с которым соединен и якорь 8. Дефор-
мацию упругого элемента моментомера
измеряют с помощью микроскопа 7
с окулярмикрометром и индуктивного
датчика 14. Машина снабжена про-
граммным устройством с записью
команд на магнитную ленту по ста-
тической и переменной составляющим
нагрузки на образец.

На рис. 40 показана машина фирмы
Аш51ег для испытаний на усталость
при кручении. Испытуемый образец 9
зажимают в захватах 8 и 10. Захват 10
расположен на упругом элементе 11
манометра. Упругий элемент укреплен
на массивном упоре 12, который можно
передвигать по станине 2, установлен-
ной на рессорах 1 и закреплять в нуж-
ном месте в зависимости от длины
испытуемого образца 9. Захват 8 рас-
положен на маховике 7, соединенном
полым валом 3 с якорем 5 электро-
магнитного возбудителя 4 крутильных
колебаний. Полый вал оперт на под-
шипники 6. С маховиком соединен
торсион 25, второй конец которого
соединен с полым валом 26, опертым
на подшипники 24 и снабженным
червячным механизмом 23. Закручивая
торсион, сообщают образцу статиче-
скую нагрузку кручения.

На упругом элементе 11 закреплено
зеркало 16. Луч света от источника 17,
отразившись от зеркала, падает на
шкалу 15, по которой отсчитывают
статический и переменный момент,
прикладываемые к испытуемому об-
разцу. Луч света, пройдя через шторку
14, падает на фотоэлемент 13. Шторку
устанавливают так, чтобы луч света
попадал на фотоэлемент в крайнем
положении по углу закручивания уп-
ругого элемента, т. е. при максималь-
ной нагрузке за цикл. Сигнал с этого
фотоэлемента используют для управ-
ления возбудителем колебаний при
мягком режиме нагружения. Для уп-
равления возбудителем колебаний при
жестком режиме нагружения исполь-
зуют оптическую систему (шкалу
20, шторку 19, фотоэлемент 18, зер-
кало 21, осветитель 22).
Техническая характеристика
машины Атз1ег

Максимальный момент круче-
ния, кН«м;
статический..................... 20

динамический.................. 10

Рабочие частоты, Гц ....	25—200

Погрешность при измерении
крутящего момента, %	...	±1,5

Погрешность при измерении
амплитуды крутильных коле-
баний, %...................... ±1>5

Максимальный динамический
угол закручивания, °	....	±5

В ЧССР для испытания лопаток
турбин разработана серия машин типа
«Турбо». Все машины снабжены элек-
тромагнитными возбудителями коле-
баний. Цикл нагружения испытуемой
лопатки (или образца) на всех машинах
типа «Турбо» симметричный.

На рис. 41 изображена схема ма-
шины «Турбо-4». Станина 1 закреплена
на массивном блоке, устанавливаемом
на полу через виброизоляторы. Заодно
со станиной выполнен кронштейн 2,
на конце которого укреплен якорь 6
электромагнитного возбудителя 7 ко-
лебаний, захват 3 для испытуемой
лопатки 4 и датчик 5 вибросмещения,
контактирующий с ее корневой частью.
На кронштейне можно укрепить при-
способление для испытаний сразу не-
скольких лопаток, установленных
с помощью штатных зажимов.

Машина работает в режиме автоко-
лебаний на частоте испытуемой ло-
патки, которая является динамиче-
ским демпфером, стремящимся умень-
шить колебания кронштейна. Конец
кронштейна и конец лопатки ко-
леблются в противофазе. Частота соб-
ственных колебаний кронштейна вы-
брана достаточно высокой, чтобы быть
выше максимальной рабочей частоты
машины. Амплитуда колебаний конца
лопатки во много раз больше ампли-
туды колебаний конца кронштейна,
поскольку ее приведенная масса во
много раз меньше приведенной массы
кронштейна. Сигнал с датчика 5 по-
дается на усилитель 8, а с него на
прибор 9. Через аттенюатор сигнал
с усилителя 8 поступает на регулируе-
мый фазовращатель 10, а с него на
управляемый ограничитель 13. Сигнал
с усилителя 8 подается также на фор-

Рис. 41. Машина «Турбо-4» для испы-
таний лопаток турбин на усталость

мироватедь 11, а с него на интегра-
тор 12. Сигнал интегратора управляет
степенью ограничения-сигнала в огра-
ничителе 13. С выхода ограничителя
сигнал подается на усилитель 14 мощ-
ности, а с него на катушку возбужде-
ния электромагнитного возбудителя 7
колебаний. Катушка подмагничивания
возбудителя 7 питается выпрямите-
лем 15.

Баланс амплитуд в автоколебатель-
ной системе устанавливают, оперируя
аттенюатором в усилителе 8 и изменяя
выходную мощность усилителя 14.
Баланс фаз устанавливают фазовра-
щателем 10. На выходе формирова-
теля 11 возбуждаются прямоугольные
импульсы положительной полярности,
следующие с частотой колебаний испы-
туемого образца. Интеграл этого сигна-
ла используют для управления поло-
жительной полуволной выходного на-
пряжения фазовращателя. На входе
усилителя мощности стоит разделитель-
ная емкость, а на выходе фазовраща-
теля симметричный ограничитель. Та-
кой прием регулирования обеспечивает
симметричное изменение как положи-
тельной, так и отрицательной полу-
волн выходного напряжения усили-
теля мощности.

Описанная система автоматического
регулирования поддерживает задан-
ную амплитуду колебаний испытуе-
мого образца, обеспечивая жесткое
нагружение.
Техническая характеристика
машины «Турбо-4»

Рабочие частоты, Гц . . . . 30—5000

Глубина автоматического регу*
лирования по выходной мощ-
ности усилителя, дБ	....	10

Выходная мощность усилите-
ля, ВА  ..................... 1000

Машина снабжена стробоскопом,
вспышки которого синхронизированы
с частотой колебаний образца или
с кратными частотами в диапазоне
20—160 Гц. Для изучения частот и
форм колебаний лопаток турбин ма-
шина укомплектована "задающим ге-
нератором с диапазоном частот 20—
2000 Гц.

На рис. 42 изображен вибровоЗбу-
дитель типа УВ34Н (V) машины «Тур-
бо-6». На массивном основании 5
закреплена полуэллиптическая пру-
жина 4, которая несет захват 2 для
испытуемого образца 3. На консоль-
ном выступе захвата со стороны, про-
тивоположной испытуемому образцу,
укреплен якорь 1 электромагнитного
возбудителя 6 колебаний.

Испытуемая лопатка, как и в маши-
нах «Турбо-4» и «Турбо-5» нагружается
силами инерции ее распределенных
масс.

Амплитуду колебаний лопатки из-
меряют с помощью микроскопа с оку-
лярмикрометром. Электрическая часть
машины такая же, как у машины
«Турбо-4».

Техническая характеристика
машины «Турбо-6»

Максимальная динамическая
сила, развиваемая вибровозбу-
дителем, кН .............. 0,3

Диапазон частот нагружения
(Гц) с вибровозбудителем!

УВ34Ы..................... 20—1000

УВ34Ы................... 500—3000

В МВТУ им. Баумана созданы две
машины: БЭЛ-1 и БЭЛ-2 — для испы-
таний на усталость при изгибе или
кручении. Машины снабжены электро-
магнитными возбудителями и работают
в режиме автоколебаний. На рис. 43
изображена машина БЭЛ-1. Испытуе-
мый образец 5 (рис. 43, а) одним кон-
цом закреплен в захвате 4, а на другом
его конце укреплен якорь 7 электро-
магнитного возбудителя 6 колебаний.
Якорь 8 взаимодействует с магнитной
системой электромагнитного индукци-
онного датчика 9, сигнал которого про-
порционален скорости изменения ма-
гнитного потока в его магнитной си-
стеме, т. е. пропорционален амплитуде
и частоте колебаний якоря 7. Сигнал
с датчика 9 подается на усилительное
устройство, которое питает возбуди-
тель колебаний. Обмотки подмагничи-
вания возбудителя колебаний пи-
таются выпрямителем.

Возбудитель колебаний 6 (рис. 43, б)
имеет магнитную систему с разделен-
ными потоками. На сердечнике 12
размещена обмотка (питаемая выпрями-
телем), создающая постоянное поля-
ризующее магнитное поле в четырех
воздушных зазорах между полюсами
магнитной системы и якорем 7. На
каждом полюсе размещена обмотка
переменного тока. Коммутация этих
обмоток позволяет получить крутиль-
ные или изгибные колебания испытуе-
мого образца. На рис. 43, б показано
соединение полюсных обмоток для по-
лучения возвратно-поступательного, а
на рис. 43-, в — крутильного движения
якоря 7.

Усилительное устройство содержит
предварительный и окончательный уси-
лители. Предварительный усилитель
снабжен системой автоматического ре-
гулирования, которая стремится под-
держивать постоянным выходной сиг-
нал с датчика 9. При неизменной ча-
стоте испытаний это соответствует под-
держанию заданной амплитуды коле-
баний якоря 7, т. е. осуществляется
жесткое нагружение испытуемого об-
разца. Необходимая амплитуда коле-
баний якоря 7 устанавливается из-
менением коэффициента передачи пред-
варительного усилителя.

Машина снабжена оптическим уст-
ройством для измерения амплитуды
Рис. 43. Машина БЭЛ-1 МВТУ им. Баумана

прогиба (или закручивания) испытуе-
мого образца. На рис. 43, а показано
размещение элементов оптической си-
стемы для измерения прогиба при ко-
лебаниях якоря в плоскости чертежа.
Луч света от источника 1 направлен
на зеркало 5, расположенное на захва-
те по оси испытуемого образца. Отра-
женный от него луч направлен на
зеркало 11, расположенное на якоре,
отразившись от которого, луч света
попадает на шкалу 2. Часть луча,
отраженного от зеркала 5, попадает
на шкалу 10. При работе машины на
шкале 2 образуется световая полоса
Длиной 2Л, а на шкале 10 длиной 2В.
Если расстояние между зеркалами г3
и 11 равно /0, а расстояния между
зеркалами 3 и шкалой 10 и между
зеркалом 11 и шкалой 2 равны Ь,
то угол прогиба образца, равный раз-
ности амплитуд углов поворота зер-
кал 11 и .5,

_ АЬ + В1.
у “	212

В машине БЭЛ-2 амплитуду коле-
баний якоря измеряют окулярмикро-
метром, а изгибающий или крутящий
момент, действующий на испытуемый
образец, — динамометром с тензоре-

зисторными преобразователями. Кон-
струкция возбудителя колебаний в ма-
шинах БЭЛ-1 и БЭЛ-2 одинакова.
Машинй ЭМУ-1 снабжена торсионом,
жесткость которого значительно мень-
ше жесткости испытуемого образца.
Закручивание торсиона позволяет со-
общать испытуемому образцу стати-
ческий крутящий момент и прово-
дить испытания при асимметричных
циклах нагружения. Для измерения
изгибающего момента машина снабже-
на динамометрами с индуктивными
датчиками, регистрирующая аппара-
тура которых содержит приборы, ука-
зывающие максимальную и минималь-
ную нагрузки в цикле нагружения
образца. С динамометра снимается
регулирующее напряжение на систему
автоматического поддержания задан-
ной нагрузки. Таким образом, в маши-
не ЭМУ-1 осуществляется прямое эла-
стичное нагружение образца.

Технические характеристики рас-
смотренных машин приведены в
табл. 20.

Машины с электродинамическим
приводом. Для испытаний на усталость
при симметричных циклах нагружения
широко используют вибростенды
с электродинамическими возбудителя-
20. Технические характеристики
машин с электромагнитным возбуждением
колебаний для испытаний иа изгиб
и кручение

Параметр	БЭЛ-1	БЭЛ-2	ЭМУ-1
Максимальный мо- мент, Н«м: статический			500
динамический	300	300	500
Рабочие частоты,	20—	20—	20—
Гц	1000	1000	500
Погрешность изме-	—	2	—
рения амплитуды колебаний яко- ря. %  Погрешность изме- рения, %:			
прогиба об-	1.5		
разца  момента ч на-			5	3
гружения			

ми колебаний. На рис. 44 показана
схема испытаний на усталость на
электродинамическом вибростенде. Ис-
пытуемый образец 2 (заклепочное со-
единение) закреплен на столе 1 элек-
тродинамического возбудителя коле-
баний вибростенда. Около свободного
конца образца установлен бесконтакт-
ный датчик- 3 виброперемещений, сиг-
нал которого подан на нормирующий
усилитель 4. С выхода этого усилителя
через фильтр 5 нижних частот сигнал
поступает на вход аппаратуры 6 упра-
вления вибростендом, которая позво-

Рис. 44. Схема испытаний на усталость
при изгибе на электродинамическом стен-
де

ляет контролировать режим испытания
по частоте и амплитуде колебаний
конца образца (по сигналу датчика 3}.
Для измерения действующих изгиб-
ных напряжений и отрывающих сил
на образец наклеивают тензорезистор-
ные преобразователи и проводят тен-
зометрирование, пользуясь стандарт-
ной аппаратурой для измерения де-
формаций.

На рис. 45 изображена схема уста-
новки типа МВЛ-4 для испытания
лопаток турбин на усталость. На сто-
ле 1 электродинамического возбуди-
теля колебаний типа ЭДВ-2 закреплен
динамометр 2, в захвате которого
зажата испытуемая лопатка 3. Элек-
тродинамический возбудитель колеба-
ний ЭДВ-2 имеет подвеску подвижной
системы, выполненную на двух раз-
несенных в вертикальном направлении
фасонных прорезных мембранах. Мем-
браны изготовлены из стали ЗОХГСА
толщиной 4 мм и снабжены покрытием,
демпфирующим их собственные коле-
бания. Такое выполнение подвески
обеспечивает необходимую жесткость
в боковых направлениях для восприя-
тия реакции от изгибающего момента,
нагружающего испытуемую лопатку.

Сигнал с блока 6 генераторов емкост-
ного датчика динамометра подается
на автоматический указывающий по-
тенциометр 5, шкала которого програ-
дуирована в единицах изгибающего
момента. Сигнал с блока 6 подается
на ограничитель 7, а с него на регу-
лируемый фазовращатель 8 и далее
на автоматический регулятор 10. Ав-
томатический регулятор содержит за-
датчик, схему сравнения заданного
сигнала с сигналом от блока 6 и схему
уйравления электродвигателем, пере-
мещающим движок потенциометра,
установленного в канале усилителя /2,
который управляет усилителем мощ-
ности 13 типа' ТУ-5-36, питающим
подвижную катушку возбудителя ко-
лебаний. Описанная цепь обеспечивает
настройку режима автоколебаний на
резонансной частоте испытуемой ло-
патки по первой форме ее колебаний
с заданным изгибающим моментом,
действующим в корневом сечении испы-
туемой лопатки. Таким образом, на
установке осуществляют прямое мяг-
кое нагружение испытуемого образца.
Сигнал с усилителя 12 подается на
трехдекадный электронный счетчик И
циклов нагружения, выходная декада
которого управляет шестиразрядным
электромагнитным счетчиком 9. В счет-
чике 11 смонтированы переключатель,
фазовращатель и схема запуска стро-
боскопической лампы 4. Эти элементы
при колебаниях лопатки 3 позволяют
зафиксировать ее положения в любой
фазе колебания. В комплект установки
входят катетометр КМ-6, который мож-
но установить в любом месте по длине
испытуемой лопатки 3. Фиксируя ряд
последовательных фаз колебаний ло-
патки, можно измерять .ее прогиб и
строить форму изогнутой оси лопатки.

Анализ силовой схемы машины по-
зволяет выявить динамические по-
грешности измерения изгибающего мо-
мента, действующего в корневой части
испытуемой лопатки в зависимости от
частоты нагружения лопатки. Эти по-
грешности можно охарактеризовать
как погрешности А/ от изменения
общего момента инерции динамометра
в результате изгиба лопатки и как
погрешности Аср от угла поворота
динамометра.

Отклонение центрального электрода
емкостного датчика пропорционально
прогибу / и углу поворота <р. Отклоне-
ние равно их сумме, но направления
движения центрального электрода дат-
чика, соответствующие / и <р, проти-
воположны по знакам. Динамические
погрешности А/ и Аф, представля-
ющие собой приращения отклонений,
по знаку должны совпадать с откло-
нениями. Следовательно, результиру-
ющая динамическая погрешность А =
= А/ — Аф.

Динамическая погрешность измере-
ния изгибающего момента в корне
испытуемой лопатки оценена сравне-
нием показаний силоизмерителя уста-
новки с фактическим изгибающим мо-
ментом при нагружении ступенями
через 50 Н*м трех серий образцов
в виде плоских консольных пластин
с резонансными частотами 275, 515
и 1050 Гц. На рис. 46 представлены
динамические погрешности, определен-
ные аналитически и экспериментально
(кружки), силоизмерителя установки
на указанных частотах.

Машина МВЛ-4 снабжена электри-

Рис. 45. Схема машины МВЛ-4 для ис-
пытаний лопаток турбин на усталость

ческой печью. Печь установлена на
направляющих над электродинамиче-
ским возбудителем колебаний и со-
стоит из двух половин, которые могут
откатываться влево и вправо по от-
ношению к динамометру. В правой
половине печи на уровне испытуемой
лопатки устроены смотровые окна,
защищенные кварцевыми стеклами. Че-
рез эти окна можно освещать стробо-
скопом лопатку и наблюдать ее коле-
бания в проходящем свете. Поскольку
вспышка света стробоскопической лам-
пы голубого цвета, нагретая лопатка
розового цвета видна достаточно кон-
трастно в катетометре. Для защиты
емкостного датчика от перегрева между
захватом и упругим элементом в теле
динамометра 2 (см. рис. 45) располо-
жены каналы для водяного охлажде-
ния.

Рис. 46. Динамические погрешности сило-
измерителя машины МВЛ-4
На рис. 47 изображена схема маши-
ны МВЛ-5 для испытания на усталость
лопаток турбин. На столе 1 электро-
динамического возбудителя колебаний
типа ЭДВ-14М закреплен динамо-
метр 2, в захвате которого зажата
испытуемая лопатка 3. Конструкция
динамометра аналогична конструкции
динамометра машины МВЛ-4. Захват
динамометра снабжен клиновым за-
жимом хвостовика испытуемой ло-
патки. Сигналы с блока генераторов 6
емкостного датчика подаются на блок 7
регистрации, содержащий автоматиче-
ский указывающий и записывающий
потенциометр, снабженный переклю-
чателем диапазонов измерения и за-
писи изгибающего момента; на пере-
страиваемый узкополосный фильтр 8;
на схему сравнения автоматического
регулятора 11. Сигнал с выхода филь-
тра 8 через ограничитель 9 и регули-
руемый фазовращатель 12 подается
на канал с управляемым коэффициен-
том передачи автоматического регуля-
тора //.На второй вход схемы сравне-
ния автоматического регулятора по-
ступает сигнал с программатора 13
режима испытаний. Сигнал с выхода
автоматического регулятора возбу-
ждает усилитель 10 с установленной
мощностью 100 кВА, который питает
подвижную катушку электродинами-
ческого возбудителя колебаний. Опи-
санная система обеспечивает возбу-
ждение автоколебаний на основной и
высших гармониках испытуемой ло-

21. Техническая характеристика машин
для испытаний лопаток турбин
на усталость

Параметр	МВЛ-4	। МВЛ-5
Номинальная перемен- ная сила, развиваемая возбудителем	колеба-  ний, кН:		
длительно	10	25
кратковременно	12	40
Установленная мощность усилителя, кВА	8—10	30-60
Рабочие частоты, Гц	200 —	20—
	3000	2000
Максимальный изгибаю- щий момент в корне ис- пытуемой лопатки, Н«м	300	500
Погрешность измерения изгибающего момента, % не более	±5	±5
Максимальная длина испытуемой лопатки, мм	250	800
Максимальная темпера- тура нагрева испытуе- мой лопатки, °С	1200	800

патки. Сигнал с ограничителя 9 по-
дается также на счетчик 14 циклов.
В счетчике циклов установлены пере-
ключатели, обеспечивающие получе-
ние сигналов длительности ступеней
программы и сигнала синхронизации
стробоскопа 5. Поскольку Максималь-
ная частота вспышек лампы 4 стробо-
скопа не должна превышать несколько
десятков Герц, стробоскоп синхрони-
зируется на частотах, кратных рабо-
чей частоте машины. В стробоскопе
есть устройство задержки синхроим-
пульса, которое позволяет освещать
лопатку 3 в любой фазе ее колебания.
Машина укомплектована захватом
с гидрозажимом хвостовика испытуе-
мой лопатки. Машина снабжена разъ-
емной электропечью я со. смотровыми
окнами.

Технические характеристики‘машин
МВЛ-4 й МВЛ-5 приведены в табл. 21.

Машины с магнитострикционным
приводом применяют для испытаний
на изгиб при симметричных циклах
нагружения. Испытуемые образцы из-
готовляют в виде симметричных кон-
сольных балочек, закрепляемых за их
среднюю часть на конце концентра-
тора машины. Частота собственных
изгибных колебаний испытуемого об<-
разца' должна равняться резонансной
частоте магнитострикционного возбу-
дителя колебаний. Магнитострикторы
применяют для возбуждения колеба-
ний при испытаниях коротких лопаток
турбин с высокой собственной часто-
той. Хвостовик лопатки зажимают
в массивном основании, а концентра-
тор (волновод) возбудителя присоеди-
няют к перу лопатки в узле колебаний
на возбуждаемой частоте.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Больших А. С. Методика измерения
динамических нагрузок в автоколебатель-
ных машинах для испытания на усталость
образцов материалов и деталей двигате-
лей. — В кн.: Технологические методы
повышения качества деталей и узлов авиа-
двигателей. М.: Оборснгиз, 1961, с. 37 —
70. (Труды МАИ, № 140).

2.	Больших А. С. Определение динами-
ческих нагрузок при испытании на уста-
лость. — В кн.: Техника испытаний мате-
риалов. М.: ОНТИ ЦНИИКА, 1964,
с. 36 — 61.

3.	Вибрации в технике. Справочник, Т. Ь
Колебания линейных систем/Под ред.

В. В. Болотина, М.: Машиностроение
1978. 352 с.

4.	Методы и средства экспериментальных
исследований строительных конструкций.
Труды ЦНИИСК, М.: Стройиздат, 1974.
Вып. 37. 135 с.

5.	Серенсен С. В., Гарф М. Э., Кузь-
менко В. А. Динамика машин для испы-
таний на усталость. М.: Машиностроение,
1967. 460 с.

6.	Термопрочность материалов и кон-
структивных элементов. Киев: Наукова
думка, 1967. 539 с.

7.	Тябликов Ю. Е. Тенденции в разви-
тии методов нагружения при исследова-
нии сейсмостойкости конструкций. —
В кн.: Сейсмостойкость предварительно
напряженных железобетонных конструк-
ций. М.: МГУ, 1972, с. 368 — 383.

8.	Тябликов Ю. Е. Моделирование на-
грузок при испытаниях гидротехнических
сооружений. — В кн.: Труды координа-
ционных совещаний по гидротехнике. Л.:
Энергия, 1970. Вып. 54, с. 396 — 410.

9.	Тябликов Ю. Е., Рахманов В. А.
Современные исследовательские лабора-
тории и оборудован^ для натурных меха-
нических испытаний. М.: ЦИНИС, 1980,
с. 68.

10.	Усталостная прочность материалов
и элементов конструкций при звуковых
и ультразвуковых частотах нагружения.
Киев: Наукова думка,' 1977. 250 с.

11.	Школьник Л. М. Методика устало-
стных испытаний. Металлургия, М.5
1978. 302 с.
Глава €/• СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
МАТЕРИАЛОВ НА ИЗНОС
И ТРЕНИЕ

ТРЕНИЕ И ИЗНОС ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Сложность процессов, происходящих
при контактных взаимодействиях твер-
дых тел в условиях внешнего трения и
приводящих к разрушению поверхно-
стей трения, обусловила многочислен^
ные методики для оценки свойств ма-
териалов узлов трения. Это привело
к созданию обширного класса испыта-
тельных машин и стендов. .

Внешнее трение твердых тел, со-
гласно современным представлениям,
имеет двойственную (молекулярно-ме-
ханическую или адгезионно-деформа-
ционную) природу. Считается, что кон-
тактирование твердых тел вследствие
волнистости и шероховатости их по-
верхности происходит в отдельных
зонах фактического касания. Суммар-
ную площадь этих зоц называют фак-
тической, или реальной, площадью
касания Аг твердых тел. Под факти-
ческой площадью касания понимают
зоны, в пределах которых межатомные
и межмолекулярные силы притяжения
и отталкивания равны. Фактическая
площадь касания в пределах нагру-
зок, широко используемых в инженер-
ной практике, невелика: около 0,001—
0,0001 номинальной кажущейся пло-
щади касания Аа, Вследствие этого
в зонах контакта возникают значи-
тельные напряжения, нередко при-
водящие к появлению в них пластиче-
ских деформаций. Сила, сжимающая
контактирующие тела, через фактиче-
скую площадь касания передается не-
ровностям, вызывая их деформацию.
Деформируясь, отдельные неровности
образуют контурную площадь каса-
ния Ас. Деформация неровностей, как
правило, упругая. Таким образом, при
контактировании твердых тел следует
различать номинальную 1 и образо-
ванные вследствие приложения на-
грузки контурную 2 и фактическую 3
площади касания. Соответственно от-
ношения нормальной нагрузки к этим

площадям называют номинальными Ра,
контурными Рс, фактическими Рг
нормальными напряжениями на кон-
такте.

В зонах фактического касания по-
верхности сближаются на такие рас-
стояния, при которых между части-
цами (атомами, ионами, молекулами),
входящими в состав твердых тел, про-
являются микроскопические межатом-
ные, межмолекулярные, а также ма-
кроскопические (силы Лившица) взаи-
модействия. Можно считать, что эти
силы имеют электрическое происхо-
ждение. В результате их действия
в зонах фактического касания могут
образоваться межатомные (ковалент-
ная, ионнйя, металлическая) или меж-
молекулярная связи, обусловленные
дисперсионными, . ориентационными
или индукционными силами. Обычно
связи возникают не между самими
контактирующими твердыми телами,
а между пленками, покрывающими их
поверхности. Строение этих пленок,
появляющихся в результате физиче-
ской адсорбции и хемосорбционных
процессов, сложное. При относитель-
ном скольжении образованные связи
разрушаются и возникают вновь. Ге-
нерируемое при этом сопротивление
относительному скольжению называют
молекулярной составляющей силы тре-
ния. Общая сила трения будет равна
сумме сил трения, возникающих на
единичных микроконтактах. Молеку-
лярную составляющую силы трения,
возникающую в зоне касания произ-
вольной микронеровности, вычислить
теоретически невозможно вследствие
сложности строения и химического
состава пленок, покрывающих поверх-
ности твердых тел. Ее приближенно
определяют следующим образом:

Т м1 — ЪпАг1,	(0

где тл — касательные напряжения,
возникающие на границе раздела твер-
дых тел в зонах их фактического каса-
ния и обусловленные межатомными
и межмолекулярными взаимодей-
ствиями; АГ1 — фактическая площадь
касания произвольной /-й микроне-
ровности. Согласно исследованиям, ка-
сательные напряжения на границе
раздела твердых тел в зонах касания
являются функцией нормальных на-
пряжений Рг на контакте:

Т/г = т0 + рР г,	(2)

где т0 — фрикционная постоянная, ха-
рактеризующая физико-химическое со-
стояние поверхности; р — коэффициент
упрочнения молекулярной связи.

Наряду с разрушением и образова-
нием связей, обусловленными межатом-
ными и межмолекулярными взаимо-
действиями, относительное скольжение
сопровождается деформированием ма-
териала поверхностных слоев в зонах
фактического касания. Сопротивление
скольжению, обусловленное этим де-
формированием, называют деформаци-
онной составляющей силы внешнего
трения. Ее величина существенно за-
висит от вида деформаций в зонах
фактического касания. Анализ на-
пряженного состояния в зонах реаль-
ного контакта и проведенные иссле-
дования показывают, что обычно более
жесткие микронеровности одного из
контактирующих тел внедряются в ме-
нее жесткую поверхность другого.
Различие в жесткостях контактиру-
ющих тел объясняется механическими
и геометрическими неоднородностями
свойств поверхностных слоев.

Не всякий процесс деформирования
поверхностного слоя можно считать
внешним трением. К внешнему трению
относятся такие процессы, при кото-
рых деформирование поверхностных
слоев не вызывает нарушения их
сплошности, а деформированием ма-
териала ниже этих слоев можно пре-
небречь.

Таким образом, сила внешнего тре-
ния обусловлена сопротивлением
скольжению, возникающим в резуль-
тате межмолекулярных и межатомных
взаимодействий, а также деформиро-
вания поверхностного слоя менее жест-
кого из контактирующих тел внедрив-
шимися микронеровностями более
Жесткого тела. В общем случае де-
формационная и молекулярная со-

Рис. 1. Схема контактирования твердых
тел:

1, 2, 3 —• площадь контакта соответственно
номинальная, контурная и фактическая

ставляющие силы трения взаимосвя-
заны и оказывают влияние друг на
друга. Однако, как показали много-
численные эксперименты, при внеш-
нем трении этим явлением можно
пренебречь и полагать, что при сколь-
жении единичной микронеровности по
деформируемому материалу сила тре-
ния

г + Т’дг»	(3)

где ТД1 — деформационная составля-
ющая силы трения.

Сила трения, возникающая при от-
носительном скольжении контактиру-
ющих тел, зависит от Тм; и Тд/ и
распределения вершин микронеровно-
стей по высоте.

Величина силы трения, возникающей
на единичной микронеровности кон-
тактирующих тел, зависит от ее гео-
метрической конфигурации, напряжен-
ного состояния в зоне контакта, меха-
нических свойств поверхностного слоя
менее жесткого из взаимодействующих
тел и физико-химического состояния
поверхностей контактирующих тел.
В общем случае микронеровности по-
верхности не имеют правильной гео-
метрической формы, их форма близка
к форме сегментов эллипсоидов, боль-
шая полуось которых совпадает с на-
правлением обработки поверхности.
При вычислениях сил трения и интен-
сивностей износа наиболее широко рас-
пространена сферическая модель ше-
роховатой поверхности. Согласно этой
модели микронеровности считают ша-
ровыми сегментами постоянного ра-
диуса.
При определении коэффициента
внешнего трения необходимо исходить
из напряженного состояния в зонах
фактического касания. В общем случае
вследствие распределения вершин ми-
кронеровностей по высоте микронеров-
ности в зависимости от глубины внедре-
ния могут деформировать материал
поверхности мейее жесткого тела уп-
руго, упругопластически или пласти-
чески. Границы между каждым из
видов деформирования определяют, ре->
шая соответствующие контактные за-
дачи теорий упругости и пластичности.
Однако в ряде случаев (например, при
трении резин, а также металлов при
небольших контурных давлениях) в зо-
нах касания возникают упругие де-
формации. Как показывает анализ,
при внедрениях, соответствующих пла-
стическим деформациям, в зонах ка-
сания поверхностей с наиболее рас-
пространенными в инженерной прак-
тике параметрами шероховатостей ос-
новные силовые взаимодействия при-
ходятся на микронеровности, дефор-
мирующие материал поверхностного
слоя менее жесткого тела пластически.
Поэтому в настоящее время принято
оценивать взаимодействие твердых тел
при упругих и пластических деформа-
циях в зонах касания. Теория взаимо-
действия твердых тел при упруго -
пластических деформациях пока' еще
не разработана.

При упругом ненасыщенном кон-
такте в вычислениях используют сфе-
рическую модель шероховатой поверх-
ности, которую считают абсолютно
жесткой, а поверхность менее жесткого
тела — абсолютно ровной. Предпола-
гается, что в зонах касания деформиро-
вание происходит в соответствии с тео-
рией Герца; взаимным влиянием от-
дельных контактирующих зон на про-
цесс деформации пренебрегают в связи
с тем, что расстояние между зонами
значительно больше их диаметров.
Результаты, полученные на основании
такой модели, удовлетворительно сов-
падают с экспериментом. Деформаци-
онная составляющая силы трения при
упругих деформациях в зонах факти-
ческого касания обусловлена гистере-
зисными потерями, возникающими при
скольжении микронеровностей по по-
верхности упруго деформируемого тела.

Упругий ненасыщенный контакт име-
ет место, когда максимальные нор-
мальные напряжения у самой высокой
из контактирующих микронеровно-
стей, глубина внедрения которой равна
расстоянию между поверхностями
твердых тел, меньше напряжений бо-
лее мягкого из взаимодействующих
тел. Расчеты показывают, что упругий
ненасыщенный контакт в зоне касания
твердых тел наблюдается при контур-
ных давлениях

~ НВ*(1-М2)4

С ~

(4)

где |х — коэффициент Пуассона; Д —
комплексный параметр шероховатости
поверхности; Е — модуль упругости
материала, менее жесткого из взаимо-
действующих тел.

Для материалов с большим модулем
упругости, например для металлов,
превышение контурного давления над
максимальными нормальными напря-
жениями приводит к появлению пла-
стических деформаций в зонах касания,
т. е. к переходу от упругого контакта
к упругопластическому.

Для материалов с небольшим мо-
дулем упругости, например для резин
или пластмасс, увеличение контур-
ного давления не вызывает изменения
вида деформаций в зонах фактического
касания, но может привести к состоя-
нию насыщения контакта. Согласно
проводимым расчетам упругий насы-
щенный контакт наблюдается при от-
ношении

« 2,2 • 10"2 д1/2. (5)

Пластический контакт наблюдается,
когда средние напряжения на контакте
микронеровности, имеющей среднюю
глубину внедрения, будут равны на-
пряжениям более мягкого из взаимо-
действующих твердых тел. Это имеет
место при

Ро	14,5 Г

НВ	А2 [

НВ(\ — р2) р

Е ]

При некоторых сближениях между
поверхностями взаимодействующих тел
И деформация отдельных микрбнеров-
ностей будет изменяться от нуля до й.
Поэтому часть микронеровностей будет
деформировать материал упруго, часть
упругопластически. Однако их влия-
ние на несущую способность контакта
и силу трения при контурных давле-
ниях, характерных для большинства
пар трения, невелико.

При пластических деформациях в зо-
нах фактического касания деформа-
ционная составляющая коэффициента
внешнего трения обусловлена сопротив-
лениями формоизменению поверхност-
ного слоя менее жесткого из контакти-
рующих тел. Рассматривая задачу
о скольжении шарового индентора по
пластически деформируемому полу-
пространству, можно показать, что
в условиях ненасыщенного пласти-
ческого контакта коэффициент внеш-
него трения

/=т75-+₽+
ПО

+ 0>55т (V - 1) к1 Л1/2 (-А-)"27,

(7)

при пластическом насыщенном кон-
такте

^=-^-+Р+°>9Д,/2 (тй-У/2-

(8)

Анализ показывает, что для вычисле-
ния коэффициента трения необходимо
знать фрикционные константы т0> Р,
характеризующие физико-химическое
состояние поверхности и не зависящие
от прилагаемых контурных давлений и
шероховатости поверхности; показа-
тели кривой опорной поверхности, V,
Ь; комплексный параметр шерохова-
тости поверхности А; коэффициент
гистерезисных потерь аЭф; механи-
ческие характеристики менее жесткого
из взаимодействующих тел р, Е, НВ.

Износ твердых тел. Все подвижные
сопряжения и рабочие органы машин и
оборудования, как правило, в процессе
эксплуатации изнашиваются. Для
характеристики износа удобно при-
менять безразмерную величину, назы-
ваемую интегральной линейной интен-
сивностью износа. Эта характеристика
в основном применима к оценке износа
взаимодействующих твердых тел, а ее

7 Зак № 38

влияние и величина зависят от вида
износа. Существует несколько видов
износа, обусловленных функциональ-
ным назначением узлов трения машин
и механизмов или их рабочих органов,
а также особенностями используемых
технологических процессов. Однако,
как показывает анализ, наиболее ти-
пичными видами износа являются
адсорбционно - коррозионно- усталост-
ный, абразивный, молекулярный (адге-
зионный) аэро- и гидроабразивный,
коррозионный. Адсорбционно-корро-
зионно-усталостный износ широко
распространен в подвижных сопряже-
ниях, хорошо защищенных от проник-
новения в них абразива. Объясняется
это тем, что при скольжении внедрив-
шиеся микронеровности более жесткого
тела деформируют поверхностные слои
менее жесткого тела. При этом дефор-
мация самих микронеровностей значи-
тельно меньше, и ею можно пренебречь,
считая микронеровности абсолютно
жесткими. Деформирование поверх-
ностных слоев менее жесткого тела
приводит к изменению концентрации
легирующих элементов в отдельных
микрообъемах деформируемых слоев.
Это служит очагом зарождения полос
течения, которые возникают в наиболее
напряженных областях поверхностных
слоев. В полосах течения при деформи-
ровании передвигаются дислокации,
что вызывает повышение их концентра-
ции у границ пересечения. Взаимодей-
ствие дислокаций в этих местах при-
водит к разрыхлению в них материала
и образованию микропор. Если под-
вижное сопряжение работает в смазоч-
ной среде, содержащей поверхностно
активные (ПАВ) или коррозионно-
активные вещества, то молекулы ПАВ
резко снижают работу на образование
новой поверхности, уменьшая тем са-
мым сопротивляемость этих слоев раз-
рушению.

В дальнейшем микропоры, сливаясь,
образуют микротрещины, которые
объединяются в макротрещины. Макро-
трещины по мере силовых взаимодей-
ствий твердых тел в процессе трения
увеличиваются в размерах и, объеди-
няясь, приводят к появлению частиц
износа. Эти теоретические представле-
ния получили экспериментальное
подтверждение.
Ъпр

Рис. 2. Влияние толщины А • покрытия
(индия) на коэффициент трения сколь-
жения /Тр сферического индентора

Интегральную линейную интенсив-
ность износа необходимо определять
в зависимости от вида деформаций
в зонах фактического касания. Для
вычисления интегральной линейной
интенсивности износа необходимо опре-
делить предел прочности материала ов,
удлинение е0, приводящее к разруше-
нию; показатель контактно-фрикцион-
ной усталости /. Для определения ов
и е0 существуют специально разрабо-
танные методики и аппаратура.

Абразивный износ. В зависимости
от вида изнашиваемого материала раз-
работаны методики оценки его сопро-
тивления износу. Наиболее широкое
распространение получили методы
износа с применением закрепленного и
незакрепленного абразивов. При абра-
зивном износе микронеровности более
жесткого тела, частицы окружающей
среды или продукты износа внедряются
в поверхность менее жесткого из
взаимодействующих тел, что приводит
к износу. Если внедряются микро-
неровности более жесткого тела в по-
верхность менее жесткого, то, деформи-
руя последнюю, они могут вызвать
появление стружки. В этих условиях
чисто абразивный износ осуществить
трудно, так как вследствие распределе-
ния вершин микронеровностей по вы-
соте часть их будет деформировать
материал без образования стружки.
При износе под действием частиц окру-
жающей среды или продуктов износа
происходит внедрение микронеровно-
стей в менее жесткое тело, а затем —
износ этими частицами поверхности
более жесткого тела. При этом может

наблюдаться и диспергирование самих
частиц износа.

В настоящее время принято оце-
нивать сопротивление материалов
абразивному износу путем сравнения
с износом эталонного образца. Гидро- и
аэроэрозионный износ происходят
вследствие воздействия на поверхность
материала твердых частиц, движу-
щихся в потоках газа или жидкости.
В основном износ происходит в резуль-
тате абразивного или усталостного
действия, осложненного влиянием
газовой среды или жидкости. Эрозион-
ный износ оценивают по отношению
масс изношенного и изнашивающего
материалов.

Для вычисления интенсивностей
износа при воздействии абразивных
частиц на поверхность требуются: па-
раметры удара (угол а0 и скорость
частиц Ц)), макроскопические механи-
ческие характеристики поверхности и
абразивных частиц (е0, НВ, ов,
рг), параметр контактно-фрикционной
усталости. Эти характеристики опре-
деляют на установках или задаются
параметрами взаимодействия.

Молекулярный (адгезионный) износ
заключается в разрушении связей,
возникающих в результате межатом-
ных и межмолекулярных взаимодей-
ствий. Эти связи образуются между
пленками, покрывающими поверхности
твердых тел. Износ происходит в тех
случаях, когда фрикционная связь на
границе раздела оказывается прочнее,
чем нижележащий материал. Этот вид
износа является, по существу, микро-
глубинным вырыванием, сосредоточен-
ным в тончайших поверхностных слоях
толщиной около 100 А.

Коррозионный износ чрезвычайно
распространен в средах (смазочной или
рабочей), содержащих коррозионно-
активные вещества. Поверхностные
слои разрушаются в результате меха-
нических воздействий и электродных
процессов, ускоренных механическими
воздействиями. Разновидности такого
износа — коррозионно-механический
и окислительный. Теория молекуляр-
ного и коррозионного износа практи-
чески ие разработана.

Трение твердых тел с антикоррозион-
ными покрытиями. В приборах раз-
личного назначения большинство дета-
лей механизмов имеют антикоррозий-
ные покрытия. Определение коэффи-
циентов трения скольжения антикор-
розийных покрытий различных видов и
выявление факторов, влияющих на
коэффициент трения, — весьма акту-
альная проблема, имеющая большой
практический интерес. При проектиро-
вании различных устройств важно
правильно и обоснованно выбрать вид
покрытия, параметры шероховатости
трущихся поверхностей с учетом темпе-
ратурных условий их работы и других
специфических требований, а также
учесть коэффициент трения, что поз-
волит повысить надежность работы как
отдельных механизмов, так и всего
устройства в целом. Особенно важно
это для приборов, работающих при
воздействии малых усилий, так как
возникающие в процессе работы силы
трения могут быть соизмеримы с дви-
жущими силами, а в некоторых слу-
чаях и превосходить их.

При трении двух соприкасающихся
тел на их поверхности протекает весьма
сложный процесс, сопровождающийся
упругими и пластическими деформа-
циями отдельных элементов поверх-
ности и появлением царапин или мато-
вых пятен. Если нагрузка невелика, то
контактное взаимодействие определя-
ется главным образом деформацией
соприкасающихся микронеровностей
площадь фактического контакта на-
много меньше площади номинального
контакта. Экспериментально доказано,
что площадь фактического касания
главным образом зависит от нагрузки
Р и практически не зависит от размеров
и формы тел. Важный фактор при
трении твердых тел — различие между
прочностью поверхностных слоев. Если
прочность материала возрастает с глу-
биной, то имеет место «внешнее» трение,
так как деформации локализуются
в тонком поверхностном слое. Если же
прочность материала убывает, то дефор-
мация распространяется вглубь и раз-
рушение контактов происходит на зна-
чительном удалении от поверхности.
Доведенные эксперименты при трении
сферического индентора по образцам
с покрытиями показали, что с уменьше-
нием толщины покрытия коэффициент
трения падает до определенного пре-
дела, а затем вновь возрастает (рис. 2).

Рис. 3. Зависимость коэффициента трения
от нагрузки при скольжении сферичес-
кого индентора по инструментальной
стали:

1 — без смазки; 2 — со смазкой мине-
ральным маслом; 3 — с покрытием ин-
дием толщиной 4 мкм

Это связано с нарушением целостности
покрытия.

Эксперименты также показывают,
что с увеличением нагрузки коэффи-
циент трения уменьшается (рис. 3).
Таким образом, для получения мини-
мальных коэффициентов трения необ-
ходимо определенное сочетание тол-
щины покрытия, его механических
свойств и нагрузки. Установлено, что
при взаимодействии микронеровностей
с покрытиями мягких металлов воз-
можны контактные взаимодействия
трех видов (рис. 4).

При взаимодействии первого вида
(рис. 4, а) влияние более твердой
подложки, а следовательно, и толщины
покрытия, на сопротивление трению
отсутствует. Коэффициент трения
такой же (зона А), как и при скольже-
нии твердого тела по массивному-
материалу покрытия.

Взаимодействие второго вида харак-
теризуется непосредственным влия-
нием подложки и толщины покрытия
на трение. Уменьшение толщины по-
крытия и увеличение нагрузки (рис.
4, б) на начальной стадии зависимости
! = (/>) в зоне Б ведет к уменьшению
коэффициента трения. На границе
минимальных значений коэффициента
трения (рис. 4, в) зоны Б покрытие
еще не разрушается, но начинает
сказываться влияние основного ме-
талла.

При взаимодействии третьего вида
коэффициент трения зависит от степени
4 12 3	4 12 3

Рис. 4. Виды контактиро-
вания сферического инден-
тора с покрытиями метал-
лов и зависимость /сТр=/(Р):
а — взаимодействие инден-
тора с покрытием для зоны
А; б — взаимодействие ин-
дентора с покрытием для
начальной стадии зоны Б;
в — взаимодействие инден-
тора с покрытием для ко-
нечной стадии зоны Б\ г —
взаимодействие индентора
с покрытием для зоны В\д —
зависимость изменения ко-
эффициента трения от на-
грузки; 1 — сферический ин-
дентор; 2 — зона взаимо-
действия; 3 — основной ме-
талл; 4 — покрытие

разрушения покрытия (рис. 4, г).
Уменьшение толщины покрытия и
увеличение нагрузки в зоне В приводят
к возрастанию коэффициента трения.

Кривая зависимости / = / (Р)
в общем случае представлена на
рис. 4, д.

Таким образом, факторы, влияющие
на коэффициент трения устройств
с покрытиями, весьма разнообразны.
К ним относятся природа материала и
наличие пленок на поверхности трения
(смазка, окисление, загрязнение); про-
должительность неподвижного кон-
такта; скорость приложения нагрузки;
жесткость и упругость узла трения;
скорость относительного скольжения;
температурный режим узла трения;
давление; характер соприкосновения
тел, размер поверхности; качество и
шероховатость поверхности..

Различают покрытия, представляю-
щие собой электрохимическую защиту
основного металла, и покрытия, защи-
щающие металл только от механиче-
ских повреждений.

Электрохимическая защита основ-
ного металла (катода) заключается
в том, что при контакте с электролитом
он не разрушается, а металл покрытия
(анод) растворяется. К качеству нане-
сения покрытий такого рода на основ-
ной металл предъявляются менее жест-
кие требования, чем к качеству нанесе-
ния покрытий, служащих лишь меха-
нической защитой. Одно из основных
требований, предъявляемых к послед-
ним, — беспористость.

Наряду с металлическими покры-
тиями применяют оксидные и другие

виды покрытий, получаемые путем
химической или электрохимической
обработки металлической поверхности
детали. Широкое применение находит
фосфатирование для защиты стальных
деталей.

Независимо от назначения все покры-
тия (защитные, декоративные, износо-
стойкие и специальные) должны иметь
прочный контакт с основным металлом,
т. е. должны составлять с ним одно
целое. Покрытие не должно отслаи-
ваться от деталей при любых механи-
ческих воздействиях (вибрация, удар,
изгиб и т. д.). Эти требования могут
быть удовлетворены только при соот-
ветствующей подготовке поверхности
детали перед нанесением покрытия.

Для нанесения покрытий нашли
широкое применение гальванические
методы. Основным преимуществом этих
методов является возможность получе-
ния покрытий различной толщины.
Покрытие, полученное гальваническим
методом, обладает улучшенными меха-
ническими свойствами. Не менее важно,
чтобы покрытие имело мелкокристал-
лическую структуру и минимальную
микро пористость. Наряду с этими
основными требованиями р ряде слу-
чаев к покрытиям могут предъявляться
и дополнительные требования, напри-
мер повышенные сопротивление меха-
ническому износу, электропровод-
ность, оптические свойства и т. д.

Важным моментом является обра-
ботка поверхности детали после по-
крытия, полировка, осветление покры-
тия в специальных растворах, пассиви-
рование, крацовка, лакировка и т. д.
Широко применяют цинковые, оло-
вянные, никелевые, хромовые, фосфат-
ные покрытия и оксидные пленки алю-
миния и его сплавов.

Наиболее важными характеристика-
ми материала покрытия являются
твердость и предел прочности. Твер-
дость цинка НВ 30—42, предел его
прочности 31—126 МПа. Твердость
олова НВ 5—5,2, а ов = 27,5 МПа.
При толщине 2,5 мкм получается
сильнопористое оловянное покрытие.
Беспористым это покрытие становится
при толщине свыше 12,5 мкм. О пори-
стости оловянных покрытий можно
судить по данным табл. 1.

Механические свойства никеля сле-
дующие: НВ 68—78, ов = 450 МПа.
Осажденный никель повышает поверх-
ностную твердость металла, благодаря
чему никелированные изделия обла-
дают повышенной износостойкостью.
Независимо от способов получения
никелевых покрытий с увеличением
толщины покрытия пористость умень-
шается.

Толщина покрытия, мкм 5 10 15 20 25
Число пор на 100 см3 10 5 2 1 0,5

У хрома НВ 5—25. Хромированная
поверхность в 1,5—2,5 раза более
износоустойчива, чем нехромирован-
ная. Хром хорошо выдерживает дина-
мическую нагрузку, равномерно рас-
пределенную по рабочей поверхности, и
разрушается под действием сосредото-
ченных ударов или при больших давле-

1. Пористость оловянных покрытий,
полученных различными способами

Покрытие гальваническое	Число пор на 100 см3 при толщине покрытия, мкм	
	3	7,6
Из щелочного электро- лита  Грубое матовое из кис- лого электролита  Гладкое матовое из кис- лого электролита  Блестящее из кислого электролита	646  1034  530  593	32  200  42  40

ниях при трении. Твердость хромовых
покрытий значительно превосходит
твердость других гальванических по-
крытий и зависит от условий электро-
лиза (табл. 2). Блестящие хромовые
покрытия отличаются исключительно
малым размером зерна.

Матовое хромирование без подслоя
меди уменьшает параметр шерохова-
тости поверхности деталей. Детали,
предназначенные под матовое хромиро-
вание, должны иметь параметр шерохо-
ватости поверхности На = 0,6 мкм.
Применять это покрытие на деталях
с меньшими параметрами шерохова-
тости поверхности нецелесообразно,
так как в этом случае уменьшается
прочность покрытия.

Твердость фосфатных покрытий
(фосфатных пленок) не выше твердости

2. Твердость электролитического хрома по Виккерсу
в зависимости от условий электролиза

Плот- ность тока, А/см2	Температура электролита, °С						
	20	30	40	50	60	70	80
0,1	900	1050	1100	910	760	450	435
0,2	695	670	1190	1000	895	570	430
0,3	670	660	1145	1050	940	755	435
0,4	670	690	1030	1065	985	755	440
0,6	695	690	840	1100	990	780	520
0,8	695	700	725	1190	1010	955	570
1,2	750	705	700	1190	990	990	630
1,4		795	795	1280	1160	970	
2,0	810		950	—	—	1010	—
3. Твердость различных покрытий,
полученных электролитическим способом

Покры- тие	Электролиты	Твер- дость НВ
Медное	Кислые Цианистые	60—80 120—150
Никеле- вое	Горячие  С высокой кислот- ностью	140—160  300—350
Оловян- ное	Блестящего нике- лирования Горячие	500—550  12 — 20
Хромовое	—	400—1200
Цинковое	—	50—60

меди и латуни. Фосфатные покрытия
подвержены истиранию.

В результате фосфатирования физи-
ческие и магнитные свойства металла
не изменяются, однако на 5—8 мкм
увеличиваются размеры деталей.
Фосфатные покрытия выдерживают
кратковременный нагрев до 400—
500 °С. При фосфатировании происхо-
дит наводороживание поверхности ме-
талла, вследствие чего тонкостенные
детали и пружины становятся хруп-
кими.

Оксидные (анодные) пленки на алю-
минии и его сплавах имеют толщину
3—12 мкм и более-. Оксидная пленка
имеет малую теплопроводность и более
высокую износоустойчивость в сравне-
нии с алюминием. Средняя пористость
оксидной пленки приблизительно равна
20 %. Оксидная пленка, образующаяся
при анодировании, делает поверхность
деталей более шероховатой. Если после
анодирования произвести дополнитель-
ную обработку деталей раствором хром-
пика, то шероховатость поверхности
улучшается, и после окончательной
отделки шероховатость детали меньше.

Твердость рассмотренных покрытий,
полученных различным способом, при-
ведена в табл. 3.

КОЭФФИЦИЕНТЫ ТРЕНИЯ
СКОЛЬЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
С АНТИКОРРОЗИЙНЫМИ

ПОКРЫТИЯМИ

Коэффициенты трения скольжения
плоских поверхностей с антикорро-
зийными покрытиями. Трущиеся пары
в приборных устройствах имеют раз-
личные поверхности контакта, мате-
риалы соприкасающихся элементов и
антикоррозийные покрытия. Наиболее
часто встречающиеся виды поверхно-
стей контакта, материалы трущихся
пар с антикоррозийными покрытиями,
размеры взаимодействующих поверх-
ностей, нагрузки, прикладываемые
к ним, приведены в табл. 4—6. При
этом параметр шероховатости поверх-
ности при скольжении плоских деталей
изменялся от = 40 мкм до =
= 0,4 мкм, при скольжении сфериче-
ских и цилиндрических поверхностей
по плоскости параметр шероховатости
последней = 1,25 мкм.

Виды покрытий для деталей из
различных материалов: из стали 35 —
цинкование с пассивированием, цинко-
вание с пассивированием и осветле-
нием, лужение с крацеванием, никели-
рование, никелирование с глянцева-
нием, хромирование, хромирование
с глянцеванием, фосфатирование; из
латуни ЛС59 — лужение, лужение
с крацеванием, пассивирование, пасси-
вирование с лакированием, никелиро-
вание с лакированием, никелирование,
никелирование с глянцеванием, хроми-
рование, хромирование с глянцева-
нием; из дюралюминия Д1-Т — аноди-
рование, анодирование с полированием,
пассивирование, пассивирование, с ла-
кированием.

В табл. 7 показаны пределы измене-
ния толщины покрытий плоских по-
верхностей; толщина покрытий влияет
на физико-механические свойства тру-
щихся деталей.

В табл. 8, 9 приведены коэффи-
циенты сухого трения скольжения
плоских поверхностей в зависимости от
видов их антикоррозийных покрытий
при нагрузке Р = 20 Н, номинальной
площади контактируемых поверхно-
стей Аа = 7 X 14 = 98 мм2, при раз-
личных сочетаниях стальных, латун-
Примечание. Знак «-{-» означает наиболее часто встречающиеся виды по-
верхностей контакта, знак «—» —• реже встречающиеся виды поверхностей контакта.

5. Характеристики верхней детали и нагрузки, прикладываемые к ней,
для трущихся пар с плоской поверхностью контакта

Площадь тру- щейся поверх- ности верхней детали, мм2	Нагрузка, прикладывае- мая к верхней детали, Н	Отношение нагрузки к весу верхней детали из материала			Давление р- 10"а, Па
		сталь	латунь	дюралюми- ний	
	10	870	825	2 780	4,17
4 X 6 = 24	20	1740	1650	5 560	8,34
	40	3480	3300	11 120	16,7
	ю	138	126	380	1,02
7 X 14 = 98	20	276	252	760	2,04
	40	552	504	1 520	4,08
15 X 25 = 375	10	35	33,4	112	0,27
	20	70	66,8	224	0,53
	40	140	133,6	448	1,06
20 X 45 = 900	10  20	9,6  19,2	9,25  18,5	28  56	0,11  0,22
	40	38,4	37,0	112	0,44
6. Параметры деталей и нагрузки
трущихся пар при взаимодействии
цилиндрических, сферических
и плоских поверхностей

Нагруз- ка на верхнюю деталь, Н	Диаметр верхней детали, мм	Параметры нижней (охватывающей) детали			
		Диаметр нижнего ЦИЛИН - дра, мм			Площадь поверх- ности нижней детали 40х 60 мм
		5	10	20	
20	5 *  10 •  20 •	1 1 +	1 + 1	+ 1 1	ф  +

7. Толщина (мкм) покрытий плоских
поверхностей стальных и латунных
деталей

Покрытие	Материал детали	
	Сталь 35	Латунь ЛС59
Лужение	5,5—12,0	4,4 — 12,5
Лужение с кварце- ванием	5,7 — 12,1	6,7—10,6
Цинкование с пас- сивированием	4,2 — 12,6	<—*
Цинкование с пас- сивированием и осветлением	4,0—15,5	—
Никелирование	6,0—12,0	6,7-11,7
Никелирование с глянцеванием	5,1 — 11,0	7.0-5,5
Хромирование	5,0—5,5	5,0—5,5
Хромирование с глянцеванием	5,0—5,5	5,0-5,5

Примечание. Знак «+» озна-
чает наиболее часто встречающиеся случаи
контакта трущихся деталей, знак «—»
реже встречающиеся случаи контакта

*	Цилиндр.

*	* Сфера.

них и дюралюминиевых деталей:
сталь—сталь, сталь—латунь, латунь—
сталь, латунь—латунь (табл. 8) и
дюралюминий—сталь, дюралюминий—
латунь (табл. 9).

Очевидно, что при скольжении дюра-
люминиевых деталей по стальным и
латунным поверхностям коэффициент
трения выше, чем при контакте сталь-
ных и латунных поверхностей. Это
объясняется меньшей твердостью дю-
ралюминия. При взаимодействии сталь-
ных и латунных деталей коэффи-
циенты трения различаются незначи-
тельно из-за малой разницы их меха-
нических характеристик (табл. 10).

Как видно, коэффициент трения
скольжения в значительной степени
зависит от сочетания антикоррозийных
покрытий в трущейся паре и их физико-
механических свойств.

Одинаковые коэффициенты трения
могут быть получены при скольжении
поверхностей с покрытиями различной

твердости. Например, при скольжении
детали с «очень твердым» покрытием по
поверхностям с «очень мягким», «мяг-
ким» и «очень твердым» покрытиями.
Такие же коэффициенты трения и при
скольжении детали с «очень мягким»
покрытием по поверхности с «мягким»
покрытием.

Коэффициенты трения зависят от
сочетания покрытий. Так, большие
коэффициенты трения — при контакте
деталей, одна из которых имеет «очень
мягкое» покрытие, т. е. подвергалась
лужению, а вторая — любое другое
покрытие. Малые коэффициенты тре-
ния как при скольжении деталей
с «твердым» и «очень твердым» покры-
тиями, так и при скольжении деталей
с «очень твердым» покрытием по поверх-
ностям с «мягким» или «твердым»
покрытиями, и наоборот.

Поскольку при контакте двух по-
верхностей происходит взаимное внед-
рение выступов неровностей, которые
при относительном скольжении деталей
пластически деформируются в направ-
лении скольжения так, что необходимо
затратить определенную работу,, зави-
сящую от относительного удлинения
д, то очевидно, что при скольжении
деталей с различными покрытиями
коэффициент трения зависит не только
от твердости покрытия, но и от относи-
тельного удлинения 6 материала по-
крытий.
8. Коэффициенты сулого трения скольжения для плоских поверхностей
с различными сочетаниями покрытий для стальных и латунных деталей

Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие верхней (охватываемой) поверхности										
	Лужение			Цинкование, пассивиро- вание		Никели- рование		Хроми- рование		Пассивиро - вание с ла- кированием	
Лужение  Никелирование  Хромирование  Цинкование с пас- сивированием Пассивирование  Хромирование с глянцеванием Цинкование с пас- сивированием и ос- ветлением Никелирование с глянцеванием Пассивирование с лакированием Фосфатирование с лакированием Лужение с крацева- нием	0,90—0,44 0,90—0,37 0,64 — 0,31 0,45—0,28 0,70—0,22 0,48—0,28 0,45—0,26  0,40—0,24 0,51—0,26 0,70—0,26 0,84 — 0,57			0,92-  0,71-  0,43-  0,40-  0,39-  0,27-  0,22-  0,30-  0,33-  0,56-  0,80-	-0,40  — 0,32  -0,18  -0,25  -0,16  -0,10  -0,10  -0,13  -0,17  -0,79  -0,45	0,74 — 0,48 0,36— 0,19 0,38 — 0,18 0,40— 0,24 0,39- ОЛ 5 0,26- ОЛ 5 0,37 — 0,22  0,26— 0,16 0,42— 0,21 0,45— 0,29  0,91 — 0,44		0,51 — 0,26 0,31 — 0,16 0,38— 0,17 0,45- 0,20 0,28 — 0,18 0,26 — 0,16  0,37 — 0,22  0,33 — 0,20  0,40— 0,17  0,50— 0,33  0,71 — 0,31		0,55—0,30 0,42—0,26 0,42 — 0,20 0,38-0,17  0,24-0,23 0,28-0,19  0,22-0,16  0,22—0,13 0,36—0,25 0,46—0,28 0,55—0,28	
	Покрытие верхней (охватываем							ой) поверх]		юсти	
Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Хроми- рование с глянце- ванием	Никели- рование с глянце- ванием			Пассиви- рование		Цинко- вание с пасси- вирова- нием и осветле- нием		Фосфати- рование с пасси- вирова- нием		Лужение с краце- ванием
Лужение  Никелирование  Хромирование  Цинкование с пас- сивированием Пассивирование  Хромирование с глянцеванием Цинкование с пас- сивированием и ос- ветлением Никелирование с глянцеванием Пассивирование с лакированием Фосфатирование с лакированием Лужение с крацева- нием	0,50— 0,15 0,23 — 0,14 0,29 — 0,14 0,37 — 0,27 0,27 — 0,14  0,25— 0,16 0,24 — 0,13  0,21 — 0,14 0,25 — 0,14 0,23 — 0,21  0,23 — 0,29	0,43— 0,28 отв- оде 0,32 — 0,21 0,37 — 0,17 0,24 — 0,16 0,33 — 0,14 0,22 — 0,14  0,29 — 0,15 о,ге- ол 5 0,37 — 0,16  0,68— 0,27			0,43- 0,25 0,37- ' 0,19  0,42- 0,18 0,27- 0,16 0,22- 0,15  0,23- 0,14  0,36- 0,25  0,19- 0,16 0,33- 0,17  0,61 - 0,44  0,87- 0,35		0,70- 0,40  0,70- 0,32  0,37- 0,20  0,19- 0,16  0,26- 0,13  0,22- 0,12  0,21 - 0,13  0,41- ол 1  0,26- 0,18  0,40- 0,28  0,79- 0,40		0,53- 0,37  0,44- 0,36  0,45- 0,37  0,47- 0,35  0,34- 0,20  0,40- 0,26  0,37- 0,30  0,57- 0,60  0,50- 0,35		0,97 — 0,50 0,89 — 0,40 0,68 — 0,37 0,60-. 0,40  0,70—« 0,27 0,60— 0,21 0,56—* 0,26  0,46—а 0,26 0,58—ч 0,30  0,81 — 0,35 0,94 — 0.47
9. Коэффициент сухого трения скольжения для плоских поверхностей
с различными сочетаниями покрытий для дюралюминиевых, стальных
и латунных деталей

Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие верхней (охватываемой) поверхности			
	Анодирова- ние	Пассивиро- вание с ла- кированием	Анодирова- ние с поли- рованием	Пассивиро- вание
Лужение	0,70—0,29	0,55 — 0,31	0,70 — 0,29	0,57-0,25
Никелирование	0,50—0,15	0,48 — 0,26	0,29 — 0,19	0,27 — 0,18
Хромирование	0,50—0,32	0,40 — 0,25	0,38 — 0,26	0,37 — 0,21
Цинкование с пассивирова- нием	0,49—0,20	- 0,30 — 0,23	0,33 — 0.22	0,25—0,17
Пассивирование	0,36 — 0,23	0,32 — 0,17	0,31 — 0,16	0,22 — 0,18
Хромирование с глянцева- нием	0,33 — 0,23	0,36 — 0,21	0,29 — 0,22	0,28—0,17
Цинкование с пассивирова- нием и осветлением	0,30—0,27	0,42 — 0,35	0,26 — 0,21	0,30—0,20
Никелирование с глянцева- нием	0,38 — 0,25	0,33 — 0,21	0,27-0,17	0,20—0,17
Пассивирование с лакиро- ванием	0,51 — 0,17	0,36 — 0,25	0,33-0,20	0,30—0,20
Фосфатирование с лакиро- ванием	0,62—0,30	0,42 — 0,28	0,45-0,32	0,40—0,32
Лужение с крацеванием	0,78—0,29	0,64 — 0,29	0,63 — 0,26	0,52—0.25

10. Коэффициенты сухого трения скольжения для плоских поверхностей
с покрытиями различной твердости

Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие верхней (охватываемой) поверхности				
	Луже- ние **	Цинко- вание с пасси- вирова - нием *3	Пассиви- рование	Хроми- рова - ние * '	Никели - рова - ние *2
Лужение	0,95 —	0,92 —	0,60—	0,55 —	0,74 —
	0,34	0,33	0,24	0,23	0,32
Никелирование *2	0,95 —	0,71 —	0,37-	0,35 —	0,35 —
	0,36	0,30	ОЛ 8	0,16	0,16
Пассивирование	0,61 —	0,32-	0,24 —	0,34 —	0,36 —
	0,22	ОЛ 6	0,13	0,18	0,15
Цинкование с пассивирова-	0,60—	0,44 —	0,31-	0,42 —	0,40 —
нием *3	0,20	0,15	ОЛ 5	0,20	0,21
Хромирование *4	0,65 —	0,46 —	0,42 —	0,42 —	0,38 —
	0,27	0,20	0,16	0,15	0,18

*х Очень мягкое, НВ 12 — 20, 6 = 40 %.

*2 Твердое, НВ 300—350, 6 = 40 %.

*3 Мягкое, НВ 50 — 60, 6 = 5 %.

*4 Очень твердое, НВ 400—1200, 6 = 0.

Электролитическая глянцовка хро-
мового и никелевого покрытий и освет-
ление цинкового покрытия любой из
трущихся деталей приводит к уменьше-
нию максимальных значений коэффи-
циентов трения. Это объясняется тем,
что при электролитической глянцовке
с покрытия, главным образом с высту-
пов, удаляется часть металла, вслед-

ствие чего поверхность сглаживается и
становится менее шероховатой. Вместе
с тем при нарушении технологии глян-
цовки и осветления может резко воз-
расти коэффициент трения из-за оголе-
ния участков основного металла.

В табл. 11, 12 приведены значения
коэффициентов сухого трения скольже-
ния для стальных изделий с оловян-
ними и никелевыми покрытиями с па-
раметром шероховатости поверхности
Ра = 0,5 мкм.

Эксперименты показали, что для
стальных, латунных и дюралюминие-
вых деталей с антикоррозийными по-
крытиями' с параметром шероховатости
Ра = 1,25 мкм при изменении на-
грузки Р от 10 до 40 Н, номинального
давления ра от 0,0011* 109 до 0,167* 109
Па, номинальной площади касания Аа
от 24 до 900 мм2 и отношения нагрузки
к весу верхней детали от 9,6 до 11 120
коэффициенты сухого трения скольже-
ния меняются незначительно. Это пока-
зывает, что при расчетах узлов трения
можно использовать значения коэффи-
циентов трения, приведенных в табл.
8—12.

Известно, что с уменьшением пара-
метра шероховатости поверхности,
коэффициент сухого трения скольже-
ния сначала уменьшается, а затем
начинает возрастать, т. е. проходит
через некоторый минимум. Таким обра-
зом, на коэффициенты трения влияет
прирабатываемость трущихся поверх-
ностей, т. е. число скольжений по
одному и тому же месту.

В табл. 13, 14 приведены коэффи-
циенты трения скольжения стальных
деталей с покрытиями и без покрытий
при Р = 20 Н и Ра= 0,08*109 Па
в зависимости от числа скольжений
верхней стальной детали по одному и
тому же месту нижней стальной по-
верхности.

Из приведенных данных видно, что
при скольжении гладких поверхностей
друг по другу (Ра = 0,25 мкм по
Ра = 0,25 мкм), гладкой поверхности
(Ра = 0,25 мкм) по шероховатой (Рг =
= 80 мкм) и шероховатой (Рг —
~ 80 мкм) по гладкой (Ра = 0,25 мкм)
коэффициент трения практически оста-
ется одним и тем же независимо от
числа скольжений. При контакте по-
верхностей с шероховатостью Рг =
— 80 мкм и Рг = 40 мкм при первом
скольжении коэффициент трения не-
сколько выше, чем при последующих
скольжениях, и остается постоянным
начиная с третьего скольжения.
Поэтому для деталей с антикоррозий-
ными покрытиями, имевшими после
механической обработки параметры
шероховатости поверхности от Рг =

11. Коэффициент сухого трения
скольжения для плоских поверхностей
стальных изделий с оловянными
покрытиями

Нагруз- ка, Н	Покрытие верхней и нижней поверхностей		
	Матовое олово	Блестя - щее олово	Крацо- ванное олово
20	0,94 —	0,83 —	0,94 —
	0,62	0,51	0,47
40	0,95 —	0,65 —	0,85 —
	0,60	0,39	0,53

12. Коэффициент сухого трения
скольжения для плоских поверхностей
стальных изделий с никелевыми
покрытиями

Покрытие верх-
ней (охваты-
ваемой) поверх-
ности

Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Никель гальва- нический по- лированный, #а — 0,5 мкм	Никель меха- нически поли- рованный, = 0,5 мкм
Никель гальваниче-	0,29 —	0,30 —
ский полированный, Ва = 0,5 мкм	0,17	0,18
Никель механически	0,58 —	0,92-1
полированный, Да = — 0,5 мкм	0,16	0,21

= 20 мкм до Ра — 0,4 мкм, по суще-
ству приработка поверхностей отсут-
ствует и коэффициенты трения одина-
ковы независимо от числа скольжений
и комбинаций сочетаний поверхностей
с различными параметрами шерохова-
тости.

Из табл. 13, 14 также видно, что для
первого скольжения коэффициент тре-
ния монотонно возрастает с увеличе-
нием параметра шероховатости поверх-
ности, в то время как для шестого
скольжения в ( = Г (7УСк) имеет явно
выраженный минимум. При этом
меньше градиент роста коэффициентов
13. Коэффициенты сухого трения скольжения для плоских поверхностей
стальных изделий с покрытиями в зависимости от числа скольжений поверхностей
и параметров шероховатости поверхности трущихся пар

! Число скольжений  1		Коэффи - циенты трения	Покрытие верхней и нижней поверхностей											
		Никелирование									о о		Цинкование с пас- сивированием  Рг 80  рг 80
		08	о  ОО  м	о о  0^	3‘0	0,5-^Яа 0,2	08	ра 0,54-7?а 0,2	Ра 0,2	08	Цинкование с пг сивированием с с ветлением Ра 0,2ч-	1	1	
1	/тах—/ппп /ср	0,52 — 0,36 0,43		0,31 — 0,25 0,29	0,28 — 0,25 0,26		0,27 — 0,23 0,25		0,36— 0,26 0,31		0,41 — 0,26 0,33		0,47 — 0,2 0,33
2	I тах~~/ггпп /ср	0,41 — 0,30 0,34		0,28 — 0,23 0,25	0,27 — 0,24 0,25		0,27 — 0,22 0,25		0,38 — 0,22 0,26		0,35 — 0,26 0,29		0,31 — 0,2 0,27
3	? тах~/ пип /ср	0,37- 0,25 0,30		0,23 — 0,20 0,21	0,25 — 0,23 0,24		0,31 —  0,23  0,27		0,25 — 0,23 0,24		0,28 — 0,25 0,27		0,34 — 0,2 0,28
4	/тах—/т1п /ср	0,30 —  0,25  0,27		0,22 — 0,20 0,21	0,25— 0,23 0,24		0,28 — 0,23 0,25		0,26 — 0,23 0,24		0,28- 0,23 0,26		0,25 — 0,2 0,23
5	/ тах~/ппп /ср	0,31 — 0,26 0,29		0,23 — 0,20 0,21	0,25 — 0,23 0,24		0,29 — 0,23 0,26		0,24 — 0,22 0,23		0,27 — 0,23 0,25		0,28- 0,1 0,23
6	/ тах““/ппп /ср	0,34 —  0,23  0,28		0,23 — 0,20 0,21	0,26 — 0,23 0,24		0,26 — 0,24 0,25		0,24 —  0,22  0,23		0,26— 0,22 0,24		0,21 — 0,1 0,20

Примечание. В числителе параметры шероховатости верхней детали, в зна-
менателе — нижней детали.

трения, чем при первом скольжении, и
разброс в их значениях.

Для обеспечения надежной работы
приборов важно знать максимальные
коэффициенты трения при первом
скольжении, т. е. в начале процесса
приработки деталей. Из табл. 13, 14
можно также увидеть, что как при
первом, так и при шестом скольжениях
можно получить одинаковые коэффи-
циенты трения для различных сочета-
ний параметров шероховатости тру-
щихся деталей от Нг = 40 мкм до
На = 0,63 мкм.

Для стальных, латунных и дюра-
люминиевых деталей с площадью кон-
такта 7 X 14 == 98 мм2 при нагрузках
Р — 10--40 Н параметр шерохова-

тости поверхности от Нг = 40 мкм до
На = 0,4 мкм (при любом сочетании)
практически не оказывает влияния на
коэффициент трения, что позволяет
при проектировании приборов поль-
зоваться табл. 8, 9.

Влияние температурных условий на
коэффициент трения деталей с анти-
коррозийными покрытиями. При на-
греве изделий до температуры / =
= 60 °С коэффициенты трения для
стальных и латунных деталей практи-
чески не изменяются по сравнению
с коэффициентами трения при нормаль-
ной температуре при любых сочетаниях
антикоррозийных покрытий. Коэффи-
циенты трения незначительно изменя-
ются только тогда, когда верхняя
14. Коэффициенты сухого трения скольжения для плоских поверхностей
стальных изделий (сталь 35) без покрытия в зависимости от числа скольжений
поверхностей и параметров шероховатости поверхности трущихся пар

Параметры шероховато- сти охваты- вающей по- верхности, мкм	Число сколь- жений	Коэффициенты трения	Параметры шероховатости охватываемой поверхности, мкм			
			Нг 80	Яг 40—20	На 2-1	На 0,2
	1	/щах "“/пип	0,60— 0,35	0,41 — 0,30	0,44 — 0,28	0,38— 0,22
Нг 80		/ср	0,44	0,35	0,35	0,30
	6	/тах"”/ппп	0,48 — 0,30	0,29 — 0,23	0,34 — 0,23	0,26— 0,19
						
		/ср	0,39	0,26	0,29	0,22
	1	/тах’~/т1п	0,48— 0,33	0,49 — 0,29	0,38- 0,23	0,28— 0,20
Нг 40—20		/ср	0,38	0,39	0,31	0,24
	6	/тах“/т1п	0,44— 0,39	0,34 — 0,26	0,32— 0,22	0,33— 0,25
						
		/ср	0,41	0,30	0,27	0,29
	1	/тах""/ппп	0,43— 0,25	0,37— 0,25	0,37— 0,25	0,29— 0,23
На 2-1		/ср	0,34	0,31	0,31	0,26
	6	/тах“/пип	0,37 — 0,20	0,36— 0,20	0,33 — 0,20	0,38— 0,21
						
		/ср	0,26	0,26	0,25	0,30
	1	/тах“/т1п	0,28— 0,20	0,31 — 0,21	0,30— 0,20	отв- оде
На 0,5—0,2		/ср	0,24	0,26	0,25	0,23
	6	/тах"“/жйп	0,31 — 0,24	0,37 — 0,22	0,36 — 0,30	0,38— 0,31
		/ср	0,28	0,31	0,33	0,35
	1	/щах /ппп	0,28— 0,23	0,2? — 0,22	0,30— 0,19	0,34 — 0,23
На 0,2		/ср	0,26	0,24	0,24	0,29
	6	/щах /пип	0,38 — 0,28	0,39 — 0,25	0,34 — 0,23	0,39 — 0,28
		/ср	0,32	0,31	0,28	0,33
15. Изменение коэффициентов сухого трения скольжения прн нагревании
для различных сочетаний покрытий и материалов трущихся пар

Покрытие верхней охватываемой поверхности (материал детали)	Температура нагрева, °С	Покрытие нижней охватывающей поверхности (материал детали)										
		Лужение (сталь)	|	Никелирование (сталь)	Хромирование (сталь)	Цинкование с пасси- вированием (сталь)	Пассивирование (ла- | тунь)	Хромирование с глян- цеванием (сталь)	Цинкование с пасси- вированием и осветле- нием (сталь)			Никелирование с глян - цеванием (сталь)	Пассивирование с ла- кированием (латунь)	Фосфатирование с ла- кированием (сталь)	1 Лужение с крацева- 1 нием (сталь)
Лужение (сталь)	60			4			4								
	150	4	•—	—	—		4-	—•	—	4-	—	«*•
Никелирование (сталь)	60	4									4-	4-
	150		—		4	4	4	4			—	
	300		4	4		4	4		4-	4-	4-	
Хромирование (сталь)	150		4		+		—-	4		—	—	4-
	300		+	4		4	+		4-	4-	4-	
Цинкование с пассивиро-	60	4										
ванием (сталь)	150	4	4-	+	4	—	4-	4	4	—	—	4-
Пассивирование (латунь)	150	4	——	—	4	—	——	4	4	——	—	4-
	300		4	4		- -	4		4-	4-	4-	
Хромирование с глянцева-	150	—	4	4	4		4	4-	—	—-	—	4-
нием (сталь)	300		+	4		—	4		4-	4-	4*	
Цинкование с пассивиро-	60	—	—	—	4	—	4	—		—	•—	—•
ванием и осветлением	150				4	— -	4-	4-	4-	——		4-
(сталь)												
Никелирование с глянце-	60		4									
ванием (сталь)	150	+	—		4	4	-	4-	—	—	•мт	4*
	300		4	4		4	4-		4-	4	4-	
Пассивирование с лакиро-	60	—	4									
ванием (латунь)	150	4	—	—	4	4	—	4	4	—	——	4-
	300		4	4		4	4		4-	4-	4-	
Фосфатирование с лакиро-	150	—		4	4		—	4-				4
ванием (сталь)	300		+	—•		4	4		4	4-		
Лужение с крацеванием	60		—	—-	—	—	4- .	—	4-	—	—	
(сталь)	150	4			—	4	—	4	—			4-
Анодирование (дюралюми-	60	4	+	4	—		+	4	—		—	4-
ний)	150	+	<—	—	4		—	' 4-	4		— -	4-
	300		4	4			4-		4-		—	
Анодирование с полирова-	60	—	4	—			—	—	—		• т	—-
нием (дюралюминий)	150	—	4		+		4	4-	4		—“	
	300		4	4			4		4-		4-	
Пассивирование (дюралю-	60	—	1	+		—			—	——		—	—-ч
миний)	150	4			+		4	4-	4			4
	300		+	4			4		4-		4	
Пассивирование с лакиро-	60	—			—		4	—	<—		•*т	•тч
ванием (дюралюминий)	150	—-	—•	4	4		4	4-	4			4
	300		4	4			4-		4-		4	

Примечание. Знак «—» означает, что коэффициент трения остался прежним,
знак «4» — что он изменился.
16.	Изменение коэффициентов сухого трения скольжения при охлаждении до —40 °С
трущихся пар из стали с различными покрытиями

Покрытие верхней (охватываемой)
поверхности

Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Лужение .	Цинкование с пассивиро- ванием	Никелиро- вание	Хромирова- ние	Пассивиро- вание	Фосфатиро- вание с ла- кированием
Лужение		+	4-		4-	
Цинкование с пассивированием		4-		«в	4*	
Никелирование	+				«К»	Ы«Ч
Хромирование	мы»		4*	«м	•ИЧ	
Пассивирование	—«					4-
Фосфатирование с лакированием	—ы				*—	—

Примечание. Знак «—» означает, что коэффициент трения остался прежним»
знак «-}-» — что изменился.

(охватываемая) поверхность луженая
или никелированная.

В изделиях, где верхняя дюралюми-
ниевая деталь анодирована и полиро-
вана, коэффициенты трения изменя-
ются, особенно если другая контакти-
рующая поверхность имеет никелевое
покрытие или фосфатное и лакирован-
ное. В остальных случаях значения
коэффициентов трения практически
остаются неизменными.

При нагреве до 1~ 150 °С коэффи-
циенты трения для стальных и латун-
ных деталей не меняются только в том
случае, если охватываемая деталь пас-
сивирована и лакирована или фосфати-
рована и лакирована щелочным лаком
при любом покрытии охватывающей
детали. Коэффициент трения увеличи-
вается при контакте охватываемой
хромированной или никелированной
детали и охватывающей луженой де-
тали, или детали с покрытиями: луже-
ние с крацеванием, фосфатирование и
лакирование, хромирование и никели-
рование.

При контакте оцинкованных и пас-
сивированных деталей, а также пасси-
вированных и осветленных деталей
коэффициенты трения увеличиваются.
То же, происходит и при контакте
Деталей, имеющих луженое покрытие
с крацеванием или пассивированных
латунных деталей.

Если из контактирующих деталей
охватывающая — дюралюминиевая, то
коэффициенты трения не изменяются
только тогда, когда охватываемая де-
таль имеет хромовое, никелевое или
фосфатное с лакированием покрытие
при любом покрытии охватывающей
детали. Резко увеличивается коэффи-
циент трения, если охватываемая
деталь никелирована и отглянцована.

При нагревании до 1= 300 °С для
приведенных в табл. 15 сочетаний
покрытий коэффициенты трения резко
увеличиваются, за исключением тех
случаев, когда фосфатированная и
лакированная деталь скользит по хро-
мированной или фосфатированной и
лакированной деталям. Незначительно
коэффициенты трения увеличиваются
при скольжении деталей практически
с любым покрытием по охватываемой
детали, имеющей фосфатное с лакиро-
ванием или хромированное покрытие.

В табл. 15 приведены данные по
коэффициентам трения при нормальном
давлении ра = 0,08-109 Па, нагрузке
Р — 20 Н при параметре шерохова-
тости поверхностей Ра = 2,0 мкм.

В табл. 16 показаны изменения коэф-
фициентов трения при —40 °С по срав-
нению с коэффициентами трения при
20 °С для стальных деталей с пара-
метром шероховатости трущихся по-
верхностей Ра = 2,0 мкм при нагрузке
17.	Изменение коэффициентов трения скольжения при охлаждении

до температуры —60 °С и последующем нагреве до + 20 °С стальных поверхностей
после механической обработки при различных покрытиях

Покрытие верхней (охватываемой) поверхности

Покрытие нижней
(охватывающей) поверхности

Лужение

Никелирование
Хромирование
Цинкование с пассивированием
Хромирование с глянцеванием
Никелирование с глянцеванием
Цинкование с пассивированием и
осветлением

Фосфатирование с лакированием
Лужение с крацеванием

	пас-	2	су 2	о о со о с я	<У 5 я ?	<У 4 со р>
а> к	°2	СУ <у я я	Я <У х я	° 2	_ Я  Я х	*
к	СУ	я я	со Я	су 2	и Я	
«3	к Я	я со	я я	я я	о Я	о
и	к Я	я я	о я	я « 2	о. ?	
о		О 0)	о. а>	СО я СУ	К О	У
	м 2	а а	я ®	и ® я		я
5	О О	я я	Ч Я	о 9 к	со 2	я 2
2	я 2-	2 к	2 я	® 2-я		1 о
О	к ®	О Ч	я ч	Я Я к-	О Я	* 2
	к 2	схь-	я	Я Я Ь-	с	>> ®
X		X о	Т п	X С1/ О ОС	в- о	я; 2
+					+	
—		—-	+	—	+	—
—		—	+	—	+	—
+	+	—	—	—		+
—		——	—-		——	
+	+	—	+	—	+	
			.	—	—			+	—
—	—	+	—	—	—	—

Примечание. Знак «—» означает, что коэффициент трения остался прежним,
знак «+» — что изменился.

18. Изменение коэффициентов трения скольжения при охлаждении

до температуры —60 °С и последующем нагреве до +20 °С в герметичных условиях
стальных поверхностей после механической обработки при различных покрытиях

Покрытие верхней (охватываемой)
поверхности



Примечание. Знак «—» означает, что коэффициент трения остался преж-
ним, знак «+» — что изменился.
1 э Изменение коэффициентов трения скольжения при нагревании
до температуры + 60 °С и последующем охлаждении до +20 °С
стальных поверхностей с различными покрытиями после механической обработки

Покрытие верхней
(охватывающей) поверхности

Лужение

Цинкование с пассивированием

Никелирование

Хромирование

Хромирование с глянцеванием

Никелирование с глянцеванием
Цинкование с пассивированием и
осветлением

Фосфатирование с лакированием
Лужение с крацеванием

Покрытие нижней (охватываемой)
поверхности

Примечание. Знак «—» означает» что коэффициент трения остался преж-
ним, знак «+» — что изменился.

Р = 20 Н, давлении ра == 0,08-10* Па,
температуре / = —40 °С в герметичных
условиях.

Охлаждение изделий до температуры
/ — —40 °С изменяет коэффициенты
трения лишь незначительно. При этом
абсолютное значение этих изменений
невелико.

В табл. 17 приведены коэффициенты
трения скольжения тех же изделий
с аналогичными условиями эксплуата-
ции, но при охлаждении до темпера-
туры / = —60 °С с последующим их
нагревом до температуры 20 °С.

Как показывают приведенные дан-
ные, при многих сочетаниях антикор-
розийных покрытий коэффициенты тре-
ния увеличиваются. Но абсолютное
значение увеличения весьма незначи-
тельно. Резко увеличивается коэффи-
циент трения только при контакте
охватывающей детали с фосфатной и
лакированной поверхностью или если
охватываемая деталь имеет хромиро-
ванную глянцованную поверхность.

В табл. 18 приведены коэффициенты
трения для тех же изделий, охлажден-

ных до I == —60 °С и нагретых затем
до температуры 20 °С, но работающих
в герметичных условиях. Эти данные
фактически не отличаются от данных
табл. 8.

В табл. 19 приведены коэффициенты
трения тех же изделий, нагретых до
температуры / — 60 °С и затем охлаж-
денных до температуры 20 °С.

Коэффициенты трения изменяются
аналогично коэффициентам трения
изделий, охлажденных до температуры
I = —60 °С и затем нагретых до темпе-
ратуры 20 °С.

В табл. 20 приведены максимальные -
значения коэффициентов трения сколь-
жения плоских деталей с термостой-
кими покрытиями. Детали имеют
параметр шероховатости поверхности
от Ра = 2,5 мкм до Ра = 1,25 мкм
и работают при нагрузке Р = 20 Н и
давлении ра~ 0,08-109 Па, относи-
тельной скорости скольжения уОтн «
« 0,25-10‘6 м/с и температуре 20 °С.

В табл. 21 приведены коэффициенты
трения для тех же изделий, что и
в табл. 20, но нагретых до температуры
20. Коэффициенты трения скольжения плоских поверхностей с термостойкими покрытиями при 20 еС

Материал нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие нижней поверхности	Покрытие верхней (охватываемой) поверхности													
		Сталь 35								Латунь ЛС59		Дюралюминий Д1-Т			
		Фосфатирова- ние с лакиро- ванием лаком			Химическое нике- лирование	Гальваническое ни- келирование	Хромирование ма- товое	Серебрение с пас- сивированием	Оксидирование с лакированием ла - ком БФ-4	Пассиви- рование с лакиро- ванием лаком		Анодирование с пропиткой хром- пика	Пассивирование без анодирования	Аноди- рование с лакиро- ванием лаком	
		ФГ-9	БФ-4	ЭП-91						БФ-4	ЭП-91			БФ-4	ЭП-91
	Фосфатирование с лакиро- ванием лаком;														
	ФГ-9	0,6	0,51	0,62	0,5	0,46	0,41	0,53	0,60	0,40	0,55	0,68	0,44	0,46	0,6
	БФ-4	0,5	0,52	0,51	0,58	0,32	0,34	0,40	0,52	0,79	0,29	0,46	0,38	0.39	0,34
	ЭП-91	0,72	0,61	0,61	0,48	0,35	—	0,64	0,76	0,61	0,58	0,32	0,50		0,58
Сталь 35	Химическое никелирование	0.55	0,47	0,52	0,27	0,4	0,24	0,46	0,27	0,17	0,33	0,41	0,48	0,18	0,32
	Гальваническое никелиро- вание	0,73	0,4	0,42	0,44	0,36	0,41	0,49	0,38	0,41	0,5	0,40	0,55	0,40	0,40
															
	Хромирование матовое	0,48	0,51	0,32	0,29	0,51	0,25	0,42	0,40	0,40	0,36	0,44	0,38	0,38	0,35
	Серебрение с пассивирова-	0,76	0,48	0,44	0,58	0,36	0,26	0,40	0,48		0,32	0,34	0,30	0,29	0,35
	нием														
	Оксидирование и лакиро- вание лаком БФ-4	0,38	0,32	0,39	0,7	0,56	0,6	0,44	0,35	0,42	0,37	0,44	—	0,55	0,38
Латунь ЛС59	Пассивирование с лакиро- ванием лаком:	0,24	0,53												
	БФ-4			0,36	0,6	0,42	0,34	0,38	.0,36	0,35	0,32	0,45	0,47	0,37	0,38
	ФГ-9	0,37	0,36	0,27	0,52	0,48	0,4	0,22	0,25	0,16	—	0,56	0,47	0,26	0,21
	Анодирование с пропиткой хромпика	0,59	0,46	0,4	0,46	0,52	0,64	0,36	0,40	0,51	0,42	0,42	0,40	оло	0,46
Дюралюминий Д1-Т	Пассирование без анодиро-	0,6	0,31	0,36	0,61	0,44	0,44	0,32	0,48	0,27	0,26	0,-60	0,30	0,26	овз>
	вания														
	Анодирование с лакирова- нием лаком:														
	БФ-4	0,45	0,44	0,38	0,42	0,40	0,42	0,37	0,40	0,34	0,26	0,42	0,40	0,48	0,33
	ЭП-91	0,4	0,42	0,46	0,48	0,58	0,30	0,3	0.23	0,18	0,21	0,46	0,33	0,25	0,23
21. Изменение коэффициента трения скольжения плоских поверхностей деталей с термостойкими покрытиями
при нагреве до 150—300 °С

Покрытие верхней (охватываемой) поверхности

Материал нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие нижней поверхности	Сталь 35								Латунь ЛС59		Дюралюминий Д1-Т			
		Фосфатирова- ние с лакиро- ванием лаком			Химическое нике- лирование	Гальваническое никелирование	Хромирование ма- товое	Серебрение с пас- сивированием	Оксидирование с лакированием ла- ком БФ-4	Пассиви- рование с лакиро- ванием лаком		Анодирование । с пропиткой хром-  пика	Пассивирование без анодирования	Аноди- рование с лакиро- ванием лаком	
		ФГ-9	БФ-4	ЭП-91						БФ-4	ЭП-91			БФ-4	ЭП-91
	Фосфатирование с лакиро- ванием лаком:														
	ФГ-9	—	—	—	—	4-	—	—	4-	—	4-	4-	+	4	—
		—	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4		4
	БФ-4	—	4	—	—	—	4-	4-	—	4-	4-	—	—	—	4
		4	4-	—	—	4-	4-	4	4	4	4-	4-	4-	—	4
	ЭП-91	—	—	—	—	—		4	4	4-	—	—	—		4
		—	—	—		т		4-	4-	—		4"	т		4
Сталь 35	Химическое никелирова- ние	т	4  4	4-  4	4-  4	т	4-  4	4-  4		1 4_-  4	11+-	т	т	+1+	+|+
	Гальваническое никелиро- вание	—			4  4-	4-  4-	т	т	4	т	-1-  4	4	т	4	4
		4	4							4	—	4	- -	4-			-		
	Хромирование матовое	4	4		+	т	4		4	“4	4		4	т	
	Серебрение с пассивирова- нием	—			4		4	4	4	4-		4	—	4	4		
		—	т	4-	т	+	4-	4	4-		4-	т	4-	4	
	Оксидирование с лакиро- ванием лаком БФ-4	4					4-  4-			4									-	
		4		т				4			4				т

Коэффициенты трепня скольжения
Продолжение табл. 21

Материал нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие нижней поверхности	Покрытие верхней (охватываемой) поверхности													
		Сталь 35								Латунь ЛС59		Дюралюминий Д1-Т			
		Фосфатирова- ние с лакиро- ванием лаком			Химическое нике- лирование	Гальваническое никелирование	Хромирование ма- товое	Серебрение с пас- сивированием	Оксидирование с лакированием ла- ком БФ-4	Пассиви- рование с лакиро- ванием лаком		Анодирование с пропиткой хром- пика	Пассивирование без анодирования	Аноди- рован не О' лакиро- ванием лаком	
		ФГ-9	БФ-4	ЭП-91						БФ-4	ЭП-91			БФ-4	СП Ё (Т)
Латунь ЛС59	Пассивирование с лакиро- ванием лаком:  БФ-4  ФГ-9	+1+ +1+	4- +	+ |+ +|+	||+ |||	||| +||	+1+ 11+	+  +_	+1+ +1+	+1+ ||+	+1+ +1+	+|| +1+	+ +  + +	+1+ |||	1	+1+ +1+
Дюралюминий Д1-Т	Анодирование с пропиткой • хромпика  Пассивирование без аноди- рования  Анодирование с лакирова- нием лаком:  БФ-4  ЭП-91	+11 +11	+11 +11	+1++1+	+|| |||	11+ 11+	11+ 111	+1+ 11+	11+ 11+	11+ 11+	111 +1+	+11 +1+	+1+ +11	+1+ ||+	+1+ ||+	+|++||	+1++1+	1  +1++ 1	+1+ |||	+1++1+	+1++1+	+1++1+	+|++||	+1++1+ +11 +1+	+1+ 11+	+1+ 11+	1 ||| ||+	|.|+1|+ 1

212	СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ИЗНОС И ТРЕНИЕ

Примечание. В числителе данные для 150 °С, в знаменателе — для 300 °С. Знак «+» означает, что коэффициент трения
изменился, знак что остался прежним.




150 и 300 °С при двух-, трехчасовой
выдержке при этих температурах.

Из приведенных данных видно, что
относительно малые коэффициенты
трения, незначительно меняющиеся
при температурах 150 и 300 °С, имеют

место при различных сочетаниях по-
крытий трущихся деталей. При этом
коэффициенты трения не только увели-
чиваются, но и уменьшаются, особенно
если трущиеся поверхности имеют
лакированные покрытия. Трение дета-

22. Изменение коэффициентов трения скольжения стальных поверхностей
с различными термическими покрытиями при температуре —40 °С

Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие верхней (охватываемой) поверхности			
	Фосфатирование и лакирование лаком			Химическое никелирова- ние
	ЭП-91	БФ-4	ФГ-9	
Фосфатирование и лакиро- вание лаком;  ЭП-91  БФ-4  ФГ-9	—	—	—	—
	—	+	—	—
	—	4-	—	
Химическое никелирование	+	—	—	—

Примечание. Знак «—» означает, что коэффициент трения остался преж-
ним, знак «-}-», что изменился.

23. Коэффициенты трения скольжения плоской и сферической поверхностей деталей
с различными антикоррозийными покрытиями

Материал плоской поверх-		Коэффициенты трения скольжения для антикоррозийных покрытий плоской поверхности деталей				
	3					
ности	А2	Лужение	Никелиро-	Хромиро-	Цинкование	Пассиви-
детали	Диаме сферы,		вание	вание	с пассиви- рованием	рование
	3	—	0,19 — 0,12	0,16—0,11	0,4-0,11	—
	6	0,31 — 0,07	0,18—0,12	0,13—0,11	0,39—0,12	—
Сталь 35	13	0,20—0,07	0,15 — 0,09	0,1 — 0,07	0,34 — 0,1	—
	30	0,23 — 0,2	0,19—0,16	0,15—0,14	0,2—0,16	—
	50	0,33 — 0,22	0,27 — 0,20	0,18—0,16	0,33 — 0,21	—
	3	0,18—0,06	0,2 — 0,15	0,17 — 0,13	—	0,17 — 0,13
Латунь	6	0,14 — 0,06	0,08—0,06	0,09 — 0,07	—	0,08—0,06
ЛС59	13	0,11 — 0,07	0,08—0,06	0,08—0,07	—	0,07—0,05
	30	0,16 — 0,12	0,2 — 0,18	0,13 — 0,11	—	0,17 — 0,16
	50	0,22 — 0,1	0,24 — 0,19	0,15—0,13	—	0,20—0,17
Продолжение табл 23

Материал плоской поверх- ности детали	Диаметр сферы, мм	Коэффициенты трения скольжения для антикоррозийных покрытий плоской поверхности деталей					
		Хроми- рование с глян- цева- нием	Цинко- вание с пасси- вирова- нием и осветле- нием	Никели- рование с лакиро- ванием	Пассиви- рование с лакиро- ванием	Фосфати - рование с лакиро- ванием	Лужение с краце- ванием
Сталь 35	3  6  13  30  50	0,14—0,1  0,13— 0,09 0,09 — 0,06 0,14- ОД 2 0,15 — 0,14	0,13 — 0,09 0,12- 0,07 0,09 — 0,06 0,17- 0,15 0,23 — 0,17	0,18—0,1  0,14 — 0,09 0,09— 0,06 0,19- ОД 7 0,22 — 0,18	—	0,08— 0,03 0,07 — 0,02  0,16- ОД 1 0,17-0,1	0,17— 0,09 0,13-1 0,07 0,08— 0,04 0,22— 0,18 0,24 — 0,19
Латунь ЛС59	3  6  13  30  50	0,16 — 0,14 0,08— 0,06 0,08— 0,06 0,13- ОД!  0,17 — 0,05	—	0,2—0,15  0,1 — 0,07  0,1 — 0,07  0,16 — 0,15 0,20— 0,17	0,21 — 0,17 0,13 — 0,06 0,12— 0,07 0,25— 0,17 0,31 — 0,16	—	0,31 — 0,24 0,18 — 0,08 0,17 — 0,07 0,21 — 0,19 0,28 — 0,20

лей, нагретых до 300 °С, во многих
случаях сопровождается резким уве-
личением коэффициентов трения. Гра-
диент роста коэффициентов трения
в этом диапазоне температур очень
велик, что необходимо учитывать при
выборе покрытий для деталей, рабо-
тающих при высоких температурах.

В табл. 22 приведены коэффициенты
трения для деталей с термостойкими
покрытиями, охлажденных до темпе-
ратуры / = —40 °С.

Коэффициенты трения скольжения
криволинейных поверхностей с анти-
коррозийными покрытиями. Для при-
мера рассмотрим случай контакта кри-
волинейных поверхностей, одна из
которых (верхняя) гладкая, а другая
(нижняя) шероховатая.

При бесконечном увеличении кри-
визны поверхностей значения коэффи-
циентов трения стремятся к значениям
коэффициентов трения при скольжении
плоских поверхностей. При очень ма-
лых радиусах кривизны поверхностей
для верхней детали, когда размеры

детали становятся соизмеримыми
с шагом неровностей нижней поверх-
ности, характер контакта иной, так
как верхняя деталь как бы «провали-
вается» между выступами нижней де-
тали. В этом случае контакт поверх-
ностей представляет собой механиче-
ское зацепление верхней детали с вы-
ступами неровностей нижней детали.
Усилие, необходимое для перемещения
верхней детали, тем больше, чем
меньше радиус ее кривизны.

Таким образом, в области очень
малых размеров верхней детали
с уменьшением кривизны ее поверх-
ности меньше некоторого предельного
значения коэффициент трения должен
возрастать, т. е. в области малых
размеров верхней детали он должен
проходить через минимум. Это под-
тверждается данными табл. 23.

Из приведенных данных следует, что
коэффициент трения в зависимости от
диаметра сферической поверхности
бывает минимальным. Поскольку шаг
неровностей плоской поверхности за-
24. Коэффициенты трения скольжения при взаимодействии
сферической и цилиндрической поверхностей

Материал цилин- дриче- ской поверх- ности детали	Диаметр цилиндра	Диаметр сферы	Коэффициенты трения скольжения для покрытий цилиндрической поверхности									
	мм		Лужение		Никелиро- вание		Хромиро- вание		Цинкование с пассиви- рованием		Пассиви- рование	
Сталь 35	20	3  6  13	0,28—0,18 0,26—0,15 0,25 — 0,17		0,20—0,14 0,18—0,14 0,16 — 0,13		0,20 — 0,15 0,18—0,14 0,15—0,13		0,37 — 0,15 0,38—0,17 0,43 — 0,27			
	10	3  6	0,31—0,19  0,26—0,13		0,25 — 0,14 0,19—0,15		0,21—0,26  0,18—0,14		0,44 — 0,28 0,46—0,25		—	
Латунь ЛС59	20	3  6  13	0,34 — 0,10 0,34 — 0,10 0,31—0,15		ррр с© с© со 1 1 1 ррр СЯО ОО		ррр 1  ч ОО 00 111 рор		—		0,20—0,17 0,20-0,16 0,19 — 0,14	
	10	3  6	0,25—0,17  0,25—0,13		0,22—0,16  0,21—0,17		0,21—0,16  0,27 — 0,20		—		0,22 — 0,18 0,22—0,19	
Материал цилин- дриче- ской поверх- ности детали	Диаметр цилиндра	Диаметр сферы	Коэффициенты трения скольжения для покрытий цилиндрической поверхности									
	мм		Хроми- рование с глянце- ванием	Цинко- вание с пасси- вирова- нием и осветле- нием		Никели- рование с глянце- ванием		Пассиви- рование с лакиро- ванием		Фосфати- рование с лакиро- ванием		Лужение с краце- ванием
Сталь 35	20	3  6  13	0,21 — 0,15 0,20— 0,15 0,19 — 0,14	0,18— 0,14 0,18 — 0,12 0,19— 0,13		0,24 — 0,18 0,19 — 0,13 0,18— 0,13		—		0,24 — 0,17 0,23 — 0,19 0,23 — 0,19		0,21 — 0,14 0,20— 0,10 0,14 — 0,10
	10	3  6	0,31 — 0,19 0,19 — 0,15	0,35— 0,18 0,33 — 0,18		0,25— 0,19 0,22 — 0,19		—		0,36 — 0,22 0,24 — 0,14		0,25— 0,17 0,25— 0,16
Латунь ЛС59	20	3  6  13	0,20— 0,17 0,18 — 0,15 0,16 — 0,13	—		0,26— 0,20 0,20— 0,17 0,17 — 0,15		0,24 — 0,20 0,24 — 0,20 0,24 — 0,19		—		0,36 — 0,21 0,36 — 0,22 0,32 — 0,20
	10	3  6	0,24 — 0,16 0,21 — 0,13	—		0,22— 0,16 0,19 — 0,16		0,19— 0,17 0,19 — 0,15		—		0,36- 0,20 0,33- 0,22
25. Коэффициенты трения скольжения при взаимодействии
сферической и дюралюминиевой цилиндрической поверхностей
с различными покрытиями

Диаметр цилиндра	Диаметр сферы	Коэффициент трения скольжения для покрытий цилиндрических поверхностей			
мм		Анодирова- ние с поли- рованием	Анодирова- ние	Пассивиро- вание	Пассивиро- вание с ла- кированием
20	3	0,78—0,32	0,66—0,33	0,36—0,19	0,31—0,23
	6	0,82 — 0,3	0,6 — 0,35	0,33—0,19	0,28 — 0,32
	13	0,56-0,28	0,5—0,3	0,34 — 0,18	0,28—0.22
10	3	0,7 — 0,29	0,62—0,32	0,22—0,15	0,28—0,2
	6	0,66—0,28	0,67 — 0,4	0,19—0,14	0,25—0,16

26. Коэффициенты трения скольжения при взаимодействии
стальных цилиндрических и плоских поверхностей с различными покрытиями

Покрытие цилиндрической (охватывающей) поверхности	Диаметр цилин- дриче- ской детали	Коэффициенты трения скольжения при покрытиях плоской (охватывающей) поверхности			
		Лужение	Лужение с крацева- нием	Цинкование с пассиви- рованием	Цинкование с пассиви- рованием и осветлением
Лужение	• 5	0,80—0,36	0,63 — 0,20	0,60—0,40	0,48—0,25
	10	0,75 — 0,40	0,72—0,36	0,23-0,17	’ 0,35—0,15
Цинкование с пас- сивированием	5	0,41—0,18	0,42—0,21	0,20—0,12	0,25—0,11
	10	0,31—0,20	0,30—0,19	0,14 — 0,12	0,14 — 0,10
Никелирование	5	0,54 — 0,27	0,36—0,21	0,25 — 0,15	0,25—0,14
	10	0,39 — 0,22	0,32—0,24	0,28—0,17	0,19 — 0,14
Хромирование	5	0,31—0,17	0,47 — 0,32	0,23 — 0,16	0,25-0,17
	10	0,55 — 0,27	0,51—0,27	0,24-0,19	0,25—0,1 -
Продолжение табл. 26

Покрытие цилиндрической (охватывающей) поверхности	Диаметр цилин- дриче- ской детали	Коэффициенты трения скольжения при покрытиях плоской (охватывающей) поверхности				
		Никели- рование	Никели - рование с глянце- ванием	Хроми- рование	Хроми- рование с глянце- ванием	Фосфати- рование с лакиро- ванием
Лужение	5	0,65 — 0,38	0,25 — 0,16	0,79 — 0,42	0,79 — 0,45	0,65 — • 0,52
	10	0,56— 0,20	0,28— 0,12	0,68 — 0,25	0,48 — 0,32	0,64 — 0,37
Цинкование с пас- сивированием	5	0,60— 0,37	0,21 — 0,14	0,57 — 0,34	0,50— 0,36	0,57 — 0,42
	410	0,29 — 0,20	0,16 — . 0,10	0,43 — 0,21	0,40 — 0,29	0,58—  0,29
Никелирование	5	0,28 — 0,15	0,19 — 0,14	0,57 — 0,36	0,48 — 0,28	0,28— 0,17
	10	0,23 — 0,16	0,22— 0,13	0,32— 0,16	0,31 — 0,19	0,59 — 0,23
Хромирование	5	0,31 — 0,26	0,30— 0,24	0,20— 0,16	0,25 — 0,18	0,41 — 0,25
	10	0,26— 0,19	0,24 — 0,20	0,19— 0,14	0,24— 0,17	0,38— 0,25
висит в основном от вида обрабатываю-
щего инструмента и режимов резания
(подачи инструмента), то благодаря
рациональной технологии можно
обеспечить минимальные значения
коэффициентов трения в области малых
размеров детали. Коэффициенты тре-
ния скольжения полированной сферы
по цилиндрической, поверхности раз-
личного радиуса с ‘параметром шеро-
ховатости поверхности Ка = 1,25 мкм
приведены в табл. 24, 25.

По данным таблиц видно, что влия-
ние различных факторов на коэффи-
циенты трения при скольжении сферы
по цилиндрической поверхности и при
скольжении сферы по плоской поверх-
ности аналогично. Коэффициенты тре-
ния значительно больше, так как при
прочих равных условиях возрастает
фактическая площадь контакта вслед-
ствие кривизны у опорной (нижней)
поверхности. При увеличении диаметра
цилиндрической поверхности коэффи-
циенты трения уменьшаются.

Коэффициенты трения при скольже-
нии цилиндра по плоской поверхности
приведены в табл. 26—28. Параметр
шероховатости поверхностей после
механической обработки = 2,0 мкм,
номинальная нагрузка М = 20 Н и
отношение длины цилиндра к его
диаметру равно двум. Коэффициенты
трения при скольжении цилиндра по

плоской поверхности несколько боль-
ше, чем при скольжении сферы по
плоскости, так как номинальная и
фактическая площади контакта в этом
случае больше. При увеличении ра-
диуса цилиндра при ограниченной его
контурной поверхности, значения коэф-
фициентов трения будут стремиться
к их значениям при скольжении пло-
ской поверхности по плоской.

В табл. 29—32 даны максимальные
значения коэффициентов трения при
скольжении цилиндрических поверх-
ностей с параметром шероховатости
= 2,0 мкм при номинальной на-
грузке Р=20 Н. Из таблиц видно, что
влияние антикоррозийных покрытий на
коэффициенты трения при скольжении
цилиндрических поверхностей такое же,
как и при скольжении плоских поверх-
ностей. Но для большинства сочетаний
покрытий полученные коэффициенты
трения больше, чем для плоских
поверхностей. Коэффициенты трения
при скольжении цилиндрических по-
верхностей значительно выше, чем при
скольжении цилиндра по плоской по-
верхности, так как площадь факти-
ческого контакта у такой пары больше.
Кроме того, влияние на коэффициент
трения может оказывать толщина анти-
коррозийного покрытия, изменяющая
зазор между цилиндрами, и характер
их контакта.

27. Коэффициент трения скольжения при взаимодействии
стальной цилиндрической и латунной плоской поверхностей с различными покрытиями

Покрытие цилиндрической (охватываемой) поверхности	Диаметр цилинд- ра, мм	Покрытие плоской (охватывающей) поверхности			
		Лужение	Лужение с крацева- 4 нием	Пассивиро- вание	Пассивиро- вание с ла- кированием
Лужение		0,97—0,6	0,97 — 0,53	0,38-0,28	0,26—0,16
	5	0,9 —0,4	0,93 — 0,5	0,38 — 0,25	0,28 — 0,19
Лужение с крацева-		1—0,72	0,87 — 0,54	0,41—0,25	0,25—0,16-
нием	10	1—0,35	0,88—0,35	0,37 — 0,26	0,3-0,18
Цинкование с пас-	5	0,54 — 0,27	0,54 — 0,35	0,19 — 0,12	0,2—0,12
сивированием и ос- ветлением	10	0,38—0,21	0,88 — 0,15	0,18—0,13	0,13 — 0,11
Цинкование с пас-	5	0,6—0,25	0,66—0,44	0,17—0,13	0,27 — 0,11
сивированием	10	0,46 — 0,23	0,41—0,33	0,23-0,11	0,17—0,12
Никелирование	5	0,59—0,32	0,87 — 0,52	0,25 — 0,14	0,27 — 0,15
	10	0,5—0,3	0,6 —0,4	0,28—0,17	0,27 — 0,19
Никелирование	5	0,4—0,22	0,32 — 0,2	0,21 — 0,15	0,25—0,14
с глянцеванием	10	0,36—0,21	0,39 — 0,26	0,18—0,15	0,18—0,15
Хромирование	5	0,44 — 0,36	0,52 — 0,38	0,25—0,22	0,3 — 0,22
	10	0,51 — 0,33	0,66 — 0,36	0,23 — 0,19	0,32—0,18
Хромирование	5	0,53 — 0,34	0,67 — 0,34	0,25 — 0,19	0,31—0,18
с глянцеванием	10	0,33 — 0,21	0,26 — 0,17	0,24 — 0,12	0,15-0,13
Фосфатирование	5	0,57 — 0,36	0,69—0,37	0,31 — 0,15	0,3-0,22
с лакированием	10	0,52—0,28	0,58—0,34	0,23 — 0,14	0,23 — 0,14
Продолжение табл. 27

Покрытие цилиндрической (охватываемой) поверхности	Диаметр цилинд- ра, мм	Покрытие плоской (охватывающей) поверхности			
		Никелиро-  вание	Никелирова- ние с глян- цеванием	Хромиро- вание	Хромирова- ние с глян* цеванием
Лужение	5	0,58—0,36  0,59—0,38	0,54—0,2  0,4—0,27	0,37 — 0,17 0,45—0,3	0,24—0,16  0,31—0,16
Лужение с крацева- нием		0,54 — 0,3	0,5—0,22	0,31—0,21	0,22-0,15
	10	0,58—0,4	0,37—0,18	0,44 — 0,25	0,27—0,15
Цинкование с пас-	5	0,27—0,16	0,32—0,13	0,22 — 0,14	0,14—0,13
сивированием и ос-	10	0,34 — 0,18	0,15—0,13	0,26—0,19	0,15—0,13
ветлением Цинкование с пас-	5	0,34 — 0,19	0,4—0,21	0,3—0,17	0,18-0,12
сивированием	10	0,34 — 0,25	0,24 — 0,15	0,31 — 0,23	0,15-0,12
Никелирование	5	0,19-0,16	0,2—0,15	0,22 — 0,19	0,16—0,14
	10	0,19-0,17	0,2—0,14	0,25—0,21	0,17 — 0,13
Никелирование	5	0,17 — 0,14	0,18—0,14	0,25—0,19	0,17—0,14
с глянцеванием	10	0,17—0,15	0,2—0,13	0,25-0,19	0,2—0,13
Хромирование	5	0,28—0,23	0,29 — 0,26	0,18—0,13	0,18—0,13
	10	0,26—0,21	0,29 — 0,21	0,18—0,15	0,23—0,14
Хромирование	5	0,26—0,19	0,31 — 0,21	0,18—0,15	0,2-0,13
с глянцеванием	10	. 0,2-0,16	0,19-0,15	0,19—0,13	0,18—0,13
Фосфатирование	5	0,45—0,3	0,42—0,17	0,31 — 0,19	0,16—0,12
с лакированием	10	0,25 — 0,15	0,16—0,1	0,21—0,13	0,14 — 0,11

28. Коэффициенты трения скольжения

при взаимодействии дюралюминиевой цилиндрической поверхности
со стальной плоской поверхностью с различными покрытиями

Покрытие цилиндрической (охватываемой) поверхности	Диаметр цилин- дриче- ской детали, мм	Коэффициенты трения при покрытиях плоской (охватывающей) поверхности							
		Лужение		Лужение с крацева- нием		Цинкование с пассиви- рованием		Цинкование с пассиви- рованием и осветлением	
Анодирование	5	0,48—0,27		| 0,84 — 0,48		0,25 — 0,16		0,19-0,14	
	10	0,51—0,32		1 0,56 — 0,20		0,33 — 0,21		0,25-0,12	
Пассивирование	5	0,36 — 0,28		1 0,57 — 0,42		0,30—0,17		0,18-0,12	
	10	0,23 — 0,17		0,24 — 0,17		0,17 — 0,15		0,18 — 0,15	
Покрытие цилиндрической (охватываемой) поверхности	Диаметр цилин-	Коэффициенты трения при покрытиях плоской (охватывающей) поверхности							
	дриче- ской  детали, мм	Никели- рование	Никели- рование с глянце- ванием		Хроми- рование		Хроми- рование с глянце- ванием		Фосфати- ^рование с лакиро- ванием
Анодирование	5	0,32 — 0,25	0,25 — 0,21		0,60— 0,42		0,40— 0,31		0,42— 0,30
	10	0,33 — 0,22	0,27 — 0,19		0,53 — 0,20		0,63— 1  0,33	|		1 0,70—  |	0,32
Пассивирование	5	0,36 — 0,23	0,26 — 0,22		0,60— 0,34		0,40— |  0,24	|		1 0,54 — |	0,43
	10 1	0,25 — 0,18	0,20— 0,14		0,31 — 0,17		0,35— 1  0,15	|		1 0,59 — |	0,30
29. Коэффициенты трения скольжения при взаимодействии различных сочетаний стальных и латунных цилиндрических поверхностей ьэ
с диаметрами 5 и 10 мм с различными покрытиями	о

Покрытие охватываемой цилиндрической поверхности

Покрытие охватывающей цилиндрической поверхности	Лужение	Лужение с крацева- нием	Цинкование с пассиви- рованием	Цинкование с пассиви- рованием и осветлением	Никелиро- вание	Никелиро- вание с глянцева- нием	Хромирова- ние	Хромирова- ние с глян- цеванием	Фосфатиро- вание с ла- кированием	Пассивиро- вание	Пассивиро- вание с ла- кированием
Лужение	1 — 0,48	1—0,41	0,77 — 0,28	0,60— 0,25	0,88— 0,38	0,56- 0,21	0,60— 0,31	0,57 — 0,31	0,81 — 0,31	0,62— 0,32	0,54—’ 0,38
Лужение с крацеванием	0,96 — 0,35	1—0,48	0,96— 0,18	0,88— 0,19	0,87 — 0,22	0,56— 0,20	0,82— 0,25	0,64 — 0,33	0,80— 0,42	0,70— 0,33	0,69— 0,38
Цинкование с пассивирова- нием	0,96 — 0,53	1 — 0,49	0,19 — 0,14	0,20— 0,14	0,51 — 0,28	0,38— 0,18	0,41 — 0,24	0,54 — 0,20	0,73 — 0,35	0,41 — 0,29	0,35 — 0,24
Цинкование с пассивирова нием и осветлением	0,65— 0,30	0,69 — 0,27	0,32 — 0,18	0,40— 0,18	0,40— 0,20	0,38— 0,22	0,49— 0,26	0,32— 0,25	0,61 — 0,33	0,26— 0,16	0,43— 0,28
Никелирование	0,77— 0,34	0,86— 0,30	0,69 —  0,28	0,49 — 0,22	0,34 —  0,16	0,36— 0,18	0,63 — 0,20	0,50— 0,25	0,66— 0,30 .	0,47— 0,26	0,40— 0,30
Никелирование с глянце- ванием	0,63— 0,23	0,64 — 0,24	0,38— 0,25	0,43 — 0,20	0,28— 0,17	0,31 — 0,17	0,50— 0,21	0,35— 0,21	0,42— 0,21	0,36— 0,22	0,41 — 0,17
Хромирование	0,87 — 0,26	0,76 — 0,33	0,75 — 0,30	0,53— 0,25	0,40— 0,24	0,40— 0,23	0,38— 0,17	0,36— 0,15	0,73 — 0,26	0,47— 0,26	0,47— 0,28
Хромирование с глянцева- нием	0,78— 0,22	0,62— 0,28	0,42— 0,17	0,33 — 0,24	0,34 — 0,21	0,36 — 0,18	0,34 — 0,16	0,33- 0,15	0,50— 0,26	0,32 — 0,16	0,33— 0,19
Фосфатирование с глянце- ванием	0,83 — 0,51	1—0,6	0,66— 0,46	0,62— 0,43	0,53 — 0,23	0,37— 0,22	0,54 — 0,26’	0,38— 0,20	0,84 — 0,44	0,49— 0,36	0,64 —  0,19 '
Пассивирование	0,68— 0,29	0,57 — 0,40	0,28 — 0,15	0,28— 0,18	0,32 — 0,18	0,27— 0,13	0,44 — 0,25	0,28— 0,22	0,48— 0,31	0,22— 0,17	0,24 — 0,20
Пассивирование с лакиро- ванием	0,55— 0,29	0,64 — 0,35	0,30— 0,20	0,25 — 0,21	0,34 — 0,15	0,33— 0,19	0,36— 0,23	0,38 — 0,24	0,87— 0,31	0,28— 0,24	0,37 — 0,23

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ИЗНОС И ТРЕНИЕ
30 коэффициенты трения скольжения при взаимодействии
цилиндрических верхних стальных, латунных и нижних дюралюминиевых поверхностей
с диаметрами цилиндров 5 и 10 мм и различными покрытиями

Покрытие, верхней (охватываемой) цилин- дрической поверхности	Виды покрытия нижней (охватывающей) цилиндрической поверхности			
	Анодиро- вание	Анодиро- вание с по- лированием	Пассивиро- вание	Пассивиро- вание с ла- кированием
Лужение	0,84 — 0,32	0,88—0,28	0,66-0,21	0,51—0,16
Лужение с крацеванием	0,88-0,26	0,81—0,31	0,61—0,34	0,54 — 0,21
Цинкование с пассивирова- нием	0.62—0,38	0,46—0,21	0,33 — 0,19	0,31—0,16
Цинкование с пассивирова- нием и осветлением	0,41—0,16	0,48-0,19	0,3 — 0,19	0,24-0,11
Никелирование	0,41—0,18	0,3 — 0,16	0,36—0,19	0,31—0,15
Никелирование с глянцева- нием	0,46—0,2	0,38 — 0.15	0,31—0,19	0,23-0,15
Хромирование	0,69-0,23	0,57 — 0,21	0,38-0,17	0,4—0,18
Хромирование с глянцева- нием	0,66—0,16	0,46—0,19	0,36—0,15	0,27—0,14
Фосфатирование с лакиро- ванием	0,77 — 0,24	0,73 — 0,35	0,51 — 0,22	0,41 — 0,22
Пассивирование	0,32—0,16	0,33—0,15	0,23 — 0,15	0,22—0,1
Пассивирование с лакиро- ванием	0,31—0,18	0,32—0,17	.0,39—0,16	0,29-0,1

31. Коэффициенты трения скольжения при взаимодействии
цилиндрических верхних дюралюминиевых и нижних стальных и латунных поверхностей
с диаметрами цилиндров 5 и 10 мм и различными покрытиями

Покрытие нижней (охватывающей) поверхности	Покрытие верхней (охватывающей) цилиндрической поверхности			
	Анодиро- вание	Анодиро- вание с по- лированием	Пассивиро- вание	Пассивиро- вание с ла- кированием
Лужение	0,91 — 0,41	0,97 — 0,47	0,74 — 0,44	0,59-0,43
Лужение с крацеванием	0,85—0,45	0,91 — 0,43	0,66 — 0,21	0,64—0,39
Цинкование с пассивирова- нием	0,55 — 0,37	0,64 — 0,33	0,46—0,16	0,43—0,16
Цинкование с пассивирова- нием и осветлением	0,48—0,3	0,63—0,29	0,39 — 0,29	0,48-0,2
Никелирование	0,51 — 0,24	0,44 — 0,25	0,51 — 0,19	0,44 — 0,36
Никелирование с глянцева- нием	0,35—0,24	0,33 — 0,22	0,35 — 0,22	0,48—0,2
Хромирование	0,63 — 0,27	0,55—0,29	0,45-0,26	0,69—0,41
Хромирование /с глянцева- нием	0,44 — 0,25	0,6-0,29	0,35—0,24	0,38—0,26
Фосфатирование с лакиро- ванием	0,7 — 0,44	0,67 — 0,4	0,5—0,31	0,62—0,38
Пассивирование  Пассивирование с лакиро- ванием	0,45—0,18  0,39 — 0,25	0,33 — 0,16 0,61—0,2	0,25—0,16  0,47 — 0,12	0,37—0,18  0,55—0,22
32. Коэффициенты трения скольжения

при взаимодействии дюралюминиевых цилиндрических поверхностей
с диаметрами 5 и 10 мм с различными покрытиями

Покрытие нижней (охватывающей) цилин- дрической поверхности	Покрытие верхней (охватываемой) цилиндрической поверхности			
	Анодиро- вание	Анодиро- вание с по- лированием	Пассивиро- вание	Пассивиро- вание с ла- кированием
Анодирование	0,58 — 0,32	0,61—0,27	0,46 — 0,16	0,35—0,22
Анодирование с полирова- нием	0,51-0,40	0,53 — 0,31	0,43 — 0,15	0,38—0,23
Пассивирование	0,48-0,19	0,42 — 0,17	0,21 — 0,12	0,28-0,15
Пассивирование с лакиро- ванием	0,43-0,23	0,35 — 0,16	0,20—0,13	0,44 — 0,17

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Методы определения фрикционных
констант т0, |3. Существует несколько
методов определения касательных на-
пряжений т^, обусловленных межатом-
ными и межмолекулярными взаимодей-
ствиями на поверхности раздела твер-
дых тел при трении. Известно, что
касательные напряжения на границе
раздела существенно зависят от нор-
мальных напряжений.

Определяя экспериментально тп для
двух различных нормальных напряже-
ний на контакте и решая систему двух
уравнений с двумя неизвестными,
можно найти т0 и р.

Различие методов заключается в спо-
собах определения тп. Касательные
напряжения, обусловленные межатом-
ными и межмолекулярными взаимодей-

Рис. 5. Узел трения одношарикового
трибометра

ствиями, нужно определять при сле-
дующих условиях: напряженное со-
стояние в зоне контакта образцов
должно совпадать с напряженным со-
стоянием в зонах фактического касания
твердых тел при трении; физико-
химические свойства образцов и поверх-
ностей трения должны быть аналогич-
ны; деформационная составляющая
силы трения при определении т0
и р должна быть минимальной.

Эти условия будут соблюдены, если
шаровой индентор большой твердости
и правильной геометрической формы
с очень гладкой поверхностью будет
сжиматься плоскими образцами и вра-
щаться вокруг вертикальной оси. Если
плоские образцы изготовлены из мате-
риалов с твердостью НВ < 35, то
рабочие поверхности их могут быть
шероховатыми, если твердость этих
образцов НВ > 35, рабочие поверх-
ности необходимо полировать. Это
обусловлено тем, что при вдавливании
гладкого твердого индентора в мягкие
образцы (НВ < 35) шероховатость
лунки и шарового индентора совпа-
дают. При большой твердости этого не
наблюдается. Достаточно универсаль-
ным и наиболее простым является метод
непосредственного определения пара-
метров т0, Р, при вращении шарового
индентора правильной геометрической
формы между двумя плоскими образ-
цами в условиях упругих, упруго-
пластических и пластических деформа-
ций материала образцов (рис. 5).
В этом случае предполагается, что
шар 3 контактирует с образцами /, 2 по
всей поверхности отпечатка, а измене-
нием формы шара от нагрузки можно
пренебречь.

В случае упругого деформирования
образцов

= т0 + ₽ 10,4М'/2Е1№ (1 - н2)].

(9)

где % — модуль упругости материала
образца; — коэффициент Пуассона
материала образца.

Поскольку измерять глубину внедре-
ния Н при упругом деформировании
весьма сложно, удобнее пользоваться
выражением для момента трения, кото-
рый измеряют во время опыта в зависи-
мости от нагрузки Тогда

1,2яЯ5/3Р^1/3ЛГ2/3
(1 _И2)>/3

X 1-0,6

№/з(1 _ и2)1/3]

Я2/3^1/3

(Ю)

откуда, определив М для двух значе-
ний 2У, и решив систему двух уравне-
ний, находим т0 и 0.

При пластических деформациях
образцов

тп = 0,75М.ЯВ/^от,	(П)

где Гот — радиус отпечатка.

Так как в данном случае площадь
контакта возрастает пропорционально
нагрузке, то нормальные напряжения
на контакте не меняются. Поэтому для
изменения нормальных напряжений
необходимо принимать специальные
меры. Существует несколько способов
изменения нормальных напряжений на
контакте при сохранении неизменными
физико-химических свойств взаимодей-
ствующих материалов.

Метод «подложек» заключается
в том, что тонкую пленку исследуемого
материала наносят на подложки из
различных материалов. Так как твер-
дость подложек разная, то при одной
и той же нормальной нагрузке получа-
ются разные отпечатки, вследствие
чего меняются нормальные напряже-
ния. Этот способ трудоемок и мало-
производителен. Поэтому в стандарт-

ном методе (ГОСТ 23.203—78) опре-
деления касательных напряжений,
обусловленных межатомными и меж-
молекулярными взаимодействиями
твердых тел, нагрузки выбирают для
двух видов деформирования материала
образцов: первую в упругопластиче-
ской области в пределах 30—300 Н,
вторую — в пластической области со-
ответственно 2500—30 000 Н. По-
скольку в упругопластической области
деформаций давление зависит от нор-
мальной нагрузки, из двух опытов
получают два различных значения Рг.
Испытания в данном случае проводят
по схеме, показанной на рис. 6. После
каждого нагружения, прокручивания
индентора 1 и измерения момента сил
трения определяют диаметры отпечат-
ков на образцах 2 и 3 в двух взаимно
перпендикулярных направлениях (с^,
0'2) и средние значения диа-
метров первого и второго отпечатков.
После этого по диаметрам отпечатков и
соответствующим им моментам сил
трения т и М находят:

_	0,75

т«- К(РГ-РГ1) х

/ тРгг	МРгг

X V (4/2)»	(о/2)з

о	0.75

Р" л(РГ2-РГ1)
/ М	т

Х V (0/2)3 ~ (4/2)3
Рис. 7. Испытательный узел при испы-
тании по «методу вкладышей»:

/ — вкладыш; 2 — индентор; 3 —• оправка

п	* п 4^2

гдеРп=-^-’ Рг2=^Г-сРед-
ние значения нормальных контактных
напряжений соответственно при первом
и втором опытах.

Этот метод позволяет проводить испы-
тания на одних и тех же образцах.
Однако он не удобен тем,, что разница
между первой и второй нагрузкой очень
велика (в 100 раз), что создает неудоб-
ства в экспериментах, поскольку на-
гружающие и измерительные устрой-
ства должны работать в широких
диапазонах изменения параметров
нагружения.

Метод «вкладышей». Испытания про-
водят на образцах вкладышей, диаметр
которых составляет около 0,6 диаметра
индентора (рис. 7). Вкладыш 1 встав-
ляют плотно в жесткую оправку 3.
Для лучшего уплотнения вкладыш
может быть коническим. При сжатии
пластические деформации вкладыша
ограничиваются поверхностью гнезда
оправки. Поэтому при нагружениях
нормальные напряжения на контакте
в случае пластических деформаций
меняются с изменением нормальной
нагрузки. Этот метод очень удобен
для металлов с малой твердостью и
полимеров.

Методы определения параметров ше-
роховатости поверхностей трения. Су-
ществует несколько методов определе-
ния параметров шероховатости поверх-

ности: статистической обработкой про-
филограмм, при помощи профилографа-
профилометра и расчетно-эксперимен-
тальные. Статистическая обработка
профилограмм — очень трудоемкий
процесс. Несколько проще пользо-
ваться профилометром-профилографом,
позволяющим автоматически опре-
делять следующие характеристики:
^шах, ^т1п (т. е. /?тах ~ ^тах +
+ Ншт),

Однако этот метод недостаточно точен
вследствие случайности выбора участ-
ков поверхности. Кроме того, игла
профилометра-профилографа, как пра-
вило, скользит не по вершинам микро-
неровностей, а по их боковым поверх-
ностям, а малый радиус кривизны
иглы «огрубляет» профилограмму.
Этих недостатков лишен расчетно-экс-
периментальный метод. В этом методе'
пользуются расчетными зависимостями
коэффициентов внешнего трения покоя
} и расстояний Н между поверхностями
детали и контр-образца от контурного
давления рс и искомых параметров
шероховатости в условиях пластиче-
ского ненасыщенного и насыщенного
контактов. Из всех физико-механиче-
ских характеристик контактирующих
тел, используемых при определении
параметров шероховатости поверхно-
сти, необходимо знать лишь твердость
НВ менее твердого образца и обеспе-
чить заведомо меньшую шероховатость
его поверхности по сравнению с более
твердым образцом.

В условиях ненасыщенного пласти-
ческого контакта, при двух последова-
тельно возрастающих значениях кон-
турного давления рс1, рс2 эксперимен-
тально находят сближения и /г2 и по
ним определяют [43] показатель кри-
вой опорной поверхности:

1еРсг — 1едс1
1§Л2—

(14)

Из экспериментальной зависимости
/ = / (Рс) Для ДВУХ значений рс1 и рс%
находят соответствующие им значения
А и /2, откуда

________4 (Ь-Крив1»

(РсГ -рН2л')21°>55^-1)*112‘

(15)
Радиус закругления вершин неров-
ностей

где и рс1 — значения, взятые из
экспериментов, выполненных для опре-
деления V.

В условиях пластического насыщен-
ного контакта находят коэффициенты
трения покоя /3 и /4 при увеличенном
контурном давлении рб3 < Тогда
максимальная высота неровностей

^тах

\ДгНВ (/4-/3)2
(р^2-^2)2

(17)

Следовательно,

, _ Ра / ^тах

НВ к п, )

где Л/ и рС1 определяют из эксперимен-
тов.

Другой расчетно-экспериментальный
метод основан на внедрении инденторов
в шероховатый слой. В этом случае
радиус индентора и нагрузку назна-
чают такими, чтобы участвующих
в контакте выступов было достаточно
для выявления статистических законо-
мерностей. Однако при внедрении
индентора не должно быть пласти-
ческих деформаций в объеме материала
под шероховатым слоем.

Методы определения параметров
контактно-фрикционной усталости ма-
териалов. При испытаниях материалов
на усталостное изнашивание необхо-
димо обеспечить повторное деформиро-
вание микрообъемов материала поверх-
ностного слоя выступами контр-тела
при трении со смазкой и без нее. Внеш-
ним признаком усталостного износа
должно быть отсутствие (вплоть до
разрушения) каких-либо макроскопи-
ческих изменений поверхностей трения.
Признак начала усталостного разруше-
ния поверхности трения — лавино-
образное образование частиц износа.
Испытания могут проводиться в усло-
виях упругого, пластического и упруго-
пластического контакта.

Испытания на усталостное разруше-
ние проводят в следующих условиях:
в зоне трения не должно быть каких-
либо абразивных частиц; скорости

8 Зак. № 38

скольжения должны быть малы (до
0,03 м/с) для исключения влияния
температуры на изнашивание; нагрузки
на контакте не должны - приводить
к микрорезанию поверхности образца
выступами контр-тела.

Показатель кривой фрикционной
усталости I в значительной мере влияет
на расчетные значения интенсивности
усталостного износа (он является пока-
зателем степени), в связи с чем важное
значение имеет точность определения
этого показателя.

Экспериментально показатель кон-
тактно-фрикционной усталости опре-
деляют при помощи установок, в кото-
рых индентор (обычно шаровой)к сколь-
зит по поверхности образца.

Эти установки могут быть различ-
ными: с возвратно-поступательным или
однонаправленным движением образ-
цов, с вращательным перемещением
образцов, с пересекающимися дорож-
ками трения нескольких инденторов.

Испытания материалов на контактно-
фрикционную усталость при помощи
модели единичной неровности позво-
ляют перейти к расчету интенсивности
износа с множественным контактом
поверхностей. Определив параметры
шероховатости и выявив напряженное
состояние на пятнах касания, можно
рассчитать интенсивность износа.

Широко применяют также косвенные
методы испытаний при трении образцов
(в основном резин и полимеров) по
поверхностям контр-тела с регулярной
макрогеометрией (сетки, выступы по
спирали Архимеда, винтовые пружины
и т. д.).

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ
И ИЗНОС

Средства испытаний материалов на
трение и износ можно разделить на
две группы в зависимости от назначе-
ния: лабораторные машины для испы-
тания материалов на трение и износ;
стенды для испытания узлов трения.

Тип оборудования зависит от поло-
жения вектора нагрузки по отношению
к плоскости расположения векторов
линейных скоростей основного движе-
Рис. 8. Кинематическая схема одноша-
рикового трибометра

<2 — нагрузка, приложенная к рычагу;
РОп — сила, приложенная к оправке

Рис. 9. Кинематическая схема трибо-
метра для зкспериментального определе-
ния параметров шероховатости поверх-
ностей

ния и характера относительного движе-
ния образца и контр-тела:

Положение вектора
нагрузки по отноше-
нию к плоскости
расположения век-
торов линейных ско-
ростей основного
движения ..... Относительное дви-
жение образа а и
контр-тел а

Параллельное . . . Вращательное, по-
ступательное, воз-
вратно-вращатель-
ное, возвратно-по-
ступательное, по све-
жему следу (винт),
сложное

Перпендикулярное Вращательное, по-
ступательное, воз-
вратно-вращатель-
ное, возвратно-по-
ступательное, по све-
жему следу (спи-
раль), сложное

Типоразмер машины зависит от
нагрузки на образец и скорости относи-
тельного движения образца и контр-
тела в пределах определенного диапа-
зона нагрузок и скоростей; нормируе-
мые диапазоны нагрузок машин тре-
ния, Н: 0—-0,2; 0,2—2, 2—10, 10—100,
100—500,	500—2000,	2000—5000,

5000—10 000, 10 000—50 000; норми-
руемые диапазоны скоростей машин

трения, м/с: 0—0,001, 0,001—0,01;
0,01—0,1; 0,1—1; 1—5; 5—20; 20—50;
50—100; 100—200.

Конкретные модели машин могут	3

иметь комплекс устройств, предназна-	$

ченных для осуществления различных	1

видов контакта (сменные зажимы),	|

для создания дополнительных движе-
ний образца или контр-тела (удар,
вибрация), для температурных испы-
таний (термо- и криокамеры); для
испытания в различных средах (ва-
куум, масло, абразив); для измерения
и регистрации параметров испытаний
(сила трения, температура, износ),
для автоматизации испытаний.

Машины для определения фрикцион-*	|

ных характеристик т0, р. Испытания	|

материалов для определения фрикци-	|

онных характеристик т0 и 0 проводят	|

на трибометрах (рис. 8). Рычажное	1

устройство нагружения 1 соединено	I

со штоком 2, являющимся одновремен-	1

но держателем плоского образца «?,	1

с которым контактирует индентор 7,	|

жестко связанный с оправкой 6. По-
следняя соединена гибкой нитью (или
тросиком 5) с измерительным элемен-
том 4 и приводом. Другой плоский
образец 8 установлен в держателе	<•

образца Р, имеющем винтовую на-
резку, для регулировки посредством
гайки 10 осевого расстояния между
штоком 2 и держателем-винтом 9.
Гайка 10 опирается на упор 11 корпуса
прибора. Корпус прибора обычно со-
стоит из двух параллельных плит,
соединенных стяжками. Узел трения
в зависимости от задач исследования
может быть заключен в специальную
камеру с контролируемыми темпера-
турой или средой. При включении
электропривода (на рисунке не пока-
зан) электродвигатель вращает бара-
бан, на который наматывается нить
(или тросик), в результате чего^ оправ-
ка проворачивается под действием
силы Гоп, регистрируемой измеритель-
ным элементом 4.

В комплекте с этой установкой при-
меняют трибометр ОТ-1.

Основные характеристики
трибометра ОТ-1

Диапазон нагрузок, Н
Измеряемый момент тре-
ния, Н’М ............

Частота вращения,
об/мин:
индентора ............

рабочая ............

Угол поворота, 0 . . ,
Толщина образцов, мм

(30—30 000)±5 %

Не более 8±5 %

0,5-5±10 %

2±10 %

90—180

4-9

В настоящее время для испытания
различных материалов применяют спе-
циальные трибометрические установки.

Машины для определения параме-
тров шероховатости поверхностей тре-
ния. Для экспериментального опре-
деления зависимостей расстояния
между поверхностями детали и контр-
образца, а также коэффициентов Внеш-
него трения покоя от контурного давле-
ния /г— / (рс) и / = / (рс) применяют
трибометр (рис. 9). Трибометр вклю-
чает в себя: корпус-основание 7;
стойку 2 с кронштейнами 3, 8; устрой-
ство нагружения 9; устройство измере-
ния контактных сближений, содержа-
щее датчик контактных сближений 15 и
вспомогательные детали крепления
Датчика; направляющую 16 с устано-
вочным винтом 17; трубку 14 и иглу 12;
привод вращения образца 10 относи-
тельно контр-образца 11, состоящий из
электродвигателя 4, ведущего 5 и
ведомого 6 шкивов, соединенных пере-
дачей (ременной, цепной и т. п.);
устройство измерения сил трения,
8*

Рис. 10. Контр-образец

связанное с приводом оправкой 7, на
упругие , элементы которой наклеены
тензодатчики, подключенные к тенсО-
усилителю.

При нагружении контр-образцов 10
и 11 игла 12 давнт на датчик сближений
15, подведенный к ней винтом 17.
Так как направляющая 16 жестко
соединена трубкой 13 с контр-образцом
11 и подпружинена к кронштейну 3
пружиной 13, то датчик сближения не
реагирует на объемные деформации
контр-образца 11. Контр-образцы 10
цилиндрические сплошные. Контр-
образцы 11 показаны на рис. 10.
У контактных площадок контр-образ-
цов достаточно малые размеры, чтсбы
контурную площадь контакта можно
было считать равной номинальной.

В комплекте с машинами для опре-
деления параметров шероховатости
поверхностей применяют прибор СТ-2.

Основные характеристики прибора СТ-2

Размеры, мм:
образца 10............0 20Х(10—15)

образца 11 . . » . . 0 20x8X15

Минимальная цена де-
ления устройства изме-
рения сближений, мкм	0,02

Максимальное измеряе-
мое сближение, мкм	25

Мощность электропри-
вода, Вт............	Ю

Частота вращения об-
разца, об/мин ....	1,1

Максимальная нор-
мальная нагрузка,	Н	3000

Масса прибора, кг	. .	•	60
Рис. 11. Кинематическая схема устрой-
ства для определения параметров фрик-
ционной усталости

Машины для определения параме-
тров контактно-фрикционной устало-
сти материалов. Типичное испытатель-
ное устройство такого типа показано
на рис. 11. На предметном столике 1
закрепляют плоский образец 2. С образ-
цом 2 контактирует индентор 3 —
шарик или конус, закрепленный в дер-
жателе 4. Держатель 4 соединен
с устройствами нагружения и измере-
ния сил трения. Устройство нагруже-
ния представляет собой рычаг 5 с гру-
зами 8 и противовесом 9. Грузы 8,
рамка с рычагом 5, упругая балка 6
соединены в центре с держателем 4
индентора и составляют устройство
измерения сил трения. На плечи

Рис. 12. Кинематическая схема устрой-
ства с пересекающимися дорожками тре-
ния для определения параметров фрик-
ционной усталости:

1 — кулачок; 2 — образен; 3 — инден-
тор; 4 — держатель дополнительного ин-
дентора

балки 6 наклеены четыре тензодатчика
7 так, чтобы левый верхний и правый
нижний тензодатчики составляли одно
плечо измерительного моста, а левый
нижний и правый верхний — другое.
Благодаря такому соединению рас-
согласование тензомоста происходит
только под действием сил трения,
а масса груза 8 не влияет на величину
сигнала.

Прибору придается счетчик числа
циклов, тензоусилитель, шлейфовый
осциллограф и профилограф. Профи-
лограф необходим для контроля каче-
ства поверхности дорожки трения, по
которому судят о начале и конце разви-
тия разрушения исследуемой поверх-
ности.

Технические характеристики прибора
(см. рис. 11)

Частота вращения образ-
ца, об/мин .1 — 30; 20—200

Размеры образца, мм . . . 0 40 X (2—10)
Радиус сферического ин-
дентора, мм............. 0,75

Радиус закругления вер-
шины алмазного конуса,
мкм..................... 40

В приборе для исследования мало-
цикловой фрикционной усталости
(рис. 12) применяют циклометр и
держатель индентора 4. Предметный
столик представляет собой эксцентрик
или кулачок /, отклоняющий при
вращении подпружиненный держатель
4 дополнительного индентора, в ре-
зультате чего на (образце 2 образуются
две пересекающиеся дорожки трения,
в местах пересечения которых материал
интенсивно деформируется, что вызы-
вает отделение частиц износа. Такая
схема больше соответствует реальному
взаимодействию выступов неровностей
шероховатых поверхностей при трении,
когда один и тот же участок поверх-
ности подвергается многократному
деформированию различными неровно-
стями. Прибор позволяет также менять
углы пересечения дорожек трения.

Машины для испытаний материалов
на стойкость к абразивному износу.
При испытаниях материалов на абра-
зивное изнашивание поверхность
образцов подвергается более интенсив-
ному воздействию истирающего мате-
Рис. 13. Кинематическая схема прибора Грассели

риала, которое усугубляется адсорб-
ционно-коррозийным воздействием
среды. Эти факторы существенно сни-
жают время испытаний, в связи с чем
методы испытания на стойкость к абра-
зивному износу различных видов полу-
чили наибольшее распространение.

Испытания йа стойкость к абразив-
ному износу подразделяются на испы-
тания с закрепленным и незакреплен-
ным абразивом.

В первом случае в качестве истираю-
щей поверхности применяют шлифо-
вальную шкурку, абразивные шлифо-
вальные круги, абразив, шаржирован-
ный в резину, или чугунную плиту.

Типичными устройствами для испы-
таний на абразивный износ являются
приборы Грассели (рис. 13). В этом
устройстве абразивная. шкурка 2
закреплена на вращающемся диске 7.
Истираемые образцы 8 призматической
формы закреплены на рычаге 9 и при-
жимаются к абразиву заданным грузом
7 посредством оси 3 и троса 5, переки-
нутого через блок 6. Момент трения,
стремящийся отклонить рычаг 9 от
горизонтального положения, уравно-
вешивается грузом 10, по массе кото-
рого определяют коэффициент трения.

Узел трения может быть заключен
в камеру 4, в которую под давлением
поступает воздух для охлаждения узла
трения.

В приборах Шоппера (рис. 14)
абразивная шкурка 2 навернута на
вращающийся барабан 1. Образец 8
закреплен образцедержателем 7, кото-
рый соединен с кареткой 5 через тензо-
чувствительный элемент 6 для измере-
ния сил трения. При вращении ходо-
вого винта 3 образец поступательно
перемещается вдоль образующей ци-
линдра. Нормальная нагрузка зада-
ется грузом 4. По данной или аналогич-
ной схеме выполнены установки для
испытания полимеров.

При испытаниях на износ абразив-
ную шкурку материалов в условиях,
имитирующих износ полимерных и де-
ревянных покрытий, применяют ма-
шину МИВ-2 (рис. 15), с помощью
которой определяют линейный износ
образца по истечении заданного числа
циклов сложного относительного дви-
жения образцов и абразива.

Каретка 1 совершает возвратно-
поступательное движение. На диске 3
закреплен образец 4. Диск может пово-
рачиваться относительно своей оси

12	3	4



У/

Рис. 14. Кинематическая схема прибора Шоппер
Рис. 15. Кинематическая схема машины
МИВ-2

с помощью зубчато-реечной передачи 2
при перемещениях каретки. Истираю-
щая шкурка 5 закреплена на секторо-
образном грузе 6, подвешенном на оси 7
к корпусу прибора. При возвратно-
поступательных движениях каретки 1
подошва груза 6 перекатывается
с проскальзыванием по поверхности
образца.

Очень часто испытывают образцы на
износ о незакрепленный абразив. Такие

Рис. 16. Кинематическая схема струе-
ударной установки ЦУК

испытания проводят: I) применительно
к условиям износа при трении в массе
абразивных частиц в сочетаниях (или
без них) с действием газовых или жид-
ких прослоек; 2) в условиях газогидро-
абразивного износа потоком частиц в
сочетаниях (или без них) с газогидро-
эрозионным, кавитационным или кор-
розионным износом.

Типичная установка для проведения
испытаний первой группы — истираю-
щая машина ЛКИ-3 для испытания на
износ об абразивно-масляную про-
слойку. Эти установки имеют дозатор,
с помощью которого истирающие смеси
определенными порциями подаются
в зону трения образцов, а также камеры
или бункера для сбора отработанного
абразива.

Испытания второй группы, связан-
ные с использованием в качестве носи-
теля абразивных частиц газа (испыта-
ния на газоабразивный износ), или
жидкости (испытания на гидрообраз-
ный износ), может проводиться на
установках следующих типов: с абра-
зивными частицами, свободно падаю-
щими из дозатора, на образец, установ-
ленный под углом атаки к потоку
частиц; с подачей под давлением газо-
гидро-абразивной смеси в зазор между
образцами; с магнитострикционными
вибраторами; с газо- (гидро-) динами-
ческими трубами; с воздействием газо-
(гидро-) абразивной струи на образцы,
в том числе с помощью центробежных
ускорителей.

Последние установки применяют
чаще, так как в них соударение абра-
зивной смеси с образцами регулируется
в широких пределах, что позволяет
одновременно испытывать несколько
образцов под различными углами
атаки. Кроме того установки просты
в исполнении и обслуживании.

Типична для этой группы установка
с центробежными ускорителями струи.
ЦУК (рис. 16) состоит из бункера-
дозатора 2 с абразивной массой и
ротора 4 с четырьмя щелевидными
каналами для выхода абразивных
струй. Из бункера 2 при открытой
заслонке 3 абразив поступает в каналы
ротора, вращающегося с заданной
угловой скоростью от электродвига-
теля 5, соединенного с датчиком ча-
стоты вращения 6. Под действием
центробежных сил струя абразива
вылетает из канала ротора и ударяется
об образцы исследуемого и эталонного
материалов.

Образцы установлены в образцедер-
жателях 1 под углом атаки а, регули-
руемым наклоном рабочей поверхности
образца относительно горизонтали
в пределах 15—90°. Одновременно
испытывают при равных углах атаки
не менее шести образцов (три испы-
туемых и три эталонных). В результате
регулирования частоты вращения обес-
печивается скорость соударения потока
абразива 38—76 м/с. Отработанный
абразив попадает в бункер, из которого
его отсасывают пылесосом.

Перечисленные методы испытаний на
гидроабразивный износ и установки
для их осуществления можно исполь-
зовать также для испытания материа-
лов на кавитационный износ с абрази-
вом и без него.

Устройства для определения трибо-
технических характеристик при корро-
зионном износе. Для исследования
материалов при трении в коррозионно-
активных средах применяют методы,
аналогичные методам для изучения
коррозии металлов, в частности потен-
циостатические. Для этого служат
серийно выпускаемые потенциостаты.

Исследуемый узел трения (рис. 17)
помещают в ванну 1 с электролитом.
Неподвижный образец 2 является
исследуемым электродом. Кроме того,
имеются электроды сравнения 6 и
вспомогательный платиновый 3, ко-
торые образуют цепь поляризации
с исследуемым электродом. При по-
мощи потенциостата 7 типа П-5827
измеряют электродные потенциалы.
Поляризационные кривые записыва-
ются на ленте самописца 8. Преду-
смотрены также устройства для созда-
ния нагрузок и измерения момента
трения.

Наиболее достоверные результаты
получаются, когда ванна электрода
сравнения соединена с контр-телом 4
через отверстие в образце 2 при помощи
пластмассовой трубочки 5.

Устройства для испытания материа-
лов на молекулярный износ. Такой
износ происходит в основном В резуль-

Рис. 17. Кинематическая схема устрой-
ства для определения триботехнических
характеристик при коррозионном износе

тате межатомных и межмолекулярных
взаимодействий поверхностей трения,
в связи с чем экспериментальные испы-
тания на изнашивание при заедании
могут быть использованы для оценки
устойчивости испытуемых материалов
к молекулярному изнашиванию.

Испытания материалов на износ,
сопровождающиеся схватыванием ма-
териалов трения, можно проводить на
различных универсальных установках
трения, позволяющих задавать широ-
кие диапазоны скоростей скольжения и
имеющих устройства для изменения
объемных температур и создания кон-
тролируемой атмосферы (среды),
в том числе вакуума.

Условия испытаний должны быть
такими, при которых происходит раз-
рушение поверхностей трения этого
вида: отсутствие смазочного материала;
применение в качестве контр-тела ма-
териала, имеющего физико-механиче-
ские характеристики образца; отсут-
ствие окисных пленок в процессе
трения или предварительная очистка
поверхностей образца.

Испытания могут проводиться на
многоскоростной установке (рис. 18).
Исследуемые образцы /, 2 заключены
в камеру 5, где создается контролируе-
мая среда. Силы трения измеряют
динамометром 4.

Технические характеристики установки
(см. рис. 18)

Частота вращения
контр-образца, об/мин Не более 20 000

Диаметр контр-образ-
ца, мм................ 100—250

Размеры образца, мм 0 11,3X26

Скорость скольжения,
м/с .................. 0,05 — 150

Нормальное давление
на контакте, кПа . . .	100 — 5000
Рис. 18. Кинематическая схема много-
скоростной установки

Испытания можно проводить в двух
вариантах: 1) при высоких контактных
давлениях (вплоть до пластического
деформирования поверхностных слоев)
и низких скоростях скольжения (по-
рядка 0,05—0,3 м/с); 2) при высоких
скоростях скольжения (более 1—2 м/с)
и умеренных контактных давлениях.

В обоих вариантах на контакте воз-
никают высокие температуры, разру-
шаются окисные и адсорбированные
пленки, в результате чего интенсифици-
руются процессы схватывания мате-
риалов узла трения.

Машина СМЦ-2 для испытаний ма-
териалов на трение и износ. Ма-

рис. 19. Кинематическая схема машины
для испытания материалов на трение и
износ

шина СМЦ-2 предназначена для изу-
чения трения и износа при тре-
нии качения (с проскальзыванием или
без) и скольжения со смазкой или
без нее. Машина может работать по
двум схемам: 1) с замкнутым кинемати-
ческим контуром при фиксированном
значении коэффициента проскальзыва-
ния; 2) с открытым кинематическим
контуром, когда один из образцов
неподвижен.

На рис. 19 показана кинематическая
схема машины при работе по первой
схеме для испытания пары диск по
диску. Нижний образец 5 приводится
во вращение от электродвигателя
с клиноременной передачей 1 со смен-
ными шкивами и посредством шестерен
г0 — гх, а верхний образец 4 — посред-
ством шестерен г0 — г2 и сменной пары
г3—24, при помощи которой устанавли-
вается заданный коэффициент про-
скальзывания.

Верхний образец 4 поджимается
к нижнему 5 путем поворота уравно-
вешенной каретки 2 вокруг оси г2 — ?з
при помощи пружинного механизма 5.
Нагрузка отсчитывается по шкале.
Момент трения измеряется бесконтакт-
ным индуктивным моментомером 6,
а частота вращения образца — элек-
трическим счетчиком.

При работе по этой схеме на машине
могут проводиться также испытания
образцов на контактную усталость,
необходимые для моделирования ра-
боты зубчатых передач, колес и рельс
железнодорожного транспорта, а также
подшипников качения.

При работе машины СМЦ-2 по второй
схеме могут быть испытаны пары тре-
ния диск—колодка и вал—втулка. При
этом каретку 5 расцепляют с муфтой 4
и снимают с машины, а на ее место
устанавливают соответствующее смен-
ное приспособление. Для испытаний
в среде смазки предусмотрены съемные
камеры. Защита машины от перегру-
зок, например при схватывании образ-
цов, осуществляется при помощи пре-
дохранительной муфты 2, а также пу-
тем автоматического отключения дви-
гателя при превышении предельного
момента трения. Однако работа на та-
ких предельных режимах нежела-
тельна. Момент трения записывается на
33. Технические характеристики машин для испытаний материалов на трение и износ
с замкнутым контуром советского производства

Параметр	МИ-1М	СМЦ-2	2070СМТ-1
Пара трения  Частота вращения ведущего образца, об/мин  Коэффициент	проскальзыва-  ния, %  Нагрузка на образцы, Н: при замкнутой схеме при открытой схеме  Погрешность измерения на- грузки, %  Максимальный момент трения, Н* м  Погрешность измерения мо- мента трения, %  Моментомер  Среда	Диск—-диск Диск—колодка  425  0, 10, 15, 20, 100  200—2000  ±5  15  ±5  Маятниковый	Диск—диск Диск—колодка Вал—втулка 300, 500, 1000  0, 10, 15, 20, 100  200—2000 500—5000 ±5  15  ±5  Электрический Смазка, абразив	Диск—диск Диск—колодка Вал—втулка 75 ... 1500  0, 10, 15, 20  200—2000 500—5000 ±1  20  ±1  Электрический Смазка, абразив

34. Технические характеристики машин трения
с замкнутым контуром зарубежного производства

Параметр	А135, Атз1ег (Швейцария)	ЬИзсЫсЬа* гая Туре, ЗсЫтаоги (Япония)	АА1-1, Токю  ТезНпе (Япония)
Частота вращения ведущего образца, об/мин	425	800	185
Коэффициент проскальзывания, %	10, 20, 30	10, 20, 30	10
Нагрузка на образцы, Н	250—2000	2500	250—3000
Предельный момент трения, Н* м	15,0	—	15,0
Смазка	Нет	Есть	Есть

диаграммной ленте электронного по-
тенциометра, размещенного вместе
со счетчиком частоты вращения в спе-
циальном настольном пульте.

Технические характеристики машин
для испытаний материалов на трение и
износ советского производства приве-
дены в табл. 33, 35, зарубежного
производства — в табл. 34.

Машина МФТ-1 для определения
фрикционной теплостойкости мате-
риалов. Кольцевой образец 10 (рис. 20)
установлен в самоустанавливающемся
зажиме 11, закрепленном на шпинделе
12, который приводится во вращение
электродвигателем постоянного тока
с плавным регулированием угловой
скорости через двухступенчатую ко-
робку скоростей и клиноременнукх

передачу 13. Кольцевой контр-образец
9 установлен в зажиме 8, который
соединен с валом 14. Вал может пово-
рачиваться в подшипниках 17 подвиж-
ного корпуса 16, который может без
поворота по шариковым направляю-
щим 15 перемещаться относительно
каретки 18. Прижим образцов происхо-
дит при помощи пневматического
мембранного механизма /, питаемого
от сети сжатого воздуха или баллона,
придаваемого машине, через шарик 2.
Такая конструкция в большой степени
устраняет влияние осевой нагрузки на
измеряемый момент трения. Момент
трения через рычаг 3 и регулируемый
по высоте ползун 4 воспринимается
тарированным упругим элементом 6
с индуктивным преобразователем 5,
12 3*56	7 8	9 1&	11 11

Рис. 20. Кинематическая схема машины
для определения фрикционной теплостой-
кости материалов

жестко закрепленным на корпусе 18.
Линейный суммарный износ образцов
(сближение зажимов) измеряется
индуктивным датчиком 7. Для измере-
ния температуры предусмотрены термо-
пары, которые впаиваются в образец 9,
Машина снабжена камерой, позволяю-
щей вести испытания в жидких средах.
В процессе испытаний предусмотрены
измерение и запись на диаграмме
электронного потенциометра момента
трения, температуры и суммарного
линейного износа образцов.

Необходимо учитывать, что при ре-
гистрации величина износа искажается
из-за линейного расширения образцов.
В машине предусмотрен счетчик ча-
стоты вращения.

Дисковые машины для испытания
материалов на трение и износ. Ма-
шина У МТ-1 относится к универсаль-
ным машинам трения и позволяет
испытывать различные пары трения,
соответствующие наиболее распростра-
ненным узлам трения или условиям их
моделирования.

Рис. 21. Кинематическая схема диско-
вой машины для испытания материалов
на трение и износ

В базовом варианте (рис. 21) машина
предназначена для испытаний образцов
типа диск—палец.

От электродвигателя через клино-
ременную передачу получает вращение
шпиндель редуктора 10, на котором
закреплена планшайба 8, предназна-
ченная для установки на ней дискового
образца 7. На валу 12 бабки 11 уста-
новлен самоустанавливающийся диск 5,
служащий для закрепления трех паль-
чиковых образцов 6, размещаемых на
фиксированном радиусе трения под
углом 120°. Диск 5 связан посредством
гибкой связи 4 с полым валом 3,
взаимодействующим с упругим эле-
ментом силоизмерителя 2.

Нагрузка на образцы создается
мембранным пневматическим механиз-
мом 1. При помощи специального
приспособления реализуется схема
кольцо—кольцо. Для испытания образ-
цов типа вал—втулка с самостоятель-
ным пневмоприжимом предусмотрена
специальная камера (на рисунке не
показана). Она обеспечивает испытание
как при вращательном, так и при
качательном движениях образца типа
вала. В последнем случае привод
осуществляется от кривошипа, уста-
новленного на выходном валу редук-
тора 9. На специальном пульте реги-
стрируются: момент трения, темпера-
тура в зоне трения, частота вращения и
усилие прижима образцов. Техниче-
ские характеристики серийно выпу-
скаемых машин приведены в табл. 35.

Дисковая машина трения МДП-1
обеспечивает испытания при большем
моменте трения только на малых обо-
ротах, но значительно уступает ма-
шине УМТ-1 по остальным парамет-
рам, особенно по универсальности и
виброустойчивости. Ее особенно не ре-
комендуется применять при возникно-
вении в процессе, испытаний вибраций
в зоне фрикционного контакта, на-
пример, автоколебаний.

Машины для испытания материалов
на трение при повышенных темпера-
турах и 20 °С. На машинах можно
определять статические фрикционные
характеристики, кинетические харак-
теристики трения, а также изучать
механические автоколебания.

Основным узлом машины (рис. 22)
является ползун 10, на котором крепят
35. Технические характеристики машин трения

Параметр	МФТ-1	МДП-1	УМТ-1
Число схем испытаний	1	3	5
Частота вращения подвижного контроб- разца (плавно), об/мин	10—6000	9—3000	15-3000
Диаметр трения, мм	4 8	120—300	120-350, 40
Усилие прижима образцов, Н	75 — 3000	100—4500	200-4000
Погрешность измерения усилия, %	±2,5	± 2,5	±2,5
Предельно допустимый момент трения,	9	330	40
Н-м  Погрешность измерения момента трения, %	±5	±5	±4
Мощность привода, кВт Габаритные размеры (длинах ширинах X высота):	14	11,8	15
машины	1310X 700Х	1620Х670Х	760Х 1700Х
	X 1400	X 1500	X 1600
пульта управления	1100Х 590Х	1140Х 590Х	760Х 1000Х
	X 2250	X 2250	Х 2300
преобразовательной установки  Масса, кг:	1930Х 560Х X 590	1910Х560Х  X 580	•—
машины	1040	1170	1300
пульта управления	5.00	500	500
преобразовательной установки	430	430	—

нижний образец 9, выполненный в виде
пластины. Ползун 10 совершает воз-
вратно-поступательное движение, пере-
даваемое от электродвигателя постоян-
ного тока через двухскоростной чер-
вячно-цилиндрический редуктор и
винтовую передачу со скоростью
0,0061—0,61 м/с. Для создания устой-
чивости три верхних контр-образца 8
устанавливают в сменной державке 5,
которую жестко крепят в седле 6.
Нагрузка на образцы 15—200 Н созда-
ется сменными грузами 7, устанавли-
ваемыми на седло 6 так, чтобы ось
центра тяжести их совпала с плоско-
стью трения образцов. Такое крепление
грузов исключает инерционный опро-
кидывающий момент при колебании
седла с образцами. Выбранная схема
дает возможность точно рассчитать
давление. Седло 6 с верхними контр-
образцами 8 неподвижно относительно
машины и соединено двумя тягами 4
при помощи призм 2 со сменным упру-
гим элементом 1 (в виде кольца), на
котором наклеены проволочные дат-
чики сопротивления. Сила трения,
возникающая при движении ползуна
10. Деформирует упругий элемент 1.
Поступательная скорость ползуна
изменяется плавно с кратностью
1 : ЮО регулируемым электроприводом

с магнитными усилителями ПМУ-1
в сочетании с коробкой скоростей. Для
контроля скорости перемещения пол-
зуна 10 использованы тахогенератор
или вольтметр, соответствующим обра-
зом отградуированные. Скорость пол-
зуна в процессе испытания остается
постоянной. Предусмотрены два ре-
жима работы машины: непрерывный и
периодический. Возвратно-поступа-
тельное перемещение ползуна задается
настройкой подвижных упоров 12 и 13
в пределах 30—100 мм.

Перед началом испытаний проводят
тарировку упругих элементов 1 при
помощи образцовых гирь 3-го разряда.
Контр-образцы 8 в державке 5 прити-
раются (для создания единой пло-
скости трения) на специальном приспо-

Рис. 22. Кинематическая схема машины
для испытания материалов на трение
при повышенных температурах и 20 °С
Рис. 23. Кинематическая схема машины
для оценки антифрикционных свойств
материалов

соблении. Затем они вместе с седлом
плавно опускаются на нижний образец
специальным механизмом. Машина
комплектуется набором сменных упру-
гих элементов, держателями образцов,
сменными грузами. Предусмотрена
термокамера 11 для испытания образ-
цов при температуре до 200 °С. Кроме
нагревателей 3 в камере, ползун также
снабжен нагревателем 14, Температуру
в околоконтактной зоне трения изме-
ряют при помощи термопары.

Машины такого типа позволяют ис-
пытывать образцы из металлов, пласт-
масс, а также текстильных материалов
и резины.

Машина МАСТ-1 для оценки анти-
фрикционных свойств материалов
(рис. 23) предназначена для испытаний
на трение материалов ср смазкой и без
смазки при 20 °С и повышенных темпе-
ратурах, в том числе для определения
коэффициентов трения металлических
и неметаллических материалов, крити-
ческих температур пленки смазки на
металле, а также для оценки износа
трущихся материалов. Верхний обра-
зец 8, представляющий собой шарик
диаметром 8 или 12 мм, закрепляют
в съемной державке шпинделя 9,
которая через круглоременную пере-
дачу приводится во вращение элек-
тродвигателем с частотой вращения
1 об/мин. Три нижних образца (ша-
рики) 6, зажатые в специальной обойме,

или плоский образец (шайба) крепят на
дне металлической ванночки 7, которая
может заполняться смазочным мате-
риалом. Нижние образцы поджимают
к верхнему при помощи грузов через
рычаг 1. Максимальная нагрузка
ПО Н. Для повышения чувствитель-

ности в механизме нагружения приме-

нены специальные шариковые направ-
ляющие 2. При вращении шпинделя 9
верхний образец 8 вследствие трения
стремится увлечь ванночку 7, но ее
повороту препятствует сменный тари-
рованный торсион 5, угол закручива-
ния которого пропорционален моменту
трения. С ванночкой 7 жестко связана
быстросъемная стрелка 10, на конце
которой прикреплено перо 11. Момент
трения записывается на бумажной
ленте, закрепленной на барабане само-
писца 12, приводимого во вращение
с частотой 0,5 об/мин от электродви-
гателя 13.

Электропечь 5 позволяет проводить
испытание при температурах 20—
400 °С. Нагревательная спираль со-
стоит из двух секций, одна из которых

включена постоянно, а другая явля-
ется регулирующей. Автоматическое
регулирование изменения темпера-
туры в рабочем пространстве печи
осуществляют при помощи электрон-

ного потенциометра.

Машина позволяет определять силу
трения материалов в широком диапа-
зоне температур как при сухом трении,
так и при различных режимах смазки.
Для этого машину предварительно

тарируют, причем каждому значению
тарировочной нагрузки соответствует
определенное отклонение стрелки

самописца, т. е. своя ордината на ленте_
самописца. Связь между силой трения
Р, необходимой для расчета коэффи-
циента трения, и тарировочным уси-
лием Р устанавливается следующими
соотношениями. При схемах трения:

г- п

шариковая пирамида Р = Р	,

шарик-шайба Р = Р , где О —

диаметр тарировочного диска; д —
диаметр шарика; д0 — средний диаметр
кольцевого пояска; а — угол между
осью вращения верхнего шарика и
линией, соединяющей центры верхнего
Рис. 24. Кинематическая схема машины для испытания резины на истирание

и нижнего шариков (для шариковой
пирамиды а = 35° 16'). Точность изме-
рений на машине тем выше, чем больше
отношение измеряемого момента тре-
ния к моменту потерь в опорном
подшипнике < Поэтому можно рекомен-
довать разработку новых схем испыта-
ния, особенно материалов с очень
малыми коэффициентами трения.

Машина позволяет определять кри-
тические температуры, характеризую-
щиеся нарушением граничного слоя
смазки, а следовательно, изменением
силы трения, появлением скачков и
повышенным износом. При таких испы-
таниях температура постепенно повы-
шается. Поскольку машина обеспечи-
вает весьма низкую относительную
скорость скольжения, можно считать,
что тепло, выделяющееся при трении,
незначительно и испытания проводятся
практически при контролируемой тем-
пературе.

Машина 2052 МТИ-1 для испытания
резин на истирание (рис. 24) предназ-
начена для проведения стандартных
испытаний. От электродвигателя 3
через клиноременную 1 и червячную 2
передачи приводится во вращение по-
лый вал 8 с диском 4, на котором за-
крепляют истирающий элемент 5. Ча-
стота вращения диска 42, 84 или
168 об/мин. Внутри полого вала на
подшипниках установлен промежуточ-
ный вал 9, удерживаемый от вращения
пружиной 10, вместе с которой он

составляет колебательную систему,
предназначенную для снижения по-
грешности измерений. Внутри проме-
жуточного вала проходит нагружаю-
щий шток 11, который может поворачи-
ваться и перемещаться в осевом направ-
лении в подшипниках. На одном конце
его устанавливают быстросъемный
захват 7 с двумя диаметрально распо-
ложенными пальчиковыми образцами
6, а другой конец связан с грузовой
подвеской 13. Нагрузка на образцы
2—50 Н. Повороту штока 11 под
действием момента трения препятствует
упругий элемент 12 силоизмер^теля.
На машине измеряется момент 0,136—
3,4 Н-мс погрешностью не более 3 %.
Предусмотрена автоматическая запись
момента трения на электронном потен-
циометре, установленном на пульте,
а также счетчики работы (интегратор)
и числа циклов (путь трения). При
наработке заданного числа циклов
привод машины может автоматически
отключаться. Машина снабжена пнев-
матической системой обдува зоны тре-
ния образцов и патрубком для удале-
ния продуктов износа.

Машины для испытания пластмасс
на износ предназначены для испытаний
пластмасс на абразивный износ по
свежему следу. Кинематическая схема
машины МПИ-2 показана на рис. 25.

Образец 15 диаметром 10 (или прямо-
угольный ЮХ 10 мм) и длиной 10—
20 мм закрепляют в специальной
Рис. 25. Кинематическая схема машины
для испытания пластмасс на износ:
1 — упор; 2 — ходовой винт; 8, 4
вал; 5 — электродвигатель; 6 — ременная
передача; 7 — упор; 8, 9 — червячная
пара; 10 — рукоятка; 11 —» обгоночная
муфта; 12 — барабан; 13 — суппорт;
14 — шарнир; 15 — специальный обра-
зец; 15 — зажим; 17 « головка

головке нагружения 17 и выставляют
из державки 16 на требуемую высоту.
Для замены образца 15 головку 17
откидывают относительно шарнира 14.
Сверху на головку 17 устанавливают
сменные грузы, которые прижимают
образец к барабану 12 с истирающей
поверхностью (шкурка, ткань, бумага).

Рис. 26. Кинематическая схема бигар-
монической машины для испытания ма-
териалов на трение

Нагрузка на образцы 10—50 Н. Дви-
жение от электродвигателя 5 через
ременную передачу 6 передается по-
средством червячной пары 8 на ходовой
винт 2, а посредством червячной пары
9—на барабан 12. Барабан 12 вра-
щается, а ходовой винт 2 поступа-
тельно перемещает суппорт 13 и свя-
занную с ним шарнирно головку 17.
Подача суппорта 13 за один оборот
барабана 12 равна 10 мм. Образец 15
истирается о поверхность барабана 12
по винтовой линии, т. е. по свежему
следу. Упоры 1 и 7 ограничивают
крайние положения головки нагруже-
ния 17 при ходе суппорта 13 до 400 мм.
Барабан 12 соединен обгонной муф-
той 11 с червячной парой 9 и может
вращаться вручную рукояткой 10.

Машину применяют также для иссле-
довательских работ. Силоизмеритель
крепят на суппорте 13. Силоизмеритель
состоит из жесткого корпуса и подвиж-
ного ползунка, на котором в специаль-
ном зажиме 16 закрепляют образец 15
и устанавливают грузы. По шариковым
направляющим ползунок под действием
силы трения легко перемещается в на-
правлении, перпендикулярном оси
барабана, и через призму воздействует
на упругий элемент (балка равного
сопротивления) с наклеенными прово-
лочными тензорезисторами, сигнал
с которых подается на показывающий
прибор или осциллограф, записываю-
щие силу трения и фрикционные
автоколебания.

Таким образом, измеряется лишь
окружная составляющая силы трения.
Учитывая, однако, что окружная ско-
рость на барабане значительно больше,
чем скорость осевой подачи, можно
с достаточной степенью точности счи-
тать, что ошибка при определении
полной силы трения не превышает
5 %. Кроме того, машина позволяет
проводить испытания при температурах
до 200 °С, а также при подаче смазки.

Бигармонические машины для испы-
тания материалов на трение. Многие
узлы трения работают в условиях
вибрации, которая накладывается на
основное движение трущейся пары.
Если при этом основное движение
периодическое, например возвратно-
поступательное или качательное, то
возникает бигармонический режим,
36. Технические характеристики бигармонических стендов СВП-1 и СКД-1

Параметр	СВП-1	СКД-1
Основная частота циклической нагрузки, цикл/мин Предельная амплитуда перемещения образца Частота перемещения образца, цикл/мин Перемещение (мм) образца при основной частоте, цикл/мин:  60  120  180  240  300  Рабочий диапазон измерения: силы, Н момента трения, Н мм	60—180 ±25 мм 60—180  ±2,54- ±25 ±2,5± ±15 ±2,54- ±10  1 000—10 000 40—400	60—300 ±30° 60—300

Примечания: 1. Предельное значение нагрузки (Н) на образцы: статиче-
ской и асимметричной — 50 000; циклической — 20 000.

2. Рабочий диапазон нагрузок 5000—50 000 Н.

3. Допустимая погрешность измерения нагрузки ±5 %.

4. Допустимая нестабильность основной частоты перемещения образца ±10 %.

5. Диапазон изменения частоты вибрации, наложенной на частоту перемещения
образца, 300—1800 цикл/мин.

6. Отношение частоты наложенной вибрации к основной частоте перемещения
не менее 5:1.

7. Предельное значение измеряемой температуры в зоне трения 900 °С.

8. Мощность стенда 100 кВт.

которой существенно сказывается на
характере трения и изнашивания.
В общем случае может изменяться
также нагрузка на образцы, например
по асимметричному циклу. При этом
на нее может накладываться и дополни-
тельная вибрационная нагрузка. Для
моделирования таких процессов тре-
буются специальные машины (рис. 26).
Неподвижный образец 1 в виде пла-
стины 100X50X 10 мм жестко крепят
на столе 2, подвески 3 которого имеют
малую изгибную жесткость.

Верхний образец 4 круглого (0
ЮХ 30мм) или квадратного (ЮХ 10X30
мм) сечения крепят в державке 5,
шарнирно связанной валом 17 с катуш-
кой 6 электродинамического вибратора.
Катушка соединена с корпусом вибра-
тора 7 плоскими пружинами 8. Корпус
выполняет роль ползуна и получает
возвратно-поступательное движение от
кривошипно-шатунного механизма 9,
приводимого от электродвигателя по-
стоянного тока 10, с плавным измене-
нием частоты вращения через клино-
ременную передачу и червячный ре-
дуктор. Амплитуда хода 25 мм в усло-
виях бигармонического движения при

частоте основного движения 0,1—3 Гц и
наложенной частоте 30—300 Гц. Ре-
жимы низкой и высокой частот могут
осуществляться независимо. Нагрузка
на образцы до 1000 Н создается через
систему тяг И при помощи гидроци-
линдра 12, который питается от гидро-
системы 16. Поскольку нагрузка пере-
дается через подвижную державку 5,
линия ее действия не остается верти-
кальной, а расстояние от шарнира 13
до гидроцилиндра 12 также меняется
в пределах каждого цикла. Поэтому
в цепь нагружения введена компенса-
ционная пружина 14. Под действием
силы трения стол 2 стремится сдви-
нуться. Этому препятствует сменный
тарированный упругий элемент 15
с наклеенными на него проволочными
тензодатчиками, выполненный в виде
балочки равного сопротивления или
скобы. Предельная амплитуда изме-
ряемой силы трения 300 Н. Частота
колебаний системы стол—упругий
элемент на порядок или более выше
частоты основного движения.

Бигармонические стенды трения
возвратно-поступательного СВП-1 и
качательного СКД-1 движений пред-
назначены для испытания пар трения
в условиях наложенной вибрации.
Технические характеристики стендов
приведены в табл. 36. Привод стендов
электрогидравлический. На стенде
СВП-1 могут быть испытаны плоские
образцы, а также образцы типов ци-
линдр—пластина, полуцилиндр—по-
лукольцо и плунжер—цилиндр, а на
стенде СКД-1 — образцы типа вал—
втулка, шарнирные соединения и ша-
рикоподшипники.

Стенд СКД-1 снабжен сильфонной
герметизированной камерой, позво-
ляющей проводить испытания при
повышенных температурах и 20 °С,
а также в вакууме или различных
средах.

На стендах измеряют и регистрируют
следующие параметры: среднее квадра-
тическое значение силы трения, на-
грузку на образец, перемещение дер-
жателя образца, частоту с раздельным
измерением составляющих низкой и
высокой частот, температуру в зоне
трения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Вентцель С. В. Смазка и долговеч-
ность двигателей внутреннего сгорания.
Киев.: Техника, 1977. 207 с.

2.	Виноградов В. Н., Сорокин Г. М.»
Шрайбер Г. К. Ударно-абразивный износ
буровых долот. М.: Недра, 1975. 175 с.

3.	Демкин Н. Б. Контактирование шеро-
ховатых поверхностей. М.: Наука, 1970.
227 с.

4.	Комбалов В. С. Влияние шерохова-
тости твердых тел на трение и износ. М.:
Наука, 1974. 1 11 с.

5.	Крагельский И. В., Добычин М. Н.,
Комбалов В. С. Основы расчетов на тре-
ние и износ. М.: Машиностроение, 1977.
526 с.

6.	Литвинов В. Н., Михин Н. М., Мыш-
кин Н. К. Физико-химическая механика
избирательного переноса при трении.
М.: Наука, 1979. 187 с.

7.	Машины для испытания материалов
на трение и износ/Л. М. Геллер, В. С. Го-
лубков, Б. Л. Смушкович, Н. И. Кус-
ков. — М.: ЦНИИТЭИПриборостроения.
1974. 54 с.

8.	Михин Н. М. Внешнее трение твердых
тел. М.: Наука, 1977. 212 с. -

9.	Мур Д. Основы и применения трибо-
ники. М.: Мир, 1978. 487 с.

10.	Постников В. С. Физика и химия твер-
дого состояния. М.: Металлургия, 1978.
544 с.

11.	Разработка критериев оценки ма-
шин для моделирования трения и из-
носа/А. В. Чичинадзе, Э. Д. Браун,
Б. Л. Смушкович, Н. А. Смирнова —
В кн.: Трение и износ фрикционных мате-
риалов. М.: Наука, 1977. с. 125 — 130.

12.	Смушкович Б. Л. Исследование тре-
ния при периодическом движении образ-
ца. — В кн.: Решение задач тепловой
динамики и моделирование трения и из-
носа. М.: Наука, 1980, с. 140—144.
Глава

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

Твердость — особое свойство, кото-
рое проявляется в способности твер-
дого тела оказывать сопротивление
всяким попыткам упруго или пласти-
чески деформировать участок его по-
верхности, или оторвать частицы с по-
верхности, или же одновременно про-
извести какую-либо комбинацию из
этих действий.

Твердость измеряют условно двумя
методами: 1) динамическим — путем
нанесения царапины на поверхность
испытуемого тела; 2) статическим —
путем образования вмятины на поверх-
ности тела.

Наибольшее распространение в на-
стоящее время получили статические
методы.

Первая шкала твердости для мине-
ралов была разработана Моосом в
1822 г.:

Твердость
по Моосу

Тальк Ме3(812О6)2(ОН)2	1

Гипс Са8О4’2Н2О ....	2

Известковый шпат СаСО8	3

Плавиковый шпат СаЕ2	4

Апатит Са6(РО4)8(Г, С1)	5

Полевой шпат КА1813О8	6

Кварц 81О2	  7

Топаз А128Ю4(Р, ОН) ...	8

Корунд А12О8.................. 9

Алмаз С ..................... 10

В этом эмпирически подобранном
ряду каждым последующим минералом
можно нанести царапину на каждом
предыдущем минерале. Этой шкалой
до сих пор пользуются в минералогии.
Однако для измерения твердости ме-
таллов она не подходит, так как разрыв

Рис» 1. Классификация методов определения твердости
между отдельными ступенями очень
велик.

Классификация наиболее известных
методов определения твердости приве-
дена на рис. 1.

СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ТВЕРДОСТИ

Метод и приборы Бринелля. Бри-
нелль предложил свой метод в 1900 г.
До настоящего времени этот метод
остается одним из основных методов
определения твердости.

В СССР измерение твердости по
методу Бринелля регламентируется
ГОСТ 9012—59. Сущность метода со-
стоит в том, что шарик определенного
диаметра в течение установленного
времени вдавливается с определенной
силой Р в испытуемый образец.

После удаления нагрузки измеряется
диаметр отпечатка, оставшийся на по-
верхности образца.

Твердость по Бринеллю НВ —
0,102Р о л

= —р . Здесь Р — нагрузка, Н;
В — тсИН — площадь поверхности от-
печатка, мм2, где/) — диаметр шарика,
мм; Н= 1/2(1) —КО2 —л!2 ), с1 —
диаметр отпечатка, мм.

Число твердости по Бринеллю за-
висит от нагрузки, прилагаемой к ша-
рику. Анализ вдавливания показал,
что для сравнимости результатов, по-
лучаемых для шариков разного диа-
метра, необходимо соблюдать опре-
деленное отношение нагрузки к квад-
рату диаметра шарика, т. е. степень
нагружения шарика, при котором угол
вдавливания равен примерно 44°.

Кроме того, должно сохраниться
соотношение 0,2/) < ^ < 0,6/).

ГОСТ 9012—59 рагламентирует на-
грузку применительно к испытуемому
материалу, а также продолжительность
выдержки материала под нагрузкой.

Поверхность образца следует под-
готовить так, чтобы диаметр образую-
щего отпечатка можно было измерить
точно.

Толщина образца должна быть та-
кой, чтобы отпечаток не вызывал на
обратной стороне, контактирующей со

столом прибора, сколько-нибудь за-
метной деформации. Минимальная тол-
л с 1П 0,102Р
щина образца 5т1п = 10 он&- •

Необходимо, чтобы твердость испы-
туемого материала была НВ < 450,
так как при'//В > 450 стальной зака-
ленный шарик может деформироваться,
т. е. измерение будет недействительным.
Если шарик из твердого сплава,
то, начиная с НВ 350, получают за-
вышенное значение, поэтому в интер-
вале НВ 350—450 шарики из твердого
сплава применять не рекомендуется.

Измеряется твердость по методу
Бринелля стационарными твердоме-
рами Бринелля (ГОСТ 23677—79)
и переносными твердомерами Бринел-
ля (ГОСТ 9030—75). Для измерения
твердости по методу Бринелля в лабо-
раториях и цехах применяют стаци-
онарный прибор ТШ-2М.

У изделий с цилиндрической и пло-
ской поверхностями прибор позво-
ляет измерять твердость НВ 8—450
при нагрузках, Н (кгс): 1840 (187,5);
2450 (250); 7355 (750); 9800 (1000);
19420 (2000) шариком диаметром, мм:
4,5; 5,0; 10,0. Габаритные размеры
рабочего пространства прибора 125 X
X 250 мм. Точность прибора соответ-
ствует ГОСТ 23677—79.

Прибор (рис. 2) состоит из следую-
щих частей, смонтированных на литой
чугунной станине: привода, механиз-
мов подъема стола и рычажного уст-
ройства; механизма переключения дви-
жения (реверсирования); механизма
нагружения.

Вращение вала электродвигателя //
через червячный двухступенчатый ре-
дуктор передается на кривошипно-
шатунный механизм нагружения. Ша-
тун с укрепленным на нем роликом опу-
скается, освобождая рычажную си-
стему нагружения. Система нагруже-
ния передает через шариковую оп-
равку 8 на испытуемый образец задан-
ную испытательную нагрузку.

Подвижный упор 10, закрепленный
на чашке 1 двумя конусами и зажимом
на валу червячного редуктора, враща-
ясь, поворачивает рычаг 9, Рычаг 9,
перемещаясь под действием подвижно-
го упора 10, замыкает нормально-
открытый контакт микропереключа-
теля, управляющего магнитным пу-
скателем электродвигателя.

При реверсивном вращении электро-
двигателя неподвижно закрепленный
на валу редуктора упор возвращает
рычаг 9 в исходное положение. Нор-
мально-открытый контакт микропере-
ключателя размыкается, и электродви-
гатель отключается. Пружина 6 под-
жимает коническую втулку 7, установ-
ленную в станине прибора, к ее ко-
нусному гнезду, которое служит только
для предварительной ориентировки по-
ложения шпинделя. При проведении
испытания испытуемый образец, уста-
новленный на столе прибора, упира-
ется в шарик и, сжимая пружину, сни-
мает втулку 7 с конусного гнезда.
Таким образом, шарик внедряется
в поверхность испытуемого образца
под нагрузкой без трения (если не
считать малого трения в призмах ме-
ханизма нагружения).

Время выдержки испытуемого образ-
ца при заданной нагрузке проверяют
при помощи сигнальной лампы. В
момент отрыва ролика от планки боль-
шого рычага 5 микропереключатель
4 замыкает цепь, и лампа загорается.
При подходе ролика к рычагу с план-
кой цепь размыкается, и лампа гаснет.

Нагрузки, применяемые для изме-
рения твердости по методам Бринел-
ля, Роквелла и Виккерса, приведены
в табл. 1.

Рис. 2. Кинематическая схема прибора
ТШ-2М

Выбирать нагрузку в зависимости
от вида испытуемого материала можно
при помощи табл. 2.

Для получения на приборе различ-
ных нагрузок необходимо установить
на подвеску 3 грузы 2 с таким расче-
том, чтобы сумма маркированного ус-
ловного веса их и подвески равнялась

1. Нагрузки, применяемые для измерения твердости
по методам Бринелля, Роквелла и Виккерса

Бринелль		Роквелл		Виккерс	
Н	кгс	Н	кгс	Н	кгс
12,25	1,25	29,4	3	0,049	0,005
24,5	2,5	98	10	0,098	0,010
49	5	147	15	0,196	0,020
76,6	7,812	294	30	0,490	0,050
98	10	441	45	0,981	0,100
153,2	15,625	588	60	1,962	0,200
294	' 30	980	100	4,9	0,500
306,5	31,25	1471	150	9,8	1
613	62,5			19,6	2
1 225	125	—	——	49	5
1 840	187,5		м»	98	10
2 450	250		1——	196	20
4 900	500			294	30
7 355	750	—	—	490	50
9 800	1000			980	100
29 420	3000	—	—		
2. Таблица для выбора нагрузки и индентора в зависимости от вида
испытуемого материала при определении твердости по Бринеллю

Материал	НВ	Толщина испы- туемого образца	Диаметр шарика	Нагрузка, Н (кгс)	Выдерж- ка под нагруз- кой, о
		мм			
Черные металлы	130—450	6 — 3	10  5	29 420 (3 000) 7 355 (750)	10
	140	>6  6 — 3	10  5	9 800 (1 000)  2 450 (250)	
Цветные металлы и сплавы:  на основе меди  на основе алю- миния и олова	130	6 — 3  4 — 2 .  <2	10  5  2.5	29 420 (3 000) 7 355 (750) 1 840 (187,5)	30
	35—130^	9—3  6—3  <3	10  5  2,5	9 800 (1 000)  2 450 (250)  613 (62,5)	30
	8 — 35	>6	10	2 450 (250)	60

требуемой нагрузке. Диаметр отпе-
чатка измеряют при помощи микроско-
па МПБ-2 в двух взаимно перпенди-
кулярных направлениях. Твердость
определяют по среднему диаметру от-
печатка по специальным таблицам.
Прибор проверяют инструментальным
методом — при помощи динамометра

Рис. 3. Прибор ТШ-6

ДОСМ-3-3 и комплексным методом —
при помощи образцовых мер твердости
МТБ. Время выдержки проверяют
секундомером, причем допускаемое
время (с) выдержки: до 10 ± 2;
до 30 ± 4; до 60 ± 6.

Прибор для измерения твердости
крупногабаритных деталей по методу
Бринелля ТШ-6 (рис. 3) рассчитан на
испытательные нагрузки, Н (кгс):
7355 (750); 9800 (1000); 29420 (3000);
индентор с шариком диаметром 5
или 10 мм. Основание прибора — фун-
даментная плита /, на которой не-
подвижно закреплен цоколь. В цоколе
на подшипниках монтируют вращаю-
щуюся колонну 3, выполненную из
стальной трубы.

Траверса 4 перемещается по ко-
лонне 3 механизмом подъема 5, распо-
ложенным на верхнем горце колонны.
В корпусе механизма 5 расположены
гидромеханическое устройство для за; ’к
жима колонны и токопроводящее уст-
ройство для питания поворотных и
подвижных частей прибора. Испыта-
тельная головка 6 является самостоя-
тельным агрегатом. Она перемещается
по направляющим траверсы вращением
маховика 7. На панели цоколя нахо-
дится кнопка вводного выключателя 2,
подключающего прибор к внешней элек-
трической сети. Перемещается головка
с траверсой вокруг оси колонны 5
вручную после нажатия кнопки «Раз-
жим колонны». Зажимается головка на
траверсе поворотом рукоятки 8, со-
единенной с эксцентриковым зажимом.

Узлы и механизмы, расположенные
внутри испытательной головки /
(рис. 4), предназначены для приложе-
ния, поддержания и снятия испыта-
тельных нагрузок в процессе работы
прибора.

Узел привода состоит из двигателя 14,
клиноременной передачи, червячного
редуктора 8 и силовой пары поршень —
цилиндр 5, предназначенного для соз-
дания давления масла в гидравличе-
ской системе и передачи его на шпин-
дель и грузовой манометр. Узел шпин-
деля включает в себя цилиндр 2, в ко-
торый поступает масло, поршень 7,
передающий давление масла на шпин-
дель 5, и подшипниковые направляю-
щие 16, по которым движется шпин-
дель. На конце шпинделя укреплен
шариковый наконечник. Грузовой ма-
нометр состоит из цилиндра 4 и штока
с лежащими на нем грузами Р. Пло-
щадь штока грузового манометра и вес
сменных грузов обеспечивают в гид-
равлической системе давление, соответ-
ствующее выбранной испытательной
нагрузке. Масляный резервуар 12 слу-
жит для заполнения гидравлической
системы и сбора масла из сливных тру-
бок.

Ручной насос 10 предназначен для
перекачки масла, просачивающегося
через зазор в паре цилиндр 2 — пор-
шень 7, из масляного резервуара 11
в бак 12. Реле 13 времени служит для
выдержки испытуемого образца под
нагрузкой.

При движении траверсы вниз шари-
ковый наконечник 16 наталкивается
на испытуемую деталь и благодаря
пружине 6 и зазору между верхним
концом шпинделя 5 и поршнем 7
Упруго поднимается вверх, нажимая
своим контактом на микропереключа-
тель, установленный на неподвижной
части. Микропереключатель отключает

Рис. 4. Функциональная схема испыта-
тельной головки прибора ТШ-6

двигатель перемещения траверсы и од-
новременно включает двигатель 14
узла привода. При вращении двига-
теля 14 поршень 3 перемещается вниз
и создает в гидравлической системе
давление, а на шпинделе 5 — усилие.
При достижении давления, соответ-
ствующего установленной нагрузке,
грузы 9 поднимаются вверх на 2—3 мм
и замыкают константы К реле времени
13, и начинается отсчет установлен-
ная выдержки времени. По окончании
выдержки времени двигатель 14 пе-
реключается и поршень поднимается,
давление падает, грузы 9 опускаются
вниз и размыкают контакты. Подни-
маясь вверх вместе с винтом, упор 15
нажимает на контакт микропереклю-
чателя МП, который включает двига-
тель перемещения траверсы на ее подъ-
ем. Прекращают подъем траверсы нажа-
тием на кнопку «Стоп» пульта управ-
ления или выносного пульта в течение
2—3 с (время, необходимое для зажа-
тия траверсы на колонне). Продол-
жая движение вверх, упор 15 нажимает
на контакт микропереключателя 2КВ,
который отключает двигатель 14.
Цикл окончен.
Для измерения твердости крупно-
габаритных деталей типа валов, листов
и т. д. по методу Бринелля служит
прибор ТШК-ЗТ-1.

Прибор при нагрузках, Н (кгс):
7355 (750), 9800 (1000) и 29420(3000),
позволяет измерять твердость НВ 31—
450. Диаметр шарика индентора 5
или 10 мм.

Для измерения твердости по методу
Бринелля непосредственно на рабочем
месте или в складских условиях приме-
няют переносной прибор ТШП-4. При-
бор можно закреплять на специальном
стенде или в шпинделе радиально-
сверлильного станка, имеющего ко-
нус Морзе № 5. Его можно также при-
менять для измерения твердости рель-
сов непосредственно на железнодорож-
ном полотне, круглых поковок диа-
метром до 500 мм, отливок и других
крупногабаритных деталей. Прибор
позволяет измерять твердость и в вер-
тикальной плоскости. При нагрузках
Н (кгс): 2450 (250), 7355 (750), 9800
(1000), 29420 (3000) и испытательных
шариках диаметром 5 или 10 мм при-
бор позволяет измерять твердость
НВ 8—450.

Методы и приборы Роквелла и Су-
пер-Роквелла. Метод Роквелла начали
применять с 1919 года. В настоящее
время он является одним из наиболее
распространенных методов техноло-
гического контроля металлических де-
талей.

Измерение твердости по методу
Роквелла	регламентировано

ГОСТ 9013—59.

У метода Роквелла по сравнению
с методом Бринелля следующие пре-
имущества: возможность проводить ис-
пытания деталей высокой твердости;
простота определения числа твердо-
сти путем отсчета по шкале индикатора
без вычисления или пользования спе-
циальными таблицами; малая повре-
ждаемость поверхности в результате
его применения; высокая производи-
тельность измерения; возможность об-
служивания приборов малоквалифи-
цированным персоналом.

Недостатки метода Роквелла по срав-
нению с методами Бринелля и Вик-
керса следующие: отсутствие единой
шкалы твердости (15 независимых
шкал, не считая шкал Супер—Рок-

велла); произвольность выбора шкал;
большая зависимость числа твердо-
сти от побочных факторов; невоз-
можность повторной проверки полу-
ченных результатов; изменение ха-
рактера вдавливания разных участков
шкалы при применении алмазного на-
конечника в форме конуса с закруглен-
ной вершиной (например, шкалы А
и С) (вдавливание только сферической
части у очень твердых образцов,
вдавливание закругления и конуса
у мягких образцов).

Твердость по Роквеллу Я/?, выра-
жаемая в условных единицах, вычис-
ляют как условную линейную функцию
разности глубин, на которые вдавлива-
ется наконечник под действием двух
последовательно прилагаемых нагру-
зок — предварительной Ро и общей Р,
которая равна сумме предварительной
и основной ₽! нагрузок.

В СССР твердость по методу Рок-
велла измеряют алмазным конусом по
шкале А и С и шариком по шкале В.

Измеряют твердость по методу Рок-
велла по шкалам А и С при помощи
алмазного конуса с образующим углом
при вершине а = 120° ± 30' и закруг-
ленной вершиной с радиусом сферы
0,2 ± 0,005 мм.

Твердость по Роквеллу НР — А —
Н — Но л

------С , где А—некоторая постоян-
ная, выбираемая в зависимости от при-
меняемой шкалы; Ио—глубина вдавли-
вания наконечника под действием пред-
варительной нагрузки Ро’> & — ГЛУ“
бина вдавливания наконечника под
действием общей нагрузки (Ро +
+ Рх), измеряемая после снятия ос-
новной нагрузки Рг при наличии
предварительной нагрузки Ро; С —
цена деления шкалы измерительного
устройства в условных единицах твер-
дости. Для шкал А и С величину А
выбирают равной 200 мкм (рис. 5);
а для шкалы В — равной 260 мкм
(рис. 6).

В методе Роквелла за единицу твер-
дости С принимают перемещение
0,002 мм. Применяемые при измерении
твердости по методу Роквелла шарики
должны отвечать следующим требова-
ниям: твердость НУ 850; диаметр
1,588 ± 0,001 мм (1/16").
Нагрузки (Н) по методу Роквелла
строго регламентированы: предвари-
тельная 98 (Ю); основные 490 (50);
882 (90) 1374 (140); общие 589 (60);
981 (100) 1471 (150).

При нанесении отпечатка на образец
расстояние между соседними отпечат-
ками и до края образца должно быть
не менее 3 мм. Образец должен быть
такой толщины, чтобы отпечаток не
вызвал на его обратной стороне замет-
ной деформации. Для этого толщина
образца должна быть не менее чем
в 8 раз больше глубины.

В общем случае поверхность образ-
ца должна быть плоской, так кдк при
контроле цилиндрических образцов ин-
дентор вдавливается глубже, чем при
испытаниях плоских образцов той же
твердости, поэтому твердость получа-
ется заниженной.

Если невозможно выдержать 8-крат-
ный запас по толщине или контроли-
руемая поверхность слишком мала,
применяют метод Роквелла при малых
нагрузках (Супер-Роквелла).

В этом случае при измерении твер-
дости алмазным конусом (шкала №)
применяют нагрузки, Н (кгс): пред-
варительную 29,4 (3), и общие 147 (15)
и 294 (30), 441 (45), а при измере-
нии твердости шариком диаметром
1,588 мм — 294 (30).

За единицу твердости в приборах
Супер-Роквелла принимают переме-
щение 0,001 мм.

В табл. 3 приведены сводные дан-
ные по методу Роквелла.

Измеряют твердость по методу Рок-
велла стационарными твердомерами
Роквелла (ГОСТ 23677—79) и пере-
носными твердомерами Роквелла
(ГОСТ 9030—75).

Стационарные приборы ТК-2,
ТК-2М, ТК-14-250 (ГОСТ 23677—79)
питаются от сети переменного тока с на-
пряжением 220В с отклонениями—10-2-
^+15% и частотой 50 ± 1 Гц.

Расстояние от центра отпечатка до
корпуса прибора 130—170 мм, мак-
симальное расстояние от стола до
наконечника 200—250 мм.

Прибору ТК-2М предназначен для
испытаний изделий высотой не более
200 и шириной не более 260 мм.

Прибор ТК-2М состоит из следующих
основных механизмов: механизма подъ-

Рис. 5. Схема выбора величины А для
шкал А и С Роквелла

ема, рычажного блока, привода, под-
вески с грузами, кронштейна индика-
тора, штока. Сменные столы входят
в комплект сменных частей. Кроме
того, в комплект прибора входят ал-
мазный наконечник с углом при вер-
шине 120° и шариковая оправка с ша-
риком диаметром 1,588 мм.

Для проверки метрологических пока-
зателей прибор комплектуется набо-
ром мер твердости МТР.

В приборе применен механизм нагру-
жения рычажного типа с передаточным
отношением 1 : 20, расположенный в
верхней части корпуса.

Внедрение алмазного конуса (или
шарика) в испытуемое изделие под
заданной нагрузкой происходит без

1 Поверхность образца.

260 

Рис. 6. Схема выбора величины А для
шкалы В Роквелла
3. Таблица для выбора шкал по методу Роквелла в зависимости от материала

Показатели	'	Шкала				
	с		в	1	"	1	1	т
	при форме наконечника				
	* 1	к	ш	к	ш
Материал индентора  Предварительная нагруз- ка, Н  Основная нагрузка, Н  Общая нагрузка, Н  Максимальная глубина вдав- ливания А, мм  Обозначение твердости  Единица твердости  Формула для определения твердости  Интервал определения твер- дости  Материалы, твердость ко- торых определяется	Ал  1374 1471	|  0,1  |  1С =  100 —  20—67  Зака- ленные и отпу - щенные стали  1	маз  98  490  589  200  | нм  0,002 мм =  (А — Ао)  70—93  Очень твердые материа - лы (на- пример, твердые сплавы)	Сталь  882  981  0,260  нпв  = 2 мкм  130 — (А — По)  25-100  Материалы средней твердости (например, стали с низким и средним содержанием углерода)	Алмаз  29  117	1	265	1	412  147	1	294	I	441  0,1  НМ 15 | НМ 30 I НМ 45 |  1С = 0,001  100 —  70 — 94 | 40—86 | 20 — 78 |  Закаленные и отпущенные ста (например, твердые сплавы): стали с низким и средним сод	Сталь  29  117	1	265	1	412  147	1	294	1	441  00  | НМ 15 | НМ 30 | НМ 45  1М == 1 МКМ  (А — Ао)  | 62—93 | 15-82 | 10—72  ли, материалы очень твердые средней твердости (например, .ержанием углерода)

Примечание. Методы И и Т следует применять только в том случае, если образцы не могут быть испытаны методами С, А.
В, например, если образец слишком тонкий или площадь контролируемой поверхности мала.

00

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ
трения, если не считать малого трения
в подшипниках механизма нагружения.

Ограничитель позволяет приклады-
вать предварительную нагрузку без
наблюдения за показаниями индика-
тора.

Все испытания проводят при помощи
привода, работающего от двигателя.
Привод состоит из одноступенчатого
червячного редуктора и кулачка, про-
филь которого рассчитан на проведе-
ние испытания с циклом продолжитель-
ностью 5 с. По окончании цикла испы-
тания кулачковый блок автоматически
отключается и фиксируется в исходном
положении.

Механизм подъема стола служит
для подъема и опускания испытуемого
изделия. Он включает в себя подъем-
ный винт, маховик, направляющую
втулку и сменный стол.

Для обеспечения достоверных ре-
зультатов испытания необходимо, что-
бы параметр шероховатости поверх-
ности Ка > 1,25 мкм (ГОСТ 2789—73).
Допускается проводить испытания из-
делий с меньшим параметром шерохо-
ватости поверхности, но при этом сле-
дует учитывать погрешности, которые
в отдельных случаях могут сущест-
венно исказить результат испытания.
На испытуемой и опорной поверхно-
стях не должно быть трещин, грубых
следов обработки, царапин, выбоин,
а также грязи, смазки.или каких-либо
покрытий. Следует избегать нагрева
испытуемых изделий при механической
обработке, что ведет к изменению по-
верхностной твердости материала.

Опорная поверхность изделия дол-
жна плотно и устойчиво прилегать
к столу. Изделие не должно качаться,
сдвигаться или деформироваться (про-
гибаться, пружинить). На опорной
поверхности изделия не должно быть
следов от предыдущих испытаний шари-
ком или конусом. Если испытывают
изделия с изогнутой поверхностью,
то радиус кривизны ее должен быть
не менее 15 мм.

Для образцов изделий особой формы,
не предусмотренных для испытаний
на обычных столиках, прилагаемых
к прибору, следует применять специ-
альные столики. Не допускается ника-
ких прокладок между образцом и опор-'
ным столиком. Кроме того, на приборе

нугбзК испытывать неоднородные по
структуре сплавы, хрупкие изделия и
изделия с раковинами на поверхности.
На приборе допускается проводить
испытания материалов с твердостью
70, так как при большей
твердости на конусе алмаза создается
слишком большое давление, и он может
разрушиться.

Нижний предел твердости по шкале С
20 ед. тв., так как при меньшей твер-
дости алмаз слишком глубоко прони-
кает в изделие (более 0,16 мм), и ме-
тод становится недостаточно точным.

Алмазным конусом по шкале А
определяют твердость изделий из твер-
дых сплавов, а также изделий с поверх-
ностной термической обработкой. По
шкалам А и С проверяют также твер-
дость цементированных изделий.

Шкала А применяется на практике
сравнительно редко. При испытании
неответственных деталей твердостью
ННСь 20—50 допускается наконечник
из твердого сплава. При работе на-
конечником из твердого сплава при-
бор, отъюстированный по алмазному
наконечнику, не регулируют, а вводят
соответствующую поправку с учетом
разности показаний.

Стальным шариком по шкале В
определяют твердость мягких металлов
с наибольшей твердостью НКВ 100,
так как при более высокой твердости
испытание шариком становится недо-
статочно достоверным ввиду малой глу-
бины проникновения шарика в металл
(менее 0,06 мм). Кроме того, при ис-
пытании шариком твердых поверхно-
стей он может смяться.

Нижний предел твердости по
шкале В при стандартном испытании
25 ед. тв.

Для измерения поверхностной твер- '
дости по методу Супер-Роквелла выпу-
скались последовательно приборы
ТКС-1 и ТКС-1М. Приборы ТКС-1
по конструкции аналогичны приборам
ТК-2М, за исключением грузовой под-
вески и индикатора, цена деления кото-
рого соответствует перемещению на-
конечника 0,001 мм.

Проверяют правильность показа-
ний приборов Роквелла и Супер-
Роквелла инструментальным способом
по основным параметрам й комплек-
сным способам по мерам твердости.
Предварительную и общие нагрузки
необходимо проверять образцовыми ди-
намометрами 3-го разряда ДОСМ-3-0,05
и ДОСМ-3-0,2. Абсолютную погреш-
ность и вариации показаний прибора
проверяют на образцовых мерах твер-
дости 2-го разряда.

При проверке абсолютной погреш-
ности по мерам твердости необходимо
нанести не менее пяти отпечатков с рав-
номерным их расположением по полю
меры. Абсолютную погрешность вы-
числяют как разницу между средним
значением из пяти измерений и твер-
достью, указанной на мере.

Вариацию показаний определяют
как разность между максимальным и
минимальным значениями твердости,
полученными при нанесении на меру
еще пяти отпечатков, расположенных
в узком пятне с расстоянием между
ними 3 мм.

Габаритные размеры рабочего про-
странства прибора ТК-14-250 250 X
X 170 мм. Он состоит из следующих
основных узлов: системы нагружения,
грузовой подвески, привода и подъем-
ного винта.

Все основные узлы прибора смонти-
рованы в закрытом чугунном литом
корпусе. Система нагружения пред-
назначена для воспроизведения предва-
рительной и общих нагрузок на испы-
тательный наконечник, а также для
визуального отсчета единиц твердости.

Привод гидравлического типа слу-
жит для приложения или снятия основ-
ных нагрузок с определенной ско-
ростью и состоит из демпфера, рыча-
гов, штока, регулятора скорости и
рукоятки.

При включенном в сеть приборе стол
с испытуемым изделием поднимают
к ограничителю. При этом изделие
сначала соприкасается с наконечником
и через шпиндель поднимает рычаги.
Вес рычагов и шпиндельной группы,
а также усилие от индикатора создают
предварительную нагрузку. При при-
ложении предварительной нагрузки
большая стрелка индикатора должна
сделать 2,5—3 оборота. По окончании
приложения предварительной нагрузки
большая стрелка индикатора устанав-
ливается на нуль (вертикально вверх),
а малая — на красную точку. Допу-
скается смещение большой стрелки

относительно нулевого штриха шкалы
индикатора на ±5 делений. Грузовую
подвеску навешивают на рычаг, тем
самым прикладывая основную нагруз-
ку к индентору. Скорость наложе-
ния грузов регулируют при помощи
специальной .регулировочной втулки
демпфера. Индентор остается под пред-
варительной нагрузкой. В этот момент
считывают твердость.

Проверку прибора ТК-14-250 про-
изводят так же, как и прибора ТК-2М.

На базе прибора ТК-14-250 разрабо-
тан прибор для измерения твер-
дости по методу Супер-Роквелла
ТКС-14-250. Он отличается только
предварительной и основными нагруз-
ками, а также измерительным индика-
тором. Ориентировочно перевод еди-
ниц твердости по Роквеллу на еди-
ницы твердости по Супер-Роквеллу и
обратно можно производить по
табл. 4.

Для измерения твердости по методу
Роквелла на внутренних поверхно-
стях предназначен прибор 2018ТР
(ГОСТ 23677—79). Он позволяет из-
мерять твердость в отверстиях с мини-
мальными размерами: на длине отвер-
стия 20 мм—30 мм; на длине —
отверстия 140 мм —60 мм.

У прибора рычажно-грузовая си-
стема создания нагрузки, электромеха-
нический привод нагружения, ручные
установка индикатора на нуль и смена
испытательных нагрузок.

Прибор состоит из следующих основ-
ных узлов, смонтированных в закрытом
жестком корпусе: подъемного винта;
рычажной и измерительной систем;
грузовой подвески; привода; электро-
оборудования.

Подъемный винт служит для уста-
новки испытуемой детали, подвода ее
к индентору, приложения предвари-
тельной нагрузки и отвода детали после
окончания испытания.

Рычажная система предназначена
для воспроизведения предварительной
и общих нагрузок на испытательный
наконечник, а также для преобразо-
вания перемещения индентора в угол
поворота, стрелки индикатора. При
внедрении индентора в испытуемую
поверхность опускаются основной ры-
чаг и игла, связанная с рычдгом ходо-
увеличителя.
4, Таблица перевода единиц твердости по Роквеллу в единицы твердости
по Супер-Роквеллу

нясэ	НЯА	НЯЫ 15	НПЫ 30	НМ 45	ннв	ИНТ 15	нкт 30	НЦТ 45
	92,0	96,5	92,0	87,5	100	93,0	82,0	72,0
	91,5		91,5	86,5	99	92,5	81,5	71,0
	91,0	96,0	91,0	85,5	98		81,0	70,0
	90,5		90,5	84,5	97	92,0	80,5	69,0
	90,0	95,5	90,0	83,5	96	<—	80,0	68,0
	89,5		89,0	82,5	95	91,5	79,0	67,0
	89,0	95,0	88,5	81,5	94	—	78,5	66,0
	88'5	—	88,0	80,5	93	91,0	78,0	65,5
	88,0	94,5	87,0	79,5	92	90,5	77,5	64,5
	87,0	—	86,5	78,5	91	——	77,0	63,5
	86^5	94,0	86,0	77,5	90	90,0	76,0	62,5
	86,0	93,5	85,0	76,5	89	89,5	76,5	61,5
	85,5	—-	84,5	75,5	88	—	75,0	60,5
			85,0	93,0	83,5	74,5	87	89	74,5	59,5
66,8	84,5	92,5	83,0	73,0	86	88,5	74,0	58,5
65^8	84,0	92,0	82,0	72,0	85	—	73,5	58,0
64,9	83,5		81,0	71,0	84	88,0	73,0	57,0
63,9	83,0	91,5	80,0	70,0	83	87,5	72,0	56,0
62,9	82,5	91,0	79,0	69,0	82	—	71,5	55,0
62	81,5	>90,5	78,5	67,5	81	87,0	71,0	54,0
61	81,0	90,0	77,5	66,5	80	86,5	70,0	53,0
60	80,5	89,5	76,5	65,5	79	—	69,5	52,0
59	80,0	—	75,5	64,0	78	86,0	69,0	51,0
58,1	79,5	89,0	75,0	63,0	77	85,5	68,0	50,0
57,1	79,0	88,5	74,0	62,0	76	—	67,5	49,5
56,1	78,5	88,0	73,0	61,0	75	. 85,0	67,0	48,5
55,3	78,0	87,5	72,0	59,5	74		66,0	47,5
54,3	77,5	87,0	71,0	58,5	73	84,5	65,5	46,5
53,2	77,0	86,5	70,5	57,5	72	84,0	65,0	45,5
52,2	76,5	86,0	69,5	56,0	71	——	64,0	44,5
51,3	76,0	85,5	68,5	55,0	70	83,5	63,5	43,5
50,3	75,5	85,0	67,5	54,0	69	83,0	62,5	42,5
49,3	74,5	84,5	66,5	52,5	68	—	62,0	41,5
48,4	74,0	84,0	66,0	51,5	67	82,5	61,5	40,5
47,4	73,5	83,5	65,0	50,0	66	82,0	60,5	39,5
46,4	73,0	83,0	64,0	49,0	65	—	60,0	38,5
45,4	72,5	82,5	63,0	48,0	64	81,5	59,5	37,5
44	72,0	82,0	62,0	46,5	63	81,0	58,5	36,5
43,5	71,5	81,5	61,5	45,5	62	—	58,0	35,5
42,5	71,0	81,0	60,5	44,5	61	80,5	57,0	34,5
41,6	70,5	80,5	59,5	43,0	60		56,5	33,5
40,6	70,0	80,0	58,5	42,0	59	80,0	56,0	32,0
39,6	69,5	. 79,5	57,5	41,0	58	79,5	55,0	31,0
38,6	69,0	79,0	56,5	39,5	57	—	54,5	30,0
37,7	68,5	78,5	56,0	38,5	56	79,0	54,0	29,0
36,7	68,0	78,0	55,0	37,0	55	78,5	53,0	28,0
35,7	67,5	77,0	54,0	36,0	54	—	52,5	27,0
34,8	67,0	76,5	53,0	35,0	53	78,0	51,5	26,0
33,8	66,5	76,0	52,0	33,5	52	77,5	51,0	25,0
32,8	66,0	75,5	51,5	32,5	51	—	50,5	24,0
31,9	65,5	75,0	50,5	31,5	50	77,0	49,5	23,0
31	65,0	74,5	49,5	30,0	—	—	——	—
30	64,5	74,0	48,5	29,0	——	—-	—	—
29	64,0	73,5	47,5	28,0	—	—	—	—-
28	63,5	72,5	47,0	26,5	«мм»	—	——	—
27	63,0	72,0	46,0	25,5	—	—	—	
26	62,5	71,5	45,0	24,0	——	—		—-
25	62,0	71,0	44,0	23,0	—	—	—	
24	61,5	70,5	43,0	22,0	—	—	——	—
23	61,0	70,0	42,5	20,5	—	—	—-•	—
22	60,5	69,5	41,5	19,5				
Измерительная система состоит из
рычажного устройства ходоувеличи-
теля, индикатора и механизма уста-
новки нуля. Рычаг ходоувеличителя
воспринимает перемещения иглы, вы-
зываемые перемещением основного ры-
чага при приложении предваритель-
ной нагрузки и внедрении индентора.
Конец рычага ходоувеличителя связан
с наконечником индикатора. На этом
рычаге смонтировано устройство для
юстировки прибора по мерам твердо-
сти.

Индикатор крепят к корпусу при
помощи кронштейна. На нуль индика-
тор устанавливают рукояткой, свя-
занной с ним тросиковой переда-
чей.

Грузовая подвеска предназначена
для создания основных испытательных
нагрузок. Она включает в себя набор
грузов на подвеске. Груз для создания
нагрузки 490 Н жестко- закреплен
на подвеске. Грузы для нагрузок
882 и 1374 Н меняют вручную.

Привод служит для приложения и
снятия основной нагрузки с заданной
скоростью, он состоит из одноступен-
чатого червячного редуктора и электро-
двигателя.

Во время приложения предваритель-
ной нагрузки большая стрелка инди-
катора должна сделать 2,5—3 оборота.
По окончании приложении предвари-
тельной нагрузки большая стрелка
индикатора устанавливается на нуль,
а малая — на красную точку. Допу-
стимое отклонение большой стрелки
относительно нулевого штриха шкалы
индентора ±5 делений.

После выдержки образца под основ-
ной нагрузкой, задаваемой угловой
скоростью кулачка привода, наконеч-
ник остается под предварительной на-
грузкой. В этот момент отсчитывается
твердость по индикатору.

Подвижная опора с призмой и вин-
том может перемещаться в вертикаль-
ном и горизонтальном направлениях,
что позволяет устанавливать в при-
способление детали ступенчатой формы.

Проверяют прибор в условиях эк-
сплуатации и после ремонта по тем же,
параметрам, что и прибор ТК-2М,
и по той же методике.

Для измерения твердости крупно-
габаритных изделий и в условиях

складских помещений служит перенос-
ной твердомер ТКП-1.

Нагрузки, Н (кгс), прибора 588
(60); 980 (100); 1471 (150). Он комплек-
туется алмазным конусом и шариком
диаметром 1,588 мм. Прибор позво-
ляет изменять твердость во всем диа-
пазоне.

В основной комплект прибора входят
следующие узлы: испытательная го-
ловка со сменными нагрузочными ста-
канами для приложения и снятия
предварительной и общей нагрузок
и измерения твердости по шкале рн-
дикатора; струбцина с подъемным вин-
том и сменными столами; кронштейн
для закрепления струбцины с испыта-
тельной головкой на столе или на
верстаке.

Испытательная головка состоит из
корпуса, нагрузочных стаканов, узла
измерения с индикатором, чехла. В кор-
пусе имеется кулачковый валик, при
помощи которого прикладывают и
снимают основную и предваритель-
ную нагрузки. Средний кулачок пред-
назначен для приложения и снятия
предварительной нагрузки, два край-
них — для приложения и снятия ос-
новной нагрузки. В шпинделе крепят
алмазный или шариковый наконечник.
Во втулке установлена пружина пред-
варительной нагрузки, усилие кото-
рой можно регулировать гайкой. Для
уменьшения силы трения шпиндель
прибора смонтирован в шариковых
направляющих.

Для предохранения алмазного на-
конечника от повреждения применяют
ограничитель. При помощи его и гайки
между торцом ограничителя и верши-
ной наконечника специальным шаб-
лоном выставляют зазор 0,1—
0,2 мм.

Пружины основной нагрузки уста-
навливают в нагрузочный стакан.
В комплект прибора входят три смен-
ных нагрузочных стдкана для воспро-
изведения нагрузок 588, 980; 1471 Н.

Проверяют ТКП-1 так же, как и
стационарные приборы, при помощи
динамометров ДОСМ-3-0,05 и
ДОСМ-3-0,2 и образцовых мер твер-
дости МТР.

По специальному заказу прибор
может комплектоваться магнитным и
цепным захватом.
Магнитный захват состоит из ос-
нования, на котором закреплены с
двух сторон два подковообразных сер-
дечника. На сердечник надеты катушки
из медной проволоки. В нижней части
к сердечникам крепятся призмати-
ческие башмаки, при помощи которых
магнитный захват центрируется на
испытуемом изделии.

Цепной захват представляет собой
корпус, на котором с одной стороны
закреплена цепь, а с другой — крю-
чок с винтом. Крючок закреплен в кор-
пусе шарнирно и может поворачивать-
ся в зависимости от диаметра испыту-
емого изделия. К захвату приклады-
вается цепь длиной 2000 мм.

Для градуировки мер твердости 1-го
разряда по методу Роквелла (МТР)
разработан образцовый прибор
(рис. 7).

Прибор имеет следующие особенно-
сти: станина отличается большой жест-
костью, что исключает появление за-
метных упругих деформаций при при-
ложении нагрузки; части прибора,
несущие измерительные устройства,
не подвергаются воздействию рабочей
нагрузки; усилие вдавливания созда-
ется методом непосредственного на-
гружения; вдавливание наконечника
осуществляется автоматически при по-
мощи гидравлического привода; отсчет-
ное устройство имеет повышенную
точность.

Наконечник 1 закрепляют на короб-
чатом коромысле 2, на конце кото-
рого находится осветитель и шкала.
Против шкалы на неподвижном крон-
штейне устанавливают отсчетный мик-
роскоп. Перемещение наконечника и
преобразованные рычагом в 2 раза
большие перемещения шкалы измеряют
при помощи окулярного микрометра
микроскопа.

Предварительная нагрузка созда-
ется весом коромысла и может быть
отрегулирована передвижным грузом.
Поворот коромысла с наконечником и
шкалой вокруг горизонтальной оси,
необходимый для вдавливания нако-
нечника и его освобождения, произ-
водится малым гидравлическим подъ-
емником 3. Основная нагрузка созда-
ется весом гирь 10, лежащих на под-
доне.

Специальное захватное приспособле-

Рис. 7. Функциональная схема образ-
цового прибора для градуировки мер твер-
дости 1-го разряда по методу Роквелла

ние позволяет положить на поддон
гири для получения какой-либо одной
из трех возможных основных нагру-
зок, Н (кгс): 4900 (50); 882 (90);
1374 (140).

Поддон соединяется с перекладиной,
опирающейся на гнездо коробчатого
коромысла, соосное наконечнику. При-
кладывается и снимается основная
нагрузка большим гидравлическим
подъемником 9, расположенным под
поддоном.

Органы управления гидравлическим
приводом и автоматического управле-
ния размещены в пульте управления.
Давление масла, необходимое для дей-
ствия подъемников, создается гидро-
аккумулятором 7, заряженным масля-
ным насосом 8. Во время измерения
насос выключается, что исключает
появление нежелательных вибраций.
Давление в системе в это время поддер-
живается постоянным гидроаккуму-
лятором 6.

Переключение подачи масла для
выполнения той или иной операции
в процессе вдавливания производится
при помощи пятиплунжерного дистри-
бутора 5.

Время выполнения отдельных опе-
раций и их последовательность уста-
навливаются двумя электромеханиче-
скими реле времени 4. При определе-
нии твердости вдавливание происходит
автоматически и управляется реле
времени. Обязанности оператора сво-
дятся только к установке нулевого
Рис. 8. Схема определения числа твер-
дости по Виккерсу

деления окулярного микрометра, а
также разности глубин погружения на-
конечника под действием основной и
предварительной нагрузок. Средняя
квадратическая погрешность измере-
ния твердости не более 0,2 ед. тв.
по Роквеллу.

Метод и приборы Виккерса. Метод
определения твердости вдавливанием
четырехгранной алмазной пирамиды
с квадратным основанием был предло-
жен Смитом и Сандландом в 1925 г.
Свое название метод получил от наз-
вания английской фирмы Виккерс—
Армстронг, впервые изготовившей для
него специальный прибор. В СССР
измерение твердости по методу Вик-
керса регламентировано ГОСТ 2999—
—75 (СТ СЭВ 470—77 рекомендацией
ИСО Р 81—67).

Измеряют твердость по методу Вик^
керса так же, как и по методу Бри-
нелля. Различие заключается в том,
что шарик заменяют алмазной пира-
мидой.

Метод имеет существенные преи-
мущества: твердость определяют не-
зависимо от прилагаемой нагрузки;-
можно испытывать самые твердые ма-
териалы; поверхность повреждается
незначительно; можно определять
твердость очень тонких слоев.

Недостатки метода: хрупкость ал-
мазной пирамиды и невозможность
подвергать испытанию крупнозерни-
стые материалы из-за искажения формы
отпечатков.

Твердость по методу Виккерса
0,102Р	_

НУ =--------- где Р — нагрузка,

г

Н; Р — площадь поверхности отпе-
чатка, мм2.

Алмазная четырехгранная пирамида
с квадратным основанием имеет угол
при вершине ф = 136°. Угол выбран
с таким расчетом, чтобы получаемая
твердость была близка к твердости
по Бринеллю при угле вдавливания
шарика 44°, который считается оп-
тимальным (рис. 8).

Площадь (мм2) поверхности отпечатка
б/2	б/2

=	^Г- = Т8544- ТВеРД°СТЬ

2§1п-^-

НУ-

а2

Так как поверхность отпечатка не
имеет точной формы квадрата, то для
расчета твердости используют величи-

, НН ^2 л л

ну (I =	где с!1 и </2 — длины

диагоналей.

Разность длин диагоналей одного
отпечатка не должна превышать 2 %
от длины меньшей из них. Твердость
по Виккерсу и Бринеллю совпадает
до НВ 400—500, после чего твердость
по Виккерсу становится выше твердо-
сти по Бринеллю вследствие влияния
деформаций шарика.

Методы отбора образца, аппаратура
для проведения испытания, подго-
товка испытания, проведение испыта-
ний и обработка результатов регламен-
тированы ГОСТ 2999—75.

Для измерения твердости по методу
Виккерса применяют стационарные
твердомеры Виккерса (ГОСТ 23677—
—79) и переносные твердомеры
Виккерса (ГОСТ 9030—75).

Для измерения твердости по методу
Виккерса в СССР серийно выпускают
прибор ТП-7Р-1.

При испытательных нагрузках, Н
(кгс): 49 (5); 98 (10); 196 (20); 294
(30); 490 (50); 980 (100) прибор поз-
воляет измерять твердость НУ 8—
1000 на стальных образцах с высотой
до 200 мм и расстоянием до края от-
печатка не более 180 мм.

Прибор состоит из следующих ос-
новных узлов: рычажной системы для
передачи испытательных нагрузок на
испытуемый образец; отсчетно-проек-
ционной системы для проецирования
отпечатка на экран с увеличением в 120
раз и измерения диагоналей отпечатка
в двух взаимно перпендикулярных на-
правлениях; ручного привода с демп-
ферным устройством для плавного при-
ложения испытательных нагрузок; ме-
ханизма подъема предметного стола;
электрооборудования.

Рычажная система прибора включает
в себя рычаг, грузовую подвеску,
противовес и шпиндель.

На конце рычага свободно подвешена
грузовая подвеска, на тарелку которой
кладут испытательные грузы (или
их набор) для создания той или иной
испытательной нагрузки. Передаточ-
ное отношение рычажной системы 1:
: 20.

На другом конце рычага на шпиль-
ках смонтирован противовес, уравно-
вешивающий рычаг с грузовой подвес-
кой и шпинделем. Положение противо-
веса относительно оси вращения рыча-
га можно регулировать, но только при
капитальных ремонтах прибора, т. е.
после полной его разборки.

Шпиндель выполнен в виде трубы,
перемещающейся в шести шарикопод-
шипниковых направляющих, две из
которых имеют эксцентриковые оси для
регулировки зазора между шпинделем
и шарикоподшипниками. На нижней
части шпинделя на поворотной оси
расположена каретка, на которой по-
мещены испытательный наконечник и
объектив. В верхней части шпинделя
расположен электромагнит, служащий
для поворота каретки в положение
«Наконечник» перед началом прило-
жения испытательной нагрузки. При
снятии напряжения с электромагнита
каретка под действием пружины пере-
ключается в положение «Объектив»,
т. е. возвращается в исходное поло-
жение. От внешних воздействий ка-
ретка, испытательный наконечник и
объектив защищены съемным конусом.

Отсчетно-проекционная система
включает в себя несколько узлов.

Объектив имеет фокусное расстояние
13,89 мм и увеличение 10х.

Светоделительное зеркало установ-
лено под углом 45° к осветителю и

объективу. При помощи светоделитель-
ного зеркала световой поток направля-
ется от осветителя в объектив, а затем,
отразившись от испытуемого предмета,
снова идет в объектив и далее к ах-
роматической линзе. Светоделительное
зеркало можно поворачивать вокруг
его оси в случае необходимости лучшего
освещения отпечатка.

Осветитель состоит из лампы
РНЗО-б (30 Вт, 6 В, световой поток
400 лм), коллекторной линзы и ста-
кана. Лампа вместе с патроном может
вдвигаться в коллекторную линзу и
выдвигаться из нее, а также повора-
чиваться вокруг своей оси, что обе-
спечивает получение наилучшей про-
екции отпечатка на экране прибора;
осветитель может перемещаться в вер-
тикальной плоскости для обеспечения
лучшего совпадения оси осветителя со
светоделйтельным зеркалом.

Ахроматическая линза с фокусным
расстоянием 139 мм. и окуляр с уве-
личением 12х смонтированы в одном
тубусе, закрепленном в шпинделе.
Окуляр, подпружиненный снизу ци-
линдрической пружиной, может пере-
мещаться относительно ахроматиче-
ской линзы, позволяя регулировать
масштаб изображения.

Зеркало смонтировано вместе с за-
щитным стеклом в съемной головке
для направления светового потока
на экран.

Микрометрическая головка имеет две
шкалы — матовую и прозрачную,
с делениями в правой части, цена ко-
торых в плоскости предмета при 20-
кратном увеличении 0,1 мм. Слева
от нулевого штриха нанесена шкала
сотых долей миллиметра. Прозрачная
шкала имеет деления в левой части,
цена которых в плоскости предмета
0,1 мм. При вращении правого микро-
метрического винта перемещается мато-
вая шкала, а при вращении левого мик-
рометрического винта перемещаются
сразу обе шкалы. Барабан правого
микрометрического винта имеет 10 де-
лений с ценой деления 0,001 мм.
Для измерения диагонали отпечатка
в двух взаимно перпендикулярных
плоскостях головка поворачивается на
угол 90°. Ручной привод содержит
демпфер, который предназначен для
5. Обязательные основные операции по проверке твердомеров Виккерса
(ГОСТ 23677 — 79) при выпуске из производства, ремонте, эксплуатации и хранении

Операция	№ пункта ГОСТа	Средства проверки
Определение погрешности	1.3	Образцовые динамометры 3-го разряда на
испытательных нагрузок		сжатие (ГОСТ 9500—75) ДОСМ-3-0,05; ДОСМ-З-0,1; ДОСМ-3-0,2; набор щупов № 2 кл. 2 ГОСТ 882-75*
Определение погрешности оптической системы	2.3	Объект-микрометр ОМО
Определение погрешности	2.7	Образцовые меры твердости МТБ 2-го раз-
показаний прибора		ряда (ГОСТ 9031—75) НУЪ 450±75;
		НУ30 450^75; НУ100 450^75

обеспечения плавного подвода алмаз-
ного наконечника (со скоростью не
более 0,5 мм/с) к испытуемому образцу.

Реле времени, установленное в при-
воде, предназначено для автоматиче-
ского отсчета времени (с) выдержки
испытуемого образца под нагрузкой:
12,5 ± 2,5 — для черных металлов,
30 ± 2 — для цветных металлов.

Определяют погрешности и вариации
испытательных нагрузок при помощи
средств, указанных в табл. 5.

Погрешность испытательных нагру-
зок находят как разность среднего
арифметического из результатов трех
измерений и номинального значения
испытательной нагрузки, а вариации —
как разность наибольшего и наимень-
шего значений результатов трех изме-
рений. Согласно ГОСТ 23677—79 пог-
решность испытательных нагрузок не
должна превышать ± 1 %; погрешность
оптической системы не должна пре-
вышать ±0,001 мм при измерении длин
до 0,2 мм и ±0,002 мм при измерении
длин свыше 0,2 мм; погрешность пока-
заний не должна превышать ± 4 %
при нагрузке 490 Н и ± 3 % при наг-
рузках 294 и 980 Н.

Кроме стационарного прибора выпу-
скают переносной прибор ТПП-2
(ГОСТ 9030—75), позволяющий изме-
рять твердость НУ 8—1500 при наг-
рузках, Н (кгс): 49 (5), 98 (10).

Испытательная головка (собственно
прибор) предназначена: для создания
испытательных нагрузок, под действи-
ем которых алмазный наконечник вдав-
ливается в испытуемую деталь; для
проецирования полученного отпечатка

на экран измерительной головки и
для измерения длины диагонали от-
печатка с точностью до 0,001 мм.

В зависимости от формы и габарит-
ных размеров испытуемых деталей
испытательная головка может быть
установлена на магнитном захвате
или струбцине, которые являются вспо-
могательными приспособлен и ями.

Испытательная головка состоит из
двух систем (нагружения и проекцион-
но-измерительной) , смонти рованны х
в алюминиевом корпусе.

В приборе используются два предела
нагружения: на 49 и 98 Н. Каждый
предел обеспечивается тарированной на
нагрузку 49 или 98 Н пружиной.

Рамка с алмазом фиксируется в не-
рабочем положении при помощи под-
пружиненных шариковых фиксаторов.
В рабочем положении, когда алмазный
наконечник должен быть строго перпен-
дикулярен плоскости испытуемой де-
тали, фиксация производится специаль-
ным винтом, ввернутым в держатель,
смонтированный на рамке, и пружиной,
поджимающей рамку с винтом к упо-
ру, который запрессован в подвижный
стакан.

Проекционно-измерительная система
состоит из измерительной головки
(от микроскопа МПВ-1), переходника,
рамки с плоскопараллельной пластин-
кой, объектива, конуса и осветителя^.

Основные элементы измерительной
головки: шкала, имеющая 12 делений
с ценой деления 1 мм; сетка со сплош-
ной риской и сетка с пунктирной рис-
кой, связанные соответственно с мик-
рометрическими винтами и отсчетным
барабаном, вынесенными за пределы
корпуса головки. В верхней части го-
ловки имеется окуляр с увеличением
12,5х.

Переходник вместе с винтами предо-
храняет измерительную головку от
выпадения (при наклоне прибора на
угол до 90°), в то же время головка
имеет возможность поворачиваться вок-
руг своей оси на любой угол, что необ-
ходимо для измерения отпечатка в
двух взаимно перпендикулярных на-
правлениях.

Рамка с плоскопараллельной пла-
стинкой, устновленная под углом 45°
к осветителю, служит для направле-
ния светового потока от осветителя
в объектив. Положение рамки регули-
руют поворотом головок ее полуосей.

Объектив ОМ-2 с увеличением 10х
предназначен для проецирования отпе-
чатка на экран измерительной головки.

Осветитель смонтирован в нижней
части испытательной головки. Осве-
щенность отпечатка регулируют пе-
ремещением внутрь или наружу элек-
тропатрона с лампочкой.

Конус, отрегулированный в фокаль-
ную плоскость объектива, позволяет
проецировать отпечаток на экран из-
мерительной головки без дополнитель-
ной подстройки.

Магнитный захват применяют при
измерении твердости крупногабарит-
ных деталей плоской или цилиндриче-
ческой формы длиною не менее 220 мм
и диаметром не менее 40 мм. Он со-
стоит из корпуса, выполненного из
алюминиевого сплава, механизма подъ-
ема и опускания испытательной го-
ловки и двух магнитных блоков.

Механизм подъема и опускания ис-
пытательной головки служит для под-
вода испытательной головки к поверх-
ности испытуемой детали. Он смонти-
рован на корпусе и состоит из зубчатой
и винтовой передаточных пар. Гайка
винтовой пары жестко связана с пол-
зуном, который через промежуточ-
ную деталь соединен с испытательной
головкой. Испытательную головку пе-
ремещают вручную, вращая поворот-
ную ручку, а крепят ее к механизму
подъема и опускания гайками.

В каждое магнитном блоке имеются
Два постоянных магнита, перемещая
$ Зак. № 38

которые рычагами, замыкают магнит-
ное поле на внешние металлические по-
верхности (на испытуемую деталь)
или размыкают его. При вертикальном
положении рычагов магнитное поле
замкнуто, при наклонном — разомк-
нуто. Магниты в каждом блоке долж-
ны стоять одноименными полюсами
напротив друг друга.

Для установки, снятия с испытуемой
детали и переноса прибора на магнит-
ном захвате предусмотрены две скобы.

Струбцину применяют при измерении
твердости мелких деталей прямоуголь-
ной или цилиндрической формы с ис-
пользованием испытательных столов,
поставляемых с прибором. Струбцина
состоит из скобы, выполненной из алю-
миниевого сплава, и подъемного винта,
с помощью которого испытуемую де-
таль подводят к конусу или отводят от
него. При стационарном исполнении
струбцину крепят к столу при помощи
съемного кронштейна. Наибольшая вы-
сота рабочего пространства струбцины
(расстояние между плоскостью ко-
нуса и плоскостью испытательного при
снятом винте крепления стола) 160 мм.

Блок питания представляет собой
корпус, в котором смонтирован транс-
форматор, понижающий напряжение
с 220 до 2,5 В для питания лампочки
осветителя. Лампочка осветителя мо-
жет питаться от сухих гальваниче-
ских элементов, установленных в
крышке блока питания в отверстии,
закрытом специальной сферической
гайкой с накаткой. Вместе с прибором
поставляется шесть запасных элемен-
тов.

При повороте эксцентрикового ва-
лика рукояткой стакан с рамкой и
алмазным наконечником опускается
вниз (ход 1 мм), и под давлением тари-
рованной пружины, передающей уси-
лие на стакан через нижнюю опору,
алмазный наконечник внедряется в ис-
пытуемую деталь, т. е. к деталям при-
кладывается испытательная нагрузка.
При повороте рукоятки в обратную
сторону система нагружения возвра-
щается в исходное положение.

При переводе рамки с алмазным на-
конечником ручкой в нерабочее по-
ложение и при включении осветителя
отпечаток через объектив проецируе-
ется на экран измерительной головки
Рис. 9. Функциональная схема образцо-
вого прибора ТПО-2 для градуировки мер
твердости I разряда по Виккерсу

и измеряется по длине диагоналей
в двух взаимно перпендикулярных
направлениях.

Проверку прибора производят ин-
струментальным методом по нагруз-
кам при помощи динамометра
ДОСМ-3-0,05 и комплексным методом
по мерам твердости с НУ 800 ±
± 50 и НУ 450 ± 75.

Для градуировки образцовых мер
твердости 1-го разряда по Виккерсу
разработан образцовый прибор ТПО-2
(рис. 9). Особенности устройства при-
бора такие же, как и образцового
прибора для измерения твердости по
методу Роквелла.

Эталонный наконечник 2 закрепляют
на нижнем конце шпинделя 5, который
может перемещаться по вертикали
в шариковых направляющих. Шпин-
дель с поддоном обеспечивает на-
грузку 49 Н (5 кгс); нагрузки, Н
(кгс): 98 (10), 196 (20), 294 (30), 490
(50), 980 (100) создают, накладывая
гири 1 на поддон. Поднимают и опу-
скают грузовой поддон гидравличе-
ским подъемником.

В отдельном пульте смонтированы
масляный насос 7, гидроаккумулятор,
дистрибуторы 5, электромеханическое
реле времени 4. Реле времени управля-
ет автоматическим опусканием нако-
нечника для соприкосновения с по-
верхностью образца, приложением на-
грузки с необходимой выдержкой вре-
мени, снятием нагрузки и подъемом
наконечника. По окончании перечи-
сленных операций образец вместе со

столиком подводится под объектив
микроскопа и измеряются диагонали
отпечатка. Средняя квадратическая
погрешность измерения твердости
0,3%.

Для градуировки образцовых мер
твердости 1-го разряда по Виккерсу
при малых нагрузках служит прибор
2006 ТВ. Прибор позволяет измерять
твердость Н У 8—2000. Испытатель-
ные нагрузки, Н (кгс): 9,8 (1); 19,6 (2);
29,4 (3); 39,2 (4); 49 (5); 98 (10) с до-
пускаемой относительной погрешно-
стью 0,2 %. Скорость перемещения
индентора 0,1—2 мм/с.

Прибор снабжен оптическим изме-
рительным устройством с 90-, 130-,
487- и 653-кратным увеличением, ко-
торое позволяет измерять размер диа-
гонали отпечатка с погрешностью
0,5 мкм при измерении диагонали дли-
ной до 0,2 мм и погрешностью 1 мкм
при измерении диагонали длиной более
0,2 мм.

Прибор 2006 ТВ имеет систему соз-
дания нагрузки груз — демпфер—
пружина, приводимую в движение ли-
бо вручную, либо автоматически от
двигателя через редуктор; толкатель,
рычаги и микроскопную систему из-
мерения размеров отпечатка.

Методы и приборы для измерения
твердости резины и пластмасс. Твер-
дость резины измеряют тремя
методами: 1) методом Шора А
(ГОСТ 263—75) — вдавливанием иглы,
2) методом ТШ — вдавливанием сфе-
рического индентора (ГОСТ 20403—75);
3) методом ТМ — вдавливанием сфери-
ческого индентора (ГОСТ 20403—75).

Метод Шора А состоит в следующем.
Измеряют сопротивление резины по-
гружению в нее индентора в . виде
иглы из закаленной стали, имеющей
форму усеченного конуса с углом
35° ± 15' и диаметром при вершине
0,8 ± 0,02 мм при нагрузках гс (Н):
предварительной 0,55 (56) и предель-
ной 8,05 (822), создаваемых при по-
мощи пружины. При нагрузке 0,55 Н,
постоянно действующей на иглу,
стрелка указателя твердости должна
находиться на нуле. Твердость, выра-
женную в условных единицах (0—
100), определяют как перемещение иглы
от 0 до 2,5 мм. Твердость отсчитывают
по истечении 3 с с момента приложе-
Рис. 10. Прибор 2033ТИР

ния на образец. Если по истечении 3 с
игла продолжает погружаться (стрел-
ка указателя прибора продолжает
перемещаться), твердость необходимо
измерять еще в течение 15 с, что сле-
дует отразить в протоколе испытания.

Метод ТШ определения твердости
вдавливанием сферического индентора
состоит в том, что измеряют разность
между глубиной погружения шарика
в испытуемый образец под действием
контактной силы и под действием об-
щей силы.

Характеристики метода ТШ: диапа-
зон измеряемой твердости 28,5—100;
нагрузка, Н (гс): предварительная —
0,29 (30 ± 2), основная — 5,4 (550 ±
± 1), предельная —- 5,7 (580 ± 3);
индентор — шарик диаметром 0,01 мм.

Характеристики метода ТМ; диапа-
зон измеряемой твердости 28—100 ед.;
нагрузка, Н (гс): предварительная —
0,0083	(0,85 ± 0,05), основная —

0,145 (14,85 ± 0,05), предельная —
0,153 (15,7 ± 0,1); индентор — шарик
диаметром 0,295 ± 0,005 мм.

Для измерения твердости резины
по Шору А выпускают прибор 2033
ТИР. Прибор позволяет измерять твер-
дость 0—100 ед.

Прибор состоит из корпуса 5 (рис. 10)
и механизма измерения силы и дефор-
мации, который монтируют на плате
и крепят к корпусу тремя винтами.
Через нижнее отверстие в корпусе 5
проходит индентор 6, который вверты-
9*

вают в резьбовое отверстие рейки 7
и закрепляют винтом 8.

Рейка 7 перемещается в шариковых
направляющих кронштейна 3. В верх-
ней части рейки закреплена опора,
на винтовую часть которой навернута
и опирается пружина сжатия 9. Верх-
ний конец пружины 9 опирается на
торец регулировочного винта 10. При
перемещении рейки 7 поворачиваются
трибка с 2 зубчатым колесом 1 и триб-
ка 11 с насаженной на ее конец стрел-
кой. В корпус 5 ввинчена головка 4,
служащая для нажатия на прибор
при измерении твердости и для при-
соединения прибора к настольному
приспособлению с постоянным усилием
прижима прибора к образцу. При на-
жатии прибора на испытуемую по-
верхность индентор 6 через рейку 7
и опору передает усилие сопротивления
материала на пружину 9, которая де-
формируется. Перемещение индентора
передается рейке 7 и зубчатой переда-
че прибора, которая поворачивается
на определенный угол. Угол отсчиты-
вается по шкале в единицах твер-
дости.

При перемещении индентора до
уровня опорной поверхности прибора
стрелка поворачивается на 280°, чтф
соответствует 100 делениям шкалы при-
бора. Прибор регулируют по нагрузкам
путем ввертывания пружин в опоры
или путем вывертывания винта 10. Ре-
гулировку расстояния вершины инден-
Рис. 11. Кинематическая схема микро-
твердомера 2034 ТМР

тора до опорной поверхности произ-
водят ввертыванием его в рейку или
вывертыванием из нее. При определе-
нии погрешности по нагрузкам необ-
ходимо учитывать, что усилие пружин
д = 56 + 7,66Яа, где На — твердость
по твердомеру Шора А.

Проверку нагрузки необходимо про-
изводить на отметках шкалы 0.
20, 40, 60, 80, 100.

Микротвердомер	2034ТМР

(ГОСТ 7761—75) предназначен для из-
мерения твердости резиновых образцов
и резинотехнических изделий по мето-
ду, изложенному в ГОСТ 20403—75.

Прибор позволяет измерять твер-
дость НУ 28,5—100 при нагрузках,
Н (гс): предварительной 0,0083 (0,85 ±
± 0,05), основной — 0,145 (14,85 ±
± 0,05), общей — 0,154 (15,7 ± 0,1).
Индентор-полусфера	диаметром

0,395 ± 0,005 мм.

В приборе (рис. 11) испытательные
нагрузки прикладываются непосред-
ственно к индентору, привод нагруже-
ния ручной, установка индикатора на
нуль ручная, слежение за перемеще-
нием индентора ручное и автоматиче-
ское.

Испытательная головка 11 служит
для подвода индентора к поверхности
образца и приложения испытательных
нагрузок. Она включает в себя следу-
ющие основные элементы: шпиндель 4>
покоящийся на двух плоских пружи-
нах 7, кольцевой поддон с грузами
предварительной 5 и основной 6 на-
грузок, рукоятку приложения испы-
тательных нагрузок. В нижней части
шпинделя 4 установлен наконечник 3
с индикатором в форме полусферы.
В верхней части шпинделя имеется
основание, на которое путем поворота
рукоятки поочередно накладывают
грузы предварительной 5 и основной 6
нагрузок. Для быстрого перемещения
испытательной головки служит гайка,
навернутая на стойку; положение ис-
пытательной головки фиксирует ру-
коятка 10.

Плавный подвод индентора к испы-
туемому образцу осуществляют при
помощи ручки, винта, клина, крон-
штейна, жестко закрепленных на пол-
зуне 8, который перемещается в на-
правляющих типа «ласточкин хвост».
Клин имеет уклон 1 : 5 и постоянно
прижимается к винту пружиной. При
движении клина кронштейн, поджи-
маемый к клину пружиной 9, переме-
щается вертикально вместе с ползу-
ном 8. Ползун жестко соединен с пли-
той, на которой установлены механизм
нагружения и шпиндель 4 с наконечни-
ком; таким образом, индентор также
перемещается вертикально. При шаге
винта 0,75 мм и при уклоне клина 1 : 5
одному обороту винта соответствует
вертикальное перемещение индентора
на 0,15 мм.

В испытательной головке прибора
расположены датчик 14 и микропере-
ключатель.

В основании расположены механизм
перемещения стола, привод ручного и
автоматического слежения за переме-
щением индентора, панель с располо-
женными на ней электрическим инди-
катором датчика и лампой, сигнализи-
рующей о начале отсчета показаний,
и индикатор отсчета твердости 1.

Механизм перемещения стола 2 со-
стоит из клина рычага, индикатора и
ползуна. Передаточное отношение кли-
на 6:1, что позволяет отсчитывать
глубину нагружения индентора по
индикатору 1 непосредственно в между-
народных единицах твердости 1П.НО,
Ручное слежение за перемещением
индентора осуществляют при помощи
ручки /5; с ручного на автоматическое
слежение переходят, переключая ру-
коятку 12 и соответствующий тумб-
лер на пульте управления.

Для измерения твердости пластмассы
по ГОСТ 4670—77 серийно выпускают
прибор БТШПСП. Прибор имеет сле-
дующие технические характеристики:
нагрузки, Н (кгс): предварительная —
3,9 (0,4 ± 0,1), основные — 49 (5),
132 (13,5), 358 (36,5), 961 (98), 1471
(150); индентор — шарик диаметром
5 ± 0,005 мм; диапазон измерения
глубины внедрения индентора 0,15—
0,35 мм.

Прибор состоит из следующих основ-
ных частей: испытательной головки,
приспособлений настольного и пере-
носного.

В состав сменных частей прибора
входят четыре стакана нагружения
на соответствующую нагрузку. Стакан
нагружения на 49 Н поставляют
в комплекте с испытательной голов-
кой.

Для метрологической поверки при-
бора придается приспособление для
комплексной поверки, а также устрой-
ство для определения поправок на де-
формацию прибора.

В комплект прибора входят два
стола — призматический и плоский.
Призматический стол применяют для
испытания цилиндрических деталей
различных диаметров, плоский — для
испытания плоских деталей.

Испытательная головка состоит из
следующих основных узлов: узла на-
гружения; стакана нагружения; узла
измерения.	**

В корпусе узла нагружения в шари-
ковых направляющих установлен
шпиндель, на нижнем конце которого
закреплен испытательный наконечник.

На шпиндель действует пружина,
усилие которой вместе с измеритель-
ным усилием индикатора и весом шпин-
деля с наконечником создает предвари-
тельную нагрузку.

Стакан нагружения служит для соз-
дания основной нагрузки и состоит
из стакана, втулки, обоймы, которая
Установлена в шариковых направляю-

щих, пружины и упорного подшип-
ника.

Узел измерения служит для изме-
рения глубины вдавливания индентора
в образец от поверхности образца и
устраняет влияние деформации при-
бора и образца на измерение глубины
вдавливания. Такая система измерения
не учитывает деформации шпинделя
с наконечником, подверженных дейст-
вию испытательной нагрузки.

Узел измерения состоит из стакана и
индикатора, в который ввернут стер-
жень с наконечником, упирающийся
в торец шпинделя. Для устранения осе-
вого люфта служит пружина, поджа-
тая гайкой.

Приспособление настольного типа
(рис. 12, а) предназначено для испы-
тания образцов из пластмасс, настрой-
ки и поверки прибора.

Приспособление состоит из корпу-
са 2, подъемного механизма, включаю-
щего в себя подъемный винт 3 и гайку
с рукояткой 4, сменного стола 5,
полукольца 6, гайки 7 и регулируемых
опор 8.

Приспособление для испытания пло-
ских деталей (рис. 12, б) предназначе-
но для измерения твердости листовых
материалов из пластмасс с испыта-
тельной нагрузкой, Н (кгс): 49 (5),
132,3 (13,5) Н (кгс).

Приспособление представляет собой
основание 9 со стойкой, на которой
установлен кронштейн 10 с полуколь-
цом 6 и гайками 7, для крепления ис-
пытательной головки 1, Кронштейн 10
с головкой 1 можно перемещать по
стойке при помощи гайки 11 и закреп-
лять в нужном положении ручкой /2.

Основание 9 имеет два съемных гру-
за 13, которые снимаются при работе
с испытательной нагрузкой 49 Н
(5 кгс), предварительно вывернув вин-
ты 14,

При повороте рукоятки против ча-
совой стрелки на угол 90° кулачковый
валик поворачивается на тот же угол
и фиксируется лысками на нагружаю-
щих кулачках. Шпиндель 13 под дей-
ствием собственного веса, усилия пру-
жины 6 и усилия от индикатора пере-
мещается вниз, создавая предваритель-
ную нагрузку.

При дополнительном повороте руко-
ятки против часовой стрелки на угол
90° нагружающие кулачки вместе с тол-
кателями отходят от обоймы, которая
под действием пружины 10 приклады-
вает основную нагрузку на шпиндель.

Глубина внедрения индентора в об-
разец измеряется индикатором 9.

Прибор 2013 ТШСП применяют для
исследований новых или уже сущест-
вующих пластических масс, когда не-
обходимо вместе со стандартными ха-
рактеристиками твердости по
ГОСТ 4670—77 изучать процессы из-
менения твердости, протекающие в пла-
стических массах при изменении тем-
пературы. Прибор имеет следующие
характеристики.

Испытательные нагрузки, Н (кгс):
предварительные — 3,9 (0,4 ± 0,1),
9,8 (1,0 ±0,1), основные — 49 (5),
153,2 (15,625), 306,5 (31,25), 357
(36,5), 613 (62,5), 960 (98); рабочий
диапазон глубины внедрения инден-
тора 0,06—0,7 мм, скорость внедре-
ния индентора в образец 0,01 мм/с;
рабочий диапазон испытательных тем-
ператур, °С: — 50-ь0 и 40—200; ин-
дентор — шарик диаметром 2,5; 5,0;
10,0 мм.

Прибор состоит из собственно при-
бора, пульта управления, термокрио-
камеры на отдельной подставке, азо-
топровода с электромагнитным клапа-
ном и сосуда Дьюара.

Собственно прибор включает в себя
винт подъемный, рычаг грузовой, под-
веску грузовую, измерительную го-
ловку, шпиндельную группу, приводы
ручной и электромеханический.

Рычаг грузовой с отношением плеч
1:15 служит для создания основных
и испытательных нагрузок и состоит
из рычага, противовеса и призмы,
передающих нагрузку от рычага на
шпиндель. При помощи противовеса
устанавливают первую испытательную
нагрузку 49 Н (5 кгс). Подвеска гру-
зовая состоит из стержня, основания
и набора грузов.

Основным узлом прибора, управля-
ющим всей работой, является измери-
тельная головка, на которой базиру-
ются задатчик скорости внедрения
индентора, рычаг и датчик глубины
внедрения индентора, рычаг пред-
варительной нагрузки, система изме-
рения глубины внедрения. Шпин-
дельная группа служит для передачи
испытательной нагрузки на индентор.

Ручной и электромеханический при-
воды служат для плавного приложе-
ния и снятия основных испытательных
нагрузок.

Ручной привод служит для работы
на приборе в соответствии с
ГОСТ 4670—77 и состоит из гидравли-
ческого демпфера, соединительных тяг,
рычагов и рукоятки управления.

Электромеханический привод пред-
назначен для измерения твердости
внедрением индентора в образец с не-
обходимой скоростью и включает в се-
бя задающее устройство скорости внед-
рения, следящую электрическую схе-
му, испытательный привод.

Задающее устройство состоит из син-
хронного электродвигателя, червяч-
ной пары и системы винт — гайка,
которая перемещается со скоростью
0,01 мм/с.

Следящая система включает в себя
индуктивный нуль-датчик, индуктив-
ный датчик настройки, фоточувстви-
тельный усилитель и исполнительный
двигатель.

В пульте управления смонтирована
регулирующая и записывающая ап-
паратура, состоящая из двух потенцио-
метров; один служит для установления
температуры в термокриокамере, а
второй — для записи процесса вдавли-
вания индентора в образец.

Положительные температуры в тер-
мокриокамере создаются электроспи-
ралью, намотанной на внутренний
муфель, а отрицательные — путем
впрыскивания жидкого азота между
двумя цилиндрами. Жидкий азот по-
дается из сосуда Дьюара через электро-
магнитный клапан и гибкий азото-
провод. Управляется термокриока-
мера аппаратурой, размещенной
в пульте.

В зависимости от твердости материала
для работы подбирают такую нагруз-
ку, чтобы глубина внедрения индентора
не превышала следующих значений:

Диаметр Глубина внедрения
индентора, мм индентора, мм

2,5	0,06 — 0,17

5,0	0,13 — 0,36

!0.0	0,23 — 0,67

Твердость пластмасс определяют по
р

формуле Н — —г-7—, где Р — нагруз-
ка на образец, Н; О — диаметр шари-
ка, мм; к — глубина внедрения инден-
тора, или по таблицам.

Для измерения твердости изделий из
эластичных и пористых материалов
служит прибор 2023 ТПМ-0,2, работа-
ющий при максимальной нагрузке
1960 Н (200 кгс) с диапазонами,
Н (кгс): 18—490 (10—50), 196—980
(20—100); 392—1960 (40—200).

Три индентора на приборе обеспечи-
вают давление 0,0147^3’оо15 Н/см2. Под-
вижный стол может перемещаться со
скоростью 5—500 мм/мин со степенью
сжатия изделия 10—70%. Прибор
работает до получения заданной на-
грузки или заданной деформации. При-
бор 2023ТПМ-0,2 (рис. 13) состоит из
собственно прибора и пульта управ-
ления.

Собственно прибор включает в себя
устройство преобразователя силы 7,
механизм заданий деформации 15,
электродвигатель 10 и инденторы <

Пульт управления 3 состоит из
блока регистрации или задачи силы 5,
панели управления 8, блока регистра-
ции деформации и блока силоизмери-
теля.

Вращающий момент электродвига-
теля 10 при включенной электромагнит-
ной муфте 11 передается через шкивы
и клиноременную передачу, которые
вращают червяк и колесо, выполненное
зацело с гайкой ходового винта. Гай-
ка передает движение на ходовой винт
12. В результате этого стол 14 вместе
с уложенным на него образцом начи-
нает подниматься вверх. При контак-
тировании образца с индентором 4
к образцу прикладывается предвари-
тельная нагрузка. В режиме «Отсчет
высоты» после приложения предвари-
тельной нагрузки движение стола пре-
кращается, так как при страгивании
индентора 4 контактная группа размы-
кается и отключает электродвигатель.
Первоначальная высота изделия вы-
свечивается на индикаторных лампах
блока 7. После этого испытание мате-
риала можно проводить в одном из
следующих режимов: режиме до полу-
чения заданной деформации или ре-
Рис. 13. Функциональная схема

прибора 2023 ТПМ-0,2

жиме до получения заданной нагрузки.

Работа прибора в режиме до получе-
ния заданной деформации заключается
в следующем. В момент приложения
предварительной нагрузки размыка-
ется контактная группа испытательного
устройства, включается электромаг-
нит 9, который затормаживает шток и
линейку механизма задачи деформации.
Деления на линейке указывают про-
цент сжатия образца. Правый конец
линейки укреплен в ползуне, переме-
щающемся по штоку, а левый может
перемещаться по горизонтальному
пазу. При следующем движении стола
контактный шток касается контакта,
установленного на деление, соответ-
ствующее заданному проценту сжатия.
Происходит разрыв схемы управления
электромагнитными муфтами. Муф-
та 13 затормаживается, а муфта 11
отключается. Движение стола 14 прек-
ращается. Деформация, отсчитанная
датчиком б, фиксируется на указате-
ле 7, а нагрузка, соответствующая за-
данной деформации (%) образца, ука-

зывается и записывается на приборе 5.
После выдержки образца под нагрузкой
стол автоматически опускается вниз.
Сила сжатия измеряется торсионным
силоизмерителем 1 с индукционно-
трансформаторным преобразователем.
Груз 2 служит для регулировки пред-
варительной нагрузки.

При работе прибора в режиме до
получения заданной нагрузки предва-
рительно при помощи задатчика при-
бора 5 устанавливают нагрузку,
при которой хотят определить дефор-
мацию образца. Эту деформацию считы-
вают с указателя деформации 7 в мо-
мент совпадения указательного индекса
с индексом задатчика.

Для определения микротвердости
вторичных структур полимерных мате-
риалов служит прибор ТШМП-1
(рис. 14).

В приборе индентор (в виде иглы
с диаметром при вершине 1 мкм)
можно нагружать нагрузками 0,00049 Н
(0,05 гс) — 0,00147 Н (0,150 гс) через
0,00098 Н (0,01 гс). Наибольшая глу-


бина внедрения индентора 0,5 мкм.
Внедряется индентор в испытуемое
изделие электромагнитным способом,
а глубина внедрения измеряется ем-
костным датчиком.

Прибор комплектуется диаграм-
мным аппаратом для записи диаграммы
деформация — время.

Прибор состоит из двух основных
узлов: собственно прибора /, который
имеет стол 2, и предметной подставки 3>
служащей для закрепления образца.

Предметная подставка 3 может пе-
ремещаться в трех взаимно перпенди-
кулярных направлениях: в вертикаль-
ной плоскости — при помощи махови-
чка 4, в горизонтальной плоскости
перпендикулярно оси индентора —
при помощи микрометрического вин-
та 5, параллельно оси индентора —
при помощи микрометрического ви-
нта 6.

Стержень 7 с индентором и держав-
кой индентора подвешен на четырех
тонких подвесках 8, которые нижними
концами крепятся к стержню 7, а
верхними — к микрометрическим го-
ловкам 12 при помощи которых осу-
ществляется установка (центровка)
стержня относительно предметных под-
ставок 3 и пластин датчика.

Державки с индентором крепятся
к передней части стержня 7 при помощи
накидной гайки. На среднюю часть
стержня 7 надето кольцо, а сзади на
стержне установлена пластина, кото-
рая при работе прибора изменяет
емкость между пластинами датчика 9,
Зазор между пластинами датчика ре-
гулируется микрометрическими голов-
ками, установленными на кронштейне.

На средней части кронштейна зак-
реплено устройство для арретирования
подвесной системы стержня путем по-
ворота маховичка 10. Для наблюдения
за подводом испытуемого образца
к индентору служит микроскоп 11.

Образец освещается осветителем,
установленным на кронштейне. Осве-
титель может перемещаться по пло-
скости корпуса при помощи дугооб-
разной направляющей шпонки.

В передней части стержня 7 находи-
тся постоянный магнит 13у а концентри-
чно магниту установлен на специаль-
ном кронштейне соленоид, служащий
Для приложения нагрузки. В средней

Рис* 14. Прибор ТШМП-1

части стержня концентрично коль-
цу 14 расположен соленоид, который
является демпфером подвесной систе-
мы. Соленоид демпфера выключается
только на время испытания..

Пульт служит для управления про-
цессом испытания. В левой части
пульта — панель управления, на кото-
рой размещены контрольные приборы
и ручки управления: выключатель сети,
кнопка «Испытание», служащая для
осуществления полного цикла испыта-
ния, ручка переключателя пределов
нагрузки, сигнальные лампы, ручка
регулирования яркости осветителя,
микроамперметр «Нагрузка», показы-
вающий силу тока в соленоиде нагру-
жения при заданной нагрузке, микро-
амперметр «Деформация», показываю-
щий глубину внедрения индентора
в микронах.

Приборы для измерения микротвер-
дости. Микротвердость измеряют
вдавливанием алмазных наконечни-
ков (ГОСТ 9450—76) и царапа-
нием алмазными наконечниками.
Наиболее распространено измерение
микротвсрдости вдавливанием алмаз-
ных наконечников. ГОСТ 9450—76 ус-
танавливает два метода испытаний:
основной — по восстанавливаемому
отпечатку и дополнительный — по
невосстанавливаемому отпечатку.

При измерении микротвердости по
восстанавливаемому отпечатку отпе-
чаток на образец наносится под дей-
ствием статической нагрузки, прило-
женной к алмазному наконечнику в те-
чение определенного времени. Твердо-
дость определяют как отношение при-
ложенной нагрузки к условной пло-
щади боковой поверхности полученного
отпечатка (мм2).

Микротвердость можно измерять
четырехгранной пирамидой с квадрат-
ным основанием, трехгранной пирами-
дой с основанием в виде равносторон-
него треугольника, четырехгранной пи-
рамидой с ромбическим основанием
или цилиндрическим наконечником.

Микротвердость определяют по
формулам

Да = ^== 1,854 _^-;

„	Р	1,570Р .

^ = -5- = —р —•

„	_	Р  12.896Р

„	_	Р __ 4,168Р

0~	8	р 9

0

где Р — номинальная нагрузка, при-
ложенная к алмазному наконечнику;

5 — условная площадь (мм2) боковой
поверхности полученного отпечатка;
с1 — среднее арифметическое длины
обеих диагоналей квадратичного от-
печатка, мм; I — размер отпечатка,
мм.

По невосстанавливаемому отпечат-
ку микротвердость определяют путем
измерения глубины погружения ал-
мазного наконечника под действием
заданной силы в течение определенного
времени. Определяется микротвердость
теми же наконечниками. Микротвер-
дость определяют как отношение при-
ложенной нагрузки к условной пло-
щади боковой поверхности отпечатка,

соответствующей его измеренной глу-
бине.

Микротвердость определяется урав-
нениями

„ Р 0,03784Р

/7 — , 5= ——- = ------- •

Р 0,3797Р .

~ 5 - А2

„	Р	0.01385Р

_ Р _	0,07292Р

5 -	^2	’

где	К	— глубина	отпечатка,	мм.

При	проведении	испытаний	необ-

ходимо, чтобы нагрузки, Н (кгс):
0,049 (0,005); 0,098 (0,01); 0,196
(0,020); 0,490 (0,054); 0,98 (0,100);
1,962 (0,200) плавно прикладывались
к алмазному наконечнику и оставались
без изменения в течение установлен-
ного времени. Прибор должен быть
защищен от вибраций.

Образец должен иметь параметр ше-
роховатости Ра С 0,32 мкм.

При выборе нагрузки необходимо
иметь в виду, что толщина проверяе-
мого образца или слоя должна быть
не менее десятикратной глубины по-
гружения наконечника, расстояние от
края образца до центра отпечатка
должно быть не менее двух диагона-
лей, а расстояние между центрами
двух отпечатков — не менее длины
трех диагоналей. При измерении ми-
кротвердости покрытий из однородного
материала (гальванических, диффуз-
ных и др.) нагрузка Р должна быть
тем меньше, чем тоньше слой покрытия,
чтобы основной материал не влиял на
микротвердость.

Измерение микротвердости царапа-
нием заключается в нанесении на ис-
пытуемую поверхность канавки и из-
мерении ее ширины. Микротвердость
определяют как отношение нагрузки,
приложенной к алмазной пирамиде
(четырехгранной или трехгранной),
к условной площади контакта пира-
миды с испытуемой поверхностью.
Микротвердость определяют по фор-
мулам

3,708Р .	„	_ 3,138Р

Н&Р Ь2 '	~	’

где ЯаР; Н^р — микротвердость при
измерении царапанием соответству-
ющей пирамидой; Р — нагрузка, Н;
Ь — ширина канавки, мм.

Последовательно изменяя нагрузку
на наконечник, можно добиться такого
положения, чтобы ширина канавки
равнялась 5, 10, 20 мкм. Нагрузку,
при которой получилась заданная ши-
рина канавки, называют микротвер-
достью по Мартенсу и обозначают
ЯаЛГ, причем указывают способ
царапания: ребром — для четырех-
гранной пирамиды, ребром или
гранью — для трехгранной пирамиды.
Материалы высокой твердости реко-
мендуется испытывать трехгранной пи-
рамидой.

К испытательному материалу и при-
бору для проведения испытаний предъ-
являются те же требования, что и при
определении микротвердости вдавли-
ванием алмазной пирамиды.

При измерении микротвердости ца-
рапанием длина канавки должна быть
не менее 0,25 мм.

Для измерения микротвердости вы-
пускают микротвердомер ПМТ-3. При-
бор ПМТ-3 предназначен в основном
для измерения микротвердости вдав-
ливанием алмазного наконечника, но
его можно применять и для измерения
микротвердости царапанием алмазны-
ми наконечниками.

Прибор ПМТ-3 представляет собой
микроскоп; снабженный специальным
предметным столиком и механизмом
нагружения, в котором закрепляют
алмазные наконечники.

Прибор имеет массивное чугунное
основание, на котором установлены
стойка и предметный столик. По стойке
перемещается микроскоп с окулярным
микрометром, объективом, осветите-
лем, и механизмом нагружения. На
стойке имеется ленточная резьба для
перемещения в вертикальном направ-
лении кронштейна с тубусом микроско-
па. В кронштейне имеются механизмы
грубого и микрометрического движе-
ния тубуса микроскопа. Цена деления

барабана микрометрического перемеще-
ния 2 мкм. Предметному сголику
можно сообщить два независимых пе-
ремещения: взаимно перпендикуляр-
ное — при помощи микровинтов и для
выбора места накола; вращательное —
при помощи рукоятки от упора до
упора для подвода образца под ми-
кроскоп после нанесения отпечатка.

Механизм нагружения состоит из
штока, подвешенного на двух пружи-
нах. В державке штока укрепляют
алмазный наконечник. Гири специаль-
ной формы накладывают на утолщен-
ную часть штока. Для получения
отпечатка служит механизм опускания
алмазного наконечника.

Для фиксации круглых деталей к
прибору придается призма, а для
фиксации плоских деталей — специ-
альная пластина и прессик для уста-
новки образцов при помощи пласти-
лина. Осветитель освещает исследуе-
мый образец и позволяет рассматри-
вать образец в светлом и темном полях.
Светофильтры позволяют изменять кон-
трастность образца.

При измерении микротвердости ца-
рапанием алмазными наконечниками
необходимо, чтобы столик прибора
с изделием перемещался вдоль оси
упругих пластин механизма нагруже-
ния.

Прибор ПМТ-3 имеет следующие
характеристики: увеличение микроско-
па 130Х и 487Х; параметры линейного
поля зрения микроскопа с объектива-
ми: фокусное расстояние — 23,2 мм,
апертура 0,17—1,3, фокусное расстоя-
ние 6,2, апертура 0,65—0,3; пределы
измерения диагоналей 0,005—0,25 мм;
нагрузка 0,049 Н (5 гс) — 1,962 Н
(200 гс).

ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ТВЕРДОСТИ

Вместе со статическими методами
измерения твердости в промышлен-
ности применяют и динамические ме-
тоды, когда индентор воздействует на
испытуемую поверхность, падая с оп-
ределенной высоты или под действием
ударной нагрузки. Различают методы
упругого отскока (упруго-динамиче-
Рис. 15. Схема определения твердости
методом упругого отскока бойка (по
Шору)

ский метод) и ударного отпечатка (пла-
стико-динамический метод). Кроме
этих методов применяют еще маятни-
ковые методы (Менделеева, Ребиндера,
Кузнецова), метод резания и др. Наи-
большее распространение получили
два первых метода. Приборы для из-
мерения твердости этими методами
весьма удобны, вследствие малых га-
баритных размеров, их легко транспор-
тировать, что позволяет применять их
в самых разнообразных условиях (на
складах, в заготовительных цехах и
др.), а также испытывать крупнога-
баритные детали, не вырезая специаль-
ных образцов (валки прокатных ста-
нов, станины станков).

Так как эти методы по сравнению
со статическими менее точны, то их
в основном применяют для определения
сравнительной твердости, при предва-
рительной сортировке материалов, для
определения равномерности по твер-
дости.

Наибольшее распространение полу
чил метод упругого отскока бойка по
Шору (ГОСТ 23273—78). Боек массой
36 г с алмазным наконечником сво-
бодно падает с высоты Н2 = 19,0 ±
± 0,5 мм (рис. 15) на испытуемую
поверхность.

В первой фазе удара одна часть
кинетической энергии бойка расходу-
ется на пластическое деформирование,

а другая превращается в потенциаль-
ную энергию упругой деформации.
Во второй фазе удара боек отскакивает
благодаря потенциальной энергии уп-
ругой деформации, накопленной в пер-
вой фазе процесса, на высоту Н.

При одинаковой кинетической энер-
гии бойка высота его отскока будет
тем больше, чем меньшая часть этой
энергии была израсходована на пла-
стическую деформацию.

Отношение высоты отскока к высоте
падения бойка, как показали опыты
разных авторов, остается почти по-
стоянным для данного материала.
Твердость материала условно считают
пропорциональной высоте отскока бой-
ка. При измерении твердости этим
методом должны быть соблюдены опре-
деленные условия.

Масса изделия при установке при-
бора непосредственно на изделие долж-
на быть не менее 5 кг, а при установке
на столик прибора — не менее 0,1 кг,
а толщина должна быть не менее 10 мм.

Поверхность, на которой опреде-
ляется твердость, должна быть уста-
новлена горизонтально.

Расстояние между двумя соседними
отпечатками и до края изделия должно
быть не менее 2 мм.

Твердость изделия определяют как
среднее арифметическое из пяти из-
мерений. Причем, если разность между
наибольшими и наименьшими значени-
ями твердости более 5 ед., то операцию
повторяют по удвоенному числу из-
мерений. Твердость по Шору обозна-
чается Н8И — например, Н8И 45.

В шкале Шора за 100 ед. тв. принята
максимальная твердость стабилизиро-
ванного после закалки на мартенсит
образца из углеродистой эвтектоидной
инструментальной стали (ГОСТ
1435—74), что соответствует высоте
падения бойка = 13,6 ± 0,3 мм.

Для измерения твердости закален-
ных чугунных и стальных прокатных
валков в производственных условиях
методом упругого отскока бойка вы-
пускают прибор ТБП-4 (рис. 16).

Прибор позволяет измерять твер-
дость Н8Э 20—100 при допустимой
погрешности Н8И ±2,5. Прибор со-
стоит из (рис. 16, б) испытательной
головки /, штатива 3, основания та-
рировочного 6. Испытательная головка
(рис. 16, а) представляет собой кор-
пус Л в котором устанавливают ин-
дикатор 2, подвижную втулку 3,
боек 4, спусковой механизм и демп-
фер 8. На корпусе прибора установлен
узел собачки 10. Индикатор имеет
шток 11, с которым контактирует
верхний торец бойка. Шток соединен
с рейкой 12, находящейся в зацеплении
с зубчатым колесом, на оси которого
закреплена стрелка 13.

Шкала 5 индикатора проградуиро-
вана в единицах твердости Шора
Н8И. Втулка 3 перемещается в кор-
пусе 1 на двух подшипниках. Втулка
имеет реечное зацепление с зубчатым
колесом спускового механизма.

Спусковой механизм представляет
собой корпус, в котором смонтированы
зубчатое колесо, ось, рукоятка, спи-
ральная пружина. Демпфер состоит
из поршня и цилиндра, в верхнюю
часть которого вмонтирована ампула
уровня 6. Штатив 3 (рис. 16, б) пред-
назначен для установки испытательной
головки в вертикальное положение
при измерении твердости прокатных
валков или крупногабаритных изде-
лий. Штатив включает в себя основа-
ние 6, стойку с зубчатыми колесами 2
и маховик. Стойку крепят на основании
посредством штифта. Основание та-
рировочное 6 предназначено для по-
верки прибора по образцовым мерам
твердости и измерения твердости мел-
ких деталей. Оно имеет регулируемые
опоры 8 и стол 5. Испытательная го-
ловка 1 подводится к испытуемой
поверхности изделия вращением ма-
ховика против часовой стрелки.

Испытание проводится в тот момент,
когда колпачок 7 (см. рис. 16, а)
плотно прижат к испытуемой детали.
При повороте рукоятки по часовой
стрелке втулка 3 и боек 4 движутся
вниз. Боек 4 доходит торцом державки
До нижнего зуба собачки 10 и задер-
живается на нем, а втулка 3 продол-
жает двигаться. Пружина подъема
фиксатора, закрепленная на собачке
Ю, поднимает фиксатор 9 в горизон-
тальное положение. Отверстия втулки
и фиксатора при этом становятся кон-
Центрично, а боек удерживается за
торец державки только зубом собачки.
При дальнейшем опускании втулки
при помощи рукоятки упор наталки-

вается на хвост собачки, собачка на-
чинает поворачиваться по часовой
стрелке, и зуб ее освобождает боек.
В этот же момент ограничитель своим
торцом упирается в торец колпачка 7.
Падая под действием собственного веса
на испытуемую поверхность, боек от-
водит кромкой державки поводок вле-
во. Фиксатор 9 под действием пру-
жины 8 выходит из зацепления с по-
водком. Боек под действием упругих
свойств металла отскакивает на опре-
деленную высоту, которая зависит от
твердости изделия. При подъеме бойка
вверх фиксатор 9 контактирует с дер-
жавкой бойка. В верхнем крайнем
положении бойка фиксатор 9 заклини-
вает его. При освобождении рукоятки
втулка 3 под действием спиральной
пружины поднимается в крайнее верх-
нее положение. Торец бойка, упи-
раясь в торец штока 11 индикатора,
поднимает шток с рейкой 12. Рейка 12,
находящаяся в зацеплении с зубчатым
колесом, поворачивает ось со стрел-
кой 13, которая указывает по шкале
индикатора твердость изделия в еди-
ницах Шора. Стрелка индикатора
остается на месте до проведения сле-
дующего цикла испытания. Резкий
возврат втулки 3 в исходное верхнее
положение тормозится поршнем демп-
фера, который через тягу жестко
соединен со втулкой. Это торможение
необходимо для того, чтобы боек не
мог под действием силы инерции из-
менить свое положение после зафикси-
рованного отскока и тем самым по-
влиять на результаты отсчета.

В течение всего цикла испытания
колпачок 7 должен быть плотно при-
жат к изделию. Прибор предназначен
для измерения твердости как цилин-
дрических, так и плоских изделий.
Для измерения твердости валков диа-
метром более 65 мм и крупногабарит-
ных изделий применяют штатив, испы-
тательную головку устанавливают в па-
зу корпуса штатива. Для поверки при-
бора по образцовым мерам твердости
и испытания мелких деталей приме-
няют тарировочное основание 6 (см.
рис. 16, б). Для сборки его необходимо
снять стойку с корпусом со штатива,
предварительно вынув штифт, и уста-
новить ее в основание, после чего
установить штифт 7. Для проведения
испытаний необходимо точно устано-
вить прибор по уровню при помощи
регулируемых опор 8 основания. Опор-
ные поверхности изделия и стола
должны быть очищены от посторонних

веществ и должны плотно при-
легать друг к другу. Изделие не
должно качаться, сдвигаться и де-
формироваться (прогибаться, пружи-
нить).
Рис. 16. Прибор ТБП-4:

а — переносной; б — настольный

На твердость, получаемую при из-
мерении прибором, влияет шерохо-
ватость обработки, кривизна и масса
испытуемой поверхности изделия, а
также правильность установки изделия
и прибора со штативом.

Масса изделия при измерении при-
бором, установленным непосредственно
на изделие, должна быть не менее
5 кг. Масса образцов, устанавливаемых
на столик прибора, должна быть не
менее 0,1 кг, а толщина — не менее
10 мм.

Измерять твердость валков (изде-
лий) можно лишь при их горизонталь-
ной установке на мягких или жестких
опорах либо в центрах станка. Допу-
стимое отклонение от горизонталь-
ности 2°. Валки с диаметром менее
о00 мм должны быть обязательно уло-
жены на массивный металлический
стол или на два валка большего диа-

метра (вдоль) для уменьшения влияния
массы и вибрации валка на показания
прибора. Участки валка (изделия),
предназначенные для испытаний, долж-
ны быть обработаны шлифовкой так,
чтобы параметр шероховатости их по-
верхности Яа 1,25 мкм, и тщательно
очищены от масла и грязи. При ручной
зачистке поверхность должна быть
плоской, волнистость не допускается.

При подготовке поверхности испы-
туемого изделия необходимо принять
меры предосторожности против воз-
можного изменения твердости вслед-
ствие нагрева или наклепа поверх-
ности в результате механической об-
работки.

Проверяют прибор по образцовым
мерам твердости по Шору или образ-
цовым мерам твердости МТР с твер-
достью НИВ 90 ± 10; НДС 45 ± 5;
НИС 65 ± 5.
При длительной работе прибора на
изделиях с твердостью Н8О 20—35
на алмазе бойка возникает металли-
ческий налет, вследствие чего прибор
начинает занижать показания, поэтому
после 1000 испытаний алмаз бойка
необходимо протирать сухой тканью.

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ
И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ТВЕРДОСТИ

Для контроля твердости материалов
применяют все основные методы не-
разрушающего контроля — акустиче-
ские, магнитные, электромагнитные и
рентгеновские. В основу этих методов
положено измерение определенных фи-
зических констант: модуля упругости,
плотности и удельного волнового со-
противления — для акустических ме-
тодов; магнитной проницаемости, ко-
эрцитивной силы и остаточной индук-
ции — для магнитных методов; магнит-
ной проницаемости и удельной элек-
трической проводимости — для элек-
тромагнитных методов; линейного ко-
эффициента ослабления, коэффициента
рассеянного излучения и плотности
материала — для рентгеновских и гам-
ма-методов. Эти физические константы
находятся в функциональной зави-
симости от твердости материала.

Наиболее широко в настоящее время
развит акустический импедансный ме-
тод, основанный на измерении относи-
тельных изменений механического им-
педанса колебательной системы пре-
образователя в зависимости от меха-
нических свойств поверхности.

Акустический преобразователь пред-
ставляет собой стержень из магнито-
стрикционного материала (чаще всего
никель), на конце которого укреплен
индентор в виде алмазной призмы.
На стержень надета катушка, возбу-
ждающая в преобразователе продоль-
ные упругие колебания с частотой
30—-40 кГц. Стержень с индентором
прижимается к контролируемому изде-
лию с постоянной силой. При этом
индентор внедряется в изделие тем
глубже, чем меньше твердость мате-
риала изделия. Площадь зоны со-
прикосновения индентора с изделием
с уменьшением твердости растет, гиб-

кость Лк контактной зоны умень-
шается, а модуль упругого сопротив-
ления | 2В | — 1/(дЛц увеличивается
(со — круговая частота).

Импеданс механической нагрузки
преобразователя 2 =	, где

2Н — механический импеданс изделия
в зоне контакта с преобразователем.

Если I 7К | < | 2Н | (типичный слу-
чай), то 2 зависит практически только
от твердости, связанной с 2К.

Изменение импеданса 2 определяют
по изменению собственной частоты на-
груженного преобразователя, исполь-
зуемого в качестве колебательной си-
стемы автогенератора. Частоту послед-
него измеряют частотомером. Шкалу
индикатора градуируют в единицах
твердости по Роквеллу.

В отличие от обычных способов из-
мерения твердости индентор прижи-
мается к изделию с небольшой (поряд-
ка 4—6 Н) силой и внедряется в ма-
териал на глубину в несколько ми-
крон. Размеры отпечатков, остающих-
ся на поверхности контролируемых
объектов, очень малы. Поэтому в от-
личие от других методов измерения
твердости (например, по Бринеллю),
измерение осуществляется на участке
с очень малой площадью, в связи
с чем акустический импедансный спо-
соб максимально приближается к спо-
собу определения микротвердости.
Разброс результатов измерения обус-
ловлен разной твердостью отдельных
зерен поликристаллических материа-
лов (металлов).

Необходимость выполнения условия
| 7ц | < | //у | затрудняет измерение
твердости мелких деталей и изделий
с малой массой на единицу площади
(например, тонких листов), так как
такие изделия обладают относительно
небольшими значениями | 2/у |, соиз-
меримыми с | 2К |. Для деталей про-
стейших форм это затруднение можно
преодолеть путем крепления мелких
деталей в тисках или других приспо-
соблениях. По числу стоячих акусти-
ческих волн, уложенных вдоль гео-
метрической длины преобразователя,
различают полутораволновые, одно-
волновые, полуволновые и четверть-
волновые преобразователи. Наиболь-
шая чувствительность у четвертьвол-
новых и полуволновых преобразовате-
лей, которые применяют на практике.

Для контроля твердости акустиче-
ским импедансным методом исполь-
зуют приборы «Зоподиг», выпускае-
мые фирмой Вгапзоп (США). Эти при-
боры имеют следующие характери-
стики: диапазон измерений НИС
20—70; сила прижатия преобразовате-
ля 5,75 Н; масса прибора 5,8 кг; соб-
ственная частота ненагруженного пре-
образователя 38 кГц; размеры (мм)
полуволнового преобразователя: диа-
метр 33, длина 190.

В СССР разработаны приборы с ана-
логичными характеристиками: ЭИТ-1
и ЭИТ-1М. Преобразователь этих при-
боров выполнен из никелевого стержня
с индентором в виде алмазной пирами-
ды Виккерса. Усилие 1,96—14,7 Н.

Достоинство акустического импе-
дансного метода измерения твердо-
сти — портативность применяемой ап-
паратуры, допускающей возможность
измерения твердости деталей без раз-
борки машин.

Недостаток метода — сравнительно
большой разброс показаний, обуслов-
ленный малой площадью контакта пре-
образователя с контролируемым из-
делием, при контроле поверхностей
с повышенной шероховатостью.

Некоторые ограничения применения
метода связаны с особенностями испы-
туемых материалов. Размер зерна мел-
козернистых сталей 10—50 мкм, круп-
нозернистых — 100—250 мкм. Интер-
вал применяемых усилий вдавливания
индентора не позволяет охватить пере-
ходную область (когда площадь от-
печатка превышает площадь одного
зерна, но меньше площади группы
зерен). Несмотря на это, на большин-
стве металлов не наблюдается значи-
тельного разброса показаний. Исклю-
чение составляет латунь, на которой
оптимальное усилие вдавливания до-
стигает 30 Н и более, что требует
применения преобразователя повышен-
ной мощности. Повышенного статиче-
ского усилия требуют также металлы,
которые представляют собой твердые
растворы на базе значительно отлича-
ющихся по твердости составляющих,
или в основную структуру которых
вкраплены более мягкие или твердые

составные части. Для испытаний не-
пригодны также литые металлы (на-
пример, чугун), которые отличаются
пористостью, неравномерностью рас-
пределения зерна и значительными ко-
лебаниями модуля упругости. Мало
пригодны для применения акустиче-
ского метода пластмассы, модуль упру-
гости и коэффициент Пуассона которых
зависят от многих факторов, в том
числе от окружающей температуры,
времени, содержания воды, пласти-
фикаторов и т. д. Недостатком акусти-
ческого импедансного метода является
и сложность изготовления преобразо-
вателя, связанная с необходимостью
применения прецизионных пружин
(пружины Негатора), специальных под-
шипников и т. п., а также относи-
тельно узкий диапазон измерений
(НИС 20—70).

Магнитные методы измерения твер-
дости основаны на определении ма-
гнитных характеристик ферромагнит-
ных материалов, которые корреляци-
онно связаны с твердостью.

Задача о корреляции магнитных и
механических свойств сталей тесно
связана с установлением зависимости
между магнитными свойствами сталей
и режимом термической обработки.
Поскольку режим термической обра-
ботки одновременно влияет и на ма-
гнитные и на механические свойства
сталей, то практически во всех слу-
чаях, когда магнитные свойства кор-
релируют с твердостью, они также од-
нозначно связаны с режимом термиче-
ской обработки.

В настоящее время широкое приме-
нение получили магнитные коэрцити-
метры с приставными электромагнита-
ми КИФМ-1М. Они позволяют изме-
рять коэрцитивную силу материалов
на локальном участке ферромагнит-
ного изделия. Контролируемый уча-
сток намагничивается и размагничи-
вается П-образным электромагнитом
с намагничивающей и размагничива-
ющей обмотками. Нулевым индикато-
ром поля является феррозонд, рас-
положенный в перемычке электро-
магнита. После намагничивания кон-
тролируемого участка изделия плавно
увеличивают размагничивающий ток
до тех пор, пока измерительный при-
бор, подключенный к феррозонду, не
покажет отсутствие магнитного поля
в контролируемом участке. Сила раз-
магничивающего тока пропорциональ-
на коэрцитивной силе материала. Диа-
пазон измерения коэрцитивной силы
прибора 1,5—44 А/см, минимальная
длина контролируемых деталей 30 мм.
Коэрцитивная сила и твердость у низ-
коуглеродистых сталей связаны одно-
значно. Магнитные коэрцитиметры по-
зволяют автоматизировать намагни-
чивание и регистрацию коэрцитивной
силы, благодаря чему достигается боль-
шая'производительность контроля.

У ряда ферромагнитных материалов
остаточная индукция и пропорцио-
нальная ей нормальная составляющая
локального магнитного поля также
зависят от твердости.

При импульсно-локальном магнит-
ном методе изделие намагничивают
серией мощных импульсов тока, про-
пускаемых через накладной малога-
баритный соленоид без сердечника.
Градиент нормальной составляющей
остаточного магнитного поля, харак-
теризующий механические свойства ма-
териала, в том числе его твердость,
измеряют при помощи феррозонда,
расположенного симметрично вдоль
оси внутри намагничивающего соле-
ноида. По такому принципу работают
импульсные магнитные анализаторы
ИМА-2А, ИМА-4 и МФ-10К.

Пределы измерения градиента ма-
гнитного поля ИМА-4 (3 — 280) X
X 102 А/м2, максимальная амплитуда
намагничивающих импульсов 2, IX
X 105 А, число намагничивающих им-
пульсов 1—10. Приборы типа ИМК
применяют для оценки твердости уг-
леродистых сталей.

Для контроля твердости начинают
применять новые магнитные методы:
метод высших гармоник и метод ма-
гнитных шумов. Метод высших гар-
моник основан на нелинейности ма-
гнитных характеристик материала кон-
тролируемого изделия в переменном
магнитном поле и анализе высших гар-
моник сигналов датчиков. Метод ма-
гнитных шумов основан на анализе
спектра, амплитуд и длительности маг-
нитного шума (скачков Барггаузена)
в функции исследуемых механических
свойств ферромагнитного материала.

Известен магнитный метод контроля

твердости, основанный на намагничи-
вании контролируемого изделия в двух
взаимно перпендикулярных направ-
лениях постоянными полями разной
напряженности и измерении угла пово-
рота вектора тангенциальной состав-
ляющей остаточной намагниченности.
Созданный по этому принципу прибор
ФИТА-1 позволил контролировать
твердость углеродистой стали У8А
с производительностью, более чем
в 10 раз превышающей производитель-
ность прибора Бринелля ТШ-2А.

Среди электромагнитных приборов
для контроля твердости наиболее ши-
роко применяют структуроскоп
ВС-10П. Он предназначен для кон-
троля прутков, труб, уголков, болтов,
шпилек и т. п. из сталей 10, 25, 35, 45
(ГОСТ 1050—74), а также из других
сталей, для которых может быть уста-
новлена однозначная связь электро-
магнитных характеристик с твер-
достью. Частота тока питания про-
ходного преобразователя 175 Гц. Прин-
цип работы прибора основан на воз-
буждении в испытуемом токопроводя-
щем изделии вихревых токов и ана-
лизе изменения вторичного поля вихре-
вых токов в зависимости от измеряе-
мого параметра (твердость). Для ана-
лиза применяют амплитудно-фазовый
метод обработки информации, которая
сравнивается с сигналом от эталон-
ного образца. Прибор может работать
в двух режимах — по первой и по
третьей гармонике. Трудность исполь-
зования электромагнитных структу-
роскопов для контроля твердости за-
ключается в необходимости отстройки
от многих влияющих на результат
измерения неконтролируемых параме-
тров (зазор, диаметр, длина изделия,
вариации химического состава, удель-
ная электрическая проводимость и
т. д.). В настоящее время такие прибо-
ры, как и магнитные, могут быть
рекомендованы в качестве индикаци-
онных средств, а уточнять их метроло-
гические характеристики можно толь-
ко после соответствующих эксперимен-
тальных статистических исследований
для стали выбранной марки.

Для расширения диапазона контро-
лируемых материалов применяют мно.
гочастотные электромагнитные струк.
туроскопы ВС-ЗОНП (СССР) или «Ма-
0па(ез1 13.610» (ФРГ), «Уекйпеп1
М900М» (США) и др. Диапазон ис-
пользуемых частот 50 Гц—100 кГц,
преобразователи — накладные и про-
ходные различной конфигурации.

Для контроля твердости промышлен-
ных алюминиевых сплавов широко при-
меняют вихретоковые измерители
удельной электрической проводимо-
сти. Существует однозначная (близ-
кая к линейной) взаимосвязь между
удельной электрической проводи-
мостью и твердостью с учетом процент-
ного содержания добавок меди, мар-
ганца, магния и цинка. Удельная
электрическая проводимость, как и
твердость, характеризует отожженное
и естественное старение дюралюминия.
Эти закономерности типичны и для
многих других цветных сплавов на
основе меди и магния (например, для
латуни и бронзы). Серийно выпускают
вихретоковые измерители удельной
электрической проводимости ВЭ-20Н,
ВЭ-21Н и ВЭ-22Н с погрешностью из-
мерений 3 %. Приборы работают на
частотах, кГц: ВЭ-20 Н — 500,
ВЭ-21Н — 1000 и ВЭ-22Н — 3000; ми-
нимальная толщина детали 1 мм, диа-
метр зоны контроля накладным пре-
образователем 20 мм.

При исследовании локализованных
в тонких поверхностях слоях напря-
жений изделий, подвергшихся поверх-
ностному упрочнению, применяют
рентгеновские методы контроля. Рент-
геновские дифрактометры ДРН-2,
ДРОН-1 (СССР), МОК-ЮЗ, МОК-Н2
(Япония) и др. нашли широкое приме-
нение для контроля напряжений раз-
личных изделий. Принцип их работы
основан на дифракции рентгеновских
лучей при прохождении их через кри-
сталлическую решетку исследуемого
материала.

Один из новых методов измерения
твердости — экво-метод, предложен-
ный швейцарским инженером Либом.
Метод основан на измерении скорости
падения и отскока специального удар-
ного устройства с наконечником из
карбида вольфрама. Метод характе-
ризуется сравнительно высокой точ-
ностью и простотой.

Ударное устройство с испытатель-
ным наконечником под действием пру-

жины ударяется о поверхность испы-
туемого образца, а затем отскакивает.
Измеряют скорости наконечника до
удара и после отскока при помощи
постоянного магнита, встроенного в на-
конечник, который пролетает через
неподвижную индукционную катушку
при движении вперед-назад. Постоян-
ный магнит индуцирует электрическое
напряжение в катушке, пропорцио-
нальное скорости его пролета.

Твердость определяют как отноше-
ние скорости до удара ударного устрой- ;
ства к скорости после отскока, умно-
женное на 1000. Каждый участок об-
разца должен быть испытан двумя-
тремя ударами. Для этого необходима
площадь контроля ЮХ 10 мм. Измери-
тель твердости подобного рода «Есуо-
Пр» (Швейцария) применяют и для
кривых поверхностей с радиусом кри-
визны более 30 мм.

Для периодического контроля удар-
ного и индикаторного устройств при-
бор комплектуют стандартной испыта-
тельной пластиной твердости.

При одинаковой твердости материа-
лов с разными модулями упругости
материал, модуль упругости которого
меньше, дает большее значение услов-
ных показаний твердости Ь. Если
измеряют твердость какой-то опреде-
ленной группы материалов (т. е. '
сталь, алюминий и т. д.), то примени- '
тельно к этой группе устанавливают
диапазон Ь.

К прибору прилагают графики пре-
образования стандартных статических
значений твердости (по Бринеллю,
Виккерсу, Роквеллу С) и Ь.,

Для Деталей небольшого размера
массой 2—5 кг необходима прочная
дополнительная опора.

Поверхность испытуемого образца
должна быть гладкой, хорошо отшли-
фованной.

В основу работы прибора положены
следующие уравнения энергии:

2

с51

± + №>;

тУ*

2


где т — масса ударного тела; V п —
скорость отскока ударного тела; с —
коэффициент жесткости пружины;
уа — скорость падения ударного тела;
5 — общий ход пружины; 8д — путь
отскока ударного тела; § — ускорение
свободного падения; —------кинети-

ческая энергия ударного тела в момент
г?52

начала отскока; —— остаточная

потенциальная энергия пружинного
механизма; — остаточная потен-
циальная энергия силы тяжести; —
энергия от трения вдоль пути отскока;
НУ — энергия от трения вдоль хода
пружины.

Технические характеристики
прибора «ЕусоНр»

Диапазон измерений Ь:

для стали (Е —

= 210 000 МПа) .	. .	300—700

(НВ 80—440);
300—880

(НУ 80 — 440);
510—880

(НУ 80-940)
для алюминиевых спла-

вов (Е = 6 500-ь

4- 85 000 МПа) . . .	200—560

(НВ 30-160)

Максимально допустимая

твердость образца .... НУ 940;

НЦС 68

Среднее отклонение (%)
измерений по отношению
к Ь = 800 ................. =ЬО,8

Ударное устройство:

,г масса, г.................  5,5

энергия удара, Н*мм	И

диаметр сферического
испытательного нако-
нечника, мм............ 3

материал наконечника	Карбид

вольфрама
(НУ 1600)

Допустимый температур-

ный диапазон, °С ....	5—50

Измеряется скорость перемещения
ударного устройства индукционным
преобразователем на расстоянии
мм от испытуемой поверхности.
Отношение двух скоростей позволяет
оценить ударную энергию в безразмер-
ных значениях и исключает необходи-
мость индивидуальной калибровки
ударных устройств. Измерительный
блок представляет собой усилитель и
два пиковых детектора, после которых

сигналы поступают на аналого-цифро-
вой преобразователь, регулируемый
блоком управления. Частное от деле-
ния сигналов показывает цифровой
регистратор.

ПРИБОРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ
ФИРМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ТВЕРДОСТИ

Приборы для измерения твердости
выпускают многие зарубежные фирмы,
ведущими являются \Уо1рег1, КеюЬег-
(ег (ФРГ), АУПзоп (США), Ме1ег (Ав-
стрия), АказЫ (Япония), АУРМ (ГДР).
Все фирмы наряду со стационарными
приборами для измерения твердости
малогабаритных образцов и деталей
выпускают и приборы для измерения
твердости крупногабаритных деталей
(фирма Ке1сЬег1ег), а также приборы
переносного типа (фирма Ме1ег).

Кроме приборов для измерения твер-
дости металлов ряд фирм выпускает
приборы для измерения твердости не-
металлических изделий.

Твердомеры, измеряющие твердость
резины по Шору А, Шору С и др.
выпускают фирмы (ФРГ), 8Ы-
табги (Япония) ряд фирм США,
Франции и других стран.

Приборы для измерения твердости
пластмасс в основном выпускают фир-
мы АУИзоп (США), Току о ТезНп^ Ма-
сЫпе (Япония), 2^ск (ФРГ).

Отличительная особенность прибо-
ров зарубежных фирм — то, что в ос-
новном они универсального типа; в од-
ном приборе создаются нагрузки, по-
зволяющие измерять твердость по
двум, а иногда и по трем методам —
Роквеллу, Бринеллю и Виккерсу.,

Кроме того, в приборах зарубежных
фирм очень широко применяют не-
традиционные для приборов СССР на-
грузки — по методу Бринелля 613
и 319 Н, а по методу Роквелла шкалы
Г), Е, Г, О. Н, К, I, М, Р, Р, 8, V и
инденторы диаметром г/8"; 1//; 1/2",
что позволяет применять приборы для
измерения твердости в исследователь-
ских целях.

Кроме того, фирмы 5Уо1рег1 и Ке>
сЬеНег (ФРГ), АказЫ (Япония) и др.
в настоящее время широко применяют
электрические датчики перемещений,
6. Основные параметры и характеристики твердомеров для испытания материалов зарубежного производства

Модель	Метод испытания твердости	Испытательные нагрузки		Привод нагружен ия	Наиболь- шая высота рабоче- го про- стран- ства	Расстоя- ние от корпуса до нако- нечника	Габаритные размеры	Масса, кг
		максималь- ные	мини- маль- ные					
		Н			мм			

УЕВ \УРМ (ГДР)

НМО 10  НРО 250  НР 250	Виккерс Бринелль, Виккерс  Роквелл, Бринелль	50 и 100 Бринелль 2 500 Виккерс 1 200 1 500 2 500	156,25  50  1000  625	Пружинный Электро- механический  Рычажно- грузовой	200	150  140	310X 160X 280 670X300X970  540X320X730	12 180  115
НРО 3000	Бринелль	30 000	5000	Электрогидрав-	150	200	1080Х475Х 1500	570
НРА	Роквелл	139	613	лический	180	140	400Х600Х 1000	300
		Каг1 Егапк (ФРГ)						
Егапко-зкор 4533	Бринелль,	30 000	312,5		400	160	390Х700Х 1100	400
	Виккерс	1 250	300					
Егапко-зкор 4532	Бринелль,	2 500	156	Электрический				
	Виккерс,	500	10		280	145	600Х 250Х 1000	200
	Роквелл	1 500	1000					
«ВНПх 3000* № 525	Бринелль	30 000	1875	Гидравлический	280	160	—	—
«Оир1ех— НаНергСИег»	Роквелл,	1 500	600	Механический		150		
№ 506	Супер- Роквелл	450	150		270			
«8ирег1езЬ № 530	Роквелл, Бринелль	2 500	156	Электрический		140	—	—
«ДУеШезЬ 4.500		2 500	156		270		500Х 165X620	85
«ШеШез!» 4.501	Роквелл,	2 500	156		450		500Х 165X800	ПО
«ТСеШезЬ 4.502	Бринелль,	2 500	156	Электро-	500	160	870Х530Х 850	250
«АУеШезЬ 4.505 — 4.605	Виккерс	1 500 2 500		механический	270		530X220X700	ПО
		300						

Приборы зарубежных фирм	277
Продолжение табл. 6

Модель	Метод испытания твердости	Испытательные нагрузки		Привод нагружения	Наиболь- шая высота рабоче- го про- стран- ства	Расстоя- ние от корпуса до нако- нечника	Габаритные размеры	юса. кг
		максималь- н ые	мини- маль- ные					
		Н				мм		2
«Ргапко1е»1» № 4.537	Виккерс, Кнуп, Гродзинский	50	0,01	Электро-	ЙЯВ			—
«Р1по1ез1> № 4.536	Виккерс, Кнуп, Гродзинский	300	2,00	механический	300	120		45 <30)
«Роске \УиИ» Кв 4.555	Роквелл	1 500	600		170	55	—	—

6еог& Ке1сЬег1ег (ФРГ)

Вг1го-УА-Аи1ота1  Впго-УА-В1йНа1		Роквелл	2 500	600	Электрический	250  250, 360, 500	150	460X210X830	120  85, 93, 100
Впго-Аи1ота( НЕ1-1  Вг1го ТК		Роквелл Супер- Роквелл Роквелл	1 875  450  1 875	600  150  600	7 идравлический	250  до 300	150  80	640Х 830Х 1700	365
Вгтзкор  Вгтзкор	187,5Н 250Н	Бринелль, Виккерс	1 875  2 500	9,77  19,53	Ручной	280	150	290Х 555Х 980	205
ВгМзкор ВгМзкор	187,5М 250М	Виккерс, Бринелль	1 875  2 500	19,53  30	Электрический			290Х 555X980	230
Вгтзкор Вг1у1зкор	ВУК 187,5Н  ВУК 250Н	Бринелль, Виккерс, Роквелл	1 875  2 500	9,77  19,53	Ручной	Бринелль — 150  Виккерс — 270  Роквелл — 225		290X555X980	205
ВгМзкор	ВЫ	Бринелль, Виккерс		500		—	200	340Х745Х 1360	375
Вгтзкор	30000	Бринелль (Виккерс)		1200	Электрогидрав- лический	300	200	360Х840Х 12Г0	>600
ВгМзкор  ВгМзкор	ВРУ2-1  ВРУ2-2	Бринелль, Виккерс Бринелль, Виккерс	30 000	1200	Гидравлический	750  500	250  340	600Х 1092X2490  700X950X 2490	1580  1580



СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ
Продолжение табл. 6

	Метод испытания твердости	Испытательные нагрузки			Наиболь- шая высота	Расстоя- ние от	Габаритные размеры	
Модель		максималь- ные	мини- маль- ные	Привод нагружения	рабоче- го про- стран - ства	корпуса до нако- нечника		со о
		Н			мм			
Вгтзкор ВРК1-1	Бринелль, Виккерс			Электрический	1250	320	810Х 1860Х 2700	4000
Вгтзог КЬ2	Бринелль, Виккерс Бринелль	117	0,5	Ручной	200	160	200X390X 560	45
Вг1у*8ог УНТЗ		7 500		Ручной (пружина)	20—130	65	—	15
Вг1у1яог УНТ5	Виккерс	200				—		7
		ОИо	5Уо1рег1 — АУегке (ФРГ)					
В8 300	Бринелль	|	30 000	5000		400	185	500Х 1000Х 1460	750
АНТ 2000 НТ 2000	Роквелл	1 500	100		300	175	1575X 400X600	280
			300					
НТ 2001  НТ 2002  НТ 2003	Универ- сальный Супер-  РоквелЛ Разные методы	2 500  450  2 500	156  150  150	Электро- механический	300	175	515Х 180X770	125
У-Тев1ог 2	Виккерс, Кнуп Бринелль Виккерс, Роквелл	0,1 — 100			220		750X 250X 510	80
Э1а Тез(ог 2п  О1а Тез(ог 2Кс		2 500  1 250  1 500	50  10  600		300	150	937X612X350	200
8Ъоге 8А 8Ьоге 80	Шор	12,5  50,0			0—55		90Х68Х 29	

Приборы зарубежных фирм

го
3
Продолжение табл. 6

Модель	Метод испытания твердости	Испытательные нагрузки		Привод нагружения	Наиболь- шая высота рабоче- го про- стран- ства	Расстоя- ние от корпуса до нако- нечника	Габаритные размеры	Масса,- кг
		максималь- ные	мини- маль- ные					
		Н			мм			
		УУПзоп 1пз1гитеп1 БМзюп АССО (США)						
УК Мобе!з 3 — 13  ЭК Мобе1з	Роквелл Супер- Роквелл Роквелл	1 500  450  1 500	600  150  600	Электрический	203	ГЗЗ	=»	—
05 Мобе! з  Мобе1з ТТ	Супер- Роквелл Роквелл, Супер- Роквелл	1 500	150		406  203, 305, 406	133		—
Мобек К-10 КЭК-Ю КОК-ЮЕ	Бринелль	30 000	5000	Гидравлический	431  355  355	254	381 Х736Х 1778	900
Мобе! Л Мобе! Ь				Механический Г идравли^еский	215	152	266 X 660 X 824 228X457X889	500

АказЫ 5е1закизко Ыб (Япония)

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

ЗНТ-ЗКРЬМ	Роквелл,
	Супер- Роквелл
АУК	Виккерс
МУК-О	Виккерс, Кнуп

Максимальная высота образца, мм.
Глубина образца, мм.

1 500	150
500	10
10	0,1

Электрический	70 *		370X800X720	160
	200 *	140 **	305X520X810	87
	60 *		250X365X470	25



НЙЙ
которые позволяют выдавать резуль-
таты измерений твердости по методу
Роквелла и Бринелля в цифровом
виде, что значительно снижает утом-
ляемость оператора и повышает про-
изводительность.

Некоторые фирмы (КеюЬеНег, XVII-
5оп и др.) на базе унифицированных
измерительных головок разрабатывают
и изготовляют иногда по индивиду-
альным заказам приборы с автомати-
ческим и полуавтоматическим циклом
испытания с загрузочными сортировоч-
ными устройствами, позволяющими
рассортировывать детали на группы —
твердость нормальная, твердость за-
вышенная, твердость заниженная.

В приборах для измерения твердости
вместе с традиционными грузовыми
методами создания нагрузки широко
применяют пружинные и гидравличе-
ские силовозбуждающие системы, ко-
торые позволяют создавать приборы
компактные и высокопроизводительные
(до 1200 испытаний в 1 ч).

Всего в мире для измерения твер-
дости вместе с приборами, выпускае-
мыми в Советском Союзе, по сведе-
ниям на конец 1978 года, выпускается
около 120 типов приборов для измере-
ния твердости по методу Роквелла,
около 80 наименований по методу
Бринелля и около 50 наименований
приборов для измерения твердости по
методу Виккерса.

Кроме того, выпускаются незначи-
тельные количества типов приборов
для измерения твердости и по другим
методам, например, приборы для из-
мерения твердости по методу отскока
и др.

Некоторые приборы наиболее пере-
довых фирм с указанием характеристик
приведены в табл. 6.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Варнелло В. В. Измерение твердости
металлов. М.: Изд-во Стандартов, 1965.
195 с.

2.	Гогоберидзе Д. Б. Твердость и методы
ее измерения. М. —* Л.; Машгиз, 1952.
319 с.

3.	Гусятинская Н. С. Современное состо-
яние метрологического обеспечения
измерения твердости металлов методом
упругого отскока бойка (по Шору). Об-
зорная информация. — Тр. ВНИИКИ.
Сер. Метрологическое обеспечение изме-
рения. М.: Изд-во Стандартов, 1980.
Вып. 3. 40 с.

4.	Испытания металлов/Под ред. Нитц-
ше. М.: Металлургия, 1967. 452 с.

5.	Кирносов В. И. Измерение механиче-
ских характеристик материалов. М.:
Изд-во Стандартов, 1976. 240 с.

6.	Кирносов В. И., Яновский Н. И. Ма-
шины и приборы для испытания матери-
алов. М.: Машгиз, 1957. 300 с.

7.	Пилипчук Б. И. Международное един-
ство измерений твердости — Измеритель-
ная техника, 1967, № 8, с. 25 — 28.

8.	Пилипчук Б. И. Обзор теории твер-
дости. М. — Л.: Стандартгиз. 111 с.

9.	Тимощук Л. Т. Механические испыта-
ния металлов. М.: Металлургия, 1971.
224 с.
Глава

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
НА ВОЗДЕЙСТВИЕ
ВИБРАЦИОННЫХ НАГРУЗОК

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Механические воздействия на аппа-
ратуру. Аппаратура и приборы, уста-
новленные на объекты, подвергающие-
ся в условиях эксплуатации воздей-
ствию знакопеременных сил, испы-
тывают вибрационные нагрузки, мо-
гущие привести к их неисправности
и поломке. Действие вибрационных
нагрузок сказывается также при транс-
портировании аппаратуры, при работе
мощных механизмов рядом с ней.
Причины возникновения вибрации раз-
личные, например, в механизмах ви-
брация может быть вызвана периоди-
ческими силами, возникающими при
движении с ускорениями неуравнове-
шенных масс вследствие периодиче-
ских толчков, из-за неодинаковой жест-
кости различных элементов конструк-
ций. Около 70—80 % отказов изделий
в машиностроении являются резуль-
татом действия вибрации. Интенсив-
ность воздействия вибрации на из-
делие определяется не только амплиту-
дой колебаний, но и максимальным
ускорением. Наибольшую^ опасность
для аппаратуры, находящейся под
воздействием вибрации, создают ре-
зонансные эффекты, когда частота ви-
брации близка к собственным частотам
колебаний элементов конструкции.
Значительную трудность в распозна-
вании представляют параметрические
резонансы элементов аппаратуры,
борьба с которыми затруднена в связи
с тем, что параметрические колебания
происходят в низкочастотных и высо-
кочастотных диапазонах частот.

Допустимые перемещения и ускоре-
ния вибрации, а также ее частота
во многом зависят от назначения уст-
ройства, места его установки и про-
должительности эксплуатации. Напри-
мер, у мощных турбомашин при 1500—
3000 об/мин допустимое перемещение
вибрации не должно превышать 0,1—
0,2 мм. Эта вибрация может быть

уменьшена при увеличении частоты
вращения. При таком условии можно
обеспечивать большую продолжитель-
ность безотказной работы аппаратуры
или механизмов.

Вибрации летательных аппаратов
вызывают накопление усталостных по-
вреждений, сокращение ресурса ра-
боты двигателей, автоколебания кор-
пуса. Наиболее сложный характер
вибрации испытывают ракеты, осо-
бенно в режиме запуска. Основными
причинами вибрации в данном случае
являются работа двигателя и аэроди-
намические эффекты. Установлено, что
мощные ракетные двигатели, работа-
ющие на жидком топливе, создают
вибрацию с частотой в несколько сотен
герц, а менее мощные двигатели на
твердом топливе до 2000 Гц [9].

Характеристики возможных ме-
ханических воздействий на аппаратуру
в зависимости от места ее установки и
транспортирования приведены в
табл. 1.

Характерные неисправности аппа-
ратуры, вызываемые вибрацией. Ви-
брационные перегрузки вызывают ме-
ханические повреждения аппаратуры,
ее монтажа и нарушение режима ра-
боты, а в некоторых случаях могут
быть причиной неработоспособности
аппаратуры. При совпадении частоты
вибрации с собственными резонансны-
ми частотами элементов аппаратуры
возможен обрыв проводов в местах
их закрепления или соединения с де-
талью, нарушение герметизации, воз-
никновение коротких замыканий между
деталями и т. д. Мелкие радиодетали
с выводами диаметром 0,6—1,06 мм,
длиной 30 мм и массой 0,03—12,4 г
имеют собственные резонансные ча-
стоты 200—450 Гц. Уменьшение длины
выводов до 12,5 мм приводит к росту
собственной резонансной частоты до
1000—1500 Гц, что можно использо-
вать для уменьшения влияния вибра-
ции. Повышение резонансной частоты
и уменьшение амплитуды колебаний
может достигаться применением более
толстых проводов, уменьшением массы
деталей и использованием приспособле-
ний для креплений шасси.

В регулируемых радиоэлементах под
действием вибрации может наблюдать-
ся нарушение первоначально установ-
ленных номиналов; например, у пере-
менных резисторов возможно смещение
движка и изменение сопротивления,
а у конденсаторов — изменение ем-
кости. Кроме того, вибрация пластин
конденсаторов переменной емкости и
электродов электровакуумных элемен-
тов может вызвать появление микро-
фонного эффекта. Вибрация тяжелых
радиоэлементов, которые закрепляют
с помощью шпилек, болтов и кронштей-
нов, может привести к их поломке.

Вибрации электровакуумных прибо-
ров вызывают повреждение нитей на-
кала и подогревателей, нарушение
контактов в местах точечных сварок,
изменение междуэлектродных расстоя-
ний, увеличение газовыделения и на-
рушение вакуума, рост виброшумов
ламп, повреждение спая металла со
стеклом и т. д. Для электровакуумных
приборов наиболее опасным является
интервал частот 175—500 Гц, в кото-
ром расположены их собственные ре-
зонансные частоты.

Действие вибрации на несущие эле-
менты конструкции изделий, такие как
шасси, каркасы, стойки, кронштейны
и т. п. в случае возникновения ре-
зонансных явлений может вызывать
их поломку. Резонансные явления
в конструкциях возникают в диапазоне
частот 15—150 Гц. Некоторые кон-
струкции изделий поглощают высоко-
частотные составляющие амплитудно-
частотного спектра сильнее, чем низ-
кочастотные. Поэтому при измерении
вибрации около источника форма ко-
лебаний отличается от периодической,
а вдали от источника — может быть
даже синусоидальная.

Вибрация уменьшается при установ-
ке между вибрирующим объектом и
его основанием различных упругих
прокладок, применении виброизолято-
ров различного типа, изготовлении
деталей из пластмасс и т. д.

Цель испытаний. Соотношения ме-
жду степенью жесткости внешних ме-

1. Характеристики механических
воздействий на аппаратуру |9]

Расположение аппаратуры	Частота вибра- ции, Гц	Макси- мальная ампли- туда, мм
В кузовах автомашин	0—80	1,0—2,5
На тракторах типа: колесного	8-15		
гусеничного	20—	±0,25
На самолетах с вин-	2000  10—	±0,75—
товым двигателем	500	±3,8
На кораблях тонна- жа: большого	0—25	
малого	10—	±1
Транспортирование	300  2—3	38
по железной дороге		

ха ни чески х воздействий, прочностью
и стабильностью работы аппаратуры
являются факторами, определяющими
ее способность нормально функцио-
нировать, безотказно выполнять тре-
буемые операции. Одним из основных
и наиболее широко осуществляемых
видов испытаний аппаратуры и ее
элементов на механические воздей-
ствия являются вибрационные испы-
тания. Основной целью вибрационных
испытаний является установление спо-
собности изделий противостоять раз-
рушающему влиянию механических
воздействий (испытание на вибропроч-
ность), а также определение их спо-
собности выполнять свои функции при
сохранении электрических параметров
в пределах установленных норм (испы-
тание на виброустойчивость).

В рекомендациях международной
электротехнической комиссии (МЭК)
цель испытаний на воздействие гар-
монической вибрации приводится как
определение устойчивости аппаратуры
и ее элементов к воздействию вибрации
с заданной степенью жесткости.

При испытаниях на воздействие ви-
брационных нагрузок необходимо ре-
шать следующие вопросы: 1) подвер-
гать ли испытаниям готовое изделие
или его отдельные элементы; 2) какое
минимальное число измерительных то-
чек следует выбирать и как они должны
быть расположены для оценки рас-
пределения перегрузок в изделии;
3) какие приспособления необходимо
выбрать или изготовить для крепления
изделия к источнику вибрации; 4) ка-
кой метод испытания следует приме-
нить; 5) каким оборудованием следует
пользоваться и какой виброиспытатель-
ный комплекс следует создавать.

Виды испытаний. Существуют сле-
дующие виды механических испыта-
ний аппаратуры и изделий: стендовые
или лабораторные, полунатурные и
натурные в условиях эксплуатации.

Стендовые или лабораторные вибра-
ционные испытания осуществляют на
вибростендах, которые приближенно
воспроизводят реальные динамические
нагрузки, действующие на аппаратуру
при транспортировании и эксплуата-
ции. При таких испытаниях прове-
ряют качество изготовления, работо-
способность и долговечность аппара-
туры.

Нормы стендовых испытаний должны
соответствовать параметрам динамиче-
ских нагрузок, полученным в реаль-
ных условиях эксплуатации аппара-
туры. Если таких данных нет, то при
стендовых испытаниях принимают ори-
ентировочные, несколько завышенные
нормы, которые определяют по про-
тотипам, исходя из условий эксплуа-
тации аппаратуры, аналогичной раз-
рабатываемой. Например, радиоэлек-
тронная аппаратура, отвечающая вы-
ходным требованиям по испытаниям на
вибрационные нагрузки, должна вы-
держивать воздействие вибрации с ам-
плитудой ускорений до 200 м/с2 в диа-
пазоне частот 5—5000 Гц. Общая дли-
тельность стендовых испытаний должна
быть ограниченной, если не ставится
задача определения предела долговеч-
ности аппаратуры.

Порядок проведения стендовых ви-
брационных испытаний следующий:
1) определяют резонансы в заданном
диапазоне частот и испытывают на
вибропрочность на фиксированных ча-
стотах (контрольные испытания);
2) аппаратуру испытывают на вибро-
прочность в диапазоне частот, а затем
на виброустойчивость. После конструк-
тивной доработки аппаратуру вновь
подвергают вибрационным испыта-
ниям.

При определении резонансных ча-
стот аппаратуру в выключенном со-
стоянии подвергают воздействию гар-
монической вибрации при пониженных
ускорениях, как правило не превыша-
ющих 20 м/с2, в диапазоне частот 10—
150 Гц. Резонансные частоты регистри-
руют и составляют их график спектра.
После нахождения спектра резонанс-
ных частот, исходя из требований к ис-
пытаниям, назначают одну или не-
сколько нерезонансных частот, при
которых производят контрольные ис-
пытания аппаратуры на воздействие
ускорения при различной длительно-
сти испытания. Испытания на одной
частоте предусматривают выявление
производственных дефектов изготов-
ления аппаратуры, поэтому при кон-
трольных испытаниях ее не следует
испытывать на резонансной частоте.
Если испытания проводились на ре-
зонансной частоте, то в случае обна-
ружения какого-либо дефекта трудно
установить причину разрушения, так
как при длительных испытаниях раз-
рушение может быть вызвано действием
резонансных эффектов, а не дефектом
изготовления аппаратуры. Поэтому ис-
пытания рекомендуется начинать с оп-
ределения резонансных частот при
пониженных воздействующих ускоре-
ниях гармонической вибрации.

При испытании на вибропрочность
в диапазоне частот аппаратура подвер-
гается воздействию гармонической ви-
брации с плавной разверткой частоты,
а также широкополосной, узкополос-
ной или смешанной вибрации. При этом
общее время испытаний разделяют на
равные промежутки, в течение которых
осуществляют испытания на каждой
выбранной частоте. Не рекомендуется
проводить испытания на вибропроч-
ность на резонансных частотах, за
исключением некоторых случаев, ко-
торые оговариваются особо. Во время
испытаний на вибропрочность в диа-
пазоне частот аппаратуру и ее отдель-
ные элементы периодически проверяют
на отсутствие механических повре-
ждений.

Испытания на виброустойчивость
проводят при включенном состоянии
испытываемой аппаратуры. Поэтому
к ней должны быть подключены из-
мерительные приборы, с помощью ко-
торых контролируют работоспособ-
ность и изменение параметров аппара-
туры при воздействии на нее вибрации
с заданной перегрузкой в заданном
диапазоне частот.

Перед проведением стендовых испы-
таний изделия осматривают и изме-
ряют указанные в технических усло-
виях параметры. Время испытаний и
требования к изменению параметров
в условиях вибрационных испытаний
установлены нормативно-технической
документацией.

Для проведения испытаний изделия
или аппаратуру укрепляют на плат-
форме (столе) вибростенда так, чтобы
вибрация передавалась с минималь-
ными потерями. Выбирая способы за-
крепления, необходимо учитывать по-
ложение изделий при эксплуатации,
а также возможности вибростенда.
Следует учитывать особенности закреп-
ления на столе вибростенда отдельных
приборов или изделий, а также раз-
личных радиоэлементов. Возможны
случаи, когда отдельный элемент, бу-
дучи установленным на специальной
плате, нормально выдерживает испы-
тательный режим, но отказывает при
испытаниях, будучи установленным
в изделиях. Это объясняется тем, что
некоторые конструкции могут усили-
вать вибрационные нагрузки. Особую
опасность представляют случаи, при
которых возникают резонансные яв-
ления. Длз повышения эффективности
изделия испытывают в условиях, при-
ближенных к реальным условиям экс-
плуатации, или элементы испытывают
при увеличении нагрузки в 1,5 раза.

При проведении испытаний элемен-
тов, установленных на специальных
платах, возможны случаи, когда они
не выдерживают испытаний из-за уве-
личения нагрузки вследствие резонанс-
ных явлений. Поэтому изделия (эле-
менты), работающие в каком-либо ком-
плексе, целесообразно испытывать в со-
члененном состоянии. При этом, если
изделие эксплуатируется под нагруз-
кой, то и испытания следует прово-
дить под нагрузкой.

При наличии резонансных эффектов
рекомендуется изделия дополнительно
испытывать на виброустойчивость на
резонансных частотах. Если испытуе-
мое изделие представляет собой слож-

ную многомассную систему, то оно
обладает несколькими резонансными
частотами. При испытании следует
определять и фиксировать в докумен-
тации все резонансные частоты до
20 000 Гц, так как эти данные могут
быть использованы при конструктив-
ной доработке аппаратуры.

В зависимости от демпфирующих
свойств конструкции, затухания вибра-
ции в элементах конструкции аппара-
туры, свойств материала, из которого
изготовлена конструкция, амплитуды
колебаний при резонансе имеют ко-
нечное значение. Если амплитуда ко-
лебаний не превышает заданного зна-
чения, например удвоенной ампли-
туды вибрации, воздействующей на
аппаратуру, то резонанс считают до-
пустимым.

В практике стендовых испытаний на
виброустойчивость наибольшее приме-
нение находит прямой способ опреде-
ления частоты собственных колебаний
конструкций, который заключается
в выявлении резонанса и фиксировании
частоты возмущающих колебаний. Од-
нако этот способ несовершенен, так
как из-за демпфирующих свойств кон-
струкции резонансная частота элемен-
тов может отличаться от частоты воз-
буждения вибрации; возможно также
появление параметрических резонан-
сов; кроме того, на высоких частотах
амплитуды колебаний имеют малые
значения, и выявить резонансы пря-
мыми методами трудно. Тем не менее,
несмотря на малые амплитуды коле-
баний, механические напряжения в
опасных местах крепления элементов
или в самих элементах при резонансе
могут значительно превышать предел
выносливости и привести к выводу
аппаратуры из строя. Однако некото-
рые элементы конструкции, например
защитные кожухи, могут испытывать
очень большие перегрузки при ре-
зонансах и в то же время резонансные
эффекты этих элементов не нарушают
работоспособность аппаратуры. Вслед-
ствие этого возникают определенные
трудности при выявлении резонанс-
ных эффектов и результатов их дей-
ствия на аппаратуру при испытаниях
на виброустойчивость.

Виброиспытания при конструктив-
ной доработке аппаратуры проводятся
2, Параметры испытаний
функциональных узлов
радиоэлектронной аппаратуры
на вибропрочность

Режимы испытаний

1 II III IV

Пара-
метр

Частота,
Гц

Время, ч
Ускоре-
ние, м/с2

10-30 30—50 50*-	100—

100	.200

2	1	0,8	0,5

30	50	10	15

в тех случаях, когда выявлены де-
фекты или повреждения в блоках
при испытаниях на вибропрочность
и виброустойчивость, которые можно
устранить, не прибегая к конструи-
рованию аппаратуры заново. При раз-
работке новой аппаратуры конструк-
цию многих узлов и блоков можно
улучшить во время виброиспытаний,
которые позволяют выявить характер
действия вибрации и реакцию на нее
элементов конструкции. Особенность
таких испытаний состоит в выявлении
причин, вызывающих нарушение ра-
ботоспособности аппаратуры, их тща-
тельном анализе и выдаче рекомен-
даций по их устранению. Продолжи-
тельность испытаний при этом зависит
от того, насколько быстро обнаружена
и устранена причина нарушения нор-
мальной работоспособности узла или
блока аппаратуры. Нарушение вибро-
устойчивости аппаратуры зачастую вы-
зывается сложными внутренними де-
фектами, которые можно обнаружить
только при тщательном исследовании
аппаратуры, и поэтому внесение из-
менений в конструкцию по результатам
виброиспытаний требует больших за-
трат времени.

В рекомендациях МЭК указаны три
стадии стендовых испытаний: перво-
начальное выявление резонанса, вы-
держка при испытании на вибропроч-
ность и окончательное выявление ре-
зонанса. После проверки на вибро-
прочность вновь проверяют рабочие
характеристики изделия и сопостав-
ляют результаты первоначальных и
окончательных испытаний.

Наиболее точными являются натур-
ные испытания аппаратуры, однако
при проведении их необходимо решать
сложные вопросы, связанные с пере-
дачей информации с объектов, на кото-
рых установлена эта аппаратура, с не-
достаточным объемом информации и
высокой стоимостью проведения таких
испытаний. Из-за сложности возмуща-
ющих колебаний возникают также
трудности с анализом вибрации и
с выявлением причин, вызывающих
поломки и нарушение работоспособ-
ности аппаратуры.

Выявить резонансные вибрации ап-
паратуры при натурных испытаниях
по амплитуде и частоте вибрации,
зафиксированных в отдельных точках
конструкции, без знания параметров
возбуждающих сил объекта, прямыми
способами невозможно. Поэтому при-
меняют полунатурные испытания, ис-
пользуя магнитофонные записи на-
турных испытаний на объекте, а также
данные, переданные по каналам теле-
метрии, для дальнейшего воспроизве-
дения этих условий при стендовых
испытаниях.

Все рассмотренные выше особенно-
сти различных видов испытаний долж-
ны оговариваться в программе испыта-
ний и в технических условиях на испы-
туемое изделие.

Метод испытаний на фиксированных
частотах вибрации заключается в по-
следовательном воздействии гармониче-
ской вибрации определенной частоты
и амплитуды на испытуемую аппара-
туру в требуемом диапазоне частот.

В программе испытаний аппаратуры
на вибропрочность и виброустойчи-
вость методом фиксированных частот
указывают поддиапазоны частот Д/7,
время испытания /и и амплитуды уско-
рения До,.

Рекомендуется выдержать изделие
на высшей частоте каждого поддиапа-
зона. Продолжительность выдержки
в обоих указанных случаях устанавли-
вают в соответствии с требованиями
технических условий, но при испы-
таниях на виброустойчивость она
должна быть не менее 5 мин, а при
испытаниях на вибропрочность она
может составлять от 1 до 5 ч при дли-
тельном воздействии, и от 20 до 50 мин
при кратковременном.
Погрешность поддержания частоты
не должна превышать ± 10 % в диапа-
зоне до 200 Гц и ±5% на частотах
не более 200 Гц. Если за время испы-
таний не было обнаружено никаких
нарушений и все параметры соответ-
ствовали требованиям технических ус-
ловий, то изделие признают выдер-
жавшим испытания. Примерные пара-
метры испытаний функциональных уз-
лов радиоэлектронной аппаратуры
на вибропрочность приведены в
табл. 2.

При испытании изделий и аппара-
туры методом фиксированных частот
следует обращать особое внимание на
обнаружение у изделий резонансных
частот, на которых амплитуда колеба-
ний испытуемого изделия (или отдель-
ных его элементов) будет в 2 раза и
более превышать амплитуду колебаний
точек крепления. В случае обнаруже-
ния резонансных частот или частот,
на которых наблюдается ухудшение
параметров изделия, рекомендуется до-
полнительная выдержка изделия при
вибрации с данной частотой с целью
уточнения и выявления причин не-
соответствия. Иногда проводят дли-
тельные испытания на резонансных
частотах для проверки ресурса работы
конструкции.

Метод фиксированных частот имеет
недостатки: сложность контроля пере-
мещения, скорости, ускорения и ча-
стоты вибрации и их регулирования
вручную из-за значительной неравно-
мерности амплитудно-частотной харак-
теристики тракта испытательного ком-
плекса при испытаниях в широком
диапазоне частот; невозможность вы-
явления параметрических резонансов,
возможность пропуска резонанса от-
дельных элементов; последовательное
возбуждение резонансов. Однако этот
метод до настоящего времени широко
используют при заводских испытаниях
серийно выпускаемых изделий вслед-
ствие возможности применения про-
стейшего оборудования и отработанных
программ испытаний для изделий каж-
дого типа.

Метод испытания качающейся ча-
стотой вибрации. Частоту вибрации
плавно изменяют в заданном диапазоне
частот от нижней до верхней частоты
и обратно при постоянстве заданных

з Параметры испьпаний элементов
аппаратуры на вибропрочиостъ
методом качающейся частоты

Диала • зон частот, Гц	Длительность выдержки (ч) при амплитуде *		
	0,35 мм или  59 м/с2	0,/5 мм или 98 м/с2	1,5 мм или  196 м/с2
10—55	1,5	6	
10—500	6	6	
10—2000	—	6	6

* Амплитуда перемещения ниже не*
реходной частоты или амплитуда ускоре-
ния выше переходной частоты.

параметров вибрации в течение опре-
деленного времени.

В программе испытаний на вибро-
прочность методом качающейся ча-
стоты необходимо указывать диапазон
частот Д77, амплитуду ускорения
время прохождения диапазона ча-
стот /д и продолжительность испыта-
ния /и. Указанные параметры могут
иметь, например, следующие значения:
ДГ = 20-^-2000 Гц;	= 15-^

-т-150 м/с2; /д= 10-=-30 мин.

Время испытаний на каждой частоте
/и == 60/д/ДГ. Например, при /д =*
= 30 мин, &Р = 2000 Гц, /и = 0,9 с.
Согласно рекомендациям МЭК ско-
рость качания частоты должна быть
приблизительно одна октава в минуту.

В рекомендациях МЭК для элемен-
тов аппаратуры при испытаниях на
вибропрочность методом качающейся
частоты условия испытаний опреде-
ляют по табл. 3, а для самой аппара-
туры, в зависимости от условий экс-
плуатации, — по табл. 4.

Испытания методами фиксированных
частот и качающейся частоты могут
проводиться не только для готовой
продукции, но и в технологическом
процессе производства. Например, на
конвейере регулирования телевизион-
ных приемников осуществляют испы-
тания на вибропрочность и вибро-
устойчивость. Параметры вибрации те-
левизора по техническим условиям
следующие: частота вибрации 25—
35 Гц, амплитуда вибрации 2,1 мм,
вибрационное ускорение 20—25 м/с2,
4. Параметры испытаний аппаратуры на вибропрочность
методом качающейся частоты в зависимости от условий эксплуатации

Диапа- зон частот, Гц	Длительность выдержки (ч) при амплитуде *			Аппаратура
	0,15 мм или  19,6 м/с2	0,35 мм или 49 м/с2	0,75 мм или 98 м/с2	
5—35  10-55	1.5	150	30  6	Эксплуатирующаяся на борту судна или смонтированная рядом с большими вра- щающимися механизмами Предназначенная для крупных силовых подстанций, железнодорожного и автодо- рожного транспорта и для общего приме- нения в промышленности  То же, при условии эксплуатации при ощутимой вибрации за пределами 55 Гц Для общего применения в авиации  Для сверхзвуковой авиации
10—150  10-500	6			
10-2000	—	6		

* Амплитуда перемещения ниже переходной частоты или амплитуда ускорения
выше переходной частоты.

продолжительность вибрации 60 с.
В процессе испытаний не должно на-
блюдаться полного прекращения зву-
кового сопровождения, исчезновение
изображения таблицы 0249 и растра,
а также отключения телевизора от
питающей сети.

Испытания на виброустойчивость ре-
комендуется проводить методом фикси-
рованных частот, а испытания на ви-
бропрочность — методами фиксиро-
ванных или качающейся частоты. Не-
достатком указанных методов является
то, что в каждый данный момент вре-
мени на изделие воздействуют одно-
частотные синусоидальные колебания,
а не спектр частот, как при реальных
условиях эксплуатации.

Метод испытаний на полигармониче-
скую вибрацию заключается в одно-
временном воздействии нескольких
гармонических вибраций с различными
фазами. Метод достаточно прост и
отличается от методов испытаний на
гармоническую вибрацию в основном
числом задающих генераторов сину-
соидальных сигналов и необходимостью
регулирования фазовых сдвигов между
этими сигналами. Метод испытания
аппаратуры на воздействие полигар-
монической вибрации применяют в тех
случаях, когда реальная вибрация

представляет собой детерминирован-
ный периодический процесс; например,
если аппаратура в процессе эксплуа-
тации расположена вблизи машин
с вращающимися частями механизмов.

Метод испытания на широкополос-
ную случайную вибрацию. Реальные
вибрации в большинстве случаев яв-
ляются случайными. Современный уро-
вень развития теории и техники вибро-
испытаний характеризуется описанием
реальных вибропроцессов в рамках
корреляционной теории. Такой подход
отражает типичное состояние многих
областей техники, в которых наме-
чается отказ от детерминированных
моделей, а реальные случайные про-
цессы принимаются нормальными. По-
этому широкополосные случайные про-
цессы с заданным энергетическим спек-
тром получили широкое распростране-
ние в качестве физических моделей
реальных вибропроцессов. Описание
моделей реальных вибропроцессов в
рамках корреляционной теории позво-
ляет характеризовать эквивалентность
воспроизводимых и реальных вибраций
степенью близости их энергетических
спектров. При этом тракт воспроиз-
ведения вибрации виброиспытатель-
ного комплекса должен обеспечивать
воспроизведение в контролируемой
точке или в совокупности контроли-
руемых точек исследуемого объекта
механических колебаний с требуемым
энергетическим спектром.

Метод испытания на воздействие ши-
рокополосной случайной вибрации пре-
дусматривает одновременное возбужде-
ние всех резонансных частот объекта.
Правильное воспроизведение вибрации
связано с трудностями, обусловлен-
ными искажающим влиянием средства
возбуждения вибрации. Поэтому перед
проведением испытаний аппаратуры
необходимо скорректировать или вы-
равнять амплитудно-частотную харак-
теристику вибростенда. При испыта-
ниях в контрольных точках изделия
возбуждаются стационарные случай-
ные вибрации. Их числовые характе-
ристики должны быть близки к задан-
ным, которые определяют по резуль-
татам натурных испытаний.

Метод испытания на широкополос-
ную случайную вибрацию позволяет
воспроизвести те числовые вибрацион-
ные характеристики условий эксплуа-
тации, которые влияют на надежность
испытуемого изделия. За критерий
подобия принята спектральная плот-
ность вибрационных ускорений, так
как вероятность выхода изделия из
строя или нарушение его режима
работы возрастает с повышением уров-
ня спектральной плотности вибрации.

Программу испытаний задают в виде
графика, по оси ординат которого от-
кладывают значения спектральной
плотности 6, измеренные в (м/с2)2/Гц,
а по оси абсцисс полосы частот, в ко-
торых проводили эти измерения. Эта
программа воспроизводится вибростен-
дом в контрольной точке изделия
с помощью формирователей энергети-
ческого спектра, которые, в общем
случае, представляют собой источник
широкополосного случайного сигнала
или белого шума и набор регулируе-
мых полосовых фильтров.

Метод испытания на узкополосную
случайную вибрацию. Для замены
Дорогостоящих испытаний в режиме
широкополосной случайной вибрации
предлагались различные методы испы-
таний с изменяющимся синусоидаль-
ным сигналом, но все они не могли
воспроизводить то же распределение
амплитуд ускорения и напряжения

10 Зак. № 38

Рис. 1. Примеры возбуждения спек-
тральной плотности ускорения:

/ — широкополосной случайной вибра-
ции; II — узкополосной случайной виб-
рации

для испытуемого образца, присущее
широкополосному методу, и не были
ему эквивалентны. Режим меняющейся
узкополосной случайной вибрации яв-
ляется промежуточным между режи-
мом широкополосной случайной вибра-
ции и режимом с изменяющимся си-
нусоидальным сигналом. Он основан
на замене возбуждения широкополос-
ной плотности ускорения малой ве-
личины возбуждением узкополосной
плотности ускорения большой вели-
чины, медленно изменяющейся на не-
котором участке частотного диапазона
(рис. 1).

При правильной регулировке пред-
ложенный метод обеспечивает то же
число наиболее важных ускорений на
заданном уровне, как и при широко-
полосном методе. Для воспроизведения
условий резонанса и нагружения ис-
пытуемого образца узкополосный ме-
тод должен обладать теми же харак-
теристиками, что и широкополосный.
Если, например, ширина полосы ре-
зонанса с определенной добротностью 5
растет с увеличением частоты, то не-
обходимо увеличить скорость измене-
ния полосы с возрастанием частоты,
чтобы получить то же число изменений
знака уровня ускорения в пределах
резонанса, как и при широкополосном
возбуждении. Этому требованию удо-
влетворяет логарифмический закон из-
менения скорости. Необходимо также,
чтобы при узкополосном методе число
изменений знака ускорения для любого
увеличения уровня напряжения было
тем же, что и при широкополосном
методе. Важной особенностью таких
испытаний является возможность ав-
томатического регулирования уровня.
Использование узкой полосы шумов
в качестве испытательного сигнала
позволяет применять принцип зам-
кнутой следящей системы, положенный
в основу испытаний с изменяющимся
синусоидальным сигналом.

Метод многокомпонентных испыта-
ний. В общем случае свойства иссле-
дуемого изделия как среды, в которой
распространяются вибрационные воз-
мущения в условиях эксплуатации, не
являются изотропными. Испытуемое
изделие, например сложная радио-
электронная аппаратура, представляет
собой совокупность различных узлов
и блоков, отличающихся модулями
упругости, жесткостями, массами и
т. д. В процессе эксплуатации между
отдельными элементами возникают ви-
броударные процессы, нелинейные эф-
фекты, в результате чего вибрация
оказывается многомерной. Поэтому для
воспроизведения таких вибраций при-
меняют многокомпонентные вибростен-
ды или отдельные вибростенды, воз-
действующие на испытуемое изделие
в трех взаимно перпендикулярных
направлениях. Для проведения таких
испытаний требуется дорогостоящее
оборудование, и поэтому они не нашли
большого распространения.

Методы ускоренных испытаний на
вибропрочность и виброустойчивость
являются наиболее перспективными,
так как они позволяют значительно
сократить время испытаний при тех же
характеристиках вибропрочности и ви-
броустойчивости. Различают следу-
ющие методы ускоренных испытаний:
а) на вибропрочность методом кача-
ющейся частоты при повышенных ус-
корениях; б) методом качающейся ча-
стоты или методом фиксированных
частот для изделий, у которых резо-
нансные частоты свыше 200 Гц; в) ме-
тодом качающейся частоты в области
резонансных частот для изделий, у ко-
торых низкая резонансная частота пре-
вышает верхнюю частоту диапазона,
соответствующего заданной степени
жесткости; г) методом качающейся ча-
стоты в области резонансных частот
для изделий, у которых низшая резо-

нансная частота превышает верхнюю
частоту диапазона, соответствующего
заданной степени жесткости.

При действии вибраций в широком
диапазоне частот разработать такую
конструкцию аппаратуры и ее узлов,
чтобы ее собственные частоты находи-
лись вне заданного диапазона, прак-
тически невозможно. Поэтому при ра-
боте аппаратуры в условиях воздей-
ствия вибрации и при наличии соб-
ственных частот аппаратуры в задан-
ном диапазоне необходимо определить
способность конструкции выдерживать
заданную вибрационную нагрузку или
максимальное механическое напряже-
ние элементами конструкции, которое
возникает на резонансных частотах.
При этом определяющим фактором
вибропрочности является допустимое
время выдержки испытания на резо-
нансной частоте при заданной пере-
грузке.

Для оценки вибропрочности реаль-
ных конструкций приборов, испытуе-
мых на резонансных частотах при
различных ускорениях вибрации, до-
полнительным критерием может слу-
жить изменение (уход) собственной
частоты элемента конструкции аппа-
ратуры в зависимости от времени испы-
тания и перегрузки.

В большинстве случаев конструктив-
ный элемент при испытании на резо-
нансной частоте разрушается не мгно-
венно. Каждый элемент конструкции
обладает способностью сопротивляться
вибрационным нагрузкам, и в течение
определенного времени собственная ча-
стота остается стабильной в заданных
пределах. По истечении этого времени
и при продолжении испытаний на ре-
зонансе собственная частота элемента
начинает монотонно убывать до опре-
деленного значения, а затем резко
снижается до нуля, что соответствует
разрушению.

Метод испытания аппаратуры с раз**
рушением конструкции. Для опреде-
ления способности изделий противо-
стоять разрушающему действию вибра-
ции, возникающей при транспортиро-
вании, проводят испытания на вибро-
прочность при длительном воздействии
одним из рассмотренных выше методов.
Иногда для испытаний на прочность
при транспортировании пользуются
Рис. 2. Кривые повреждений:

а — для элементов: 1 — монтажный провод; 2 — электронная лампа; 3 — реле; б -ч
для изделия: 1 — результирующая повреждений; 2 — первоначальной нагрузки;

уменьшения нагрузки

специальными установками. Особый
интерес представляют вибрационные
испытания на повреждающую нагруз-
ку, характеризующиеся тем, что испы-
туемое изделие доводят до разрушения.
По результатам испытаний строят за-
висимости повреждающего воздействия
(в единицах ускорения м/с2) от частоты,
которые называют кривыми поврежде-
ний (рис. 2, а). На резонансных ча-
стотах ординаты кривых резко умень-
шаются, и отдельные элементы имеют
более двух резонансных частот. Поль-
зуясь кривыми повреждений, можно
выявить конструктивные недостатки
изделий, определить их резонансные
частоты и оценить стойкость кон-
струкции к воздействию вибрации.
Имея кривые повреждений отдельных
изделий, входящих в какое-либо уст-
ройство, путем их совмещения можно
получить результирующую кривую,
характеризующую виброустойчивость
устройства.

Результирующая кривая строится
по минимальным значениям ординат
наложенных кривых. Необходимо, что-
бы слияние всех кривых повреждений
производилось с применением одной
методики. Для определения допусти-
мых нагрузок необходимо, чтобы ре-
зультирующая кривая повреждений

10*

была сравнима с условиями работы
изделия. С этой целью на графике
с кривой повреждений строят зависи-
мость ускорения от частоты, характе-
ризующую воздействие окружающей
среды на рассматриваемое устройство.
Ординаты кривых повреждений
должны быть больше соответствующих
ординат кривых первоначальной на-
грузки (рис. 2, б). Для уменьшения
действия вибрационных нагрузок осу-
ществляют такие конструктивные ме-
роприятия, как виброизоляцию, демп-
фирование, увеличение жесткости кон-
струкций и т. д.

ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ
НА ВИБРОПРОЧНОСТЬ

И ВИ БРО УСТОЙЧИВОСТЬ

Основное назначение и принципы
построения виброиспытательных ком-
плексов. Виброиспытательный ком-
плекс (ВИК) является многофункцио-
нальным, позволяющим воспроизво-
дить гармоническую, полигармониче-
скую узкополосную и широкополосную
случайную вибрацию, а также вибра-
цию, модулированную импульсом раз-
личной формы.
Рис. 3. Структурная схема виброиспыта-
тельного комплекса (ВИК)

При разработке виброиспытатель-
ных комплексов решаются задачи не
только воспроизведения вибрации, но
и контроля, измерения ее характерных
параметров, анализа и коррекции ре-
жима испытаний с учетом влияния
испытуемого объекта и оборудования,
входящего в состав комплекса. В со-
став ВЙК вводят сложные приборы и
системы с микропроцессорами и ЭВМ.
Для обеспечения программы испыта-
ния объектов на воздействие случай-
ных вибраций ВИК комплектуют си-
стемами формирования и коррекции
энергетических спектров, аппаратурой
анализа и современными средствами
калибровки всего комплекса.

Универсальный виброиспытательный
комплекс ВИК должен обеспечить точ-
ное измерение динамических характе-
ристик испытуемого объекта; проведе-
ние циклических испытаний согласно
существующей нормативно-техниче-
ской документации и техническим ус-
ловиям; испытание объектов на вибра-
ционные нагрузки, близкие к реаль-
ным вибрациям, которым подвергается
объект в условиях эксплуатации; вы-
явление взаимовлияния элементов кон-
струкции и резонансных эффектов;
имитацию переходных процессов (раз-
гон и торможение, включение и вы-
ключение); проведение ускоренных ис-
пытаний; осуществление оперативной
коррекции режима испытаний; про-
ведение калибровки и периодической
проверки средств измерений и др.

Структурная схема ВИК. Структура
и степень развития ВИК определяются
общими задачами виброиспытаний и
формами имитируемых колебаний.
Структурная схема ВИК (рис. 3)
состоит из совокупности генераторов
испытательных сигналов (СГИС), со-
вокупности средств возбуждения ме-

ханических колебаний (ССВК), вибро-
измерительных средств (ВИС), средств
анализа и обработки информации
(САИ), средств индикации (СИ), систем
управления (СУ) и средств калибровки
(СК). Принципиально важной частью
ВИК, определяющей его состав и
структуру, является совокупность ге-
нераторов испытательных сигналов
СГИС. В качестве СГИС обычно ис-
пользуют радиотехническое оборудо-
вание, генераторы импульсов, звуко-
вые генераторы, генераторы качающей-
ся частоты в совокупности со специа-
лизированной аппаратурой. Для обес-
печения гибкости и эффективности
виброиспытаний ВИК должен быть
оснащен генераторами, позволяющими
получать большинство известных в на-
стоящее время форм колебаний.

Формы применяемых колебаний оп-
ределяются целью испытаний, техни-
ческими условиями и особенностями
эксплуатации объекта. При детальном
исследовании возможностей объекта
противостоять действию вибрации, при
отработке равнопрочных конструкций,
а также при исследовании резонанс-
ных эффектов действия вибрации, мож-
но использовать одновременно или по-
следовательно несколько форм коле-
баний. Однако более совершенные ме-
тоды испытаний с применением слож-
ных форм колебаний не исключают,
а дополняют методы испытаний с при-
менением простейших форм колебаний,
которые при испытании объектов яв-
ляются достаточными и вполне досто-
верными.

Другой важной частью ВИК яв-
ляется совокупность средств возбу-
ждения механических колебаний
ССВК, состоящая обычно из одного
(или нескольких) электромеханическо-
го, электродинамического или элек-
трогидравлического вибровозбудите-
лей, усилителя мощности и соответ-
ствующего вспомогательного оборудо-
вания. Виброизмерительные средства
ВИС имеют датчики, преобразующие
механические колебания в электриче-
ский сигнал, и аппаратуру, усилива-,
ющую и преобразующую сигнал для
дальнейшей его обработки. В состав
ВИК включают электронно-вычисли-
тельные машины ЭВМ и микропроцес-
соры, которые значительно расширяют
возможности комплекса, повышают
оперативность обработки результатов,
проводят автоматически коррекцию ре-
жима испытаний и дают расчетные
данные о многих дополнительных па-
раметрах изделия.

Средства анализа и обработки ин-
формации САИ являются специфиче-
ской частью ВИК. Для решения не-
обходимых задач требуется приме-
нять разнообразную аппаратуру (как
стандартную, так и нестандартную),
анализирующую и измерительную ап-
паратуру. Для исследования даже
детерминированной вибрации, в не-
скольких точках изделия, требуется
разработка сложных многоканальных
измерительных систем; для анализа
случайной вибрации разрабатывают
многоканальные специализированные
анализаторы параллельного действия
и обрабатывают полученную информа-
цию с помощью ЭВМ.

Для регистрации и индикации ре-
зультатов анализа и измерений исполь-
зуют цифропечатающие машины, дис-
плеи, электронные табло, многоцвет-
ные телевизионные индикаторы и со-
временные самописцы. Средства СИ
непрерывно совершенствуются и дают
возможность оперативного извлечения
информации как во время вибрацион-
ного процесса, так и после окончания
испытаний путем воспроизведения мно-
гоканальной магнитной записи.

Вибрационным комплексом управ-
ляют системы СУ, содержащие аппа-
ратуру, предназначенную для коррек-
ции динамических свойств всего ком-
плекса, установки и стабилизации па-
раметров колебаний, синхронизации
систем возбудителей, контроля, ана-
лиза и обработки информации про-
граммного управления параметрами
вибрации.

Средства СК и поверки виброизмери-
тельных комплексов являются их не-
отъемлемой частью, хотя до последнего
времени существует тенденция кали-
бровки и поверки отдельных кон-
кретных средств, входящих в ком-
плекс. Однако кроме калибровки и
периодической поверки всех средств
комплекса в отдельности перед испы-
таниями необходимо проводить кон-
трольную проверку работоспособности
и осуществить калибровку всего тракта

ВИК, решающего заданную задачу
виброиспытаний.

В состав ВИК могут входить также
отдельные виды оборудования, с по-
мощью которых решаются частные за-
дачи виброиспытаний, например испы-
тание объектов, которые эксплуати-
руют при повышенных температурах,
или располагают в труднодоступных
местах, в агрессивных средах.

ГЕНЕРАТОРЫ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ
СИГНАЛОВ

Генераторы испытательных сигна-
лов, входящих в ВИК, являются слож-
ными электрическими устройствами,
использующими принципы автомати-
ческого регулирования.

По форме возбуждаемых колебаний
различают генераторы: синусоидаль-
ной вибрации, широкополосных слу-
чайных вибропроцессов и узкополос-
ной случайной вибрации. Так как эти
генераторы имеют каналы обратной
связи и автоматической регулировки
усиления (АРУ), то часто их называют
аппаратурой или системой управле-
ния вибрационными установками.

Принципы построения генераторов
синусоидальной вибрации. В основе
работы генераторов синусоидальной
вибрации (ГСВ) используют принцип
сменения сигнала от генератора фик-
сированной частоты и сигнала от гене-
ратора переменной частоты в смеси-
теле. Этот принцип используют для
получения большого перекрытия ча-
стотного диапазона. Для управления
уровнем вибрации в ГСВ между гене-
ратором фиксированной частоты и сме-
сителем включают регулятор АРУ,
управляемый внешним сигналом по
цепи обратной связи. В ГСВ частота
колебаний может быть изменена вруч-
ную или автоматически.

Автоматическое изменение (качание
или развертка) частоты возбуждаю-
щего сигнала может осуществляться:
механическим приводом через специ-
альное приспособление; подачей на-
пряжения от внешнего источника на
встроенный в прибор двигатель, упра-
вляющий задающим потенциометром;
подачей управляющего сигнала от до-
полнительного генератора.
	Тип генера- тора	Диапазон частот, Гц	Погрешность установки частоты	Максимальное искажение вы- ходного сигнала (без внешней нагрузки), %	Динами- ческий диапазон автома- тиче- ского регули - рования уровня вибрации	Точность поддер - жания уровня	Скорость сжатия, дБ/с	Скорость качания часто- ты или время качания	Фирма, страна
					Д	Б			
	1013	20—20 000	1 % ±10 Гц	0,3 на 10 кГц	45	2	100-200— 500—1000		Вгйе! апд К]аег,
	1017	2—2 000	1% ±0,1 Гц	0,25 на 100 Гц			3—10—30 — 100	1—235 °/мин	Дания
	1022	20—200 000	1 % ±1 Гц	0,1 на 1 кГц	55	1,5	3 —10—300		
	1023	10—20 000	0,1±1,5 Гц	0,15 (во всем диапазоне)	80		10 — 30—100— 300—1000		
	1025	5—1 000	1 % ±0,25 Гц	0,5 (во всем диапазоне)	60	0,5	10—30—100— 300—1000— 3000	0,3 — 335 °/мин	
	1047	10—20 000	0,1-1 Гц	<0,2 < 100 Гц  <0,1 > 100 Гц			10—30—100— 300—1000	Линейная развертка 0,1-100 Гц/с Логарифмиче- ская развертка 0,1 — 100 окт/мин	
	8СО-Ю0	1-10 000	3±0,5 Гц	0,5 (во всем диапазоне)	80	1,3	6—4000	0,1—99,9 мин	Ыпяг—АИес, США
							.... . „•			

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ

ймйь
Тип генера - тора	Диапазон частот, Гц	Погрешность установки частоты	Максимальное искажение вы- ходного сигнала (без внешней нагрузки), %
8СО-200	0,1 —10 000	ол %	
УСО-1М	5—5 000	±1 Гц	1 (во всем диапазоне)
УСС-1	0,1 — 10 000	±1 Гц	0,75
уз-си	5—10 000	1±0,25 Гц	0,5
601-002	0,5 — 20 000	—	—
6 №4 84	0,1 — 1;  1 — 20; 10—200; 100—2 000	«=»	5-10-3
Продолжение табл. 5

Динами- ческий диапазон автома- тиче- ского регули- рования уровня вибрации	Точность поддер - жания уровня	Скорость сжатия, дБ/с	Скорость качания часто- ты или время качания	Фирма, страна
ДБ				
	1,2	0,1—200;  0,3 — 600;  1—2000;  3 — 6000	0,01-999 Гц/с 0,001 — 0,999 окт/с	
60	1	5—5000	0,36 — 360 °/мин	ОеггИгоп Е1ес1гошс8,
70	1,5		(0,01 — 999) Гц/с;  0,001 — 0,999 окт/с	Англия
				
60		10—3000	0,3 — 335 °/мин	1МУ, Япония
90	—		0,1—99,9 мин	ЗЫпкеп, Япония
80	—	еэ	Девять скоростей	Ргос1ега, Франция

Генераторы испытательных сигналов
6. Основные технические характеристики отечественных генераторов
синусоидальных сигналов

Тип генера- тора	Диапа- зон частот, Гц	Погреш- ность уста - новей частоты	Коэффи- циент нели- нейных искаже- ний, %	Динамический диа- пазон автоматиче- ского регулирова-  ния, дБ	Точность поддер - жания уровня	Скорость	
						сжатия, дБ/с	качания частоты или время качания
ПУВУ-2	60—  5 000	±5 %	5	—	±20 %	—	4 —  36 °/мин
СУВ-1	5 — 5 000	3 %	1	40	2,0 дБ	10—3 000	7,5—  75 °/мин
СУВУ-3	5 —	±1 Гц			1,5 дБ	—	1 —  60 °/мин
СУВУ-4	10 000	±(0,5+  +50//н) %  1	1  (в диапа- зоне 20—  10 000 Гц)	50	0,5 дБ (при из- менении уровня на 40 дБ)	10—30— 100—300—  1 000	Логариф- мическая развертка 0,1 — 1 —  1 Оокт./мин Линейная развертка 0,1 — 1 — 10 Гц/с

Частота ГСВ изменяется по линей-
ному или по логарифмическому закону.
Логарифмический закон развертки
обеспечивается применением линейно-
логарифмических преобразователей
или выбором пластины конденсаторов
специальной формы в генераторе пере-
менной частоты. Последний способ
применим только в генераторах, по-
строенных на смешении частот сину-
соидальных сигналов. Для возбуждаю-
щего сигнала, частота которого должна
изменяться по специальному закону,
применяют внешние управляющие и
программные устройства.

Скорость развертки частоты ГСВ
можно регулировать в широких преде-
лах. Блок компрессии ГСВ должен
обеспечивать широкий динамический
диапазон регулирования возбуждаю-
щего сигнала; минимальные нелиней-
ные искажения возбуждающего сиг-
нала; минимальную ошибку статиче-
ского регулирования. Постоянная вре-
мени автоматического регулирования,
определяющая скорость сжатия ди-
намического диапазона, во избежание
больших нелинейных искажений долж-

на быть малой на низких частотах и
большой на высоких частотах. В ГСВ
для контроля параметров вибрации
устанавливают измерители ускорения,
скорости и перемещения. Технические
характеристики зарубежных и оте-
чественных генераторов синусоидаль-
ных сигналов приведены в табл. 5 и 6.

Принцип построения генератора
синусоидальных вибраций показан на
примере генератора типа 1025 фирмы
Вгйе! апд К]аег (рис. 4). Частота гене-
ратора фиксированной частоты вы-
брана 30 или 35 кГц в зависимости от
установки частотного диапазона. Ча-
стота генератора переменной частоты
изменяется в пределах 25—30 кГц.
Вследствие этого генератор обеспечи-
вает выходной сигнал, изменяющийся
по линейному закону в диапазоне
5000—10 000 Гц и по логарифмиче-
скому закону в диапазоне 5—5000 Гц.

Генератор 1025 обеспечивает кача-
ние частоты с помощью встроенного
реверсивного электродвигателя, ко-
торый при достижении установленного
предела шкалы реверсируется с по-
мощью концевых переключателей. Ско-
рость качания может изменяться грубо
шестью ступенями, перекрывающими
диапазон 0,3—100 7мин. Используя
дополнительные регулировки, можно
получить скорости качания 0,3—
335°/мин. Генератор снабжен блоком
компрессии, который содержит вход-
ной усилитель и двухполупериодный
усилитель. Вместе с напряжением сме-
щения выходное постоянное напряже-
ние выпрямителя подается к регули-
рующему усилителю, подключенному
к генератору фиксированной частоты
и к смесителю. Постоянные времени
/?С-цепей выпрямителя, переключае-
мых определенными ступенями, обе-
спечивают скорость регулирования
уровня выходного сигнала. Генераторы
1025 можно включать последователь-
но-параллельно при испытании круп-
ногабаритных объектов (рис. 5).
В этом случае один генератор устанав-
ливают как ведущий для управления
подобными генераторами (до трех),
называемых ведомыми. При таком
соединении ведущий генератор управ-
ляет своим возбудителем механических
колебаний, а также частотой выходного
сигнала ведомых генераторов. Каждый
ведомый генератор может регулиро-
вать уровень вибрации своего соответ-
ствующего вибровозбудителя. Таким
образом можно синхронизовать коле-
бания четырех вибровозбудителей,
причем сдвиг фазы между выходным
сигналом ведущего и ведомого гене-
раторов можно регулировать до 360°.
По такой же структурной схеме вы-
полнен отечественный генератор
СУВУ-3. Генератор 1047 (рис. 6) имеет
аналого-цифровое построение для по-
вышения быстродействия и точности
задания и измерений уровня вибра-
ции. В нем предусмотрены цифровой
индикатор частоты, электронное пере-
ключение частоты и скоростей сжатия
(рис. 7), возможно подключение внеш-
него программного устройства.

Французская фирма Ргодега для
возбуждения синусоидальных вибра-
ций использует двухфазный генера-
тор-синтезатор типа ОК-484 с цифро-
вой программной разверткой. Генера-
тор с автоматическим цифровым регу-
лированием обеспечивает получение
Двух низкочастотных гармонических
сигналов, изменяющихся по закону

Рис. 4. Структурная схема автоматичен
ского генератора вибраций типа 1025:
1 — генератор фиксированной частоты?
2 — усилитель высокой частоты й ре-
гулятор АРУ; 3 — измерительный при-
бор; 4 — смеситель; 5 — генератор пере-
менной частоты; 6 — мотор; 7 — гене-
ратор прямоугольных импульсов; 8 —
фильтр нижних частот; 9 — выходной
усилитель; 10 — катодный повторитель;
11 — виброизмерительный прибор; 12 —
входной блок; 13 — усилитель; 14 —
блок с интегрирующими и дифференци-
рующими цепями; 15, 16 — блоки ре-
гулирования уровня перемещения и ско-
рости; 17, 18 — усилители; 19 — детектор

синуса и косинуса. Основные дос-
тоинства генератора заключаются в
высокой разрешающей способности,
стабильности частоты, стабильности
амплитуды, высокой точности сдвиги
по фазе, что достигается применением
логарифмических интегральных схем.

Стабильность генератора по частоте
составляет 10“*, а стабильность по

Рис. 5. Структурная схема ' параллельной
работы генераторов типа 1025:

1 — ведущий генератор вибраций, 2, 7й
12 — усилители мощности; 3, 8, 13 —
вибровозбудители; 4, 9, 14 — датчики виб-
рации; 5, 10, 15 — согласующие усилите-
ли типа 2622; 6, 11 — ведомые генераторы
вибраций. Сигналы генератора частоты}
/ — фиксированной,- // — переменной
Рис. 6. Структурная схема управляющего генератора типа 1047:

1 — логарифмирующий преобразователь; 2 — интегратор; 3 — блок ручного или авто-
матического управления; 4 — генератор линейной развертки; 5 — блок управления;

6 — блок установки границ частот развертки, скорости, направления; 7 — блок зада-
ния ускорения; 8 — блок задания скорости; 9 — блок задания виброперемещения; 10 —
преобразователь частоты в постоянное напряжение; 11 — генератор, управляемый по
напряжению; 12 — модулятор; 13 — аттенюатор уровня; 14 — блок управления дина-
мическими фильтрами верхних частот; 15 — аттенюатор уровня; 16, 17 — усилитель
и фильтр верхних частот; 18, 19 — потенциометры уровня; 20 — делитель частоты; 21 —
кварцевый генератор; 22 — модулятор и фильтр нижних частот; 23 — умножитель ча-
стоты; 24 — логическая схема разделения сигналов; 25, 26 — переключатели на полевом
транзисторе; 27 — усилитель с регулируемым коэффициентом усиления; 28 — компрес-
сор; 29 — регулятор скорости сжатия; 30 — выходной усилитель; 31 — измеритель
компрессии; 32 — усилитель сигнала рассогласования; 33 — выпрямитель сигнала ком-
прессии; 34 — детектор и измерительный усилитель; 35 — источник опорного напря-
жения; 36 — измерительный прибор; 37 — программное устройство

амплитуде 5-10“3, точность сдвига
фаз 0,1°. Генератор имеет цифровой
выходной сигнал; значение частоты
выражается в семи двоично-десятич-
ных числах; в генераторе предусмо-
трены цифровая развертка и цифровое
программирование.

Рис. 7. Диаграммы для выбора скорости
сжатия генератора типа 1047

Генераторы широкополосной слу-
чайной вибрации (ГШСВ) позволяют
обеспечить воспроизведение условий
испытаний, наиболее близких к реаль-
ным условиям эксплуатации объектов.

Имитация реальных вибропроцес-
сов приводит к необходимости построе-
ния генераторов случайных сигналов,
основанных на новых принципах с ис-
пользованием физических процессов
в устройствах радиоэлектроники. Ге-
нераторы содержат первичный источ-
ник случайных сигналов и формиро-
ватели, структура и параметры кото-
рых определяются требуемыми стати-
стическими характеристиками выход-
ных сигналов. Для удобства анализа
и синтеза подобных устройств в каче-
стве первичного источника случайных
сигналов в таких генераторах жела-
тельно иметь источник нормального
шума с равномерным энергетическим
спектром в рабочем диапазоне частот
и формирователи с детерминирован-
ными параметрами.

Для получения случайного процесса
с требуемым энергетическим спектром
используют линейные и нелинейные
методы формирования. Нелинейные
методы применяют для формирования
случайных процессов с неуправляе-
мыми статистическими характеристи-
ками. Эти методы широко используют
при формировании узкополосных слу-
чайных процессов с равномерным энер-
гетическим спектром в области низких
и инфранизких частот. Линейные
методы формирования нашли широкое
применение вследствие относительной
простоты анализа и синтеза. Энергети-
ческий спектр на выходе линейного
формирователя описывается соотно-
шением 0вых (©)= бвх (°) №(<*>),
где /С (ш)—АЧХ формирователя;
(?вых (®)— энергетический спектр вы-
ходных сигналов.

При равномерном в рабочем диа-
пазоне частот спектре входного сиг-
нала 6вх(®) спектр выходных сигналов
будет полностью определяться видом
АЧХ формирователя К (<о), которая
в свою очередь определяется характе-
ристиками и способами соединения
элементарных звеньев. Известны по-
следовательный, параллельный и ан-
типараллельный способы соединения
элементарных звеньев формирователя.

Последовательный и антипараллель-
ный способы используют при построе-
нии одноканальных формирователей.
Одноканальные формирователи при-
меняют в простейших случаях, когда не
требуется управлять локальными
участками спектра выходных сигналов.

Параллельный способ соединения
элементарных звеньев реализуется
в многоканальных формирователях.
Они обладают более широкими воз-
можностями, поэтому чаще исполь-
зуются при построении ГШСВ. В та-
ких формирователях рабочий диапазон
частот перекрывается набором парал-
лельно включенных узкополосных
формирующих фильтров, выходные
сигналы которых суммируются в соот-
ветствии с видом заданного энергети-
ческого спектра выходных сигналов.

Разрешающая способность таких фор-
мирователей определяется параме-
трами и числом формирующих филь-
тров. К недостаткам параллельного
способа соединения звеньев формиро-
вателей в ГШСВ следует отнести то,
что дисперсия сигналов в полосе ча-
стот каждого канала зависит от дис-
персий всех каналов из-за неидеаль-
ности фильтров. Эти особенности су-
щественно ограничивают разрешающую
способность формирователей, основан-
ных на принципе взвешенного сумми-
рования канальных сигналов. Даже
значительное увеличение добротности
и числа формирующих фильтров не
приводит к существенному улучшению
разрешающей способности. Учет
взаимного влияния канальных сигна-
лов при анализе и синтезе формиро-
вателя вызывает необходимость выбора
таких математических АЧХ форми-
рующих фильтров, которые достаточно
хорошо описывают АЧХ реальных
фильтров. Наиболее приемлемой мо-
делью реальных узкополосных изби-
рательных фильтров в данном случае
является фильтр с гауссовой характе-
ристикой.

В качестве узкополосных формиро-
вателей используют кварцевые, магни-
тострикционные, пьезокерамические,
ЬС-, КЬС-, активные КС- и другие
избирательные фильтры, амплитудно-
частотная характеристика которых не
описывается кривой Гаусса. Однако
кривая Гаусса является хорошей ап-
проксимацией АЧХ системы последо-
вательно соединенных, настроенных
на одну частоту нескольких идентич-
ных фильтров.

Универсальные ГШСВ содержат
в основном многоканальные линейные
формирователи. По способам соедине-
ния формирующих фильтров с генера-
торами шума различают ГШСВ с об-
щим генератором шума и с канальными
генераторами шума.

ГШСВ с общим генератором шума
(рис. 8, а) содержит источник нор-
мального шума с равномерным в рабо-
чем диапазоне частот энергетическим
спектром, сигналы которого филь-
труются в узких полосах частот фор-
мирующими фильтрами. Управление
коэффициентами усиления соответ-
ствующих каналов обеспечивает за-
а)	0

Рис. 8. Структурные схемы ГШСВ с генератором шума:

а — общим; б — в каждом канале: 1 — генератор шума; 2 — узкополосные фильтры;

3 — усилители с регулируемым коэффициентом усиления; 4 — сумматор

данные дисперсии сигналов на выхо-
дах. Наличие взаимной корреляции
между каналами формирователя яв-
ляется фактором, порождающим иска-
жение спектра генерируемых сигналов.
В упрощенной математической модели
ГШСВ учитывается взаимная корре-
ляция лишь соседних каналов.

Уменьшение взаимной корреляции
канальных сигналов может быть до-
стигнуто путем включения двух гене-
раторов шума в ГШСВ с черезканаль-
ным их включением. Однако полное
устранение взаимной корреляции ка-
нальных сигналов достигается в ГШСВ
содержанием генератора шума в каж-
дом канале (рис. 8, 6).

Сравнивая известные методы фор-
мирования нормальных широкополос-
ных случайных вибропроцессов с тре-
буемым энергетическим спектром,
можно отметить, что наиболее рас-
пространенными и приемлемыми яв-
ляются методы, приводящие к л иней-

М

Ль)н.нр ДШр

Рис. 9. Пример разбиения энергетиче-
ского спектра на характерные участки

ным многоканальным формировате-
лям.

ГШСВ с общим генератором шума
несколько проще с позиций аппаратур-
ной реализации, однако неуправляемая
взаимная корреляция между каналь-
ными сигналами вносит значительные
погрешности в формируемый спектр и
затрудняет анализ, синтез и настройку
аппаратуры. ГШСВ с канальными ге-
нераторами шума реализуют простей-
ший способ формирования, основан-
ный на взвешенном суммировании не-
зависимых канальных сигналов, од-
нако обладает наиболее ограничен-
ными возможностями.

Для дальнейшего усовершенство-
вания виброиспытаний необходимо
улучшение некоторых характеристик
оборудования, в особенности разреша-
ющей способности ГШСВ. Однако из-
вестные принципы построения ГШСВ
не позволяют обеспечить достаточно
высокую разрешающую способность
без существенного усложнения аппа-
ратуры, увеличения ее объема и стои-
мости. В большинстве режимов испы-
таний заданный энергетический спектр
можно разбить на характерные участ-
ки рабочего диапазона частот (рис. 9):
До)р с равномерным энергетическим
спектром; Д(он.нр в области низких
частот с локальными неравномерно-
стями; Доов. нр верхних частот с ло-
кальными неравномерностями. При
этом число локальных неравномерно-
рис. 10. Структурная схема ГШСВ:

а — с широкополосным фильтром и с фазоинверторами; б — с универсальными полосо-
выми фильтрами, с коммутацией их входов и выходов и широкополосным фильтром;
в — с дополнительными фазоинвенторами и сумматорами: 1 — генератор шума; 2 — ши-
рокополосный фильтр; 3 — перестраиваемые полосовые фильтры; 4 — регулируемые
усилители; 5 — фазоинверторы; 6 — первый сумматор; 7 — дополнительные сумматоры

стей, как правило, не превышает де-
сяти-пятнадцати. С учетом этого
снятие аппаратурной избыточности
возможно введением в схему устрой-
ства формирования широкополосного
фильтра, перекрывающего диапазон ча-
стот с равномерным участком энерге-
тического спектра. Если широкополос-
ный фильтр будет перекрывать весь
рабочий диапазон частот имитируемой
вибрации, то можно ввести в узкопо-
лосные фильтры перестройку средней
частоты, полосы пропускания и коэф-
фициента усиления. Используемые по-
лосовые фильтры при этом должны
быть универсальными. Введение ши-
рокополосного фильтра позволяет со-
кратить число каналов формирова-
теля. Структурная схема такого ГШСВ
представлена на рис. 10, а. Упростить
это устройство без изменения его функ-
циональных возможностей можно пу-
тем уменьшения числа используемых
фазоинверторов, включенных в каж-
дый канал формирователя. В таком
ГШСВ включение фазоинвертора в один
канал формирования среднего уровня

позволяет в полосе частот любого дру-
гого канала формировать всплеск или
провал энергетического спектра отно-
сительно выбранного среднего уровня.
Это достигается соответствующим вы-
бором коэффициентов усиления поло-
совых фильтров.

Использование широкополосного
фильтра совместно с универсальными
полосовыми фильтрами при комму-
тации входов и выходов полосовых
фильтров позволит использовать фор-
мирователи для формирования или
всплеска, или провала в энергети-
ческом спектре выходных сигналов.
Структурная схема такого устройства
приведена на рис. 10, б.

Введение в схему устройства широ-
кополосного фильтра коммутируемых
полосовых фильтров и одного фазоин-
вертора, включенного в цепь связи
выхода первого сумматора и входа
второго сумматора, позволяет значи-
тельно упростить устройство, улучшает
его технико-экономические показа-
тели. Однако это устройство обладает
ограниченными возможнсстями фор-
Рис. 11. Структурная схема универсаль-
ного ГШСВ:

1 — генераторы шума; 2 — блок моду-
ляции (п 4- 1)-й;	3 — генератор (п +

+ П-й гармоники; 4 — фильтр нижних
частот; 5 — генератор шума; 6 — гене-
ратор п-й гармоники; 7 — широкополос-
ный фильтр; 5 — узкополосные фильтры;
9 — фильтр средних частот; 10 — блок
модуляции п-й; 11,	12 — усилители;

13 — модулятор по длине волны; 14 —
фильтр нижних частот; 15 — генератор
шума; 16, 17 — фазовращатели; 18 — п-я
неминимально-фазовая цепь; 19 — моду-
лятор по фазе; 20 — фильтр нижних ча-
стот; 21 — фильтр средних частот; 22 —
генератор шума; 23 — канал низкой ча-
стоты; 24 — канал высокой частоты; 25 —
фазовращатель; 26 — сумматор; 27 —
усилитель; 28 — фильтр средних ча-
стот; 29 *— блок управления; 30 — сум-
матор

мирования нескольких глубоких,
близко расположенных по оси частот
провалов в формируемом энергетиче-
ском спектре. Это обусловлено нали-
чием в схеме общего сумматора и не-
прямоугольностью АЧХ полосовых
фильтров. Полностью снять это огра-
ничение позволяет структурная схема
ГШСВ, изображенная на рис. 10, в.
Формирование провалов энергетиче-
ского спектра обеспечивается подклю-

чением любого полосового фильтра ко
входу соответствующего дополнитель-
ного сумматора, соединенного после-
довательно с предыдущим сумматором.
Общее число последовательно соеди-
ненных сумматоров в схеме равно п +
+ 1. Число генераторов шума в схеме
устройства также может быть равно
п + 1.

В описанных принципах построе-
ния устройств формирования приме-
нение перестраиваемых полосовых
фильтров позволяет максимально сни-
зить требования к прямоугольности
их амплитудно-частотных характери-
стик. Это связано с тем, что, с одной
стороны, техническая реализация пере-
страиваемых в широком диапазоне
частот полосовых фильтров высокого
порядка (п > 2) затруднена, с другой
стороны, — отсутствует необходи-
мость использовать в качестве полосо-
вых фильтров резонансные звенья
выше второго порядка ввиду того, что
любая сложная АЧХ фильтра может
быть получена соответствующей наст-
ройкой нескольких простейших, пере-
страиваемых по всем параметрам поло-
совых фильтров.

Из рассмотренных различных ва-
риантов структурных схем ГШСВ и
возможных способов реализации
принципов их построения самым уни-
версальным для полноты класса фор-
мируемых спектров является ГШСВ,
осуществленный по структурной схеме,
обеспечивающей произвольные коэф-
фициенты разложения (включая и ком-
плексно-значные), реализованный на
различных фильтрах с переменными
параметрами и содержащий наиболь-
шее число их. Такой ГШСВ позволяет
практически формировать с приемле-
мой точностью любой произвольный
спектр. Однако возможности техни-
ческой реализации и эксплуатации
подобного устройства не всегда удов-
летворяют требованиям задач конкрет-
ных виброиспытаний, так как нецеле-
сообразно использовать сложные уст-
ройства в тех случаях, когда желае-
мый результат может быть получен
более простыми средствами.

При решении этих вопросов воз-
можно построение либо ГШСВ с гиб-
кой внутренней структурой, позволя-
ющей осуществлять простой переход
к различным структурным схемам,
в результате чего упрощается экс-
плуатация универсального ГШСВ,
либо построение специализированных
устройств для решения задач более
узкого класса. Выбор того или иного
пути обусловлен требованиями кон-
кретной задачи, поэтому рассмотрим
упрощенную структурную схему уни-
версального генератора широкополос-
ных случайных вибропроцессов
(рис. П). Структурная схема универ-
сального ГШСВ содержит набор гене-
раторов шума с соответствующими
формирующими каналами и набор ге-
нераторов гармоник вместе с узлами,
обеспечивающими модуляцию их па-
раметров. Сигналы всех каналов сум-
мируются; суммарный сигнал исполь-
зуется для имитации реальных вибро-
процессов. Гибкая внутренняя струк-
тура универсального ГШСВ позволяет
осуществлять переход к различным
схемам. Например, для получения
схемы с канальными генераторами шу-
ма достаточно установить переключа-
тель 771 в положение II и выключить
канал широкополосного фильтра, т. е.
установить коэффициент усиления Кг=
= 0. При положении 7 переключателя
77г имеем схему ГШСВ с общим источ-
ником шума, реализующую произ-
вольные коэффициенты разложения
(генераторы гармоник при этом пред-
полагаются включенными). При нуле-
вой фазе неминимально-фазовой цепи
и = 0 имеем схему, изображенную
на рис. 9. Генераторы гармоник с со-
ответствующими блоками модуляции
позволяют имитировать как эргоди-
ческие (положение 7 переключателя
772), так и неэргодические (положение
77 переключателя 772) случайные про-
цессы.

Таким образом, структурная схема
универсального ГШСВ может реали-
зовать известные схемы ГШСВ как
частные случаи и позволяет полностью
использовать все возможности линей-
ного многоканального метода форми-
рования широкополосных случайных
вибропроцессов.

Практическая реализация генерато-
ров широкополосных случайных вибро-
процессов. Большинство современных
отечественных и зарубежных ГШСВ по-

строено на основе описанных выше
принципов. Однако различные техни-
ческие требования, конструктивные и
технологические особенности вызвали
значительное разнообразие техниче-
ских решений. Поэтому приведем воз-
можный вариант классификации совре-
менных ГШСВ по способам практиче-
ской реализации известных процессов
формирования широкополосных слу-
чайных вибропроцессов. Все много-
канальные ГШСВ можно разбить на
два класса, в которых требуемый спектр
формируется: а) в рабочем диапазоне
частот; б) в области высоких частот с
последующим переносом сигналов в об-
ласть частот рабочего диапазона. Такая
классификация объясняется тем, что
современные формирователи содержат
большое число (20—240) формирующих
фильтров. Для простоты технической
реализации формирующих фильтров
желательно добиться их идентичности.

Наиболее простой практической реа-
лизацией формирующих фильтров яв-
ляется разработка активных 7\С-филь-
тров, удовлетворительно работающих
в рабочем диапазоне частот 10—
5000 Гц. Такие фильтры реализуют на
усилителях с частотно-избирательной
обратной связью. Добротность актив-
ных 7?С-фильтров определяется в ос-
новном коэффициентом усиления уси-
лителя. Поэтому, если применять иден-
тичные усилители, которые являются
основной, наиболее сложной частью
подобных фильтров, то можно реали-
зовать фильтры постоянной доброт-
ности. ГШСВ, формирователи которых
работают в рабочем диапазоне частот,
реализуют обычно на фильтрах по-
стоянной добротности. Если можно
использовать более современные иден-
тичные, например магнитострикцион-
ные, кварцевые и т. п. фильтры, ра-
ботающие в области высоких (порядка
100 кГц) частот, то формирование про-
изводится в области частот работы этих
фильтров с последующим переносом
в область частот рабочего диапазона.
Такие ГШСВ реализуют на фильтрах
постоянной полосы пропускания. При-
веденная классификация не характе-
ризует качественных показателей той
или иной аппаратуры. Однако она мо-
жет оказаться полезной при согласо-
вании конкретных технических требо-
Рис. 12. Структурная схема ГШСВ фир-
мы РеггИгоп

ваний к разрабатываемому ГШСВ,
диктуемых задачами виброиспытаний,со
способом его технической реализации.

При практической реализации ГШСВ
применяют описанные ранее принципы
построения. Поскольку принципы дей-
ствия различных ГШСВ достаточно
полно описаны ранее, приведем крат-
кие описания ГШСВ нескольких типов,
в которых сочетаются различные ме-
тоды формирования и способы'техни-
ческой реализации.

Многоканальный ГШСВ с общим
источником шума и формирователем на
фильтрах. постоянной полосы пропу-
скания. Примером ГШСВ этого класса
(рис. 12) являются генераторы АК1Ч-1
и АК1М-2 фирмы ВеггИгоп (Англия).
В состав ГШСВ входят источник шума
1 с равномерной спектральной плот-
ностью выходных сигналов; моду-
лятор 2, 80 формирующих магнито-
стрикционных фильтров 3 с постоян-
ной полосой пропускания; 80 усилите-
лей 4 с регулируемым коэффициентом
усиления, управляющих видом энер-
гетического спектра выходных сигна-
лов ГШСВ; сумматор 5, демодулятор 6
и гетеродин 7. Сигналы генератора
шума переносятся с помощью модуля-
тора и гетеродина в область высоких
(около 100 кГц) частот, при которых
осуществляется формирование требуе-
мого энергетического спектра форми-
рующими фильтрами (полоса пропу-
скания 25 Гц) и регуляторами усиле-
ния. Таким образом, добиваются за-
данных дисперсий канальных сигналов,
суммируемых сумматором, затем сфор-
мированный сигнал переносится с по-
мощью демодулятора в область рабо-
чего диапазона частот (от 20 до 2000 Гц).

Многоканальный ГШСВ с общим
источником шума на фильтрах по-
стоянной добротности. Типовой яв-
ляется аппаратура СПВ-2 (СССР),
упрощенная ГШСВ схема приведена
на рис. 8, а. Рабочий диапазон частот
12,5—10000 Гц перекрыт тридцатью
^з-октав ными /?С-фильтрами.

Многоканальный ГШСВ с каналь-
ными источниками шума на фильтрах
постоянной добротности. Типовая ап-
паратура— мод. 410-53, фирмы МТ8
(США). Упрощенная функциональная
схема ГШСВ приведена на рис. 8, б.
Рабочий диапазон частот 0,125—
1000 Гц перекрывается 1/3-октавными
фильтрами.

Многоканальный ГШСВ с черезка-
нальным включением двух источников
шума. Примером является аппаратура
СУВУ-ШСВ-3 (СССР). Спектр форми-
руется в диапазоне частот 5—5000 Гц
гребенкой, состоящей из 120 полосо-
вых фильтров, имеющих различные
полосы пропускания добротности.

Одноканальный ГШСВ. Примером
подобной аппаратуры может служить
ГШСВ мод. 1042 фирмы Вгйе1 апд
Кае]г (Дания). ГШСВ предназначен
для генерирования узкополосных и
широкополосных случайных вибро-
процессов в диапазоне частот 5—
1000 Гц. Формирующий фильтр обеспе-
чивает ступенчатое изменение (3, 10,
30 и 100 Гц) ширины энергетического
спектра выходных сигналов.

Основные технические характери-
стики отечественных и зарубежных
ГШСВ приведены в табл. 7 и 8.

Универсальный многофункциональ-
ный ГШСВ. Для воспроизведения про-
извольных спектров из класса предста-
вимых гауссовых в структурных схе-
мах ГШСВ должна быть реализована
возможность перехода от ГШСВ с ка-
нальными генераторами шума к ГШСВ
с общим генератором шума. При этом
целесообразно исходный спектр раз-
делить на компоненты таким образом,
чтобы большая часть его воспроизво-
дилась формирователем с канальными
генераторами шума, для которых до-
статочно хорошо разработаны методы
расчета и настройки, а оставшаяся
часть воспроизводилась достаточно
простым, малоканальным формировате-
лем с общим генератором шума. В этом
7 Основные технические характеристики

зарубежных генераторов широкополосных случайных вибраций

Тип генера- тора	Рабочий диапазон частот, Гц	Число каналов	Ширина полосы филь- тров, Гц	Фильтры	Динамический диапазон регу- лирования	Погрешность регулирования	Неравномер- ность частотной характеристики	Фирма, страна
					ДБ			
3379  3380	20—2 000	60  120	5; 25	Актив- НЫР	60	±1	1,5	Вгйе! вид
1402  1405	20—20 000  20—200 000	1	V» окта- вы, октава	—	80			—	К]аег, Дания
АКЫ-1  АКМ-2	5—2 000	40  80	12,5; 25;	Магнито-,	50	± 1	1,5	ОеггИгоп,
АКМ-3 мам-1	5 — 5 000  5 — 2 000	160  48	50	стрик- ционные				Англия
А8ОЕ-80	10—2 000	80	4/з окта- вы	Индук- тивно- емкост-	16		3	Рау —  Англия
У8К-194А	10 — 2 000	48		ные				1МУ,
У8К-194М			25; 50					Япония
У8К-198А		80						
410-53	0,125— 1 000	40	1/з 01-та- вы	—	—	—	—	МТ8, США
Т-495	10-2 000	48	12,5; 25;  50					МВ Е1ес- 1гоп1с5,
Т-558  Т-559	15 — 2 000	80		Кварце- вые	55	±1,5	1,5	США
ГШСВ	10 — 2 000	81	25	—	—	—	—	8ага, Франция

8. Основные технические характеристики
отечественных генераторов широкополосных случайных вибраций

Тип генератора	Рабочий диапазон частот, Гц	Число каналов	Ширина полосы фильтров, Гц	Фильтры	Динамический диапазон регу- лирования	Погрешность регулирования	Неравномер- ность частотной характеристики
					ДБ		
СПАВ-1 СПВ-2	12,5 — 10 000  20 — 5 000	30  36	—	—	—	—	—
Продолжение табл. 8

Тип	Рабочий		1ЭЛОВ	Ширина полосы	Фильтры	ический он регу-	к к  X	к 12®  к о а	номер- частотной ’еристики
генератора	диапазон частот, Гц		со  о Ч	фильтров, Гц		Динам диапаз лировг		О) Й  О & Е а	30 л 5 я л “ оЛ о. "оя а- х к
						ДБ			
СУВУ-ШСВ-2  СУВУ-ШСВ-3	5 — 2  5-5	ООО  ООО	80  120	7,5; 12,5;  25; 50  7,5; 12,5;  25; 50; 100	Индук- тивно- ем кост- ные	40		±1,5	±1,5
ПУВУ-ШСВ	50-2	500	8	50; 100; 200; 400; 500		50			
ВХВ-4500 ЦИСВ	10-10 000  1 — 5 000		80  20	25  9—  1/3 октавы,  11- октавные		50			
									
СПВ-ЗПМ	5—5	000	48	12—  1/3 октавы, 36 —  1/6 октавы		—		—	4
В ГС-031	5—5	000	8	Перестраи- ваемые в широкой полосе	Актив- ные	50			—ч

I

случае ГШСВ будет состоять из фор-
мирователей двух типов.

Введение в схему ГШСВ широкопо-
лосного фильтра с коррекциями позво-
ляет выделить в исходном спектре не-
который «средний уровень», соответ-
ствующий АЧХ широкополосного
фильтра, и разделить узкополосные
неравномерности спектра на всплески
(участки спектра, расположенные
выше среднего уровня) и провалы (уча-
стки спектра, лежащие ниже среднего
уровня). В этом случае всплески и сред-
ний уровень воспроизводятся формиро-
вателем с канальными генераторами
шума, а провалы — формирователем
с общим генератором шума. Такой
подход открывает новые возможности
упрощения аппаратуры без снижения
ее универсальности, но требует более
гибкой структурной схемы, содержа-
щей формирователи различных типов.

Для формирования провалов необ-
ходимо осуществить режекцию сигна-
лов с заданных частотных диапазонов.
Эта операция может быть осуществлена

набором режектирующих фильтров,
включенных последовательно с форми-
рователем всплесков и среднего уровня.

Формирователем провалов в этом
случае может служить формирователь
ГШСВ с общим генератором шума,
в котором режектирование осущест-
вляется путем противофазного сложе-
ния выходных сигналов формирующих
фильтров и входного сигнала. В ре-
зультате получаем параллельно-после-
довательную схему универсального
ГШСВ (рис. 13). При технической реа-
лизации такой структурной схемы
универсальность ГШСВ можно повы-
сить использованием формирующих
фильтров с переменными параметрами
(полоса, средняя частота). Применение
таких фильтров в сочетании с широко-
полосным фильтром позволит резко
сократить их число и упростить аппа-
ратуру с целом, однако сами фильтры
будут при этом несколько сложнее.
Для расширения функциональных
возможностей аппаратуры в ее состав
необходимо ввести дополнительные


Рис. 13. Структурная схема параллельно-последовательного универсального ГШСВ:
1 _ генераторы шума; 2 — широкополосный фильтр; 3 — полосовые перестраиваемые

фильтры; 4 — регулируемые усилители; 5 — сумматор; 6 — полосовые перестраиваемые
фильтры; 7 — фазосдвигающая цепь; 8 — регулируемые усилители; 9 — сумматор

блоки, с помощью которых осущест-
влялись бы основные функции совре-
менного виброиспытательного ком-
плекса. Такой подход делает много-
функциональный виброиспытательный
комплекс мобильным и автономным,
а при достаточной его простоте — до-
ступным для потребителей. Потен-
циальные возможности создания много-
функционального, но достаточно про-
стого комплекса, заложены в много-
кратном и многорежимном испытании
основных узлов ГШСВ и строгой спе-
циализации вводимых дополнитель-
ных блоков.

Например, реализация функции ге-
нерирования гармонических и квази-
гармонических колебаний может быть
осуществлена путем перевода соответ-
ствующих активных формирующих
фильтров в режим генерации; генера-
торы шума можно использовать как
для ГШСВ, так и автономно; гене-
ратор качающейся частоты можно
применить также и для контроля всего
виброиспытательного тракта.

Методы настройки ГШСВ. Генера-
торы ГШСВ настраивают таким обра-
зом, чтобы создаваемые механические
колебания контролируемой точки ис-
пытуемого изделия были эквивалент-
ными энергетическим спектрам реаль-
ных вибраций. Известны расчетные и
экспериментальные методы настройки

ГШСВ. Расчетные методы основаны на
вычислении параметров формирующих
и генерирующих блоков ГШСВ. При
применении расчетных методов на-
стройки ГШСВ необходимо учитывать
искажающее влияние всего тракта
виброиспытательной аппаратуры. Для
этого экспериментальным путем полу-
чают его основные характеристики и
вносят в спектр имитируемых вибра-
ций соответствующие предискажения.
Полученный в результате такой пред-
варительной обработки энергетический
спектр является исходным для опреде-
ления параметров формирующих и ге-
нерирующих систем ГШСВ.

Однако расчетные методы определе-
ния параметров ГШСВ не получили
широкого распространения ввиду не-
обходимости значительных затрат ра-
бочего времени, наличия соответст-
вующих вычислительных средств и
высокой квалификации обслуживаю-
щего персонала.

Поэтому для настройки ГШСВ можно
рекомендовать экспериментальные ме-
тоды, основанные на подборе параме-
тров формирующих систем и последую-
щем спектральном анализе имитируе-
мых вибропроцессов. ГШСВ настраи-
вают, учитывая линейность тракта
формирователь спектра — вибровоз-
будитель,-если формировать и контро-
лировать спектр имитируемых вибра-
ций путем снятия и настройки резуль-
тирующей частотной характеристики
тракта. При этом поданый на вход слу-
чайный сигнал с равномерным спектром
будет иметь на выходе спектр, соответ-
ствующий виду частотной характери-
стики тракта. Сквозную частотную
характеристику измеряют с помощью
гармонического сигнала, спектр кото-
рого представляет собой бесконечно
узкую линию (пилот-сигнал). Эту опе-
рацию можно упростить и сделать бо-
лее оперативной, если использовать
азтоматические низкочастотные изме-
рители частотных характеристик. Но
при этом время измерения АЧХ
остается также довольно большим, так
как время перестройки частоты пилот-
сигнал а должно быть много меньше
времени переходных процессов в ис-
следуемом устройстве. Динамические
погрешности присущи автоматическим
измерителям АЧХ, так как они обла-
дают относительно большой скоростью
перестройки частоты. Погрешности
проявляются в сдвиге АЧХ, измене-
нии ее формы и уменьшении амплитуды.
Применение этого метода настройки
ГШСВ возможно лишь при использо-
вании формирователя с общим гене-
ратором шума.

Простой приближенный расчетно-
экспериментальный метод настройки
ГШСВ состоит в подборе параметров
его генерирующих и формирующих
систем таким образом, чтобы энергети-
ческий спектр выходных сигналов
оказался близким заданному. Если
близость спектров характеризовать
соотношением их дисперсий в задан-
ных полосах частот, то настройка
ГШСВ сводится к установке заданных
дисперсий в этих полосах частот. При
таком подходе рабочий диапазон частот
П разбивается на участки До)л, соот-
ветствующие полосам формирующих
фильтров, и производится ступенчатая
аппроксимация заданного спектра
С (о).

Способ разбиения диапазона О на
участки Д(о/г определяется параме-
трами формирующих фильтров ГШСВ
и особенностями заданного спектра
С (со). В случае настройки ГШСВ,
построенного на формирующих филь-
трах с фиксированными параметрами
Дсоя и (0Л, разбиение производят в со-

ответствии со значениями этих пара-
метров. Если ГШСВ содержит филь-
тры с переменными параметрами Д(оя
и (Од, то разбиение производят на ос-
нове анализа заданного спектра и тре-
бований виброиспытаний. Затем осу-
ществляют ступенчатую аппроксима-
цию заданного спектра и устанавли-
вают требуемые значения Д(оЛ и (оп
соответствующих фильтров ГШСВ.
В дальнейшем настройка сводится
к подбору коэффициента усиления Кп
реальных каналов ГШСВ.

Настройку ГШСВ можно осущест-
влять подбором без анализатора
спектра благодаря раздельному фор-
мированию и контролю дисперсий ком-
понент. Для осуществления настройки
ГШСВ по этому методу из контрольных
приборов необходим лишь измеритель
дисперсии. Настройку производят
в следующей последовательности.
Включают п-й фильтр ГШСВ и регу-
лировкой Кп добиваются показаний
измерителя дисперсии Ря. При этом
энергетический спектр выходных
сигналов ГШСВ

(®) = «п ехр

дисперсия

4-00

Е>"^~2л	! 0 (®)	= Кп ДИП.

— ОО

Определяют значение коэффициента
усиления канального сигнала К'~ =
= Пя/(Д(дд). При сравнении значений
дисперсий = 1гп. Таким образом,
если по измерителю дисперсий регу-
лировкой будет установлено значе-
ние Эп, то значение К* можно считать
для дальнейших расчетов непосред-
ственно с графика 6 (со) как высоту
соответствующей ступеньки Нп. После
настройки п-й фильтр выключают и
аналогичные операции производят с
остальными фильтрами ГШСВ.

Непрямоугольность АЧХ формиру-
ющих фильтров и широкополосность.
измерителя дисперсии приводят к тому,
что истинные дисперсии генерируемых
сигналов в полосах частот П и Д(оя
будут отличаться от заданных.
Равенство дисперсий в полосе О
можно восстановить, если после на-
стройки всех фильтров ГШСВ управ-
лять суммарной дисперсией выходных
сигналов, а дисперсии измерять только
в этой полосе частот. Для этих целей
между ГШСВ и измерителем дисперсии
необходимо включить полосовой фильтр
с полосой пропускания О. Погреш-
ность этого метода настройки сущест-
венно зависит от вида формируемого
спектра 6 (<о), способа разбиения ра-
бочего диапазона О на полосы Д(оп
и структуры ГШСВ. Применение ме-
тода для настройки ГШСВ с общим
генератором шума оказывается мало-
эффективным, так как настройку про-
изводят с большими погрешностями
(6Л « 504-70 %).

СРЕДСТВА АНАЛИЗА

И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

В табл. 9 приведены технические
характеристики некоторых зарубеж-
ных анализаторов, которые могут быть
использованы при создании современ-
ного виброиспытательного комплекса.
Большое внимание уделяется качеству
анализа сигналов, несущих информа-
цию о состоянии исследуемого изде-
лия и о режиме испытаний.

Повышение качества анализа может
быть достигнуто сокращением вре-
мени анализа, уменьшением методиче-
ских погрешностей и улучшением тех-
нических характеристик анализаторов.
Большие возможности открываются
при использовании методов ускорен-
ного анализа. Время анализа можно
существенно сократить, если расши-
рить исследуемый спектр. Расширение
спектра в п раз позволяет также в п
раз увеличить полосу пропускания
анализирующего фильтра или сущест-
венно увеличить разрешающую способ-
ность при его неизменной полосе про-
пускания. Использование цифровой
вычислительной техники позволило
успешно решать задачу многократного
сжатия исследуемых сигналов. Прин-
цип сжатия заключается в записи ин-
формации, ее запоминании и ускорен-
ном воспроизведении. Этот принцип
может быть реализован следующим
образом. Исследуемый сигнал преоб-

разуется в цифровой код блоком ана-
лого-цифрового преобразователя, за-
поминается в блоке цифровой памяти
и считывается со скоростью, в п раз
превышающей скорость записи. Затем
цифро-аналоговый преобразователь
преобразует цифровой код в аналого-
вый сигнал. Метод расширения спек-
тра исследуемого процесса позволяет
создавать анализаторы спектра после-
довательного действия с высокой раз-
решающей способностью, что эквива-
лентно построению анализаторов спек-
тра параллельного действия с большим
числом каналов.

Примером является анализатор типа
3348 фирмы Вгйе! апб К]’хг (Дания).
Сокращение времени анализа при ис-
пользовании традиционных схем ана-
лизаторов может быть достигнуто
уменьшением длительности переходных
процессов в анализирующих фильтрах
путем использования генератора им-
пульсов гашения и диодных схем для
срыва колебаний в резонаторах. Для
сокращения времени анализа может
быть применен метод анализа с пере-
менной скоростью. Устройство содер-
жит дифференцирующий каскад, на
вход которого подается исследуемый
спектр. Сигнал на выходе дифферен-
цирующего каскада зависит от кру-
тизны спектра. Этот сигнал через раз-
делительное устройство, инвертор и
сумматор управляет работой генерато-
ра пилообразного напряжения, что
позволяет вести анализ с переменной
скоростью: более крутые участки спек-
тра отслеживаются медленнее, а более
пологие — быстрее.

Уменьшение методических погреш-
ностей достигается повышением раз-
решающей способности и расширением
динамического диапазона анализато-
ров спектра. Для этого предлагается
многократное преобразование частоты,
синхронное выделение гармоник из
случайных шумов, повышение быстро-
действия процесса усреднения.

Для увеличения динамического диа-
пазона входных сигналов и расшире-
ния диапазона измеряемых частот мо-
жет быть применен метод измерения
спектра путем учета собственных шу»
мов схемы измерения и степени влия-
ния на них сигнала несущей частоты.
Этот метод позволяет расширить ди-
9. Технические характеристики зарубежной ализирующей аппаратуры

Тип анализатора	Метод анализа	Частотный диапазон, Гц	Динамиче- ский диа- пазон, дБ	Инди- кация	Масса, кг	Фирма# страна
2010	Гетеродинный	2—200 000	85		21	
2113		25 — 20 000			17	
2114  2120	Фильтровый с по- стоянной полосой	1,8—180 000 2—20 000	60	Стрелоч-	18,5  11	
2021		5—10 000	75	ная	17,5	
2107  2121	Фильтровый с по- стоянной относи- тельной полосой	20—20 000	59  70		18,5  10	Вгйе!  апб К4аег< Дания
						
2131	1/ц» октавы, 1/з-ок- тавный и октавный в реальном мас- штабе времени	1,6 — 20 000	66	ЭЛТ	29	
5788/2131	Цифровой ‘/а окта- вы, 7» октавы, октавный	1,41 — 21 750	60	Цифро- вая ЭЛТ	—	
АУА-1У	Гетеродинный	5—20 000			23,6	АкаМ,
АР8-601		5—3 000	—		5,5	Япония
8Р-7230		2—16 000	70		4	У1Ьгоп, Япония
М8-6965А  М8-6965В	Фильтровый с по- стоянной полосой	5—10 000  3—30 000	100			1МУ,
8М- 5805		2—20 000				Япония
8М-2200		20—20 000				
РА-200	Цифровой корре- ляционный	0,001 — 50 000	—		25	ОНО 8окк1 Со, Ид, Япония
РАТ-1  РАТ-2	Гетеродинный	5—20 000  10—6 000	80	Цифро- вая	29	КоЬде ипд 8сЬ\уаг2» ФРГ
РАТ-3		5—20 000	100			
5115ВМ	Фильтровый с по- стоянной полосой	0,8—1 700	70	ЭЛТ	8,2	Тескшагк# ФРГ
Р8А-031  Р8А-032	Фильтровый	10—20 000  35—100 000	60				Оепега! КасНо,
Р8А-036		0,5 — 2 000	40	Стрелоч- ная		США
350	Фильтровый с по- стоянной относи- тельной полосой	0,8—8 С00	80		8,6	1КО Мескапа- 1у818 США
4660	Филыровый с по- стоянной полосой	3 — 13 000	—	Цифро- вая	10	КеИапсе Е1ес1г1с, США
Продолжение табл. 9

Тип анализатора	Метод анализа	Частотный диапазон, Гц	Динамиче- ский диа- пазон, дБ	Инди- кация	Масса, кг	Фирма, страна
642  860	Цифровой	2,8—5 000  0,001—5 000	—	Стрелоч- ная ЭЛТ	4,54	1Лпк 8уз1еш% 1Лс1, США
РУА	Фильтровый с по-	1,5 — 15 000			7	ЦеггНгощ Англия
ТОАЮ1  ТОА111	стоянной и по- стоянной относи- тельной полосой	1,7 — 24 000  1,7 — 20 000	60	Стрелоч- ная	20	
КР-201		1 — 15 000	20		10,5	
8М-32	Фигьтровый с по- стоянной относи- тельной полосой	0,2 — 20 000	—	Стрелоч- ная и ЭЛТ		ПРТ, ГДР
Р5Р80	Фильтровый 78 ок- тавы на краях диа- пазона с постоян- ной полосой в ре- альном масштабе времени	1,5 — 22 400	34	ЭЛТ	25	

намический диапазон при измерении
спектра электрических сигналов до
100 дБ как для гармонических, так
и для шумовых составляющих спектра
при погрешности измерения не более
1—2 дБ. Расширение диапазона изме-
ряемых частот достигают тем, что ис-
следуемый сигнал переводят в свето-
вой и развертывают в пространстве
с некоторой вспомогательной частотой,
а спектральный анализ мерцаний све-
тового сигнала осуществляют последо-
вательно в два этапа: на первом произ-
водят одновременный независимый
спектральный анализ в каждой точке
развертки, а на втором — анализ пе-
риодических структур вдоль развертки
вспомогательной частоты.

Улучшение технических и эксплуата-
ционных характеристик, использова-
ние новейших достижений техники
при разработке анализаторов также
повышает качество анализа. Например,
применение цифровой вычислительной
техники позволяет реализовать метод
спектрального анализа, использующий
оценку корреляционной функции
процесса. Это приводит к построению

электронно-вычислительных устройств,
обладающих большой универсаль-
ностью и высокой точностью анализа.
Примером может служить система для
анализа шумов и вибраций мод. 8К-1
фирмы Э1С (Япония), позволяющая
анализировать все виды акустических
шумов и вибраций, осуществляя при
этом анализ автокорреляционной и
взаимной корреляционной функции,
частотно-спектральный анализ в реаль-
ном времени, энергетический спек-
тральный анализ и взаимный энерге-
тический спектральный анализ двух
процессов, измерение функции плот-
ности и распределения вероятностей
и т. д. В основе системы лежит прин-
цип быстрого преобразования Фурье,
реализуемый быстродействующим кор-
релятором типа СОК-НО. Выходные
данные представлены в аналоговом
виде и в коде, удобном для дальнейшей
обработки на ЭВМ.

В системе агрегатного комплекса
средств электроизмерительной тех-
ники (АСЭТ) разработан анализатор
спектра типа С4-35, который предна-
значен для спектрального анализа
Рис. 14. Структурные схемы анализаторов спектра типов:

а — С4-35; б — третьоктавного Ф4327: 1 — входное устройство; 2 — предварительный
усилитель; 3 — избирательный усилитель; 4 — переключатель фильтров; 5 — активные
/?С-фильтры; 6 — промежуточный аттенюатор; 7 — оконечный усилитель; 5 — блок
измерения; 9, 10 — измерительный прибор

стационарных случайных процессов
и периодических сигналов посредством
измерения эффективных, средних и
амплитудных значений напряжения
электрических сигналов. Результаты
измерений фиксируются на шкале
стрелочным указателем. Анализатор
имеет дополнительный выход, сигнал
с которого может быть использован
для его дальнейшего преобразования.
Структурная схема анализатора спек-
тра приведена на рис. 14, а. Прибор
имеет два режима измерения: «Широ-
кая полоса» и «Узкая полоса».

Исследуемый сигнал Ух поступает
через входное устройство, посредством
которого осуществляется приведение
сигналов к уровню, обеспечивающему
удобство отсчета по шкале измери-
тельного прибора. При измерении
в режиме «Широкая полоса» исследуе-
мый сигнал с выхода предваритель-
ного усилителя поступает через про-
межуточный аттенюатор на оконечный
усилитель, схему измерения и измери-
тельный прибор. При измерении в ре-
жиме «Узкая полоса» исследуемый
сигнал с выхода предварительного
усилителя поступает на полосовой
фильтр, представляющий собой изби-
рательный усилитель, в цепь отри-
цательной обратной связи которого
в любой последовательности подклю-
чают с помощью переключателя 28
фильтрующие ячейки, выполненные
в виде двойных Т-образных мостов.
С выхода избирательного усилителя
сигнал поступает через предвари-

тельный аттенюатор на оконечный
усилитель, блок измерения и измери-
тельный прибор.

Техническая характеристика
анализатора спектра типа С4-35

Диапазон частот, Гц	1—500

Число фильтров ....	28

Напряжение сигнала, В 0,001 (—60 дБ)-а

100 (40 дБ)
Эффективная ширина
полосы пропускания
фильтра, октав.......	1/3±1/30

Основная приведенная
погрешность при изме-
рении (%):
в диапазоне частот
5—500 Гц.................... ±10

в диапазоне частот
1—5 Гц................. ±104—20

в узкой полосе на
средних номиналь-
ных частотах	....	±20

Другим прибором для анализа спек-
тра шумов при акустических и вибра-
ционных измерениях, разработанным
в рамках АСЭТ, является третьоктав-
ный анализатор спектра типа Ф4327
(рис. 14, б).

Прибор имеет два режима измере-
ния: «Широкая полоса» (режим вольт-
метра), «Узкая полоса» (режим анали-
затора спектра). В режиме «Широкая
полоса» исследуемый сигнал с выхода
предварительного усилителя посту-
пает через предварительный аттенюа-
тор на оконечный усилитель. В режиме
«Узкая полоса» исследуемый сигнал
поступает на входы всех активных
3---------- 1111Н--------------л----------------------1---1----------------------

10	20 30 40 50 70 ЮО 200 300 400 600 1000	0,1 0,2 0,3 0.4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Г

а\	та^	б)

Рис. 15. Зависимости погрешностей:

й _ е от ТаДГ Для различных V; б — е от V для различных Т&

ЯС-фильтров, один из которых выби-
рается переключателем фильтров.

Техническая характеристика
третьоктавного анализатора
спектра типа Ф4327

Диапазон частот, Гц	20—20 000

Число фильтров ....	31

Напряжение сигнала, В 0,001 ( — 60 дБ) —

300 (50 дБ)

Эффективная ширина
полосы пропускания
фильтра, октав ....	?/з±1/зо

Основная приведенная
погрешность при изме-
рении, дБ:
в широкой полосе	±1,0

в узкой полосе:
эффективных зна-
чений напряжений	±1,0

средних и ампли-
тудных значений
напряжений . . .	±1,5

Примеры проектирования анализа-
торов. При решении задачи разработки
анализатора спектра исходными дан-
ными являются диапазон частот анали-
зируемых процессов (/шт,/шах), макси-
мально возможная неравномерность
спектра Стах, время анализа Та и до-
пустимая погрешность анализа едОп.
Необходимо определить число филь-
тров и их параметры.

Требования исходных данных в
большинстве случаев противоречивы.
Например, для повышения разрешаю-
щей способности требуется уменьшить
полосы анализирующих фильтров, что

приводит к росту статистической по-'
грешности, которая обратно пропор-
циональна полосе анализирующего
фильтра. Поэтому возникает необхо-
димость выбора оптимальных требова-
ний к узлам и элементам анализатора
исходя из заданных требований.

При проектировании анализатора
спектра могут быть использованы за-
висимости 8 = / (Та Д/7) при различ-
ных у (рис. 15, а). При малом времени
анализа нецелесообразно уменьшать
полосу анализирующих фильтров
с целью увеличения разрешающей
способности по частоте, так как общая
погрешность при этом увеличивается.
При большем времени анализа целесо-
образно принимать отношение полосы
анализирующего фильтра к полосе са-
мого узкого всплеска анализируемого
спектра у = 0,34-0,6. Для каждого
значения параметра ТаДГ (рис. 15, б)
существует уор1, при котором дости-
гается наименьшая погрешность, но
этот оптимум не сильно выражен,
поэтому для обеспечения заданной по-
грешности возможна вариация значе-
ния у Для удовлетворения других тре-
бований (например, при малых у необ-
ходимо большое число фильтров, что
увеличивает габариты, массу и стои-
мость аппаратуры). Эти результаты
использованы при разработке анали-
затора спектра динамических процес-
сов, для которого: диапазон частот
анализируемого процесса 200—
Рис. 16. Структурная схема телевизион-
ного средства индикации

20 000 Гц; время анализа Та = 3 мин,
добротность самого узкого всплеска
спектральной плотности ф = 5, допу-
стимая погрешность еДОп^20%. Не-
обходимо	определить	число	анализи-
рующих	фильтров	и	их параметры.

При заданной добротности Отах наи-
меньшая	полоса	всплеска	анализи-
руемого	спектра	на	самой	нижней

границе частотного диапазона, т. е.
на /пип “ 20 Гц, ЛГт1п “/т1п/0шах~
— 20/5 — 4 Гц. Параметр а =
= 180-4 = 720.

По рис. 15 выбираем у = 0,5. Так
как у=Д/а/Д/7 = 0а/Стах, то доброт-
ность анализирующих фильтров ^а =
= 10. По рекуррентным формулам

,	(Са+О.б)”-1 .

П (<2а — в,5)П ’

Д/л =
где п — номер фильтра, вычисляем
центральные частоты и полосы филь-
тров до тех пор, пока	>

/шах«

При выполнении этого неравенства
п = №, т. е. определяется число филь-
тров. При = 10; /тш = 20 Гц;
/тах = 20 000 Гц, тогда М = 70. Таким
образом, полученные результаты поз-
воляют успешно проектировать си-
стему анализа динамических процес-
сов и увеличить достоверность изме-
рений при использовании универсаль-
ных анализаторов спектра.

Средства индикации (СИ) результа-
тов виброиспытаний. Для визуализа-
ции вибрационных процессов и резуль-
татов анализа использовали серийно
выпускаемые электронно-лучевые и
светолучевые осциллографы. Однако
для удобства наблюдения и отсчета
результатов спектрального анализа
целесообразно использовать индика-
торы с большим размером изображе-
ния. Электронно-лучевые трубки

с электростатическим отклонением
луча имеют малый экран. Применение
кинескопов для этих целей связано
с проблемами обеспечения широкопо-
лосными устройствами при узкополос-
ной системе отклонения луча с боль-
шой мощностью управления лучом.
Имеются системы, позволяющие фор-
мировать требуемое изображение на
экране кинескопа, используя телеви-
зионный растр. Упрощенная струк-
турная схема такого СИ приведена
на рис. 16. Коммутатор измеритель-
ных каналов анализатора 7, управляе-
мый генератором строчных синхроим-
пульсов 2, осуществляет опрос кана-
лов синхронно с формированием строк
телевизионного растра. Канальный
сигнал, снимаемый с выхода коммута-
тора, подается на один из выходов
компаратора 3. На другой выход
компаратора подается строчное пило-
образное напряжение, снимаемое с ге-
нератора 4 строчной развертки. В мо-
мент сравнения пилообразного и ка-
нального напряжений на выходе ком-
паратора появляется импульс, кото-
рый после формирования в блоке фор-
мирования 5 запирает или отпирает
кинескоп. Длина засветки строки или
группы строк пропорциональна на-
пряжению канальных сигналов. Та-
ким образом, на экране 6 кинескопа
формируется столб, длина которого
указывает значение оценки канальной
спектральной плотности. Описанный
принцип построения индикаторов ис-
пользуют в анализаторах спектра
фирмы Вгйе1 апб К]хг мод. 3347 и 3348
и в ряде отечественных разработок.
Для построения таких индикаторов
можно использовать серийные теле-
визоры без переделок, снабдив их не-
обходимыми приставками. К преиму-
ществам подобных индикаторов сле-
дует отнести высокие качества и яр-
кость изображения, удобство отсчета,
возможность формирования вспомо-
гательных меток и эталонных функций.

Перспективны многоканальные цвет-
ные индикаторы (МЦИ). МЦИ способен
индицировать две группы сигналов
в любом из трех основных цветов (крас-
ный, зеленый, синий). Он имеет сле-
дующие технические характеристики:
число каналов в группе 80, входной
сигнал — постоянное напряжение от
50 мВ до 5 В, масштаб — логарифми-
ческий, динамический диапазон 0—
40 дБ, шаг масштабной сетки 4 дБ, по-
грешность 0,8 дБ.

На экране индикатора изображены
вертикальные столбцы, рассредоточе-
нные по всей ширине экрана. Высота
любого из них изменяется в соответст-
вии с измеряемым сигналом. Столбцы
каналов первой и второй групп,
имеющих одинаковый номер, совме-
щены по положению на горизонталь-
ной оси и имеют разный цвет. Это
позволяет сравнивать значения сигна-
лов в одинаковых каналах и опреде-
лять их разницу. Изображение полу-
чается в результате создания на экране
электронно-лучевой трубки стандарт-
ного телевизионного растра, а все 160
сигналов преобразуются в прямоуголь-
ные импульсы, задний фронт которых
совпадает с окончанием прямого хода
развертки, а длительность соответ-
ствует выходным сигналам. Эти видео-
импульсы вырабатываются соответ-
ствующими широтно-импульсными
модуляторами и после дополнитель-
ного усиления подаются на электрон-
но-лучевую трубку для управления
яркостью зеленого и красного
лучей.

Экран засвечивается видиоимпуль-
сами каждой группы последовательно
вдоль строки, т. е. сначала воспроиз-
водится первый канал, потом второй,
третий и т. д. Таким образом, каждому
каналу отводится г/80 часть прямого
хода строчной развертки, что на экране
соответствует приблизительно 5 мм по
длине строки и делает возможным од-
новременно индикацию 80 каналов на
экране (еще 80 каналов индицируется
в другом цвете). Такое разделение ка-
налов осуществляется с помощью
электронных коммутаторов, которые
работают синхронно и синфазно. Это
позволяет совместить столбцы первой
группы каналов со столбцами второй
группы. В индикаторе имеются уст-
ройства для формирования импульсов
отметки каждого десятого канала и
шкалы. Эксплуатация цветных инди-
каторов подтвердила высокую эффек-
тивность его использования в подоб-
ных системах. Основным достоинством
МЦИ является возможность одновре-
менного наблюдения задаваемого и ана-

лизируемого спектров, высвеченных
разными цветами, и как следствие,
простота определения ошибки.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ
ВИБРОИСПЫТАТЕЛЬНОГО
КОМПЛЕКСА ИМИТАЦИИ
СЛУЧАЙНОЙ ВИБРАЦИИ

Созданы виброиспытательные ком-
плексы, имитирующие случайную
вибрацию, обеспечивающие доста-
точно высокую степень приближения
имитируемых вибраций к эксплуата-
ционным. По способам управления
испытаний и настройки аппаратуры
виброиспытательные комплексы ВИК
можно разделить на ручные и автома-
тические; по степени приближения
к эксплуатационным вибрациям — на
одномерные, многомерные (имита-
торы виброполя), стационарные, не-
стационарные.

Виброиспытательные комплексы для
имитации вибрации с ручным управле-
нием. Комплексы с ручным управле-
нием решают простейшие задачи вос-
произведения вибрации и содержат ге-
нератор испытательных сигналов и
вибростенд с виброизмерительной ап-
паратурой. В случае имитации широ-
кополосной случайной вибрации в ка-
честве генератора испытательных сиг-
налов необходимо использовать гене-
ратор широкополосных случайных
вибропроцессов. Например, виброис-
пытательный комплекс на базе ГШСВ
(рис. 17) предназначен для генериро-
вания широкополосных случайных ви-
бропроцессов с требуемым энергетиче-
ским спектром и компенсации неравно-
мерностей АЧХ вибровозбудителей.
Источником случайного сигнала слу-
жит генератор 1 белого шума. Блок
формирующих фильтров состоит из
широкополосного фильтра 2 с коррек-
циями в области нижних и верхних
частот и параллельно включенных
узкополосных фильтров-усилителей <9,
каждый из которых представляет собой
усилитель, охваченный частотнозави-
симой отрицательной обратной связью
в виде двойного Т-образного моста 4.
Фильтр-усилитель 3 настраивают на
нужную частоту изменением сопротив-
ления в плечах моста, добротность из-
Рис. 17. Структурная схема виброиспытательного комплекса с ручным управлением

меняют с помощью коэффициента об-
ратной связи, а требуемый коэффициент
передачи устанавливают аттенюато-
ром 5. Требуемая фаза сигнала, по-
ступающего на аттенюатор 5, обеспе-
чивается подключением его к входу
или выходу фазоинвертора 6. Выход-
ные сигналы широкополосного филь-
тра 2 и узкополосных фильтров-уси-
лителей 3 подаются на сумматор 7,
к которому фильтры подключены па-
раллельно. Генератор широкополос-
ных случайных вибраций может быть
снабжен дополнительным сумматором
8 для формирования сигналов всплес-
ков и провалов. Сформированный сиг-
нал подается с сумматора 8 (или до-
полнительного сумматора) на усили-
тель мощности, который подключен
к впбровозбудителю.

Случайный сигнал с выхода гене-
ратора 1 белого шума поступает на
широкополосный фильтр 2, который
формирует средний уровень модели-
руемого спектра. С выхода широко-
полосного фильтра 2 сигнал поступает
на сумматор 7 и узкополосные филь-
тры-усилители 3. Выходной сигнал
с узкополосного фильтра-усилителя 3
на сумматор может подаваться через
фазоинвертор 6 или минуя его, что
зависит от фазы выходного сигнала
широкополосного фильтра 2 и режима
формирования сигнала данным узко-
полосным фильтром-усилителем. Если
выходные сигналы совпадают по фазе,
то для формирования всплеска вы-

*

ходной сигнал узкополосного фильтра-	*

усилителя подается на сумматор, мн-	I

нуя фазоинвертор, а для формирова- |
ния провала — через фазоинвертор.

Если выходные сигналы противо-	$

фазны, то для формирования всплеска	

выходной сигнал узкополосного филь-
тра-усилителя подается на сумматор	5

через фазоинвертор, а для формирова-	/

ния провала — минуя фазоинвертор.

В этом ГШСВ предусмотрена возмож-
ность раздельного формирования	;

всплесков и провалов с помощью двух	I

сумматоров.	|

I

Техническая характеристика ГШСВ	$

Диапазон частот генерируе-
мых сигналов, Гц............. 20—2000	|

Диапазон коррекции средне-
го уровня спектра в области	1

нижних частот дБ (20—	1

100 Гц).................... ±15

Диапазоны, в которых мож-	Ц

но обеспечить всплески и	Г

провалы, Гц .......	20—40;	<

360—480;
50-90;
700—800;
180—240;
1200—1400

Диапазон изменения:

уровней всплесков, дБ	0—50

уровней провалов, дБ .	. .	0—60

добротностей провалов и
всплесков............... 5—50

Дисперсия выходных сигна-
лов, В2........................ 0—1

Выходное сопротивление, Ом	600

Число перестраиваемых
фильтров........................ 12
Ручной выравниватель с анализа-
тором шума типа МК1М-1 фирмы Регп-
(гоп (Англия) предназначен для форми-
рования случайных вибропроцессов
с требуемым энергетическим спектром,
ручного выравнивания АЧХ вибро-
возбудителя и анализа спектра с по-
мощью специального переключения
формирующих фильтров в режим ана-
лиза.

Техническая характеристика

Диапазон частот, Гц:
5-2000; 2000-4000;

4 000—6 000; 6 000—8 000; 8 000—
10 000

Число фильтров	48

Полосы пропускания филь-
тров, Гц ................12,5;	25 и 50

Для виброиспытаний при испытатель-
ных сигналах различных форм и их
совокупности целесообразно использо-
вать многофункциональный универ-
сальный генератор. Многофункцио-
нальный виброиснытательный прибор
МВП-1 предназначен для генерирова-
ния широкополосных случайных сиг-
налов с требуемым энергетическим
спектром, совокупности гармониче-
ских сигналов с требуемыми часто-
тами и амплитудами, гармонического
сигнала с перестраиваемой частотой
и программным изменением ампли-
туды, компенсации неравномерностей
АЧХ вибровозбудителя и измерения
дисперсии случайных сигналов.

Техническая характеристика
прибора МВП-1

Диапазон частот генерируемых

случайных сигналов, Гц . . . 20—250
Диапазон коррекции среднего

уровня спектра, дБ:

в области нижних частот
(20-Ю0 Гц) ............... ±15

в области верхних частот

(1000-2500 Гц)............... ±20

Число перестраиваемых узко-
полосных фильтров........... 12

Диапазоны,в которых возмож-
но получение всплесков и про-
валов спектра, Гц........... 25—50;

50—100;

100—200;

200—400;

400-800;

8С0—1600

Диапазон изменения :
уровней всплесков, дБ . . ,	0—30

уровней провалов» дБ , . ,	0—40

добротности всплесков и
провалов . . -.............. 5—50

Диапазон перестройки часто-
ты генератора качающейся ча-
стоты, Гц................... 20—3000

Максимальное число генери-
руемых гармоник............. 12

Полоса качания, Гц:
максимальная ............... 3000

минимальная................... 20

Средняя частота качания, Гц 30—2800

Время качанья, с..............10—120

Выходное эффективное напря-
жение, В ......... .	1

Низкочастотный диапазон, наличие
большого числа высокодобротных не-
равномерностей спектра, особенности
виброиспытаний делают задачу спек-
трального анализа сложной. Наиболее
приемлемыми для виброиспытаний яв-
ляются анализаторы спектра парал-
лельного действия. Анализаторы поз-
воляют оперативно контролировать
спектр имитируемых вибропроцессов и
настройку ГШСВ. Поэтому большин-
ство разработанных ГШСВ имеют
встроенные анализаторы спектра.
Такие ГШСВ содержат формирующие
фильтры с постоянными параметрами
и совершенно аналогичные анализи-
рующие фильтры. Примером такой ап-
паратуры может служить система
1ШЕ фирмы Рау-Ып^ (Англия). При-
менение идентичных формирующих и
анализирующих фильтров обусловли-
вает низкую разрешающую способ-
ность анализатора. При применении
малофильтровых ГШСВ, например
прибора МВП-1, можно использовать
любой анализатор спектра. Примером
системы имитации вибрации с ручным
управлением, у которой формирую-
щие и анализирующие фильтры не-
идентичны, может служить виброис-
пытательный комплекс ВИК-1М.

ВИК-1М предназначен для вибро-
испытаний с применением большин-
ства известных форм колебаний.
ВИК-1М имеет аппаратуру заданий
форм колебаний, а также вибростенд
с аппаратурой контроля. В состав
комплекса введен измеритель вибро-
шумов для исследования параметров
виброустойчивости полупроводни ко-
вых приборов. ВИК-1М содержит гене-
ратор ГШСВ-2 широкополосных слу-
чайных вибропроцессов, генератор
ГССВ совокупности специальных виб-
ропроцессов, блок задания нестацио-
нарности, вибростенд, измеритель
параметров виброшумов, анализатор
спектра и телевизионный индика-
тор.

Генератор широкополосных слу-
чайных вибропроцессов позволяет по-
лучать нормальные широкополосные
случайные вибропроцессы с требуе-
мым энергетическим спектром, узко-
полосные случайные вибропроцессы,
окрашенный и полосовой шум, поли-
гармонические сигналы, вносить
предыскажения в спектр генерируемых
вибропроцессов для компенсации ис-
кажений, создаваемых виброиспыта-
тельным оборудованием.

Генератор ГССВ совокупности спе-
циальных вибропроцессов позволяет
формировать полигауссовы и почти
периодические случайные вибропро-
цессы. Блок задания нестационарно-
сти осуществляет в реальном масштабе
времени программное управление
параметрами вибропроцессов и гене-
рирует программные сигналы. Рабо-
тает блок задания нестационарности
в комплексе с ЭЦВМ либо фотосчиты-
вающим устройством.

Вибростенд содержит усилитель
мощности, электродинамический и
пьезоэлектрический вибровозбудители
и обеспечивает возможность проведе-
ния виброиспытаний элементов радио-
электронной аппаратуры в широком
диапазоне частот.

Измеритель параметров виброшумов
позволяет исследовать виброустойчи-
вость полупроводниковых приборов.
С помощью анализатора спектра на-
страивают аппаратуру задания форм
колебаний и контролируют энергети-
ческий спектр воспроизведенных
вибропроцессов.

Телевизионный индикатор анализа-
тора спектра служит для отображения
на экране ЭЛТ энергетического спек-
тра исследуемого вибропроцесса. Ис-
пользование кинескопа в качестве ин-
дикатора позволяет существенно уве-
личить разрушающую способность
анализатора.

Техническая характеристика
комплекса ВИ К-1 М

Генератор широкополосных случайных
вибропроцессов (ГШСВ-2)
Диапазоны:

частот генерируемых сигна-
лов, Гц.................... 20—5000

коррекции среднего уровня
спектра в области нижних и
верхних частот, дБ ....	±30

в которых можно обеспечить
всплески и провалы, Гц 20—350;

300-5000

Диапазон изменения:
уровней всплесков дБ	. , 0—50

уровней провалов дБ	. . 0—40

добротностей всплесков и
провалов................... 5—100

Максимальное выходное на-
пряжение, Вэд ................. 0,5

Выходное сопротивление,	Ом	100

Число перестраиваемых филь-
тров или гармоник ............... 8

Генератор совокупности специальных
вибропроцессов (ГССВ)
Диапазон частот генерируемых
сигналов, кГц ............... 8 — 18

Число гармоник .............. 10

Распределение амплитуд гар-
моник нормальное
Ширина спектра генераторов
случайности, Гц ............. 0,5

Формирователь полигауссовых случайных
вибропроцессов'.

Время такта, с...............0,1 — 10

Число каналов ............... 9

Вероятность срабатывания тре-
буемого канала...............0,1—0,9

Блок задания
Код — двоичный шестиразрядный
Режим работы — непрерывный
Вибростенд

Входное напряжение, Вэф 0—0,5
Мощность, Вт . .............. 35

Диапазон частот вибровозбу-
дителя:

электродинамического, Гц 1 — 8000
пьезоэлектрического, Гц 6—18

Анализатор спектра

Число каналов .......	92

Добротность фильтров ....	20

Диапазон анализируемых ча-
стот, Гц .................... 20—5000

Размер изображения, мм . . . 100X900
Входное сопротивление, мОм,
не менее .................... 500

Телевизионный индикатор анализатора
спектра

Размер изображения, мм . . . 481X375
Число различаемых составляю-
щих спектра.................. 92

Динамический диапазон инди-
кации неравномерностей спек-
тра в линейном и логарифмиче-
ском масштабах, дБ .....	30

Виброиспытательные комплексы для
имитации вибрации с автоматическим
управлением. При имитации вибраций
объектом управления является вибро-
возбудитель или система вибровозбу-
дителей различного типа и принципов
действия с установленными на них
приспособлениями и изделием. Состоя-
ние объекта управления характери-
зуется выходными (контролируемыми)
параметрами, значения которых в про-
цессе испытаний должны непрерывно
изменяться. При внешних или вну-
тренних возмущающих воздействиях,
например изменении свойств изделия,
положения вибровозбудителя и т. п.,
в процессе виброиспытаний параметры
объекта управления отклоняются от
номинальных, что приводит к откло-
нению контролируемых величин от
заданных. Эти отклонения компенси-
руют управляющие воздействие, по-
ступающее на объект управления от
автоматического управляющего уст-
ройства. При имитации вибрации необ-
ходимо различать две системы — ста-
ционарную и нестационарную.

Стационарной можно считать си-
стему в том случае, когда ее выход-
ные параметры остаются неизменными
в процессе испытаний. Такое положе-
ние наблюдается при отработке вибро-
устойчивости изделий, когда режимы
испытаний существенно не изменяют
динамических свойств вибровозбуди-
теля или полезной нагрузки, а внеш-
ние возмущающие факторы (изменение
температуры, напряжения питания
и т. п.) пренебрежимо малы. Неста-
ционарной считается система, АЧХ
которой существенно изменяется
в процессе испытаний. Такая ситуация
возникает в случае изменения динами-
ческих свойств испытуемого изделия
(например, при испытаниях на вибро-
прочность, когда испытуемое изделие
доводят до разрушения) или при изме-
нении положения (многостепенной ви-
бростенд) в процессе испытаний.

Автоматическая управляющая си-
стема (САУ) имеет генератор испыта-
тельных сигналов, а также средства
анализа и управления. В соответствии
с принятой классификацией САУ все
используемые при имитации вибрации
системы являются много контурными,
и их можно разделить по характеру
изменения задающего воздействия на
системы автоматической стабилизации,
в которых задающее воздействие по-
стоянно, и системы программного
управления. Системы стабилизации
применяют при имитации стационар-

Рис. 18. Обобщенная структурная схема
комплекса имитации случайной вибрации
с автоматическим управлением

ной вибрации, а программного упра-
вления—при имитации нестационарной
вибрации.

По принципу формирования сигна-
лов системы делят на непрерывные
аналоговые и дискретные с использо-
ванием элементов цифровой техники.
Наибольшее распространение при ими-
тации широкополосной случайной
вибрации получили многоконтурные,
непрерывные, статические системы
автоматической стабилизации со ста-
ционарным вибровозбудителем. Основ-
ная цель построения таких систем —
автоматизация настройки ГШСВ
с учетом искажающего влияния вибро-
возбудителя.

На рис. 18 приведена обобщенная
структурная схема комплекса имита-
ции случайной вибрации с автомати-
ческим управлением. Стационарные
случайные сигналы от генераторов
шума, находящихся в блоке 1 генера-
торов шума, поступают в блок 2 фор-
мирования, состоящий из устройств
формирования и управления пара-
метрами характеристик и сумматоров
канальных сигналов. Сформирован-
ный сигнал поступает на вход вибро-
стенда 3, в котором воспроизводит-
ся вибрация. После преобразования
в электрический сигнал воспроизве-
денные вибропроцессы подаются на
вход блока 4 анализатора, в котором
осуществляется анализ и измеряются
требуемые параметры статистических
характеристик имитируемой вибрации,
значения которых сравниваются
в блоке 5 сравнения с задаваемыми
блоком 6 программ. Сигналы рассогла-
сования, снимаемые с блока 5, управ-
ляют с помощью блока 7 управления
параметрами формирователя. На этом
принципе построен отечественный авто-
матический комплекс имитации ви-
брации СПАВ-1.
Рис. 19. Упрощенная функциональная схема прибора МВП-2:

1 — блок измерения добротности; 2 — широкополосный фильтр; 3 — ячейка фильтра*
4 — корректирующая цепь; 5—7 — формирующие фильтры; 8 — усилитель постоян-
ного напряжения; 9 — 2Т-мост; 10 — эмиттерный повторитель; 11 — измеритель пара-
метров удара; 12 — частотомер; 13, 14 — сумматоры; 15 — блок контроля (анализатор
спектра, измеритель ускорения и дисперсии); 16 — усилитель мощности; 17 — генератор
качающейся частоты; 18 — фильтр нижних частот; 19, 20 — генераторы; 21 — смеси-
тель; 22 — генератор пилообразного напряжения; 23 — усилитель; 24 — переключа-
тель режима работы

Техническая характеристика комплекса
СПАВ-1

Диапазон частот, Гц . . . 12,5—10 000
Число каналов ....	30

Число генераторов шума	1

Полоса фильтров, октав	*/з

Автоматический выравниватель —
спектроанализатор типа МЕ-МА
фирмы Ып§ Е1ес1гошс$ (США) собран
по схеме с четырехканальным включе-
нием двух генераторов шума; рабочий
диапазон частот 10—2000 Гц. Сущест-
вуют три разновидности аппаратуры,
содержащей по 26, 39 и 52 формирую-
щих и анализирующих каналов. Од-
нако, несмотря на сложность и громозд-
кость, описанные выше системы обла-
дают весьма низкими разрешающей
способностью и точностью воспроизве-
дения характеристик имитируемых
вибропроцессов.

Универсальные виброиспытательные
комплексы. Многофункциональная ап-

паратура содержит основные важней-
шие элементы виброиспытательного
комплекса. Применение универсаль-
ной структурной схемы комплекса
резко сократило сложность и объем
аппаратуры. Упрощенная функцио-
нальная схема многофункционального
виброиспытательного прибора МВП-2
приведена на рис. 19.

В соответствии с требованиями сов-
ременных виброиспытаний прибор
МВП-2 предназначен для генерирова-
ния широкополосных и узкополосных
случайных процессов с требуемым
энергетическим спектром, гармоничес-
ких сигналов с перестраивае-
мой частотой (вручную и автоматиче-
ски), полигармонических сигналов.
Он осуществляет комбинацию пере-
численных выше режимов и компенса-
цию неравномерностей амплитудно-ча-
стотных характеристик вибровозбуди-
теля. Для настройки аппаратуры, ка-
либровки комплекса и контроля пара-
метров имитируемой вибрации прибор
содержит частотомер, измеритель до-
бротности, генератор качающейся ча-
стоты, анализатор спектра, измеритель
ускорений и дисперсий и измеритель
параметров удара. Измерительные
блоки могут быть использованы авто-
номно.

Основной задачей прибора МВП-2
является генерирование широкопо-
лосных случайных вибропроцессов
с требуемым спектром. Это осущест-
вляется путем линейного преобразо-
вания сигналов генераторов шума си-
стемой формирующих фильтров, пере-
страиваемых по частоте, добротности
и коэффициенту усиления. Работа фор-
мирующего устройства основана на
раздельном формировании среднего
уровня заданного спектра и узкопо-
лосных неравномерностей (всплесков и
провалов). Средний уровень спектра
формирует широкополосный активный
фильтр с коррекциями в области верх-
них и нижних частот. Всплески и про-
валы требуемого спектра формируются
путем синфазного или противофазного
сложения выходных сигналов широко-
полосного и узкополосного фильтров
в первом или втором сумматоре блока
управления. Одни и те же формирую-
щие фильтры могут быть использо-
ваны для формирования всплесков или
провалов. Кроме того, предусмотрена
возможность перевода формирующего
фильтра в режим генерации, чем обес-
печивается генерирование гармониче-
ских сигналов и контроль средней ча-
стоты фильтров с помощью частото-
мера.

Техническая характеристика прибора
М ВП-2

Диапазон:
частот генерируемых случай-
ных сигналов, Гц............10-г5000

коррекции среднего уровня
спектра, дБ:

в области нижних частот
(10-100 Гц) ............ ±15

в области верхних частот
(1000—5000 Гц).......... =Ь2О

измерения уровней вспле-
сков или провалов при доб-
ротности 5—50, дБ ....	0—40

перестройки частоты генера-
тора качающейся частоты,
.......................... 10-5000

11 Зак. № 38

частот анализируемого спек-

тра, Гц .................... 20—5000

измерения частоты, Гц, . . 5—5000
измерения добротности ...	1 —99

Время качания, с ..... . 10—150
Выходное сопротивление уси-

лителя мощности, Ом ....	50; 600

Анализ погрешности формирования
заданного энергетического спектра.
При моделировании случайных вибро-
процессов необходимо минимизиро-
вать ошибки формирования, обуслов-
ленные погрешностями аппрокси-
мации, нереализуемости заданного
спектра, анализа и неидеальности
АФЧ характеристик фильтров. При
этом исследуют степень влияния этих
погрешностей на суммарную погреш-
ность, ухудшающую качество функ-
ционирования ВИК и его разрешаю-
щую способность, под которой пони-
мают минимально возможную диспер-
сию Ртт формируемых сигналов в по-
лосе пропускания произвольно вы-
бранного анализирующего фильтра.
Для уменьшения погрешности фор-
мирования и расширения класса фор-
мируемых спектров необходимо уве-
личить общее число формирующих
фильтров и повысить степень прямо-
угольности их АЧХ. Анализируют
также качество функционирования си-
стем моделирования и их разрешаю-
щую способность с учетом взаимо-
влияния двух соседних формирующих
фильтров, что справедливо лишь при
аппроксимации их АЧХ трапецией,
треугольником или другой финитной
функцией частоты. В виброизмери-
тельных комплексах ВИК для имита-
ции вибрации, как правило, исполь-
зуют пассивные ЬС- или активные
/?С-фильтры, которые без принятия
дополнительных мер по увеличению
степени прямоугольности их АЧХ
имеют конечное затухание по оси ча-
стот, при котором учитывают влияние
всех формирующих факторов друг на
друга. Увеличение числа фильтров и
степени их прямоугольности для улуч-
шения разрешающей способности ком-
плекса выравниватель—спектроана-
лизатор, обусловливает жесткие тре-
бования к стабильности параметров
этих фильтров (средних частот и полос
пропускания), несоблюдение которых
Рис. 20. Структурная схема адаптивно-
параметрической системы

ведет к появлению дополнительной
составляющей погрешности формиро-
вания, которая может оказаться соиз-
меримой с другими составляющими
суммарной погрешности. Кроме того,
нарушение идентичности параметров
формирующих и анализирующих
фильтров также является источником
дополнительной аппаратурной погреш-
ности, ухудшающей качество функцио-
нирования системы. Например, до-
полнительная погрешность аппаратуры
для 80-канальной системы моделиро-
вания случайных вибропроцессов
типа АЙИ-2 фирмы ОеггИгоп (Англия)
достигает 15 % при нестабильности
средних частот анализирующих филь-
тров 1 % и немонотонном задании тре-
буемого спектра моделируемых сиг-
налов. Ее можно уменьшить увеличе-
нием стабильности параметров функ-
циональных узлов подобных систем,
что ведет к их значительному удоро-
жанию. Указанная погрешность мо-
жет быть частично устранена путем
исключения необходимости реализа-
ции идентичных формирующих и ана-
лизирующих фильтров. Такие возмож-
ности открываются при использова-
нии дискретных систем управления
с трансформацией спектра анализи-
руемых сигналов. Большой коэффи-
циент расширения спектра позволяет
заменить анализатор параллельного
действия анализатором последова-
тельного действия, что в совокупности
с элементами управления, реализо-
ванными на базе цифровой вычисли-
тельной техники, позволит сущест-
венно улучшить качественные пока-

затели систем имитации реальной ви-
брации.

Таким образом, наиболее эффектив-
ным способом улучшения технико-
экономических показателей подобных
систем является совмещение в них
функций формирования и анализа.
Одним из примеров технической реа-
лизации совмещенного комплекса ви-
брационных испытаний является уст-
ройство, в котором используют один
набор полосовых фильтров, которые
с блоком магнитной памяти выпол-
няют функции формирования и ана-
лиза. Сигналы с выходов полосовых
фильтров с учетом требуемой формы
спектральных характеристик имити-
руемой вибрации заносятся в блок маг-
нитной записи, а далее в режиме вос-
произведения вибрации считываются
с него, подаются на вход вибростенда и
анализируются гребенкой полосовых
фильтров. В этом устройстве блок
магнитной памяти служит вторым на-
бором полосовых фильтров и должен
отвечать требованиям многоканаль-
ное™, высокой стабильности скорости
лентопротяжного механизма, эконо-
мической целесообразности и доступ-
ности. Эти требования противоречивы,
а невыполнение их снижает точность и
достоверность проводимых виброис-
пытаний.

Новые схемы построения совмещен-
ных систем воспроизведения вибра-
ций полностью исключают из схемы
управления один набор полосовых
фильтров без замены их другими уст-
ройствами. Эти устройства (рис. 20)
относятся к классу адаптивно-пара-
метрических систем, принцип дейст-
вия которых основан на изменении
глубины частотно-зависимых обратных
связей, охватывающих объект управ-
ления, в соответствии с сигналом рас-
согласования заданной и измеренной
дисперсий сигналов с выходов полосо-
вых фильтров, которые одновременно
используют для формирования требуе-
мого энергетического спектра. Уст-
ройство (рис. 20) содержит один набор
полосовых фильтров; каждый фильтр
охвачен положительной обратной
связью, глубина которой регулируется
сигналом рассогласования, пропор-
циональным разности дисперсий сиг-
налов, измеренных в полосе пропуска-
ния этого канала и заданной про-
граммы. Случайный сигнал с выхода
генератора белого шума 1 проходит
через сумматор 2 на вход вибростенда 3.
Механические колебания с помощью
датчика ускорений 4 преобразуются
в электрический сигнал, который по-
ступает на вход узкополосных филь-
тров 5, включенных параллельно. Вы-
ходные сигналы узкополосных филь-
тров через соответствующие им регу-
лируемые аттенюаторы 6 и сумматор
также подаются на вход вибростенда,
замыкая цепь положительной обрат-
ной связи, и одновременно на вход из-
мерителей 7 дисперсий канальных
сигналов. Сигналы с выхода измерите-
лей дисперсии сравниваются с каналь-
ными напряжениями программ в уст-
ройствах сравнения 8, выходные сиг-
налы которых управляют коэффициен-
том передачи регулирующих аттенюа-
торов, изменяя глубину положитель-
ной обратной связи в каждом канале
в соответствии с требуемой амплиту-
дой всплеска в полосе пропускания
этого канала.

Таким образом, управление мгно-
венными значениями канальных сиг-
налов имитируемого случайного виб-
ропроцесса происходит в соответствии
с измеренными средними дисперсиями
канальных сигналов. Канальные об-
ратные связи позволяют учесть взаим-
ное влияние соседних каналов форми-
рователя, обусловленное неидеаль-
ностью АЧХ фильтров. Для увеличе-
ния динамического диапазона энерге-
тического спектра имитируемой ви-
брации, объект управления — вибро-
возбудитель может быть включен
в цепь положительной обратной связи,
а для увеличения глубины провалов
в формируемом энергетическом спек-
тре обратная связь в каждом канале
может быть выполнена знакоперемен-
ной (положительной или отрицатель-
ной) в зависимости от полярности
сигналов рассогласования с выхода со-
ответствующего сравнивающего уст-
ройства. Обеспечение устойчивости
системы обусловливает жесткие тре-
бования к стабильности регулировоч-
ных характеристик аттенюаторов. За-
пас устойчивости систем подобного
рода можно значительно повысить
переходом к совмещенным принципам

управления, основанным на формиро-
вании пилот-сигнала. При этом обес-
печивается уменьшение глубины об-
ратной связи включением в систему
синхронно регулируемых канальных
аттенюаторов и усилителей. Увели-
чить запас устойчивости можно также
введением в систему канальных об-
ратных связей с использованием прин-
ципов АРУ по двум соседним каналам.

Виброиспытательные комплексы для
воспроизведения реальной эксплуата-
ционной вибрации. При испытании
изделий находят все большее приме-
нение методы воспроизведения реаль-
ной эксплуатационной вибрации в ла-
бораторных условиях. Возможности
для. испытаний изделий на виброустой-
чивость и вибропрочность, откры-
вающиеся в этом случае, не могут быть
достигнуты с помощью других методов
испытаний, как например, при испы-
тании на воздействие синусоидальной
и случайной вибрации.

При воспроизведении реальной экс-
плуатационной вибрации в лабора-
торных условиях условия эксплуата-
ции можно имитировать многократно
с различным масштабом с целью опре-
деления пределов работоспособности
изделий. Использование в качестве
вибропроцессов стационарных слу-
чайных процессов является идеали-
зацией, позволяющей решать задачи
отработки виброустойчивости изделий,
однако часто реальные вибрации яв-
ляются нестационарными случайными
процессами. Требования более досто-
верной имитации эксплуатационных
механических воздействий приводят
к необходимости воспроизведения
в лабораторных условиях нестацио-
нарных случайных вибропроцессов.

Наиболее перспективным методом
имитации вибрации является воспро-
изведение записей реализаций реаль-
ной вибрации. При таком подходе
возникают проблемы обеспечения ста-
тической достоверности испытаний и
верного воспроизведения записей реа-
лизаций реальной вибрации на вибро-
стенде.

Для решения первой проблемы необ-
ходимо иметь достаточно большое
число записей реализаций и обеспе-
чить многократность и случайную по-
следовательность их воспроизведения.
Рис. 21. Структурная схема системы
воспроизведения и анализа записей реа-
лизаций эксплуатационной вибрации

Только в этом случае испытания будут
статически достоверными. Во многих
областях техники имеется возмож-
ность получения достаточно предста-
вительного ансамбля реализаций. Для
обеспечения случайной последова-
тельности воспроизведения записей
реализаций можно воспользоваться
методами статических испытаний, на-
пример методом Монте-Карло, и реа-
лизовать их с помощью различных
стохастических коммутаторов.

Имитация вибрации при непосред-
ственном воспроизведении записи
вибропроцесса реальной эксплуата-
ционной вибрации изделий основы-
вается на использовании устройств
с программным управлением. В каче-
стве элементов, способных запомнить
информацию о вибропроцессах, наи-
большее применение нашла магнитная
лента. Магнитная запись по сравнению
с другими видами запоминания (гра-
фическими виброграммами, перфори-
рованными лентами и картами и др.)
имеет преимущества: высокую точ-
ность воспроизведения, многократное
воспроизведение заданной программы
без ухудшения качества записи, срав-
нительную простоту аппаратуры и
пригодность использования ее в любых
условиях, возможность оперативного
контроля и воспроизведения записи
без предварительной обработки носи-
теля, длительное хранение носителя
без потери качества записи, легкость
монтажа при обрывах. Вибрация вос-
производится с магнитной ленты с по-
мощью блока воспроизведения записи,
управляющего виброиспытательным
комплексом. Для обобщения эксплуа-
тационных вибронагрузок метод непо-
средственного воспроизведения за-
писей вибропроцессов не исключает
возможности искусственного форми-
рования в запись эквивалентных ви-
бропроцессов.

Виброиспытательные комплексы,
предназначенные для воспроизведения
эксплуатационной реальной вибра-
ции, имеют некоторые отличия от
комплексов, применяемых для испы-
таний по заданной программе, ука-
занной в технических условиях на
разрабатываемую и выпускаемую
аппаратуру. В таких комплексах
имеются средства записи и воспроиз-
ведения реальной вибрации изделия,
находящегося в условиях эксплуата-
ции на объектах, подвергающихся
воздействию вибрации или создающих
вибрацию.

Структурная схема системы воспро-
изведения и анализа записей реали-
заций эксплуатационной вибрации
приведена на рис. 21. Реализации экс-
плуатационных вибропроцессов из
блока 1 ансамбля записей реализаций
выборочно считываются с помощью
коммутатора 2, управляемого гене-
ратором 3 случайных чисел, и подаются
на вход вибростенда 4, охваченного
обратной связью системы управления
5. Система управления осуществляет
коррекцию (выравнивание) и стабили-
зацию АЧХ вибровозбудителя, чем
обеспечивается воспроизведение реа-
лизаций. Блоки регистрации 6 и
сравнения 7 служат для оперативного
контроля качества воспроизведения
записей реализаций на вибростенде.
В простейшем случае функции этих
блоков может выполнять стандартный
двухлучевой осциллограф.

Более сложным, но универсальным
способом имитации является генери-
рование нестационарных случайных
вибропроцессов со статистическими
характеристиками, эквивалентными,
в требуемом смысле, характеристикам
эксплуатационной вибрации с после-
дующим воспроизведением этих ви-
бропроцессов на вибростенде. Такой
способ позволяет более детально оце-
нивать виброустойчивость испытуе-
мых изделий при различных прибли-
жениях к условиям эксплуатации.
Структурная схема системы, реали-
зующей этот метод, практически не
отличается от схемы системы имитации
стационарных вибраций, однако к ди-
намике такой системы предъявляются
более жесткие требования: время ана-
лиза и регулирования должно быть во
много раз меньше времени изменения
параметров статистических характе-
ристик имитируемых вибропроцессов.
Отличается система также наличием
специального блока программ. При-
ведем пример имитатора нестационар-
ной вибрации на нестационарном ви-
бровозбудителе, реализованном в виде
виброиспытательного комплекса ВИК-1.

ВИК-1 позволяет испытывать изде-
лия на воздействие стационарных и
нестационарных, широкополосных и
узкополосных, детерминированных и
случайных сигналов с требуемыми ста-
тистическими характеристиками; осу-
ществлять компенсацию неравномер-
ностей АЧХ стационарных вибровоз-
будителей и стабилизацию АЧХ не-
стационарных вибровозбудителей, из-
мерять и контролировать основные
параметры генерируемых сигналов и
имитируемой вибрации. ВИК-1 содер-
жит задатчик форм колебаний, пред-
назначенный для генерирования испы-
тательных сигналов и контроля их
параметров; многоканальное про-
граммное устройство (МПУ), пред-
назначенное для программного управ-
ления статистическими характеристи-
ками генерируемых сигналов в функ-
ции времени или других параметров
при работе в совокупности с устройст-
вами цифровой вычислительной тех-
ники; устройство управления вибро-
возбудителем, предназначенное для
стабилизации АЧХ нестационарных
вибровозбудителей, например, уста-
новленных на трехосном динамическом
стенде.

Техническая характеристика
комплекса ВИК-1

Диапазон частот генерируемых

сигналов коррекцией среднего
уровня спектра сигналов
±15 дБ в области верхних и
нижних частот, Гц............ 20 — 300;

„	20 — 2000

Число управляемых (вручную
или автоматически от МПУ)
(узкополосных фильтров . , ♦	5

Диапазон изменения уровней
всплесков и провалов при доб-
ротности 1 — 10, дБ.......... 0—30

Частотный диапазон анализа-

тора спектра, Гц.............. 20—500

Пределы измерения ускоре-

ния, дБ . ................... 0—60

Граничная частота спектра
сигналов, управляющих не-
стацион арностью характери-

стик генерируемых колебаний,
Гц......................... 10

Рабочий диапазон выравнива-
ния и стабилизации вибровоз*
будителя при неравномерности

АЧХ± 1 дБ, Гц.............. 0—250

Широко распространенные одното-
чечные методы возбуждения механиче-
ских колебаний испытуемых изделий
часто не удовлетворяют требованиям
полной имитации эксплуатационных
условий. Поэтому большое внимание
уделяется методам многоточечного
возбуждения. Результаты решения те-
оретических задач позволяют опре-
делить по данному виброполю число
вибровозбудителей, их наиболее раци-
ональное расположение, законы воз-
буждения каждого вибровозбудителя,;
структуру, характеристики и парамет-
ры систем их взаимной синхронизации.
Практическая реализация результатов
теоретических исследований затрудне-
на в связи с недостаточной разработан-
ностью требуемого ассортимента спе-
циальных вибровозбудителей, методов
и систем контроля характеристик ис-
пытуемых изделий и аппаратуры уп-
равления системами вибровозбудите-
лей. В некоторых областях техники,
таких как самолетостроение, автомоби-
лестроение и других, осуществляются
попытки имитации заданного вибро-
поля. Например, фирма ЗсИепск
(ФРГ) разрабатывает установки, со-
держащие множество гидровозбудите-
лей типа «Гидропульс», и системы
управления, осуществляющие взаим-
ную синхронизацию вибровозбудителей
и программное управление (включая
систему «Ранжом») процессом испыта-
ний. Системы применяют для обработки
вибрационной выносливости авиацион-
ных и автомобильных конструкций.

Фирма МТ8 (США) разрабатывает
системы для испытаний на выносли-
вость автомобилей, содержащие четы-
рех,- шести- и восьмиканальные «сти-
муляторы» (имитаторы) транспортной
вибрации. Эти системы также имеют
гидровозбудители и аппаратуру упра-
вления. Системы предназначены для
возбуждения строго направленных ко-
лебаний жесткой платформы вибро-
стенда. В качестве вибровозбудителя
в системах используют четыре гидро-
Рис. 22. Структурные схемы испытатель*
ных комплексов:

а — виброударного; б — на воздействие
ударного импульса^ заполненного слу-
чайным сигналом в совокупности а узко-
полосным шумом

цилиндра. В системах имеются также
устройства, обеспечивающие автомати-
ческую стабилизацию положения плат-
формы. Системы имитации виброполей
исключительно сложны и громоздки,
поэтому их целесообразно использовать
в том случае, когда точно известны
сведения о реальных виброполях.

Принятая практика раздельной ими-
тации вибрации и удара обусловлена
сложностью воспроизведения удара на
вибростендах и невозможностью вос-
произведения вибрации на ударных
стендах. Однако для успешной отра-
ботки оборудования летательных ап-
паратов необходимо имитировать виб-
роударные возмущения в комплексе.

Испытательный комплекс имитации
совокупности виброударных возмуще-
ний позволяет генерировать широко-
полосные случайные вибропроцессы
с требуемым и управляемым энергети-
ческим спектром совместно с ударными
испытательными сигналами, полосовой
и окрашенный вибропроцессы, поли-
гармонические сигналы и вносить пред-
ыскажения в спектр генерируемых
вибропроцессов для компенсации иска-
жений, вносимых виброиспытательным
оборудованием. Упрощенная струк-
турная схема комплекса представлена
на рис. 22, а. Устройство содержит
блоки управления /, формирования
удара 2 и вибрации 3, сумматор 4,
сигналы которых в сумме имитируют
реальные виброударные возмущения.
Отличительной особенностью этого уст-
ройства является наличие блока ими-
тации ударных возмущений.

Для выполнения виброударного ис-
пытательного комплекса, который фор-
мирует ударные радиоимпульсы, за-

полненные случайным сигналом в со-
вокупности с узкополосным шумом,
используют структурную схему, при-
веденную на рис. 22, б. Генераторы 1
и 2 шума управляют параметрами
ударных импульсов, формируемых ге-
нератором 3 ударных импульсов, и
модулируют узкополосный случайный
процесс, сформированный генерато-
ром 4 шума и фильтром 5. После сум-
мирования в сумматоре 6 узкополос-
ного случайного процесса с вибропро-
цессом результирующий сигнал пода-
ется на вибростенд. По такому прин-
ципу построен виброиспытательный
комплекс ИСВВ.

Техническая характеристика
комплекса ИСВВ

Диапазон:

частот генерируемых вибро-
процессов, Гц.............. 20—5000

коррекции среднего уровня
спектра в области верхних

и нижних частот, дБ ...	±30

Диапазон изменения:

уровней всплесков, дБ , . .	0—50

уровней провалов, дБ . . .	0—40

добротностей узкополосных
неравномерностей........... 5—100

Число перестраиваемых узко-

полосных фильтров ........... 8

Параметры генерируемых удар-

ных импульсов:

частота следования, Гц. , .	0,1—20

длительность, мкс............20—100

Выходное сопротивление, Ом\ 1000
Заполнение импульсов узкополосным и
широкополосным случайным процессом
с регулируемым спектром

Из устройств подобного назначения
можно указать аппаратуру фирмы
Вгйе! апб К]аег (Дания) мод. 3378,
3379 и 3380. Например, мод. 3380
содержит 120-канальный автоматиче-
ский выравниватель-спектроанализа-
тор, позволяющий имитировать широ-
кополосные случайные вибропроцессы
в диапазоне частот 20—2000 Гц. Си-
стема также содержит синтезатор удар-
ных импульсов. При ударных испыта-
ниях выравнитель компенсирует ис-
кажения, вносимые вибровозбудите-
лем. Период повторных ударных им-
пульсов 0,6 с.

В СССР разработан многофункцио-
нальный комплекс (рис. 23) для испы-
тания на трехкомпонентную вибрацию,
который позволяет проводить испыта-
ния на воздействие гармонической,
пол игармонической, широкополосной
случайной вибрации и виброудар тре-
угольной формы, причем вибрация на
объекте измеряется в трех взаимно
перпендикулярных плоскостях, а ин-
дикация осуществляется по экрану
трехцветного видео контрольного ин-
дикатора телевизионного типа.

Многофункциональный комплекс
для испытания объектов на трехком-
Понентную вибрацию содержит генера-
тор 1 шума, набор звуковых генерато-
ров 2, первый сумматор 5, первый и
второй коммутаторы 4 и 5, блок 6
формирования сигнала, усилитель 7
мощности, вибростенд 8, имитатор 13
случайной вибрации, генератор 14
треугольных импульсов, трехцветный
видео контрольный индикатор 15,
экстремальный ограничитель 16 и вто-
рой сумматор 17. На столе вибровоз-
будителя размещен исследуемый объ-
ект Р, на котором закреплены датчики
10, соединенные через согласующие
усилители И с анализатором 12.

При воспроизведении полигармони-
ческой вибрации к выходу блока 6
формирования сигнала подключен вы-
ход сумматора 3 через первый комму-
татор 4. Звуковые генераторы 2 фор-
мируют сигналы определенных уров-
ней на заранее заданных частотах, ко-
торые при суммировании воспроизво-
дят заданную АЧХ, воспроизводящую
условия эксплуатации или испытания
объекта 9.

Сформированный таким образом сиг-
нал проходит через блок 6, осуществля-
ющий дополнительную энергетическую
коррекцию уровня результирующего
сигнала, который усиливается усили-
телем 7 мощности и поступает на вибро-
стенд 8. Датчики 10 устанавливают на
объект 9 в трех взаимно перпендику-
лярных плоскостях для исследования
как продольных, так и поперечных
крутильных колебаний элементов объ-
екта. В датчиках 10 механические ко-
лебания преобразуются в электриче-
ские и через согласующие усилители
поступают в анализатор 12. С помощью
анализатора 12 выявляются гармони-
ческие составляющие, появляющиеся
в элементах объекта, и исследуются
резонансные свойства объекта. Резуль-
тирующие АЧХ объекта по трем коор-

Рис. 23, Структурная схема многофунк-
ционального ВИК

динатам высвечиваются различными
цветами, например синим, красным
и зеленым, на экране трехцветного
видеоконтрольного индикатора 15.

Для сравнения с задаваемой АЧХ
выход сумматора 17 подключен к уп-
равляющему входу трехцветного ви-
деоконтрольного индикатора 15. Эта
АЧХ высвечивается на экране индика-
тора 15 в черно-белом изображении.

Для коррекции АЧХ усилителя 7
мощности и нагруженного вибровозбу-
дителя 8 в устройство введен имита-
тор 13 случайной вибрации, содержа-
щий фильтры с широкой полосой пе-
рестройки, с помощью которых вырав-
нивается энергетическая характери-
стика и АЧХ. В имитаторе 13 преду-
смотрен регулируемый усилитель, ко-
торый при превышении заранее уста-
новленного уровня вибрации в эк-
стремальном ограничителе 16 по ка-
кой-либо координате объекта умень-
шает уровень возбуждения, покупае-
мого на вибровозбудитель 8, или регу-
лирует фазовые соотношения между
сигналами. При многофункциональ-
ных испытаниях к одному входу вто-
рого сумматора через блок 6 формиро-
вания сигнала подключен генератор 1
шума, а к другому входу второго сум-
матора через второй коммутатор —
генератор 14 треугольных импульсов.
Сигналы с генератора 1 шума и гене-
ратора 14 формируют виброударный
импульс на выходе второго суммато-
ра 17, отклик объекта 9, на воздействие
которого также индицируется индика-
тором 15. Экстремальный ограничи-
тель 16 и в этом случае не позволяет
дорогостоящему объекту 9 выйти из
строя, ограничивая резонансные коле-
бания его отдельных элементов.
СРЕДСТВА ВОЗБУЖДЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Совокупность средств возбуждения
механических колебаний (ССВК), вхо-
дящих в состав виброиспытательного
комплекса ВИК, состоит из опорной
плиты, которую при малых размерах
(до 1 м) называют столом, а при боль-
ших размерах — платформой; механиз-
мов возбуждения переменных сил и
движений; систем управления режима-
ми испытаний; устройств компенсации
статических нагрузок; измерительных
систем; обрабатывающих и регистриру-
ющих устройств. Такую совокупность
средств называют вибростендом.

По расположению опорной плиты
в - пространстве различают вибростенды
с неизменным положением плиты (вер-
тикальное, горизонтальное положение
опорной поверхности) и с изменяемым
положением плиты (поворотные). Дви-
жения, возбуждаемые вибростендами,
могут быть направлены к плоской по-

верхности опорной плиты: нормально,
параллельно, под углом (изменяемым
или неизменяемым). По числу компо-
нент движений изготовляют одно ком-
понентные и многокомпонентные виб-
ростенды. Принципы построения ССВК
показаны на примере вибростендов
с гидравлическим возбуждением. Для
возбуждения колебаний таких вибро-
стендов используют механизмы агрега-
тных комплексов: механогидравличе-
ские и гидромеханические преобразова-
тели, гидрокоммуникации и промежу-
точные устройства. В качества гидро-
механических преобразователей испо-
льзуют системы, основанные на инер-
ционном взаимодействии, и объемные
поступательные гидроцилиндры. Наи-
большее распространение в вибростен-
дах получили поступательные объем-
ные гидромеханические преобразова-
тели.

В качестве механогидравлически х
преобразователей практическое при-
менение находят роторные гидропуль-

10. Технические характеристики наклоняемых вибростендов фирмы 5егуо(е§1
(максимальная амплитуда виброперемещения 50 мм)

Тип	Макси- мальная возму- щающая сила, кН	Ско- рость, м/с	Расход жидко- сти, л/мин	Масса изделия, кг	Размеры стола (платформы) в плане, мм
175-100-10	10	0,93	30	250	0 400
		1,9	53		
175-100-50	50	0,74	102	3500	1200Х 1300
		1,78	190		
175-100-100	100	0,37	102		
		0,75	190		
		1,50		380		
175-100-200	200	0,18	102	5000	1200X1300 или 2000X 2000
		0,37	190		
		0,75	380		
11. Технические характеристики горизонтальных вибростендов фирмы 8егуо1еу<
(максимальная амплитуда виброперемещения 50 мм)

Тип	Размеры стола {платформы) в плане, м	Масса изделия, кг	Опорная база подшипников	Высота стола
			л	(М
178-0,8	0,8Х 1,0	1000	750	400
178-1,56	1,2Х 1,3	3500	1000	525
178-4,0	2,0Х 2,0	5000	1500	500

саторы и насосные установки с элект-
родроссельными преобразователями.
Практическому распространению этих
систем способствует широкий диапа-
зон частот, осуществляемый серво-
регулированием. Системы с возбужде-
нием роторными гидропульсаторами
вследствие рекуперативности энергети-
чески экономней дроссельных систем
и позволяют развивать большие мощ-
ности; поэтому их применяют в мощ-
ных сейсмических вибростендах. Элект-
родроссельные системы обладают боль-
шей гибкостью в управлении, на них
достигнуты несколько более широкие
частотные параметры (при малых мощ-
ностях), поэтому они находят предпо-
чтительное применение в небольших
вибростендах.

Для возбуждения колебаний в одно-
компонентных вибростендах небольшой
грузоподъемности применяют одноци-
линдровый привод (обычно симметрич-
ные цилиндры), а для вибростендов
с вертикальным направлением колеба-
ний при невысоких ускорениях (до
10—20 м/с2) применяют трехполостные
цилиндры с полостью, компенсирую-
щей массу испытуемого объекта. Для
изменения направления (наклона оси)
возмущающих движений применяют
карданную подвеску цилиндров. Тех-
нические характеристики одноцилин-
дровых вибростендов приведены в
табл. 10. Для наклона стола к направ-
лению возмущающего движения он
соединен через шарнир с штоком
поршня.

В вибростендах с горизонтальным
направлением возбуждаемых движе-
ний, независимо от. размера и грузо-
подъемности, применяют автономные
направляющие движения стола, ко-
торые рассчитывают на восприятие

опрокидывающего и поворачивающего
моментов, возникающих от несовпаде-
ния центра тяжести модели с линией
действия возмущающей силы, а также
на компенсацию статической нагрузки.
В табл. 11 приведены технические пара-
метры небольших горизонтальных виб-
ростендов. При разработке многоком-
понентных вибростендов основным яв-
ляется осуществление движений по
заданным направлениям. Решение этой
задачи определяет всю компоновку
привода и системы управления. Плат-
форма имеет в пространстве шесть
степеней свободы. Поэтому для обе-
спечения полной кинематической оп-
ределенности ее положения в про-
странстве необходимо наложить шесть
связей. Число наложенных активных
связей обусловливает компонентность
перемещений платформы. Остальные
степени свободы должны быть ограни-
чены пассивными связями. Активная
связь накладывается гидроцилиндром
с присоединенным к нему гидравличе-
ски автономным возбудителем. Шар-
нирные или поступательные связи
цилиндра и поршня с фундаментом и

Рис. 24. Схема шестикомпонентного виб-
ростенда с числом возбудителе^ равным
числу необходимых связей
12. Технические характеристики отечественных сейсмических вибростендов

Тип стенда	Максимальное уси- лие, кН	Рабочий диапазон частот, Гц	Максимальная 'ам- плитуда вибропе- ремещения, мм	Число компонент	Ускорение, м/с2	Размеры стола в плане, мм		Масса изде- лия, кг	Характер цикла
впзк-юом	1000			3	3,5	6	000X6 000	50 000	
ВП2К-200 вп-юом	2000  1000	0,5-50	30	2  1	20  35	12  6	000X6 000  000X4 000	120 000  50 000	Синусо- идальный
ВП-100А	300	0,1 — 10	100		20				
ВП2КБ-50	500	0,5—50	30	2	50		—	—	Синусо- идальный бигармони- чески й То же
Хб 2.775.010	160	2-50	5	1	40	6	000X 2 000	3 000	
Хб 2.775.003	300	40—100	0,5	2	30	3	500X3 500	5 000	Синусо- идальный
Хб 21775.014  Хб 2.775.016	20  50	0.1 — 150  0,01 — 20	100	1  3	100	1	0 400  000X 1 000	500	Синусо- идальный и случайный
Хб 2.775.007	600	5-50	2		50	3	000Х ? 000	10 000	Синусо- идальный

столом не препятствуют движению
последнего в направлениях, перпен-
дикулярных оси цилиндра. Для воз-
буждения поступательных перемеще-
ний по трем направлениям и вращатель-
ных вокруг трех осей число таких воз-
будителей должно быть равно шести
(рис. 24). Возбудители 1—3 синхронно-
синфазным движением задают поступа-
тельное перемещение по оси 7, возбу-
дители 4 и 5 — по оси У, а возбу-
дитель 6 — по оси X (при шарнирном
креплении цилиндров к столу и осно-
ванию). *

Для увеличения синхронизма и
устойчивости вибростенда иногда тре-
буется рассредоточить усилия на боль-
шее число цилиндров, чем это опреде-
ляется необходимым числом активных
связей. Тогда для ликвидации лишних
связей можно воспользоваться их ис-
ключением путем объединения возбу-
дителей, сохраняя требуемое число
гидравлически автономных систем. Вве-
дение гидравлической связи в гидро-
механическую систему сообщает по-
следней дополнительную степень под-
вижности.

В табл. 12 приведены технические
характеристики отечественных сей-
смических вибростендов большой гру-
зоподъемности. Вибростенды типа
ВП-100 имеют одно (горизонтальное)
направление движения пл атформы мно-
гокомпонентные вибростенды типов
ВП2К-200 и ВПЗК-100М позволяют
осуществлять соответственно гори-
зонтальное (в двух направлениях)
движение стола и комбинационное
(вертикально-горизонтальное) дви-
жение платформы в трех направлениях.

Роторные гидропульсаторы промыш-
ленного выпуска, на которых базиру-
ется возбуждение мощных сейсмоплат-
форм отечественного производства,
возбуждают моногармонические коле-
бания с управлением амплитудой, ча-
стотой, фазовым соотношением компо-
нент движения. Можно усложнить
характер возбуждаемых движений пу-
тем объединения двух или нескольких
гидропульсаторов, золотники которых
приводятся во вращение с различными
скоростями. Такая возможность реали-
зована в бигармоническом вибростенде
типа ВП2КБ-50. В нем горизонтальная
двухкомпонентная платформа снабжена
двухпульсаторными агрегатами, зо-
лотники которых связаны коробкой
скоростей (передаточные отношения
1 : 1,5; 1:2; 1:3; 1 : 4) и приводятся
во вращение общим двигателем. Та-
ким образом, платформе сообщаются
двухчастотные колебания с соответ-
ствующей избранному передаточному
отношению гармоникой обертона. До-
полнительный привод дифференциаль-
ного механизма, установленного после-
довательно с коробкой передач, поз-
воляет менять фазу составляющих
гармоник, чем обеспечивается режим
качающейся частоты. Это позволяет
выявлять наиболее неблагоприятные
сочетания резонансов собственных
форм колебаний сложной модели объ-
екта.

Для исследования объектов при бо-
лее сложных движениях используют
систему возбуждения, основанную на
электродроссе л ьных усилителях мощ-
ности. В СССР такие вибростенды вы-
пускаются небольшой грузоподъемно-
сти (тип Хб 2. 775. 014).

За рубежом используют исключи-
тельно электродроссельную систему
возбуждения. Фирмы МТ5 (США),
ЗсЬепск (ФРГ), МИгиЫя (Япония)
применяют шарнирные цилиндры в ка-
честве активной связи в направлениях
их оси и пассивной связи в направле-
ниях, перпендикулярных плоскости
стола. В горизонтальных вибростендах
фирмы МТ8 платформа установлена
на двухшарнирных стойках, длину
которых подгоняют посредством резь-
бовых соединений; зазоры в соединени-
ях устраняют специальными гайками
с косыми торцами.

Платформы небольшой грузоподъем-
ности однокомпонентных горизонталь-
ных стендов перемещаются по цилин-
дрическим направляющим, снабжен-
ным гидростатическими опорами.

В многокомпонентных вибростендах
фирма МТ8 (США) использует много-
цилиндровую систему возбуждения по
каждому направлению. На рис. 25
приведена структурная схема управ-
ления движением платформы (размером
4X4 м) пяти компонентного стенда гру-
зоподъемностью 20 т. Движения возбу-
ждаются четырьмя вертикальными и

Рис. 25. Структурная схема управления
вибростенда фирмы МТ 5:

1 — платформа; 2 и 3 — соответственно
вертикальные и горизонтальные цилин*
дры; 4 — объект испытания; 5 и 6 — со*
ответственно усилители мощности гори*
зонтальных и вертикальных цилиндров^
7 — управление гидростатическими опо*
рами по оси V; 8 — насосно-аккумулятор*
ная станция; 9 система охлаждения;!
10 аналоговая система управленияз
11 — осциллоскоп; 12 — блок сравнения
вертикальных перемещений и поворотов
относительно осей X и У; 13 «= блок срав*
нения горизонтального перемещения и
поворотов относительно оси 7; 14 «=*
программный селектор сигналов; 15 —
функциональный генератор; 16 — магни*
тограф; 17 — интерфейс, А/Ц и Ц/А-пре*
образователи, программные часы; 18 —•
процессоры типа РДР 11/45 и РДР 11/40*
часы реального времени; 19 — магнит*
ная память; 20 — магнитные диски; 21 —»
спектральный анализатор; 22 — осцил*
лоскоп; 23 — А/Ц- и Ц/А-преобразова*
тели, интерфейс; 24 — ввод с перфолен*
ты; 25 — ввод и вывод на перфоленту5
27 — графопостроитель; 28 — цветной
дисплей; 29 — копировальный аппарат?
30 — система сбора информации

четырьмя горизонтальными цилиндра-
ми, каждый из которых снабжен ?лек-
тродроссельным усилителем с номиналь-
ным* расходом 342 л/мин. Система пи-
тается от насосно-аккумуляторной стан-
ции производительностью 832 л/мин.
Вертикальные гидроцилиндры уста-
новлены с расчетом восприятия опро-
кидывающего момента 1000 кН*м.

Горизонтальные цилиндры рас-
положены по противоположным сто-
ронам активного направления (ось X)
движения платформы и возбуждают
поступательные перемещения и по-
ворот вокруг вертикальной оси 7.
По свободным сторонам платформы
(направление оси V) расположены
гидростатические поворотно-поступа-
тельные полусферические опоры.
Система управления предусматри-
вает альтернативное задание движе-
ния по автономным каналам управ-
ления пятью компонентами. В каче-
стве задатчика могут быть использова-
ны функциональный генератор, магни-
тофонная запись или программное
задание управляющей ЭЦВМ. Сигна-
лы управления, поданные в виде аксе-
лерограмм, преобразуются интегри-
рованием в сигналы перемещений и
сравниваются в аналоговой системе
управления с сигналами датчиков пе-
ремещений поршней цилиндров (ли-
нейных дифференциальных трансфор-
маторов). Сигналы рассогласований
подаются на управляющие усилители
мощности соответствующих электро-
дросселей.

В оснащении платформы предусмо-
трена 100-канальная информационно-
измерительная система с обработкой
результатов на ЭЦВМ. В программное
обеспечение входит коррекция движе-
ний по результатам измерения движе-
ния объекта, а также возможность
возбуждения случайных процессов по
спектральным характеристикам.

Фирма НИасЫ (Япония), повторяя,
в принципе, систему управления фир-
мы МТ8, иначе решила проблему обе-
спечения пассивных связей на актив-
ных гидроцилиндрах. Цилиндры за-
креплены на основании жестко, а
шток поршня соединен с платформой
через двойную гидростатическую му-
фту, обеспечивающую кроме поворота,
поступательную подвижность в обоих
направлениях плоскости, перпендику-
лярной продольной оси цилиндра. Та-
ким образом, на трех (по конструктив-
ной симметрии четырех) вертикальных
цилиндрах остаются свободными три
компоненты движения плоскости плат-
формы. Аналогично решается присое-
динение горизонтальных цилиндров.
Такое решение избавляет платформу
от паразитных движений, вызываемых
наклоном шарнирных цилиндров, од-
нако приводит к дополнительным наг-
рузкам на шток цилиндра.

Фирма 8егуо1ез( (Великобритания)
применяет двухшарнирные цилиндры
и для многокомпонентных вибростен-
дов использует сложную систему
их компоновки, включающую автоном-
ные активные цилиндры для поступа-
тельных и для поворотных движений. I

ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
СООРУЖЕНИЙ

Сварные двутавровые балки широко
применяют в подкрановых балках,
мостах и других строительных соору-
жениях, работающих в условиях цик-
лических нагрузок, приводящих неред-
ко к разрушениям. Основное внима-
ние при испытании подкрановых балок
уделяют изучению причин образования
усталостных трещин в верхней зоне
стенки под местной нагрузкой катков
крана и разработке мероприятий, спо-
собствующих повышению вибрацион-
ной прочности стенки. При испытании
мостовых балок определяют предел
выносливости двутавра в зонах при-
варки поперечных ребер жесткости,
угловых фасонок поперечных связей,
поперечных стыковых швов гори-
зонтальных поясных листов перемен-
ного сечения, а также изучают раз-
личные способы обработки сварных
швов, сравнивают пределы выносли-
вости балок из углеродистой и низ-
колегированной стали.

Сварные двутавровые балки испыты-
вают на стенде, имеющем массивную
платформу для восприятия колеба-
ний, расположенную на пружинных
виброизоляторах. Испытуемую балку
устанавливают на опорную стойку;
она удерживается за один конец за-
тяжной траверсой, охватывающей бал-
ку сверху и подтягиваемой к продоль-
ным двутаврам платформы снизу. На
свободный конец балки подвешивают
корзину с укрепленной на площадке
вибрационной машиной. Развиваемая
вибровозбудителем возмущающая сила
позволяет создавать в испытуемой бал-
ке циклические напряжения повтор-
ного изгиба. Разгрузку осуществляют
при подъеме корзины домкратами до
освобождения нижней поперечины за-
тяжной траверзы. На катках корзина
с вибрационной машиной перемеща-
ется вдоль платформы для установки
в новое положение. Жесткие кониче-
ские пружины виброизоляторов ох-
ватываются чашками, которые при-
креплены к платформе и пазам фунда-
ментной плиты. Таким образом, плат-
форма предохраняется от соскальзы-
вания, а возможные составляющие го-
ризонтальных колебаний воспринима-
ются радиальной жесткостью пружин.
Платформу и корзину нагружают
балластными грузами для изменения
массы и асимметрии цикла. При ста-
тическом нагружении балки, пред-
шествующем вибрационным испыта-
ниям, используют грузы для определе-
ния напряжений, деформаций, а так-
же тарировки силоизмерительных при-
боров. Вибрационная машина относится
к центробежным направленным вибро-
возбудителям и является основным
силовым органом испытательного стен-
да. Действие его основано на исполь-
зовании центробежной силы, разви-
ваемой двумя противоположно враща-
ющимися неуравновешенными мас-
сами. Центробежная сила в течение
цикла меняет свое значение от наиболь-
шего положительного до наибольшего
отрицательного. При этом горизон-
тальные составляющие центробежной
силы уравновешиваются, а вертикаль-
ные суммируются так, что их равно-
действующая представляет вектор, из-
меняющийся по гармоническому зако-
ну. Наибольшая амплитуда развивае-
мого вибровозбудителем усилия равна
98,07 кН, частота колебаний изменяет-
ся до 11 Гц. Нагрузка на опытный об-
разец зависит от жесткости и массы
упругой системы и определяется в ка-
ждом случае с учетом упругих дефор-
маций образца, затяжной траверзы,
подвесок корзины, виброизолято-
ров. Фундамент представляет собой
густоармированный в верхней части
бетонный массив, заглубленный на
1,5 м. В армированной части устроены
продольные пазы для крепления вибро-
изоляторов либо дополнительных
демпферов.

На амортизированной дополнитель-
ными виброизоляторами платформе
стенда можно испытывать пролетные
строительные конструкции, установ-
ленные на двух опорах с приложением
вибрационной нагрузки в середине
пролета. При такой схеме нагружения
испытаны на усталость различные
конструкции автомобильных рам, поз-
волившие выявить наиболее надежные
конструкции соединений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
сйстрмбИмКИы В’ И> Те°Рия виброударных
систем. М.: Наука, 1978. 352 с.

2.	Бендат Дж., Пирсол А. Измерение
. и анализ случайных процессов/Пер. с англ.

М.: Мир, 1974. 463 с. ч

3.	Божко А. Е., Урецкий Я. С. Системы
формирования спектра случайных виб-
раций. Киев: Наукова Думка, 1979. 176 с.

4.	Вибрации в технике: Справочник/Ред.
совет.: В. Н. Челомей (пред.) и др. М.1
Машиностроение, 1980. Т. З/Под ред*
Ф. М. Диментберга и К. С. Колесникова.
М: Машиностроение, 1980. 544 с.

5.	Вибрация энергетических машин?
Справочное пособие/Под ред. Н. В. Гри*
горьева. Л.: Машиностроение, 1974.
464 с.

6.	Карпушин В. Б. Виброшумы радио*
аппаратуры. М.; Советское радио, 1977.
320 с.

7.	Ковальский В. Н., Рыгалин В. Г«
Определение направлений разработки
технической аппаратуры задания и ана«
лиза случайной вибрации. — В кн.$
Современные методы- и средства неразру*
шающего контроля качества изделий.
М.: НИИИН, 1975, вып. 8, с. 147 — 153.

8.	Кузнецов А. А. Вибрационные испы*
тания элементов и устройств автоматики.
М.: Энергия, 1976. 120 с.

9.	Малинский В. Д. Контроль и испыта*
ния радиоаппаратуры. М.: Энергия, 1970.
336 с.

10.	Методы, средства измерения и ана*
лиза вибрационных процессов/В. Г. Ры-
галин, Д. А. Гречинский, В. А. Клочко
и др. М., ЦНИИТЭИприборостроения?

1975. 64 с.

11.	Мирский Г. Я. Аппаратурное опре-
деление характеристик случайных про*
цессов. М.: Энергия, 1972. 455 с.

12.	Практическая реализация и на«
стройка имитаторов случайных вибра*
ций/Я. С. Урецкий, 3. А. Баширов?
В. А. Клочко и др. — Измерительная
техника, 1979, № 2, с. 43—45.

13.	Приборы и системы для измерения виб-
рации, шума и удара: Справочник в 2-х
кн./Под ред. В. В. Клюева. М.: Машино*
строение, 1978, кн. 1, 448 с.,- кн. 2, 439 с.

14.	Проблемы развития средств вибро*
метрии в государственной системе про*
мышленных приборов/В. В. Клюев?

В. А. Клочко? Д. А. Гречинский и др.

В кн.: Виброметрия. М.: МДНТП им.
Ф. Э. Дзержинского, 1979, с. 4 — 8.

15.	Рыгалин В. Г. Влияние параметры*
ческих эффектов при контроле изделий?
подвергающихся знакопеременным на*
грузкам. — Дефектоскопия, 1979, № 11?

с. 96 — 98.	~ _

16.	Рыгалин В. Г., Туробов Б. В., Урец*
кий я. С. Принцип построения формировав
телей случайных вибраций. — В кн.$
Неразрушающий контроль и диагно*
стика, М.: НИИИН, 1980, с. 118—121.

17.	Состояние и перспективы развития
средств виброметрии/В. В. Клюев?

В. А. Клочко, Д. А. Гречинский и др.
Измерительная техника? 1979,	№ 2?

с. 25—27.

18.	Урецкий Я. С., Рыгалин В. Г. Методы
и средства проведения испытаний при
воспроизведении случайных вибрацион»
ных процессов. — В кн.: Вибрационная
техника. М.: МДНТП им. Ф. Э. Дзер»
жинского, 1978, с.46—48.
Глава 8» МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
И ИЗМЕРЕНИЯ
УДАРНЫХ НАГРУЗОК

МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ УДАРНЫХ
ИСПЫТАНИЙ

Основная задача ударных испыта-
ний — проверка способности изделия
выполнять свои функции во время
ударного воздействия и после него,
т. е. сохранять свои основные параме-
тры при ударном воздействии (и пос-
ле него) в пределах, указанных в нор-
мативных документах на изделие.

При испытаниях ударные воздей-
ствия имитируют таким образом, что-
бы они достаточно точно соответство-
вали ударным воздействиям при оп-
ределенных условиях эксплуатации
изделия.

Методы ударных испытаний преду-
сматривают воспроизведение простых
одиночных и многократно повторя-
ющихся ударных импульсов, ударных
воздействий, представляющих собой
сложные затухающие переходные про-
цессы, отрезки синусоид с быстро или
медленно изменяющейся частотой на-
ложенных колебаний, короткие отрез-
ки случайных процессов, комплексных
ударных воздействий, а также реаль-
ных ударных процессов.

Для имитации ударных воздействий
в лабораторных условиях применяют
три основных метода. При первом
методе точно имитируют ударное воз-
действие, действующее на изделие в
условиях его эксплуатации. Когда
ударное воздействие имеет сложный
вид, допускают его преобразование
в простое ударное воздействие, удоб-
ное для воспроизведения в лаборатор-
ных условиях. Этот метод требует в бо-
льшинстве случаев либо создания но-
вых ударных установок, либо доработ-
ки уже имеющихся испытательных
средств для воспроизведения заданных
характеристик ударного воздействия.

Второй метод — имитация реакции
изделия на ударное воздействие, ко-
торое испытывает изделие в реальных
условиях. В этом случае не важен вид

ударного воздействия при эксплуата-
ции изделия, а важно, какую реак-
цию у изделия вызвало это воздействие.
Под реакцией изделия на ударное воз-
действие понимают либо ударный
спектр, либо переходную характери-
стику. Однако ударный спектр не
определяет однозначным образом, как
действует на объект изменение удар-
ного ускорения во времени: различные
ударные воздействия могут иметь один
и тот же ударный спектр. Это дает
возможность для формирования и вос-
произведения заданного ударного
спектра применять различные способы
и оборудование. Наиболее широкое
распространение получил способ вос-
произведения заданного ударного
спектра на ударных установках с па-
дающим грузом при формировании
ударных'импульсов классических форм
(полусинусоидальная, пилообразная
и трапецеидальная). Правильный вы-
бор пикового ударного ускорения и
длительности ударного импульса поз-
воляет с достаточной степенью точности
аппроксимировать заданный ударный
спектр. Однако основной недостаток
этого способа воспроизведения удар-
ного спектра — перегрузка испытуе-
мого объекта. Как правило, пиковое
ударное ускорение воспроизводимо-
го ударного импульса превышает пи-
ковое ускорение реального ударного
импульса в несколько раз. Преимуще-
ством второго метода имитации удар-
ного воздействия является возможность
его формирования на электродинамиче-
ских вибростендах. При этом исполь-
зуют два способа. При первом на вход
усилителя мощности электродинами-
ческого вибровозбудителя подают
суммированные выходные сигналы с
набора полосовых 1/3-октавных филь-
тров. Коэффициенты передачи фильт-
ров регулируют. Выходной сигнал по-
лосового фильтра близок по форме к
затухающей синусоиде. Сформирован-
ный таким образом заданный ударный

-
спектр сравнивают с ударным спектром,
измеренным непосредственно на вибро-
возбудитёле. Основной недостаток это-
го способа — большая затрата времени
на формирование заданного ударного
спектра, высокие требования к квали-
фикации обслуживающего персонала
и большие затраты средств на аппара-
туру, которая может быть использова-
на только при проведении ударных
испытаний.

Второй способ сводится к синтези-
рованию сигнала ударного возбужде-
ния при помощи элементарных сигна-
лов, каждый из которых состоит из
нечетного числа полуциклов и модули-
рован по амплитуде полусинусоидой.
Каждый сигнал может иметь запазды-
вание относительно другого сигнала.
При синтезировании сигнала ударного
воздействия необходимо определить
амплитуды элементарных сигналов так,
чтобы ударный спектр суммарного
результирующего сигнала аппрокси-
мировал ударный спектр заданного
ударного воздействия с произвольной
степенью точности. В качестве первого
приближения берут ударный спектр
при частоте элементарного сигнала,
равной частоте его полусинусоидаль-
ной огибающей. После трех-четырех
итераций точность аппроксимации до-
стигает обычно ± 3 %. Возможность
варьирования числом полуциклов эле-
ментарных сигналов и временем запаз-
дывания одного элементарного сигнала
относительно другого дает большие
возможности при формировании удар-
ных спектров. Форма синтезированного
таким образом сигнала ударного воз-
действия может соответствовать форме
любого ударного импульса, характер-
ного, например, для землетрясения,
взрыва и других ударных воздействий.
При любом сигнале ударного возбу-
ждения конечные значения скорости
и перемещения всегда равны нулю,
что особенно важно при использовании
электродинамического вибровозбуди-
теля. Этот способ воспроизведения
Ударного нагружения на электродина-
мических вибростендах реализуют
по способу передаточной функции и
по способу амплитуд элементарных
сигналов.

Первый способ определения заданной
формы сигнала ударного возбуждения

заключается в применении итерацион-
ной процедуры. Сигнал ударного воз-
буждения корректируют при помощи
передаточной функции системы, пред-
ставляющей собой сочетание электро-
динамического вибровозбудителя,
монтажного приспособления и испыту-
емого объекта. Выход такой системы
находится в месте контакта монтаж-
ного приспособления с испытуемым
объектом. Затем находят функцию
преобразования Фурье заданного
ударного воздействия на выходе си-
стемы, которое делят на передаточную
функцию испытательной системы, и
производят обратное преобразование
Фурье полученного отношения, что
дает потребное входное воздействие
во временной области. Функция вре-
мени, полученная таким образом, пред-
ставляет собой напряжение, которое
нужно приложить ко входу системы,
чтобы на ее выходе получить’заданный
процесс. На рис. 1 приведена схема,
поясняющая принцип формирования
ударного нагружения по способу пере-
даточной функции с использованием
электродинамического вибровозбуди-
теля. Градуировочный входной сигнал
/вх (0 Должен иметь такую форму,
чтобы его спектр полностью перекрывал
рабочий диапазон частот системы. В ка-
честве такого сигнала используют сиг-
нал, описываемый функцией /Вх (/) =
— кь~а*. Входной и выходной градуи-
ровочные сигналы проходят через оди-
наковые аналого-цифровые преобразо-
ватели и в дискретной форме вводятся
в память вычислительного устройства.
По этим данным вычисляют соответ-
ствующие преобразования Фурье
ГВх (со) и Гвых (со), после чего находят
их отношение, которое представляет
собой передаточную функцию испыта-

тельной системы Н (со) =	•

Гвх(о)

Перед градуировкой системы в вычи-
слительное устройство вводят в диск-
ретной форме описание заданного удар-
ного нагружения и вычисляют его
преобразование Фурье Гзад (со). За-
тем полученную функцию делят на
передаточную функцию системы, что
дает частотное описание входного воз-
действия. Передаточная функция такой
системы обычно содержит много резо-
Рис. 1. Схема формирования ударного на-
гружения по способу передаточной фун-
кции на электродинамическом вибро-
возбудителе при проведении испытаний
изделий на удар:

1 — градуировочный входной сигнал-
2 — усилитель мощности; 3 — электро-
динамический вибровозбудитель; 4 —
монтажное приспособление; 5 —. испыту-
емый объект; 6 — контрольный датчик;
7 — градуировочный выходной сигнал;
8, 9, 13, 17 — аналого-цифровой преобра-
зователь; 10 — вычислительное устрой-
ство; 11 — генератор передаточных функ-
ций; 12 — заданное ударное нагружение;
14 — блок преобразования Фурье; 15 —
блок деления; 16 — блок обратного пре-
образования Фурье; 18 —> сформирован-
ное входное напряжение; 19 — сформи-
рованная переходная характеристика

нансов и провалов, поэтому сигнал
возбуждения может сильно отличаться
от желаемого отклика испытуемого
объекта. Поправку сигнала возбужде-
ния на передаточную функцию вносят
во всем диапазоне рабочих частот
вибровозбудителя с фиксированным
шагом по частоте, определяемым верх-
ней границей частотного диапазона
испытаний. При этом элементарные
сигналы могут быть заданы с шагом
в 1/2 или х/3 октавы, чем достигается
высокая точность аппроксимации.

Способ амплитуд элементарных сиг-
налов при воспроизведении ударного
воздействия на электродинамических
вибростендах близок по своему прин-
ципу к формированию удара с приме-
нением набора полосовых фильтров.
Сформированный из элементарных сиг-
налов суммарный результирующий сиг-
нал подают на вибровозбудитель, счи-
тая, что его частотная характеристика
идеально плоская. Затем вычисляют
ударный спектр отклика вибровозбу-
дителя и сравнивают его с заданным
ударным спектром. По разности спект-
ров определяют поправки к амплитудам
элементарных сигналов и на вход
вибровозбудителя подают откорректи-
рованный сигнал возбуждения. Таким
образом, основное различие между
рассмотренными способами воспроиз-
ведения ударного нагружения своди-
тся к следующему. При применении
способа передаточной функции опре-
деляют форму сигнала, имеющего за-
данный ударный спектр, а способ амп-
литуд элементарных сигналов дает
возможность формировать заданный
ударный спектр, причем форма сиг-
нала не имеет существенного значения.
Способ амплитуд элементарных сигна-
лов не требует компенсации каждого
резонанса и провала испытательной
системы, он обеспечивает воспроиз-
ведение только заданного ударного
спектра. Способ передаточной функции
позволяет скомпенсировать резонансы
системы, однако компенсация провалов
вызывает трудности, так как в опреде-
ленных случаях она может привести
к превышениям предельно допустимых
возможностей вибростенда, например
по перемещению или по мощности.

Третий метод имитации ударного
воздействия в лабораторных условиях
предусматривает воспроизведение
ударного воздействия, которое вызва-
ло бы в испытательном объекте такие
же повреждения, как и в реальных
условиях эксплуатации. Этот метод
наименее выгоден, однако в некоторых
случаях он может оказаться единствен-
ным для решения поставленной задачи.

Различают следующие основные
виды ударных испытаний изделий:
1) на ударную прочность при много-
кратном ударном воздействии, тран-
спортировке и падении, воздействии
одиночных ударов большой интенсив-
ности; 2) на ударную устойчивость при
воздействии многократных ударов;
3) для определения частотных харак-
теристик изделия методом ударного
нагружения и модельные испытания.

Ударные испытания проводят на ста-
дии отработки изделий, причем испы-
тывают не только изделие в целом, но
и его отдельные конструктивные эле-
менты и узлы. При проведении испы-
таний стремятся к тому, чтобы условия
испытаний были максимально прибли-
жены к условиям натурного ударного
воздействия на объект. Перед испыта-
нием тщательно анализируют условия
ударного нагружения изделия в ре-
альных условиях эксплуатации. Для
этого определяют вид, форму, длитель-
ность ударного воздействия, максималь-
ное ударное ускорение, направле-
ние ударного нагружения, число уда-
ров, действующих на изделие при
эксплуатации, а также характеристики
испытуемого изделия (габаритные раз-
меры, масса, передаточная функция,
место приложения ударного воздей-
ствия, условия работы изделия). На
основании этих данных разрабатывают
способ проведения испытаний изделия
на воздействие ударных нагрузок.
Способ испытаний должен предусма-
тривать цель проведения испытания,
условия воспроизведения ударного
воздействия, требования к воспроиз-
водимому ударному воздействию,
установке для воспроизведения удар-
ного воздействия, контрольно-измери-
тельной аппаратуре, монтажному при-
способлению, другие специфические
требования к проведению испытаний
и обоснование критерия, позволяющего
наиболее полно охарактеризовать по-
ведение исследуемого изделия в задан-
ных условиях по результатам лабора-
торного эксперимента.

Наиболее важный момент при со-
ставлении методики проведения ис-
пытания — оценка условия воспроиз-
ведения заданного ударного воздей-
ствия. Такая оценка должна быть осно-
вана на изучении внутренних законо-
мерностей удара, поскольку только
в этом случае можно обоснованно реа-
лизовать заданные характеристики
Ударного нагружения. В первую оче-
редь определяют скорость и перемеще-

ния соударяющихся тел в процессе
удара. Это позволяет определить воз-
можность формирования заданного
ударного нагружения либо на стан-
дартном оборудовании для проведения
ударных испытаний, либо на вибро-
стенде. Если на имеющемся оборудо-
вании невозможно сформировать пара-
метры заданного ударного воздействия,
создают специальный стенд для прове-
дения необходимых испытаний.

Выбор способа формирования задан-
ного ударного воздействия позволяет
не только определить характеристики
оборудования, но и выработать требо-
вания к форме, максимальному удар-
ному ускорению, длительности дей-
ствия воспроизводимого ударного воз-
действия, а также к габаритным раз-
мерам, массе, передаточной функции
монтажного приспособления, необхо-
димого для крепления испытуемого
изделия к рабочему столу испытатель-
ного стенда.

Обоснование и выбор характери-
стик воспроизводимого ударного воз-
действия однозначно определяют тре-
бования к контрольно-измерительной
аппаратуре, типу датчика, способу его
крепления на рабочем столе испыта-
тельного стенда или монтажного при-
способления или самого испытуемого
изделия, а также к амплитудно-ча-
стотной характеристике тракта изме-
рения и регистрации, анализирующей
аппаратуре и другим средствам обра-
ботки результатов измерения как в про-
цессе испытания изделия, так и при
последующем анализе этих результатов.

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ

Средства испытания изделий на
ударные нагрузки очень разнообразны
по назначению, виду воспроизводимо-
го ударного нагружения, конструк-
тивному исполнению, а также способам
формирования ударного воздействия,
получения требуемой скорости соуда-
рения или разгона, крепления испыту-
емого изделия. Чаще всего ударные
испытания проводят на специальных
ударных стендах, однако в некоторых
случаях ударное воздействие воспро-
изводят на вибростендах. В общем виде
в состав ударного стенда входят удар-
ная установка, системы управления и
питания, контрольно-измерительная и
анализирующая аппаратура, а также
вспомогательные принадлежности и
приспособления.

В зависимости от принципа создания
ударного воздействия все ударные
стенды можно разделить на два основ-
ных вида: 1) стенды, действие которых
основано на принципе торможения
предварительно разгоняемого до требу-
емой скорости тела; 2) стенды, дей-
ствие которых основано на принципе
разгона тела до требуемой скорости.
В практике ударных испытаний наи-
большее распространение получили
ударные стенды, действие которых ос-
новано на принципе торможения. Кине-
тическая энергия, приобретенная телом
в процессе предварительного разгона,
гасится в результате соударения с не-
подвижной преградой. Длительность
ударного воздействия складывается из
длительности торможения ударяющего
тела (активный этап удара) и длитель-
ности восстановления упругих дефор-
маций соударяющихся тел (пассивный
этап удара). В конце торможения
ударяющего тела скорость соударения
падает до нуля, а ударное ускорение и
перемещение тел относительно друг
друга достигают максимальных зна-
чений. Очевидно, что начальная ско-
рость соударения тел, максимальное
перемещение в процессе соударения
и максимальное ударное ускорение
взаимосвязаны при известных массах
соударяющихся тел и определяют ус-
ловия воспроизведения заданного за-
кона изменения ударного ускорения во
времени.

Формируют заданный закон в про-
цессе соударения тел путем деформи-
рования специального тормозного уст-
ройства. При этом происходят упру-
гие или упругопластические деформа-
ции тормозного устройства. Большин-
ство тормозных устройств выполнено
так, что в момент достижения макси-
мального ударного ускорения скорость
ударяющего тела падает до нуля.
Однако в тормозных устройствах не-
которых типов при достижении мак-
симального ударного ускорения ско-
рость ударяющего тела гасится не пол-
ностью. Изменение основных величин,
характеризующие ударное нагружение

и условия его воспроизведения, в про-
цессе деформирования тормозного уст-
ройства определяют уравнениями:

I

V == у0 —-1 а (/) б//;
о

(О

где V — скорость ударяющего тела
в процессе торможения; у0 — началь-
ная скорость соударения; а (I) — закон
изменения ударного ускорения во вре-
мени; I—время; 5 — деформация
тормозного устройства.

Для тормозных устройств, у которых
скорость ударяющего тела падает до
нуля в момент достижения максималь-
ного ударного ускорения, справедливы
следующие соотношения:

^шах

= / а = ^^тах^тах’
о

5тах = уо^тах —

^тах

| а
.0

(2)

__&
оитах*тах>

где $тах — максимальная деформация
тормозного устройства; /тах — время
достижения максимального ударного
ускорения; атах — максимальное удар-
ное ускорение; А, В — коэффициенты,
зависящие от формы переднего фронта
ударного импульса.

Эти соотношения показывают, что
необходимые условия воспроизведения
(начальная скорость соударения и мак-
симальный путь торможения) одно-
значно зависят от параметров переднего
фронта заданного ударного импульса
(максимального ударного ускорения,
времени его достижения и формы перед-
него фронта). Это означает, что,
зная предельные эксплуатационные
возможности ударного стенда, можно
определить и возможность воспроиз-
ведения ударного нагружения:

Упр ^^тах^тах!

5пр

тах тах

(3)

где уПр — предельная скорость уда-
ряющего тела ударного стенда; $пр —
предельно допустимая деформация тор-
мозного устройства. Очевидно, что при
воспроизведении ударного нагружения
следует различать две предельные об-
ласти. В одной ограничивающим усло-
вием будет требование соблюдения
скорости ударяющего тела, в другой —
пути торможения, соответствующего
максимальной деформации тормозного
устройства. Предельные эксплуатаци-
онные характеристики ударного стенда
можно построить, воспользовавшись
следующими зависимостями:

/ упр

Л“тах

г #Ятах

где — длительность переднего фрон-
та воспроизводимого ударного импуль-
са с учетом ограничения по предельной
скорости ударяющего тела 18 —
длительность переднего фронта вос-
производимого ударного импульса
с учетом ограничения по предельному
пути торможения ударного тела А.

Максимальное ударное ускорение и
длительность переднего фронта вос-
производимого ударного импульса,
удовлетворяющего одновременно огра-
ничениям по скорости и пути тормо-
жения ударного стенда, можно опре-
делить из зависимостей (4):

На рис. 2 приведены предельные экс-
плуатационные характеристики удар-
ного стенда. Заштрихованная область
показывает, какие длительности перед-
него фронта ударного импульса и мак-
симальное ударное ускорение возмож-
но воспроизводить на ударном стенде.

Рис. 2. Предельные экспериментальные
характеристики ударных стендов

Длительность заднего фронта ударного
импульса и его форма определяются
упругими свойствами тормозного уст-
ройства.

На рисунке приняты следующие
обозначения: а — ударное ускорение;
(яа)щах — максимальное ударное уско-
рение при ограничении по скорости
соударения; (а5)тш — минимальное
ударное ускорение при ограничении
по деформации; (Утю — минималь-
ная длительность переднего фронта
ударного импульса; (Утах — макси-
мальная длительность переднего фрон-
та ударного импульса; == / (а) —
зависимость изменения длительно-
сти переднего фронта ударного импуль-
са от ударного ускорения при ограни-
чении по скорости соударения; /5 ==
= / (а) — зависимость изменения
длительности переднего фронта ударно-
го импульса от ударного ускорения
при ограничении по пути торможения;

V — ударное ускорение, удовлетво-
ряющее обоим ограничениям; —
длительность переднего фронта удар-
ного импульса, удовлетворяющая обо-
им ограничениям.

Ударные установки, действие ко-
торых основано на принципе торможе-
ния, могут иметь вертикальное, нак-
лонное или горизонтальное конструк-
ционное исполнение. Основные узлы
установки: подвижная ударная плат-
форма, тормозное устройство и нако-
вальня либо ударник, тормозное уст-
ройство и неподвижная до начала уда-
ра ударная платформа. Ударная плат-
форма может быть выполнена в виде
литой, сварной или кованой конструк-
ций из алюминиевых, титановых, маг-
ниевых сплавов или других материалов
с отверстиями на рабочей поверхности
для крепления монтажного приспособ-
ления или непосредственно испытуе-
мого изделия. Конструкция ударной
платформы должна обеспечивать пере-
дачу воспроизводимого ударного на-
гружения на испытуемое изделие с ми-
нимальными искажениями, поэтому
форму и размеры ее выбирают из усло-
вий максимальной прочности и жест-
кости. У кованых ударных платформ
по сравнению с литыми или сварными
конструкциями более высокие собст-
венные резонансные частоты, их при-
меняют, если необходимо воспроизво-
дить ударные импульсы с малыми дли-
тельностями переднего фронта и боль-
шими ударными ускорениями. Если
ударная платформа подвижная, то
она имеет встроенные пневматические
электромагнитные стопорные уст-
ройства, предназначенные для удер-
жания ударной платформы с испыту-
емым изделием на заданной высоте,
а также для предотвращения повтор-
ного удара платформы после отскока
в случае воспроизведения одиночного
ударного воздействия. Обычно приме-
няют электромагнитное стопорное уст-
ройство, однако при обесточивании
ударного стенда срабатывает стопор-
ное устройство пневматического типа
и удерживает ударную платформу от
непредвиденного падения. Если удар-
ная платформа неподвижна до начала
ударного воздействия, то в ударной
установке должно быть предусмотре-
но демпфирующее устройство, пред-
назначенное для гашения скорости
ударной платформы после удара.
Ударная наковальня представляет со-
бой массивную конструкцию, воспри-
нимающую через тормозное устройство
удар предварительно разгоняемой
ударной платформы с испытуемым
изделием. Ударные наковальни могут
быть закреплены на основании установки
либо жестко, либо на упругом подве-
се. При жестком креплении наковаль-
ни ударную установку, как правило,
размещают на фундаменте, изолиро-
ванном от строительных конструкций
сооружения, в котором находится уста-
новка. При упругом подвесе нако-

вальни ударную установку можно раз-
мещать практически в любом пригод-
ном для проведения испытаний по-
мещении. Кроме того, упругий подвес
наковальни позволяет изменять харак-
теристики воспроизводимого ударного
нагружения путем изменения соотно-
шения масс наковальни и ударной
платформы, а также их абсолютных
значений.

Ударное нагружение в установках,
действие которых основано на прин-
ципе торможения, формируется при
помощи тормозных устройств. Раз-
личают необратимо деформируемые и
упруго деформируемые тормозные
устройства. Необратимо деформируе-
мые тормозные устройства одноразо-
вого применения и, как правило, их
действие основано на упругопластиче-
ском деформировании в процессе соуда-
рения тел. Передний фронт ударного
воздействия формируют на активном
этапе удара (при нагружении соударя-
ющихся тел) путем пластического де-
формирования тормозного устройства
в зоне контакта и его упругого дефор-
мирования в целом. Задний фронт
ударного воздействия формируют на
пассивном этапе удара (при разгруже-
нии соударяющихся тел) путем вос-
становления упругих деформаций тор-
мозного устройства. Меняя материал
тормозного устройства и конфигура-
цию соударяющихся элементов в зоне
контакта, можно существенным обра-
зом варьировать характеристики пе-
реднего фронта воспроизводимого удар-
ного импульса (форма, длительность,
максимальное ударное ускорение и
др.). Основная характеристика тормоз-
ного устройства — зависимость изме-
нения контактной силы от деформации
(силовая характеристика). Когда сило-
вые характеристики на активном и пас-
сивном этапах удара одинаковы, тор-
мозное устройство воспроизводит удар-
ную нагрузку симметричных форм.
Если силовые характеристики тор-
мозного устройства на активном и пас-
сивных этапах различны, то воспро-
изводятся ударные нагрузки несим-
метричных форм. Необратимо дефор-
мированные тормозные устройства мо-
гут быть основаны на смятии деформи-
руемого элемента, внедрении в де-
формируемый элемент жесткого удар-
ника с профилированным участком,
проникании ударника с профили-
рованным участком в деформируемую
среду. Один из основных недостатков
необратимо деформируемых тормоз-
ных устройств — ограниченное их
применение. Тормозное устройство
воспроизводит только одно ударное
воздействие с вполне определенными
его характеристиками. Изменение фор-
мы воспроизводимого ударного воз-
действия или его характеристик требует
создания новой конструкции тормоз-
ного устройства либо его типоразме-
ров. Основное преимущество необра-
тимо деформируемых тормозных уст-
ройств — простота конструкции и
отработки.

Упругодеформируемые тормозные
устройства многоразового примене-
ния. Их действие основано на исполь-
зовании упругодеформируемого эле-
мента, который при соударении меняет
свою форму в пределах упругих де-
формаций, а по окончании ударного
процесса восстанавливает свою форму.
Силовые характеристики этих тормоз-
ных устройств, как правило, идентичны
на активном и пассивном этапах уда-
ра, что позволяет воспроизводить
ударные нагрузки симметричных форм.
По виду силовой характеристики раз-
личают тормозные устройства с по-
стоянной и переменной силовыми ха-
рактеристиками. Тормозные устройства
с постоянной силовой характеристикой
позволяют воспроизводить ударные им-
пульсы постоянной длительности,
максимальное ударное ускорение за-
висит от начальной скорости соударе-
ния. Тормозные устройства с пере-
менной силовой характеристикой поз-
воляют изменять как максимальное
ударное ускорение, так и длительность
воспроизводимого ударного нагруже-
ния, а в отдельных случаях — формы
ударного нагружения. В качестве уп-
ругодеформируемого элемента приме-
няют прокладки из резины или пла-
стиков, пневматические, гидравличе-
ские, пневмогидравлические устрой-
ства. Недостатки упругодеформируе-
мых тормозных устройств: относитель-
ная сложность конструкции, расчетов
и отработки.

В стендах, действие которых осно-
ано на принципе разгона, передний

фронт заданного ударного нагружения
формируется при разгоне испытуемого
изделия от состояния покоя до требу-
емой скорости разгона. Изменение ско-
рости и перемещение испытуемого из-
делия в процессе разгона, необходи-
мые для воспроизведения заданного
ударного нагружения, определяются
уравнениями

В момент достижения максимального
ударного ускорения

^шах

Ур = Я = Лащах^шах!

О

*тах

- /

| а (I) (11 = ^тах^ах •

.0

В конце ударного нагружения

Соотношения (7) определяют усло-
вия воспроизведения переднего фрон-
та заданного ударного нагружения,
а соотношения (8) — условия воспро-
изведения всего ударного нагружения
заданной формы.

Сравнение соотношений (1), (2) и (6),
(7) показывает основное различие
формирования ударного нагружения
при торможении предварительно раз-
гоняемого тела и при его разгоне.
Нетрудно заметить, что начальная
скорость соударения ц,, которую дол-
жно иметь испытуемое изделие в на-
чале торможения, соответствует ско-
рости Ур, которую должно иметь испы-
туемое изделие в момент достижения
максимального ударного ускорения при
1. Основные технические характеристики электродинамических ударных стендов УУЭ

Основной параметр	УУЭ-1/150	УУЭ-2/200	УУЭ-20/100	УУЭ-20/200
Масса испытуемого изде- лия, кг Число ударов в 1 мин:	1	2	5	| 20	5	| 20
при испытаниях на прочность	10—120	20—80	10-60	20—80
при транспортной тря-	—	—	—	200
ске				
Максимальное	ударное	100—1500	100—2000	2000 1 1000	
ускорение, м« с“2  Максимальная длитель-	2—14	2—12	ь	5000 | 2000  <40
ность ударного импульса, мс Максимальное	ударное  ускорение при транспорт- ной тряске, м* с“2	—	—	—	150

разгоне. В конце торможения скорость
испытуемого изделия падает до нуля,
при восстановлении упругих де-
формаций тормозного устройства ис-
пытуемое изделие приобретает конеч-
ную скорость, которая, как правило,
не превышает начальной скорости со-
ударения при воспроизведении удар-
ного воздействия симметричных форм.
В конце воспроизводимого ударного
воздействия при разгоне скорость ис-
пытуемого изделия возрастает и, на-
пример, при воспроизведении симмет-
ричных форм ударного воздействия
увеличивается вдвое. Это вызывает
необходимость гашения скорости ис-
пытуемого изделия в случае, когда для
формирования ударного воздействия
используют принцип разгона. Сравне-
ние пути торможения и разгона при
формировании переднего фронта удар-
ного воздействия показывает, что они
связаны между собой следующим со-
отношением:

5тах + 5р = ^о^тах = у//тах .	(9)

Это означает, что путь разгона
меньше, чем путь торможения, при
воспроизведении большинства видов
ударного воздействия. В этом заклю-
чается основное преимущество форми-
рования ударного воздействия при
разгоне.

В зависимости от вида воспроизводи-
мого ударного нагружения различают
стенды для воспроизведения одиноч-
ного и многократно повторяющегося
ударного воздействия, а также сло-

жных видов и специфических условий
ударного нагружения.

На ударных стендах можно воспро-
изводить ударное воздействие задан-
ного вида с достаточной степенью
точности, изменять характер ударного
воздействия и многократно воспро-
изводить его, измерять основные па-
раметры ударного воздействия, затем
анализировать результаты измерения,
оценивать реакцию испытуемого изде-
лия на ударное воздействие, опреде-
лять частотные характеристики испыту-
емого изделия и его передаточную
функцию, устанавливать прочностные
характеристики изделия и способ-
ность изделия функционировать в про-
цессе и после ударного воздействия,
проводить сравнительную оценку из-
делия. С экономической точки зрения
испытания на ударном стенде значи-
тельно выгоднее натурных испытаний
изделия.

Электродинамические ударные стен-
ды предназначены для испытаний из-
делий на воздействие многократных
ударных нагрузок, одиночных и удар-
ных импульсов и прочность при тран-
спортировании. Главный элемент та-
кого стенда — электромагнит, в коль-
цевом зазоре которого помещена под-
вижная катушка, по которой проте-
кает ток. Каркас катушки одновремен-
но выполняет функции ударной плат-
формы, на которую устанавливают и
закрепляют испытуемое изделие. В
результате взаимодействия витков
этой катушки с постоянным полем
электромагнита возникает магнито-
движущая сила, пропорциональная
магнитной индукции в зазоре электро-
магнита, длине проводника катушки
и току в катушке. При протекании по
катушке импульса тока магнитодви-
жущая сила носит импульсный харак-
тер, что выражается в мгновенном вы-
талкивании катушки из зазора. Такое
кратковременное действие силы на
столе стенда эквивалентно ударному
воздействию на изделие в реальных
условиях эксплуатации. Изменяя ам-
плитуду и длительность импульса тока
в подвижной катушке стенда, можно
изменять величину и время действия
силы. Регулируют импульс тока сле-
дующим образом. От выпрямителя за-
ряжают конденсаторную батарею до
определенного напряжения. По дости-
жении этого напряжения срабатывает
автоматическое устройство, прекраща-
ется зарядка конденсаторной батареи
и поджигается игнитрон, через кото-
рый в подвижную катушку начинает
разряжаться конденсаторная батарея.
По катушке проходит импульс раз-
рядного тока, величина которого опре-
деляется напряжением на конденсатор-
ной батареи, а форма и длитель-
ность — емкостью и индуктивностью.
Таким образом, варьируя напряжение
на конденсаторной батарее, емкость и
индуктивность в определенных преде-
лах, можно регулировать величину и
длительность выталкивающей силы.
Ударное ускорение, действующее на
испытуемое изделие, зависит от массы
катушки с ударной платформой, мон-
тажного приспособления и самого ис-
пытуемого изделия. Ударные стенды
обеспечивают линейную зависимость
ударного ускорения от напряжения
на конденсаторной батарее. Основные
технические характеристики электро-
динамических стендов этого типа при-
ведены в табл. 1.

Действие электродинамических уда-
рных стендов другого типа основано
на возбуждении мощного переменного
электромагнитного поля, создаваемого
в катушке путем разряда в ней электри-
ческой энергии, накопленной в бата-
рее конденсаторов. Ударные стенды
этого типа позволяют получать удар-
ное нагружение с максимальным удар-
ным ускорением до 106 м*с 2 и длитель-

Рис. 3. Функциональная схема электро-
динамического ударного стенда с пере-
менным электромагнитным полем

ностью до 100 мкс. Функциональная
схема ударного стенда показана на
рис. 3. Источником энергии стенда слу-
жит конденсаторная батарея 1 с си-
стемой управления. В диэлектрической
смоле 2 залит магнит <?, представляю-
щий собой плоскую круглую катушку
из витков медной ленты, разделенных
между собой стеклянной лентой.
Край магнита выступает за пределы
диэлектрика на 0,076—0,3 мм. В ка-
честве ударной платформы 4 исполь-
зован металлический диск, на котором
закрепляют испытуемое изделие и
ударный акселерометр 5, соединенный
через предварительный усилитель 6
с измерительным усилителем 7. Для
приведения стенда в действие ударную
платформу с испытуемым изделием
помещают на магнит. Конденсаторная
батарея начинает заряжаться до тех
пор, пока напряжение не достигнет
определенной величины. В этот момент
срабатывает система автоматики, и
конденсаторная батарея начинает раз-
ряжаться через магнит, ток в котором
возрастает по синусоиде до достиже-
ния четвертьпериодного пика, после
чего магнит закорачивается через со-
противление конденсаторной батареи.
При коротком замыкании поддержи-
вается направление тока, который за-
тем затухает по экспоненте. Возбужда-
емое магнитное поле отталкивает удар-
ную платформу с испытуемым изде-
лием, которая затем падает на демп-
фер 8, где скорость гасится. В табл. 2
приведены экспериментальные данные,
полученные на ударном стенде при
разгоне ударной платформы с ударным
2. Технические характеристики электродинамического ударного стенда,
основанного на возбуждении мощного электромагнитного поля

Напря- жение конден - саторной батареи, кВ	Потен- циаль- ная энергия конден- саторной батареи, 10~2Дж	Выход- ной сигнал ударного акселе- рометра, В	Макси- мальное ударное ускоре- ние, м* с"*2	Длитель- ность ударного импуль- са, мкс	Конеч- ная скорость разгона ударной плат- формы, м« с-1	Кинети- ческая энергия ударной плат- формы, 10-2Дж	кпд ударно- го стен- да, %
2	245	2,7	17 800	125	1,4  3,83	0,88	0,36
4	980	11	72 700	125		14,5	1,5
6	2200	25	165 000	125	12,9	75,5	3,42
8	3950	44	240 000	125	22,7	233	5,94

акселерометром общей массой 0,9 кг.
Максимальное ударное ускорение
пропорционально квадрату напряже-
ния на выходе конденсаторной бата-
реи. Длительность ударного импульса'
не зависит от максимального ударного
ускорения, а определяется частотой
магнитного поля, которое зависит от
постоянной емкости и переменной ин-
дуктивности. При удалении ударной
платформы от магнита длительность
ударного импульса уменьшается, од-
нако одновременно увеличивается ин-
дуктивность, отчего возрастает
продолжительность существования маг-
нитного поля. Коэффициент полезного
действия ударного стенда увеличивае-
тся с увеличением выходного напряже-
ния конденсаторной батареи.

Пневматические ударные стенды
предназначены для воспроизведения
ударных воздействий при высоких
скоростях [соударения тел. Разновид-
ностью таких стендов являются ваку-
умные ударные стенды. Они отличаются
простотой конструкции и представляют
собой вертикальную пусковую трубу
с фланцами на обоих открытых торцах.
Нижний конец пусковой трубы уста-
навливают на массивный фундамент
через вакуумное уплотнение. Ударная
платформа представляет собой пор-
шень с резиновым уплотняющим коль-
цом, расположенным на верхнем тор-
це. Этим кольцом поршень прижима-
ется к верхнему фланцу пусковой тру-
бы посредством стопорного устройства.
После вакуумирования пусковой тру-
бы стопорное устройство освобождает
поршень, и он начинает перемещаться

под действием атмосферного давления.
На нижнем торце поршня закрепляют
тормозное устройство в виде алюмини-
евых решеток, деформирование кото-
рых в процессе соударения с нако-
вальней позволяет воспроизводить
ударное воздействие пилообразной и
трапецеидальной форм. Пусковая тру-
ба изготовлена из латуни, поршень —
из алюминиевого сплава, армирован-
ного эпоксидными смолами. На верх-
нем торце поршня предусмотрена пло-
щадка для крепления испытуемого из-
делия. Стенды могут иметь диаметр
пусковой трубы 120, 270 и 508 мм.
Масса поршня 1—2,14 кг в зависимо-
сти от конструкции. Длина пуско-
вой трубы зависит от параметров вос-
производимого ударного воздействия
и определяется скоростью соударения,
площадью поперечного сечения, массой
поршня, монтажного приспособления
и испытуемого изделия, температурой
и атмосферным давлением окружаю-
щего воздуха. Длину пусковой трубы
изменяют при помощи промежуточных
вставок с вакуумными уплотнениями
в местах соединений. Вакуумный насос
снабжен двумя соленоидными клапа-
нами, соединяющими объем загермети-
зированной пусковой трубы с атмос-
ферой воздуха или насосом. Управля-
ют насосом и соленоидными клапа-
нами с пульта управления. Скорости
соударения можно изменять от 13,5
до 48 м-с \ изменяя отношение длины
трубы к диаметру поперечного сече-
ния от 2 : 1 до 20 : 1. Скорость соуда-
рения измеряют при регистрации сиг-
налов от помещенного на внешней сто-
роне пусковой трубы электромагнит-
ного датчика, регистрирующего про-
хождение двух металлических прово-
лок, намотанных на известном' рас-
стоянии на поршне.

При движении поршня остаточный
воздух адиабатически сжимается, и
непосредственно перед ударом давле-
ние воздуха может подниматься, что
вызывает дополнительное изменение
скорости. Сила трения поршня при
движении по пусковой трубе вызывает
равномерное уменьшение ускорения.
На рис. 4 приведены зависимости из-
менения ударного ускорения, скорости,
перемещения во времени при работе
ударных стендов этого типа. В ком-
плект стенда входит вычислительная
машина, для которой разработана про-
грамма, позволяющая определять раз-
меры тормозного устройства, необ-
ходимого для формирования ударного
нагружения с заданными параметрами.
Программа основана на двойном интег-
рировании изменения ударного уско-
рения во времени. По уровню ударного
ускорения в любой момент времени от
до /2 и массе ударной платформы
с монтажным приспособлением и испы-
туемым изделием определяют попереч-
ные сечения тормозного устройства
в виде решетки. По этой площади на-
ходят требуемый боковой размер ре-
шетки, а по зависимости изменения
перемещения по времени — высоту
тормозного устройства от вершины до
выбранного сечения. В вычислитель-
ную машину вводят следующие данные:
длительность ударного импульса, из-
менение ударного ускорения во вре-
мени, начальную скорость соударения,
характеристики материала тормозного
устройства. В , результате получают
по десяти уровням ударного ускорения
боковую длину и высоту тормозного
устройства.

Электрогидравлические ударные
стенды применяют для испытаний на
ударное воздействие изделий, масса
которых превышает 100 кг. На рис. 5
приведена функциональная схема стен-
да. Требуемые параметры ударного
импульса реализуют при помощи си-
стемы автоматического регулирования,
в которой сравниваются электрические
сигналы датчиков силы и перемещения
с сигналами устройства задания требу-

Рис. 4. Изменение ударного ускорения,
скорости, перемещения во времени при
работе вакуумного ударного стенда:
/0 — начало разгона; — момент со*
ударения ударной платформы с тормоз*
ным устройством; /2 — время достиже*
ния максимального ударного ускоре*
ния

емого ударного нагружения. В зависи-
мости от массы испытуемого изделия
в стенде можно применять различные
рабочие цилиндры,позволяющие разви-
вать усилия 10, 60 и 250 кН. При рабо-
чем цилиндре на усилие 250 кН и массе
испытуемого изделия вместе с монтаж-
ным приспособлением 1700 кг на стенде
можно воспроизводить ударные им-
пульсы полусинусоидальной формы с

Рис. 5. Функциональная схема электро-
гидравлического ударного стенда:

1 — ударная платформа; 2 — рабочий
цилиндр; 3, 4 « датчики соответственно
перемещения и силы; 5 — электрогидра*
влический сервовентиль; 6 — система из*
мерения и регулирования; 7 — осцилло-
граф; 3, 9 — усилители соответственно
измерительный и регулирующий; 10 —•
устройство задания требуемого ударного
нагружения; 11 — система гидравличе-
ская; 12 — аккумулятор; 13 — фильтр
тонкой очистки; 14 — манометр; 15 -*
клапан предохранительный; 16 =» насос?

17 «устройство охлаждения	-
Рис. 6. Функциональная схема электро-
динамического вибростенда для реализа-
ции ударного нагружения способами пере-
даточной функции и амплитуды элемен-
тарных сигналов

максимальным ударным ускорением до
70 м-с 2. Для монтажа электрогидрав-
лического стенда необходим фундамент,
масса которого должна на порядок
превосходить массу испытуемого из-
делия.

Механические ударные стенды полу-
чили наибольшее распространение. Их
применяют для воспроизведения оди-
ночных и многократных ударных воз-
действий. Большинство стендов осно-
вано на свободном падении ударяющего
тела. В некоторых случаях для полу-
чения большей скорости соударения
применяют разгонные устройства раз-
личного принципа действия.

Вибростенды. Применение вибро-
стендов для формирования ударных
нагрузок имеет ряд преимуществ. Во-
первых, точно воспроизводится удар-
ное воздействие от опыта к опыту.
Во-вторых, можно формировать удар-
ное воздействие практически любой
формы. В-третьих, сокращается время
проведения испытаний (учитывая, что
крепление испытуемого изделия оди-
наково при вибрационных и ударных
испытаниях). К основным недостаткам
вибростендов следует отнести то, что
при применении вибровозбудителя име-
ют место ограничения по выталкива-

ющему усилию вибровозбудителя, осо-
бенно при воспроизведении ударных
воздействий высокой интенсивности,
а также по перемещениям подвижных
частей вибровозбудителя. Кроме того,
возможности стенда по воспроизведе-
нию ударных воздействий зависят от
прочности его подвижной системы и
частотного диапазона вибровозбуди-
теля. Недостатком является также не-
обходимость снижения скорости под-
вижных частей и их перемещения в кон-
це ударного воздействия до нуля,
а также нелинейность частотной ха-
рактеристики испытуемого изделия.

На рис. 6 приведена функциональная
схема электродинамического вибро-
стенда, при помощи которого реали-
зуется ударное воздействие на изделие
способами передаточной функции
(блок 12) и амплитуд элементарных
сигналов (блок 20). Сигнал возбужде-
ния 1 через усилитель 2 мощности
поступает на вибровозбудитель 3, на
рабочей платформе которого закрепле-
но испытуемое изделие с датчиком 4.
Реакцию изделия на ударное воздей-
ствие регистрирует датчик, закреплен-
ный на рабочей платформе. Через
усилитель 5 предварительный сигнал 6
реакции поступает на аналого-цифровой
преобразователь 7 и буферную па-
мять о, с которой этот сигнал приходит
соответственно в блок 15 вычисления
новой передаточной функции и блок 9
вычисления ударного спектра. С по-
следнего вычисленный ударный спектр
попадает в блок 11 сравнения, куда
также поступает информация о задан-
ном ударном спектре с блока 10 выда-
чи данных. Разница полученного и за-
данного ударных спектров, а также ин-
формация о требуемых параметрах
сигнала реакции с блока 13 выдачи
данных поступает в блок 14 формирова-
ния требуемого сигнала отклика. Но-
вая вычисленная передаточная функ-
ция поступает в блок 16 запоминания
передаточной функции, откуда одно-
временно со сформированным требуе-
мым сигналом реакции этот сигнал
поступает на блок 17 деления преобра-
зования Фурье на передаточную функ-
цию. Полученное отношение сигналов
через буферную память 18 сигнала воз-
буждения и цифро-аналоговый преоб-
разователь 19 попадает на усилитель
мощности. Таким образом, формиру-
ется ударное воздействие по способу
передаточной функции. При формиро-
вании ударного возбуждения изделия
по способу амплитуд элементарных
сигналов разница полученного и за-
данного ударных спектров с блока 11
сравнения поступает в блок 21 выдачи
амплитуд элементарных сигналов, от-
куда информация об этих амплитудах
вместе с параметрами элементарных
сигналов, поступающих с блока 22
данных, приходит в блок 23 формиро-
вания новых возбуждающих сигналов.
Сформированный новый сигнал через
буферную память 18 сигнала возбу-
ждения и цифро-аналоговый преобра-
зователь 19 поступает на усилитель
мощности вибровозбудителя.

Специальные ударные стенды создают
для исследования условий соударений
различных изделий. Примером может
служить стенд для исследования раз-
рушения натурных образцов автомоби-
лей в условиях столкновения с не-
подвижным автомобилем или прегра-
дой. Испытуемый автомобиль переме-
щается в помещении испытательной
станции по буксирной дорожке длиной
195 м, которая заканчивается у барьера.
Система буксировки обеспечивает
силу буксирования до 9000 Н и поз-
воляет получать скорость соударения
автомобиля с преградой до 50 ±
± 0,5 км/ч. Начальную скорость со-
ударения измеряют при помощи фо-
тоэлементов, для чего на базе длиной
1,2 м непосредственно перед преградой
устанавливают два датчика и два при-
емника, связанных с электронным
счетчиком. Кроме того, скорость оп-
ределяют путем высокоскоростной
съемки и по показаниям тахометра,
регистрируемым на магнитной ленте.
Зажимное приспособление буксировоч-
ной системы освобождает автомобиль
перед его ударом о преграду на рас-
стоянии 0,6 м от последней. Во время
натурных разрушающих испытаний все
необходимые данные передаются от
испытуемого автомобиля на регистри-
рующие приборы по проводам, кото-
рые разматываются с прицепленного
к автомобилю барабана. Данные реги-
стрируют на магнитную ленту мето-
дом частотной модуляции. Число ка-
налов регистрации 32—80. Отметки

времени от главного генератора им-
пульсов регистрируют одновременно
на магнитной ленте и высокоскоростной
кинопленке, что позволяет скоррели-
ровать информацию, записанную на
разных носителях. Момент удара на
ленте и пленке индицируют при по-
мощи контактного ключа, установлен-
ного на автомобиле. Высокоскорост-
ная киносъемка позволяет детально
проследить ударное разрушение. Ка-
меры для съемки устанавливают
сверху, сбоку и снизу автомобиля.
Для остановки опыта на автомо-
биле предусмотрена специальная тор-
мозная система, одновременно с тор-
можением отключают двигатели бук-
сировочной системы. Управляют ис-
пытаниями с главного пульта, соеди-
ненного с пультами управления вспо-
могательных систем.

Монтажные приспособления оказы-
вают существенное влияние на ре-
зультаты ударных испытаний. При
конструировании монтажных при-
способлений обычно исходят из задан-
ных сроков, имеющихся материалов и
возможностей производства, а не тре-
бований, определяемых динамикой
процесса. В большинстве случаев пред-
полагают, что монтажное приспособле-
ние должно обладать достаточной
жесткостью. Однако на практике не
всегда удается реализовать основное
требование к монтажному приспособле-
нию, заключающееся в том, что его ре-
зонансная частота должна втрое пре-
восходить верхнюю частоту диапазона
испытаний. При испытаниях изделий
большой массы эти требования не-
сколько снижаются. В последнее время
все большее распространение полу-
чают монтажные приспособления сото-
вой конструкции, которая характери-
зуется большой жесткостью и высокой
механической прочностью при относи-
тельно небольшой массе. Приспособле-
ние изготовляют из тонких алюминие-
вых пластин, соединяемых одна с
другой при помощи пайки твердым
припоем путем погружения. В неко-
торых случаях пластины предвари-
тельно соединяют точечной сваркой.
Для обеспечения равномерной нагру-
зки всех участков монтажного при-
способления размеры ячеек, образован-
ных пластинами, уменьшают от краев
3. Основные технические возможности различного типа датчиков
для измерения параметров удара

Датчик	Измеряемые ударные уско» рения, м»с“2	Рабочие частоты, Гц	Погреш- ность измере- ния, %	Рабочий диапазон температур, °С >
Пьезоэлектрический  Емкостной  Тензометрический полу- проводниковый  Тензометриче кий про- волочный	0,01 — 1 000 000  1 — 100 000 50—10 000  0,1 — 10 000	2-^50 000 0—12 000 0^10 000  0-1 500	3—5 ±2 ±3  1	— 235-ь 4*760  — 54-8-4-120  — 36-8-4-120  — 36-7-4-176

приспособления к центру. Выбор дли-
ны сторон ячеек зависит от предпола-
гаемого распределения нагрузок в кон-
струкции. Ячейки, через которые про-
ходят крепежные болты, заполняют
пористым материалом, увеличивающим
прочность крепления.

ДАТЧИКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ УДАРА

Для измерения параметров удара
чаще всего применяют пьезоэлектриче-
ские, емкостные, тензометрические по-
лупроводниковые и проволочные ти-
пы датчиков (табл. 3). Наибольшее
распространение получили пьезо-
электрические датчики.

К датчикам для измерения парамет-
ров удара предъявляют жесткие тре-
бования по частотным характеристи-
кам, чувствительности к поперечным
составляющим ударного нагружения,
максимально измеряемому ударному
ускорению, линейности характери-
стики, диапазону рабочих температур,
коэффициенту преобразования, габа-
ритным размерам и массе.

Отношение длительности ударного
импульса к собственной частоте дат-
чика имеет наиболее важное значение
для обеспечения достоверности резуль-
татов измерения. В общем случае пье-
зоэлектрический датчик можно пред-
ставить как систему с одной степенью
свободы, состоящую из инерционного
и чувствительного элементов, а также
демпфера. При определенных допуще-
ниях эту, систему можно считать ли-
нейной. . Уравнение, деформирования

чувствительного элемента датчика в
обобщенном виде

х + 2пх + (ф = а (0,	(Ю)

где х — деформация чувствительного

Л

элемента датчика; п = —-------коэф-

2т

фициент демпфирования, здесь Л —
коэффициент затухания демпфера; т —
масса инерционного элемента; со0 =

с А

------ собственная частота
т

колебаний датчика; с — коэффициент
жесткости чувствительного элемента.
Решение этого уравнения

* (I) = хст (/) + Ядин (0.	(11)

где хСт (0 — статическая составляющая
деформации чувствительного элемен-
та; Хдин (0 — динамическая поправка.
Статистическая составляющая дефор-
мации зависит от отношения ударного
ускорения к собственной частоте дат-
чика, а динамическая поправка — от
отношения времени нарастания мак-
симального ударного ускорения к соб-
ственной частоте датчика. При этом
динамическая поправка может иметь
положительное и отрицательное зна-
чения. Это означает, что при регистра-
ции ударных процессов измеренное
значение ударного ускорения может
быть как завышенным, так и занижен-
ным по сравнению с истинным значени-
ем ударного ускорения. Кроме того,
динамическая поправка тем меньше,
чем меньше отношение времени нара-
стания максимального ударного уско-
рения к собственной частоте датчика.
Динамическая поправка определяет
погрешность показаний датчика. Та-
ким образом, при измерении-ударных
процессов необходимо иметь датчики
с высокой собственной частотой коле-
баний. Однако повышение этой ча-
стоты приводит к уменьшению чув-
ствительности датчика, поэтому при
выборе характеристик датчика необ-
ходимо принимать компромиссное ре-
шение.

Максимальное значение динамиче-
ской поправки, определяющее и аб-
солютное значение погрешности по-
казаний датчика, не превышает ’оп-
ределенной величины:

Ядин шах <

я2#тах

^ш(Гтах

(12)

Очевидно, что для обеспечения за-
данной точности регистрации ударного
импульса и уменьшения динамической
поправки собственная частота датчика
и время нарастания максимального
ударного ускорения должны находить-
ся в определенном соотношении. Сле-
довательно, динамическая поправка —
характерная особенность пьезоэлектри-
ческого датчика для измерения пара-
метров удара. Нелинейность характе-
ристики датчика объясняется главным
образом наличием динамической по-
правки, что и вызывает необходимость
динамической калибровки датчиков при
проведении измерений ударных про-
цессов.	"ч~

Для оценки динамической поправки
удобнее применять относительную ди-
намическую поправку, которая одно-
временно является и относительной
погрешностью датчика и представляет
собой отношение максимальных зна-
чений динамической поправки и ста-
тической составляющей деформации
чувствительного элемента:

ла

ХДИН. ОТН <	+----•	(13)

^адо‘шах

Из неравенства можно найти соб-
ственную частоту датчика, задаваясь
Допустимой величиной относительной
Динамической поправки:

________л2________
2#дин. отн. доп^тах

(14)

<00^

Мерой измеряемого ударного уско-
рения является деформация чувстви-
тельного элемента датчика, которая
определяет реакцию датчика на вход-
ное воздействие, т. е. величину выход-
ного сигнала датчика. В результате
воздействия инерционного усилия
выходная емкость пьезоэлектрического
чувствительного элемента приобретает
электрический заряд, пропорциональ-
ный мгновенному значению ударного
ускорения.

Заряд д можно выразить через коэф-
фициент преобразования (постоянную
чувствительности) датчика по заряду
Ня (иК-м^’С2):

д~акя.	(15)

Коэффициент преобразования дат-
чика по заряду — постоянная вели-
чина,не зависящая от емкости нагрузки.
Различают также коэффициент пре-
образования датчика по напряжению,
который связан с коэффициентом пре-
образования датчика по заряду соот-
ношением

Лн = -^-,	(16)

где Сн — емкость нагрузки датчика.

Относительная поперечная чувстви-
тельность серийно выпускаемых пьезо-
электрических датчиков для измерений
удара в среднем 3—5 %. При прове-
дении точных измерений это необхо-
димо учитывать введением поправок
при обработке результатов измерений.
Из-за поперечной чувствительности
датчика направление вектора его мак-
симальной чувствительности не сов-
падает с направлением продольной оси
симметрии датчика. Поперечная чув-
ствительность датчика в основном за-
висит от неравномерности продольной
дифференциальной чувствительности
по площади рабочей поверхности пьезо-
элемента и отклонения вектора поля-
ризации пьезоэлемента от его продоль-
ной геометрической оси. Максимальная
поперечная чувствительность датчика,
соответствующая первой составляю-
щей,

(Г90ф)шах в 4	|,	(17)

где Я — радиус пьезоэлемента; —
расстояние от центра массы инерцион-
Рис. 7. Диаграмма направленности пье-
зоэлектрического датчика для измерения
параметров удара:

Н — ось максимальной чувствительности;
(^эо)тах ““ векто₽ максимальной попереч-
ной чувствительности датчика в плоско-
сти ХУ; ф — угол направления вектора
поперечной чувствительности

него элемента до центра массы пьезо-
элемента; г — расстояние от оси сим-
метрии пьезоэлемента до центра тя-
жести диаграммы распределения чув-
ствительности по рабочей поверхности
пьезоэлемента. Коэффициент макси-
мальной поперечной чувствительности,
определяемый отклонением вектора по-
ляризации пьезоэлемента от его про-
дольной геометрической оси,

(Гдоа)тах — 2/сша

%зз —	— б/15

2^зз	’

(18)

где а — угол отклонения вектора поля-
ризации от продольной геометрической*
оси; — пьезоэлектрические коэф-
фициенты материала, из которого из-
готовлен пьезоэлемент.

Коэффициент поперечной чувстви-
тельности датчика, характеризующий
его чувствительность к ударному уско-
рению в различных направлениях плос-
кости XV,

Ги(<р)=-^Й_,	(19)

где Вэо (ф) — чувствительность дат-
чика к ударному ускорению в плос-
кости XV\ Во — чувствительность дат-
чика в направлении оси 2. На рис. 7
показана диаграмма направленности

датчика, из которой можно определить
его поперечную чувствительность в за-
данном направлении. На рис. 8 при-
ведены графики изменения коэффи-
циентов максимальной поперечной
чувствительности датчика от углов ф
(рис. 8, а) и а (рис. 8, б).

Поперечная чувствительность дат-
чиков зависит от того, параллельны ли
рабочие поверхности пьезоэлемента и
есть ли на них неровности, а также от
величины предварительного поджа-
тия поверхностей. Экспериментальные
данные показывают, что уменьшение
отклонения от параллельности рабочих
поверхностей с ±50 до ±5 мкм при-
водит к снижению коэффициента мак-
симальной поперечной чувствитель-
ности в 3 раза. Отклонение от парал-
лености рабочих поверхностей пьезоэле-
мента, а также связанная с ним не-
равномерность нагружения отдель-
ных участков пьезоэлемента опреде-
ляют расстояние от оси симметрии
пьезоэлемента до центра тяжести диа-
граммы распределения чувствитель-
ности по рабочей поверхности пьезо-
элемента. Если влияние этих факторов
свести к нулю, то поперечная чувстви-
тельность датчика будет в основном
зависеть от неравномерности струк-
туры пьезокерамики, из которой из-
готовлен пьезоэлемент. Улучшение
однородности структуры пьезокера-
мики путем увеличения ее плотности,
как правило, не приводит к желаемым
результатам, так как в этом случае
растут внутренние напряжения в пьезо-
элементе, которые приводят к повыше-
нию поперечной чувствительности дат-
чика. Для снижения поперечной чув-
ствительности применяют составные
инерционные элементы, позволяющие
совместить его центр масс с центром
масс пьезоэлемента (Н8 — 0). Состав-
ляющие поперечной чувствительности
пьезодатчика, определяемые по гра-
фикам рис. 8, можно представить диа-
граммами типа «восьмерки». Общая
поперечная чувствительность мини-
мальна в том случае, когда эти диа-
граммы находятся в противофазе. Для
этого случая условие Н5 = 0 можно
не выполнять. Противофазность ука-
занных частных диаграмм можно обес-
печить также регулировкой параме-
тра йЛЙ поворотом одной шайбы от-
Рис. 8. Зависимости изменения коэффициентов максимальной поперечной чувствитель-
ности при отклонении вектора:

а —• в плоскости ХУ на угол <р; б поляризации от геометрической оси пьезоэлемента
на угол а

носительно другой при использовании
пьезокерамических шайб, составляю-
щих пьезоэлемент. Рассмотренные ме-
тоды снижения поперечной чувстви-
тельности позволяют изготовлять пьезо-
датчики, для которых коэффициент
поперечной чувствительности не пре-
вышает 1 %.

При нагреве пьезоэлектрического
датчика его основные характеристики
(коэффициент преобразования и ем-
кость) значительно изменяются. Это
происходит вследствие зависимости
пьезомодуля и диэлектрической про-
ницаемости от температуры. У разных
материалов эти параметры изменяются
по-разному. Существуют материалы,
у которых с повышением температуры
пьезомодуль изменяется мало, а ди-
электрическая проницаемость — зна-
чительно. Поэтому для уменьшения
температурной погрешности датчика
эти материалы следует использовать
в датчиках, работающих с усилителями
заряда. Пьезокерамику, у которой
пьезомодуль и диэлектрическая про-
ницаемость изменяются одинаково,
применяют в датчиках, работающих
с усилителями напряжения. При на-
греве датчика на электродах пьезо-
элемента возникает электрический
заряд, вызванный пироэффектом, тем-
пературной деформацией пьезоэлемента
и основных конструктивных элементов
Датчика. При тепловом ударе сдви-
гаются нулевые показания датчика и
изменяется его чувствительность.

Вызванные тепловым ударом макси-
мальные изменения чувствительности

датчиков могут составлять около 3 %
и зависят от конструктивного испол-
нения датчиков, от схем усилителей
и места расположения участков по-
верхности корпуса, подвергающихся
воздействию светового излучения.
Процесс сдвига нулевых показаний дат-
чиков, возникающий при тепловом
ударе, является сравнительно низко-
частотным, и его влияние может быть
уменьшено в необходимое число раз
при помощи соответствующих филь-
тров верхних частот.

В некоторых случаях на показания
пьезоэлектрического датчика влияет
деформация корпуса датчика. Для
определения чувствительности дат-
чика к деформации используют спе-
циальные установки, одна из которых
представлена на рис. 9. Установка
содержит свободно опертую в узловых
точках стальную балку /, колеблю-
щуюся с частотой резонансных коле-
баний 100 Гц. В местах соединений
балки с корпусом 2 положение узловых
точек совпадает с осями 3 и 4 шарнир-
ных опор. В сечении 5 балки, где на-

а 2

Рис. 9. Установка для определения чув-
ствительности пьезоэлектрического дат-
чика к деформации корпуса
Рис. 10. Емкостной датчик с электриза-
цией трением-скольжением:

— скорость соударения; Сд — емкость
датчика; СВх — емкость входа измери-
тельного устройства; Рвх — сопротивле-
ние входа измерительного прибора; 17вх—
напряжение на входе прибора

ходится пучность, закреплен механи-
ческий вибровозбудитель малой мощ-
ности 6. Испытуемый датчик 7 закреп-
ляют на участке поверхности балки
вблизи оси шарнирных опор, где де-
формации максимальны, а ускорения
минимальны (узел колебаний). Де-
формацию для этого участка балки
измеряют тензорезисторным тензоме-
тром или вычисляют по известному
ускорению участка пучности коле-
баний. Ускорение участка пучности
колебаний измеряют опорным датчи-
ком 8, обладающим заведомо малой
чувствительностью к деформации кор-
пуса. На участке пучности колебаний
отношение ускорения' к деформации
максимально. Ускорение на участке
Пучности поддерживают таким, чтобы
деформации узловых сечений балки
имели заданные целочисленные зна-
чения, например 50 мкм. Для участка
пучности расчетное соотношение де-
формации к ускорению

-^- = 19,6 10’Л(—//)*,	(20)

где Л — толщина балки; I — длина
балки; / — частота колебаний балки.

Для определения параметров удара
применяют также датчики, в которых
используют электризацию трением-
скольжением. Особенность этих дат-
чиков — возможность измерять энер-
гию удара, так как сигнал с датчика
црямо пропорционален энергии удара.
На рис. 10 приведена схема такого

датчика. При электризации трением
заряд на трущихся поверхностях про-
порционален перемещению — сколь-
жению датчика относительно поверх-
ности ударяемого тела, давлению тре-
ния-скольжения, емкости датчика и
распределению заряда между емкостя-
ми датчика и входа измерительного
прибора.

Измерения емкостным датчиком с раз-
личными диэлектрическими пленками
скольжения показали зависимость
сигнала (/вх от коэффициента трения-
скольжения. Например, при добавле-
нии масла между пленкой и поверх-
ностью медного стержня сигнал умень-
шался во столько раз, во сколько раз
коэффициент сухого трения больше
коэффициента трения со смазкой. Из-
мерения показали, что зависимость
сигнала с датчика от энергии удара
очень близка к линейной, и измерения
в широком диапазоне_скоростей удара
от нескольких см*с”1 до 45 м*с"1
стабильны и повторяемы при различ-
ных материалах и геометрии испытуе-
мых тел от мягкого штампованного
свинца до твердой закаленной инстру-
ментальной стали, текстолитовых,
капроновых, гетинаксовых бойков
в виде шара, цилиндра и усеченных ци-
линдров с закругленными торцами.
Выходной сигнал емкостного датчика
почти на два порядка больше выход-
ного сигнала тензометрического дат-
чика. Это позволяет определять пара-
метры удара для самых разнообразных
материалов испытуемых конструкций,
деталей машин, горных пород и т. п.

В ряде случаев измерения параме-
тров удара должны производиться ав-
тономно в силу специфических особен-
ностей исследуемого объекта, условий
его отработки и эксплуатации. В ка-
честве измерительных устройств при
таких обстоятельствах обычно приме-
няют датчики с деформируемыми чув-
ствительными элементами. Принцип
действия этих датчиков основан на
получении корреляционной зависи-
мости между контактной силой и де-
формацией чувствительного элемента
в процессе соударения инерционного
и чувствительного элементов датчика.
Как правило, эта зависимость нелиней-
на, что обусловливает большой объем
экспериментальных работ, связанных
с отработкой конструкции датчика
в заданном диапазоне измеряемых
параметров удара. Большая часть дат-
чиков позволяет определить макси-
мальные контактную силу или удар-
ное ускорение, а в некоторых случаях-—
направление приложения нагрузки.
При расшифровке показаний датчика
измеряют пластическую деформацию
чувствительного элемента и определяют
по ней действовавшие при ударе мак-
симальные силы или ударные уско-
рения. Упругие деформации чувстви-
тельного элемента являются система-
тической ошибкой измерения датчика.
Нелинейная зависимость между де-
формацией чувствительного элемента
и измеряемыми параметрами суще-
ственно усложняет расшифровку по-
казаний датчика и влияет на точность
измерений. Для упрощения расшиф-
ровки показаний, повышения точности
измерения и расширения информатив-
ности показаний целесообразно исполь-
зовать датчики с линейной силовой
характеристикой. Линейность зависи-
мости между контактной силой и де-
формацией достигают путем выбора
соответствующей шконфигурации чув-
ствительного элемента. Это дает ряд
преимуществ. Во-первых, датчик поз-
воляет измерять максимальные кон-
тактную силу, ударное ускорение и
резкость, начальную скорость соуда-
рения, а также оценивать кинетическую
энергию тела в случае, когда длитель-
ность ударного процесса больше вре-
мени движения инерционного элемента
на пути разгона. Во-вторых, при по-
мощи датчика можно измерять импульс
ударного ускорения, когда длитель-
ность ударного процесса меньше вре-
мени движения инерционного элемента
на пути разгона. В-третьих, отработка
и метрологическая аттестация датчика
просты, если учесть, что на инерцион-
ны^ элемент датчика при соударении
действует ударный импульс, передний
фронт которого изменяется во времени
по полусинусоидальному закону, а
время достижения максимальной де-
формации — величина постоянная для
выбранной конструкции датчика.
В-четвертых, можно теоретически рас-
считать основные характеристики и
определить соответствующие конструк-
тивные размеры такого датчика для

12 Зак. № 38

заданного диапазона измерений пара-
метров удара.

Зависимость основных измеряемых
параметров от максимальной упруго-
пластической деформации чувствитель-
ного элемента датчика с линейной си-
ловой характеристикой определяют
следующие соотношения:

Р тах = И5тах,‘

1/V X

«тах = у т Щ ~~т 8гпак’

= 1/"5тах> (21)

/7	12.

^0 2 ^5тах>

I	- Л 1
*тах —- ~й-7^==- >

У^
г /п

где Ртах — максимальная контактная
сила; х — коэффициент пропорцио-
нальности между контактной силой и
деформацией при ударе, зависящей от
физико-механических свойств мате-
риала и конфигурации чувствитель-
ного элемента датчика; т — масса
инерционного элемента; Ео — кинети-
ческая энергия инерционного элемента
при ударе. Как видно из приведенных
соотношений, измеряемые параметры
удара и время достижения максималь-
ной упругопластической деформации
чувствительного элемента однозначно
зависят от коэффициента пропорцио-
нальности х и массы т инерционного
элемента. Это позволяет изменять чув-
ствительность датчика к измеряемым
параметрам в зависимости от предъяв-
ляемых требований, устанавливать пре-
дельные значения измеряемых величин
и, как следствие, — основные требо-
вания к конструкции датчика, а имен-
но: максимальную контактную силу,
при которой сохраняется линейная си-
ловая характеристика датчика, не-
обходимую при этом максимальную
упругопластическую деформацию
чувствительного элемента, массу инер-
ционного элемента. Этих данных до-
статочно для расчета конструкции дат-
чика. Принцип действия такого дат-
чика заключается в следующем. При
71

•с,!

____________I

<7

Рис. И. Эквивалентные схемы пьезо
электрического ударного акселерометра
и соединительного кабеля с предвари-
тельными усилителями:

1 — акселерометр; 2, 3 — предвари*
тельные усилители соответственно на-
пряжения и заряда; 4, 5 — усилители
соответственно линейный и тока; 6 —»
источник сигнала помех; 7 — соедини-
тельный кабель; — напряжение#

снимаемое о датчика

соударении исследуемого объекта инер-
ционный элемент массой т разгоняется
под действием сил инерции до началь-
ной скорости соударения у0- Кинети-
ческая энергия Ео, приобретенная
инерционным элементом на пути раз-
гона, гасится вследствие деформиро-
вания чувствительного элемента. Воз-
никающая в зоне контакта сила урав-
новешивается силой сопротивления де-
формированию чувствительного эле-
мента. Линейность силовой характе-
ристики датчика обеспечивается при
деформировании профилированного
участка чувствительного элемента.
Когда деформация распространяется
за пределы профилированного участка,
линейность силовой характеристики
нарушается. Конфигурация профили-
рованного участка чувствительного
элемента определяется соотношением,
связывающим диаметр сечения профи-
лированного участка и высоту сече-
ния. Расшифровку показаний датчика
производят по остаточной, т. е. макси-
мальной, пластической деформации
чувствительного элемента. Однако
расчетные характеристики датчика оп-
ределяют по максимальной упруго-
пластической деформации. Очевидно,
что чем меньше предел текучести ма-
териала чувствительного элемента, тем
меньше доля упругой деформации
в общей деформации чувствительного
элемента.

Усилители предварительные для
пьезоэлектрических ударных акселеро-
метров. На рис. 11, а приведена экви-
валентная электрическая схема удар-
ного акселерометра с соединитель-
ным кабелем и предварительным уси-
лителем напряжения. Выходное на-
пряжение предусилителя

Увых= Сл + Ск + Су ’	(22)

где д — электрический заряд, снимае-
мый с электродов пьезоэлемента дат-
чика при нагружении; Сд — емкость
датчика; Ск — емкость соединитель-
ного кабеля; Су — входная емкость
предусилителя; # — коэффициент
преобразования предусилителя. Из
приведенного выражения видно, что
изменение выходного напряжения
связано с изменением емкости соедини-
тельного кабеля, которая зависит от
его длины между датчиком и предуси-
лителем. Для учета этого изменения
необходимо проводить либо дополни-
тельную калибровку канала измере-
ния, либо учитывать фактическую ем-
кость соединительного кабеля в про-
цессе измерения. Для обеспечения тре-
буемой амплитудно-частотной характе-
ристики в области низких частот пре-
дусилитель напряжения должен иметь
достаточно большое входное активное
сопротивление 7?вх. Необходимость
в высоком входном сопротивлении на-
кладывает определенные конструктив-
ные трудности при выполнении соеди-
нительных кабелей, особенно при ра-
боте в условиях повышенной влаж-
ности и измерениях в области частот
ниже 30 Гц.

При работе датчика с предусили-
телем напряжения сигнал помехи,
наводимый в соединительном кабеле
через паразитную электростатическую
емкость от источника помех Еп,

Сд + СкП+Сп-> <23>

где /7П — напряжение источника по-
мехи; Сп — паразитная емкость. Пере-
численные недостатки можно частично
устранить при включении датчика по
схеме «с активным экраном». В этом
случае в качестве связи используют
коаксиальный кабель с промежуточ-
ным и внешним экранами. Выход пре-
дусилителя напряжения соединяют
с промежуточным экраном коаксиаль-
ного кабеля, в результате чего сни-
жается влияние емкости соединитель-
ного кабеля на чувствительность дат-
чика, поскольку потенциалы централь-
ной жилы и промежуточного экрана
Кабеля примерно одинаковы. Относи-
тельно малое влияние емкости соедини-
тельного кабеля на чувствительность
датчика в схемах «с активным экраном»
справедливо для длин соединительного
кабеля, не превышающих 15 м. При
длинах соединительного кабеля 30 м
и более такая схема включения ста-
новится малоэффективной.

На рис. 11,6 приведена эквивалент-
ная электрическая схема пьезоэлектри-
ческого ударного акселерометра с со-
единительным кабелем и предваритель-
ным усилителем заряда. Выходное
напряжение предусилителя заряда

Оц + Сц + Су — Со. с (К — 1) ’

(24)

Со. с — емкость обратной связи.
Очевидно, что стабильность выходного
напряжения предусилителя заряда за-
висит от стабильности емкости обрат-
ной связи, так как последняя может
быть намного больше суммарной ем-
кости датчика, соединительного кабеля

и предусилителя заряда. Кроме того,
при значительном коэффициенте уси-
ления выходное напряжение предуси-
лителя от него не зависит. Таким об-
разом, предусилитель заряда имеет
большую входную емкость и относи-
тельно невысокое входное сопротив-
ление. Чувствительность датчика с
предусилителем заряда практически
не зависит от длины соединительного
кабеля. Основной недостаток этого
акселерометра — повышенная чув-
ствительность датчика с предусили-
телем заряда к электрическим сигна-
лам помех, возникающим в соедини-
тельном кабеле. Эта чувствительность
возрастает с увеличением длины соеди-
нительного кабеля. Поэтому в качестве
линии связи между датчиком и предуси-
лителем заряда применяют высоко-
качественные коаксиальные кабели с
минимальным трибоэлектрическим
эффектом и фильтры верхних частот,
подавляющие сигналы трибоэлектри-
ческих помех с низкочастотным спек-
тром. При работе датчика с предуси-
лителем заряда заряд, вводимый ис-
точником помех в соединительный
кабель,

= СцСи> (25)

Помимо предусилителей напряже-
ния и заряда при работе с пьезоэлек-
трическими ударными акселерометрами
в ряде случаев используют предусили-
тели тока. Эквивалентная электриче-
ская схема такого предусилителя с со-
единительным кабелем и датчиком при-
ведена на рис. 11, в. Предусилитель
тока содержит последовательно вклю-
ченный линейный усилитель, располо-
женный в непосредственной близости
от датчика и преобразующий выходное
напряжение последнего в электриче-
ский ток, и усилитель тока, соединен-
ный с линейным усилителем кабелем
связи. Питается линейный усилитель
через сигнальный кабель от схемы уси-
лителя тока. Линейный усилитель слу-
жит модулятором входного тока уси-
лителя тока. Поскольку динамический
входной импеданс усилителя тока оченй
мал, напряжения между проводни-
ками соединительного кабеля, соот-
ветствующие полезным сигналам
близки к нулю. Поэтому у датчика
с предусилителем тока повышенная
помехоустойчивость и наиболее широ-
кая частотная характеристика, ко-
торая может составлять несколько
сотен килогерц при длине соединитель-
ного кабеля, равной нескольким сот-
ням метров. В соединительном кабеле
для датчика с предусилителем тока сиг-
нал помехи

уп = -^5-,	(26)

где о — круговая частота колебаний
сигнала помехи; № — передаточное
отношение цепи передачи сигналов
помехи.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
УДАРА

Аппаратура для измерения пара-
метров удара должна иметь линейную
характеристику в широком диапазоне
измеряемых ударных ускорений, об-
ладать плоской частотнойхарактеристи-
кой в этом же диапазоне. Особое вни-
мание следует уделять фазово-частот-
ной характеристике во избежание ис-
кажений формы измеряемого ударного
импульса при условии, что отклоне-
ние амплитудно-частотной характе-
ристики от горизонтальной оси не
должно превышать 2 %. В общем виде
измерительную аппаратуру можно
представить в виде полосового фильтра
с нижней /н и верхней /в граничными
частотами. Для надежной регистрации
измеряемого ударного импульса ап-
паратура должна отвечать следующим
условиям:

/н<-Л</в.	(27)

где /у — длительность измеряемого
ударного импульса, т. е. аппаратура
должна иметь широкую полосу про-
пускания. Для оценки частотных иска-
жений, вносимых измерительной ап-
паратурой, необходимо проводить
спектральный анализ импульсных про-
цессов.

Ниже приведены требуемые пара-
метры устройств для измерения удара:

Монтажная резонансная часто-
та датчика /р» Гц ....	^20//у

Нижняя предельная частота
рабочего диапазона /н, Гц	<2е?5

Верхняя предельная частота
рабочего диапазона /в, Гц	^30//у

Нижний предел линейной фа-
зово-частотной характеристи-
ки Гц.........................<10—20

Верхний предел линейной фа-
зово-частотной характеристи-
ки Гц ......................... >3//у

Постоянная времени входной
цепи предварительного усили-
теля К С , с ..............

Измеряют параметры удара при по-
мощи аналоговой или цифровой изме-
рительной техники. Аналоговая ап-
паратура позволяет, как правило,
измерять максимальное ударное уско-
рение и длительность ударного им-
пульса. Получение остальной инфор-
мации связано с дополнительной рас-
шифровкой зарегистрированного удар-
ного процесса, что существенно сни-
жает оперативность информации и
ведет к относительно большим погреш-
ностям измерения. Использование циф-
ровой техники обеспечивает широкий
динамический диапазон измерения,
большую достоверность и документаль-
ность информации, а также позволяет
осуществлять оперативную связь
с ЦВМ для последующего анализа из-
меряемых ударных процессов.

Типичным цифровым устройством
для измерения удара является цифро-
вое регистрирующее устройство удар-
ного акселерометра ВВУ-032. Устрой-
ство позволяет измерять максимальное
ударное ускорение и длительность оди-
ночного ударного импульса, каждого
ударного импульса из последователь-
ности многократно повторяющихся
ударных импульсов, первого ударного
импульса из серии повторных ударов,
колебательного затухающего ударного
процесса, а также наблюдать на экране
электроннолучевого осциллографа
форму измеряемого ударного импульса.
Кроме того, в устройстве предусмо-
трены логическая защита от импульсов
помех, внутренние фильтры и выходы
для подключения внешних фильтров.
Устройство дает возможность измерять
напряжение 1—990 мВ при частоте
1 Гц — 20 кГц, а также длительность
ударных импульсов 0,5—100 мс.
Устройство включает в свой состав
усилитель, измерители длительности
и максимального ударного ускорения,
блокй управления, индикации длитель-
ности и ударного ускорения, блок со-
гласования.

При исследовании соударения тел
существенную информацию о проте-
кании удара несет форма ударного
импульса, поступающего с датчика.
Наблюдение ударных импульсов, ре-
гистрация их формы и последующая
обработка представляют весьма тру-
доемкий процесс. В последнее время
появились устройства, полностью за-
меняющие осциллографические каналы
регистрации в широкой полосе частот
и позволяющие осуществлять эту ре-
гистрацию с более высокой степенью
точности, а также обеспечивающие
возможность многократного вывода
зарегистрированной информации с из-
менением временного масштаба.

На рис. 12 приведена структурная
схема такого устройства, реализован-
ного на аналоговом запоминающем
устройстве, которое содержит 128 ана-
логовых элементов памяти. Устройство
позволяет .регистрировать импульсные
однократные процессы положитель-
ной полярности в двух диапазонах пи-
ковых значений: до 1 и до 5 В. Диапа-
зон длительностей регистрируемых
ударных процессов _ регулируется
ступенчато от 0,64-10 3 до 327,68Х
X 10 3 с, он разбит на 10 поддиапазо-
нов. Принцип работы устройства осно-
ван на дискретизации входного им-
пульсного сигнала и записи отдель-
ных дискретных отсчетов последова-
тельно в аналоговые элементы памяти
с первого по 128-й элемент. Устройство
обеспечивает возможность неразру-
шающего считывания информации од-
новременно в аналоговой и цифровой
формах для ее дальнейшей обработки.

При считывании информации в циф-
ровой форме регистрируемые значе-
ния выдаются в двоично-десятичном
коде 8—4—2—1. Устройство позво-
ляет регистрировать процессы при за-
писи одного дискретного значения со
временем не более 5 или 40 мкс. Время
считывания каждого дискретного зна-
чения регулируется и может быть или
не более 1 мс или не менее 1 с, В состав
устройства входят усилитель 1 с дис-

Рис. 12. Функциональная схема устрой-
ства для регистрации ударных процес-
сов на аналоговых элементах памяти

кретно регулируемым коэффициентом
передачи, обеспечивающий требуемый
диапазон входного сигнала (0—5 В);
фиксатор 2 уровня, преобразующий
непрерывный входной сигнал в сту-
пенчатую функцию; аналоговое запо-
минающее устройство 3\ устройство 4
регенерации и вывода информации,
устройство 5 управления.

Входной усилитель используют для
регулировки начального смещения
входного сигнала. Если входной сиг-
нал положительной полярности, то
начальное смещение отсутствует, если
сигнал обеих полярностей, то вводят
начальное смещение +2,5 В и сигнал
регистрируют в двух диапазонах:
±2,5 или ±5 В. После считывания и
печати зарегистрированных значений
входного сигнала из полученных дан-
ных необходимо вычесть начальное
смещение +2,5 В.

Фиксатор уровня преобразует не-
прерывный входной сигнал в ступен-
чатую функцию. Он представляет со-
бой электростатический элемент па-
мяти на линейных конденсаторах и
позволяет устранить динамическую
погрешность при записи информации,
возникающую из-за того, что за время
записи дискретного значения входного
сигнала в какой-либо аналоговый эле-
мент памяти записываемая величина
не остается постоянной.

Аналоговое запоминающее устрой-
ство построено с использованием ма-
триц памяти на многоотверстных фер-
ритовых пластинах, выбор адреса в
которых производится при помощи
диодного дешифратора. Для того чтобы
можно было многократно выводить
записанную информацию в режиме счи-
тывания, регенерируют информацию.
В режиме «медленной» регистрации
записывается и регистрируется ин-
формация по схеме аналогового эле-
От устройства, управления

Рис. 13. Функциональная схема аналого-
вого элемента памяти

мента памяти с отрицательной обрат-
ной связью. В режиме «быстрой»
регистрации запись производится по
разомкнутой схеме аналогового эле-
мента памяти, а считывание и регист-
рация — по схеме аналогового эле-
мента памяти с восстановлением истин-
ного сигнала записи. На рис. 13 при-
ведена структурная схема аналогового
элемента памяти, в состав которого
входят: коммутатор 1 аналогового сиг-
нала, который подключает ко входу
канала записи в режиме записи вы-
ходной сигнал—фиксатор уровня
а в режиме считывания с регенера-
цией — сигнал /72, поступающий с уст-
ройства вывода информации; устрой-
ство 2 формирования сигнала за-
писи 1/3п в режиме «медленной» реги-
страции; устройство 3 формирования
сигнала записи /7ЗЦ в режиме «быстрой»
регистрации; устройство 4 записи,
формирующее информационный ток
записи /зп, амплитуда которого про-
порциональна напряжению запоми-
нания; магнитный матричный накопи-
тель 5, в ячейки которого записывается
регистрируемый процесс; выходное
устройство б, формирующее выходное
аналоговое значение напряжения (7ВЫХ
при считывании информации из нако-
пителя; блок 7 формирования коор-
динатных токов, формирующий коор-
динатные токи считывания /х по шест-
надцати координатам в плоскости X
и координатные токи записи /2 по
восьми координатам в плоскости У
матричного накопителя.

Цифровой регистратор однократных
быстропротекающих процессов может
работать в четырех основных режимах:
записывать информацию от аналогово-
цифрового преобразователя, выводить
информацию из запоминающего уст-

ройства на осциллограф или ЭВМ,
а также записывать информацию от
ЭВМ. Начало записи в запоминающее
устройство инициируется импульсом
запуска, подаваемым на соответствую-
щий вход. При этом счетчик адреса
сбрасывается в ноль, и запоминающее
устройство, начиная с нулевой ячейки,
записывает коды, соответствующие
текущему значению входного сигнала.
Скорость поступления информации
в запоминающее устройство может
регулироваться от одного слова в мкс
до одного слова в 2 мс. Разрядность
преобразования 10 Бит, емкость па-
мяти 4096 десятиразрядных слов, диа-
пазоны аналого-цифрового преобразо-
вателя ±512 мВ, ±2,048 В, ±8,192 В,
предельная частота синусоидального
сигнала 200 кГц.

Рассмотренные аналоговые и цифро-
вые устройства для измерения удара
позволяют определять многие пара-
метры ударного импульса, контроли-
ровать форму импульса, а также ре-
гистрировать ударный импульс.

Более тщательное исследование удар-
ных процессов невозможно без при-
менения средств вычислительной тех-
ники. На рис. 14 показана структур-
ная схема комплекса автоматизиро-
ванной измерительной информацион-
ной системы ударных испытаний типа
УАС-2Ф. Комплекс состоит из инфор-
мационно-измерительной части 1 и
вычислительной части 2. Информацион-
но-измерительная часть включает
в свой состав каналы 3 аналоговой об-
работки информации, каналы 4 доку-
ментирования данных в аналоговой
форме, канал 5 обработки и документи-
рования информации в цифровой
форме, блок 6 коммутации режимов,
осуществляющий стыковку каналов
обработки и документирования с вы-
числительной частью. Канал анало-
говой обработки информации содержит
подключенный к объекту исследова-
ния датчик 7, предварительный усили-
тель 8, широкополосный измеритель-
ный усилитель Р, полосовые филь-
тры 10 (по одному на каждый из част-
ных диапазонов). В качестве широко-
полосного измерительного усилителя
применено цифровое устройство реги-
стрирующего ударного акселерометра
ВВУ-032. Канал документирования
рис. 14. Структурная схема комплекса автоматизированной измерительной информа-
ционной системы ударных испытаний

данных в аналоговой форме представ-
лен четырехканальным измеритель-
ным магнитофоном, который по окон-
чании документирования может слу-
жить источником информации для ра-
боты вычислительной части комплекса
в соответствующих режимах. В ка-
честве канала документирования дан-
ных в аналоговой форме могут быть
использованы устройства для реги-
страции ударных процессов на анало-
говых элементах памяти или цифровой
регистратор однократных быстропро-
текающих процессов. Канал разработки
и документирования информации в циф-
ровой форме состоит из устройства 11
цифровой регистрации сигнала, транс-
криптора 12 и ленточного восьми-
дорожного перфоратора 13, который
своим входом подключен через блок
коммутации режимов к выходу одного
из каналов обработки аналоговой ин-
формации. Стыковка со входом вычис-
лительной части комплекса происходит
при помощи перфоносителя (восьми-
дорожечной перфоленты) с данными
В цифровой форме, имеющими байт-
ную структуру представления. При
помощи блока коммутации режимов
производится переход комплекса
в один из предусмотренных режимов и
осуществляется стыковка информа-

ционно-измерительной части с вычис-
лительной частью комплекса на уровне
электрических сигналов.

Вычислительная часть комплекса
представлена модулем 12 ввода ини-
циативных сигналов, благодаря ко-
торому в блок коммутации режимов
поступает сигнал на запуск, аналого-
цифровой преобразователь 13 (четыре
входа и один выход), процессор 14,
телетайп 15, устройство 16 печати с кла-
виатурой, устройство 17 вывода на
перфоленту, устройство 18 ввода пер-
фоленты, через которое производится
загрузка программ и данных для ана-
лиза.

Функциональная структура комплек-
са предназначена для отображения
основных задач, которые условно мо-
гут быть объединены в следующие
группы: оперативное управление экс-
периментом и обработкой данных; из-
мерение, преобразование и документи-
рование информации в аналоговой
форме, обработка, анализ и документи-
рование информации в цифровой форме.

Алгоритмическая структура ком-
плекса предусматривает возможность
проводить диалог оператора при вы-
боре режима работы комплекса и вы-
боре видов анализа результатов испы-
тательного эксперимента; регистриро-
вать данные в цифровой форме при ис-
пытаниях большими последователь-
ностями ударов; документировать ин-
формацию в аналоговой форме; пред-
варительно обрабатывать измеритель-
ную информацию; регистрировать оди-
ночное виброударное воздействие; ре-
гистрировать одиночный ударный им-
пульс; регистрировать малую серию
ударных воздействий; анализировать
большие последовательности ударных
воздействий; документировать входные
данные в цифровой форме на перфо-
ленте; измерять временные параметры
виброударного сигнала; измерять ча-
стотные параметры виброударного
сигнала; измерять временные пара-
метры ударного импульса; анализиро-
вать ударные воздействия на соответ-
ствие одной из предусмотренных форм
ударного импульса; проводить срав-
нительный анализ мгновенных значе-
ний ударных ускорений для двух про-
извольно выбранных ударных нагру-
жений, принятых по любому из ка-
налов; рассчитывать интегральное зна-
чение скорости соударения; ударный
спектр нагружения; корреляционную
функцию для двух ударных нагру-
жений; выводить результаты анализа
на внешние устройства в виде сообще-
ний, таблиц или графиков.

Комплекс предназначен для измере-
ния и анализа ударного ускорения, дли-
тельности фронтов и времени одиноч-
ного ударного воздействия произволь-
ной формы; для расчета интегрального
значения скорости соударения, удар-
ного спектра, корреляционной функ-
ции; для сравнительного анализа мгно-
венных значений ударных ускорений
на произвольно выбранных участках
наблюдения для любой пары ударных
нагружений, принадлежащих малой
серии, которая принимается по че-
тырем измерительным каналам или
любому сочетанию из них; для измере-
ния ударного ускорения и времени дей-
ствия каждого из ударных импульсов
большой последовательности, реги-
стрируемой по одному из каналов циф-
ровой обработки данных, а также для
расчета средних и среднеквадрати-
ческих отклонений для последователь-
ностей ряда ударных ускорений и ряда
длительностей, задаваемых на выбор-
ках; для измерения ударных ускоре-

ний, длительности фронта максималь-
ного импульса, времени нарастания
ударного ускорения до максимального
значения, амплитуды и частоты нало-
женного колебания, а также времени
действия одиночного виброударного
воздействия, принимаемого по одному
измерительному каналу.

Основные технические характери-
стики комплекса приведены ниже.
Исследуемый сигнал аналоговый. Диа-
пазон измеряемых ударных ускоре-
ний 10—10? м-с“2. Форма ударного
импульса полусинусоидальная, тра-
пецеидальная, пилообразная, произ-
вольная. В режиме испытаний одиноч-
ными ударными воздействиями произ-
водится регистрация и анализ только
по одному из каналов комплекса од-
ного импульса с длительностью дей-
ствия 160—400 мс. В режиме испыта-
ний малыми сериями ударных воздей-
ствий производится одновременная
регистрация одного — четырех импуль-
сных сигналов, поступающих по всем
каналам комплекса или любому их
сочетанию. Длительность действия
ударных импульсов 1,25—400 мс.
В режиме испытаний большими после-
довательностями ударных нагружений
число регистрируемых ударных им-
пульсов 10—35 000. Сигналы реги-
стрируются по любому каналу комплек-
са. В режиме испытания виброудар-
ными воздействиями регистрация ве-
дется только по одному из каналов.
Обработке подлежат следующие ха-
рактеристики виброударного сигнала:
время нарастания ускорения до макси-
мального значения 0,7—100 мс. Дли-
тельность фронта максимального им-
пульса 175 мкс — 10 мс. Комплекс
предусматривает документирование
входных данных и результатов ана-
лиза в каждом режиме испытаний
в виде протоколов, а также на перфо-
ленте и магнитной ленте для долговре-
менного хранения.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
КАЛИБРОВКИ УДАРНЫХ
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
АКСЕЛЕРОМЕТРОВ

Повышение точности измерений удар-
ных процессов при применении удар-
ных пьезоэлектрических акселеро-
метров связано с совершенствованием
методов и средств их калибровки.
Цель калибровки — определение верх-
него предела линейной области ка-
либровочной характеристики акселеро-
метра, оценка изменения чувствитель-
ности акселерометра за этим преде-
лом, а также определение переходной
характеристики акселерометра.

Ударные пьезоэлектрические аксе-
лерометры калибруют, как правило,
в лабораторных условиях. Сущность
калибровки сводится к определению
электрического выходного сигнала
акселерометра при воздействии на
него удара. В процессе эксплуатации
измерительной системы с ударным
пьезоэлектрическим акселерометром
осуществляют электрическую калиб-
ровку, измеряя электрический выход-
ной сигнал при электрическом воз-
буждении акселерометра. Различают
два метода электрического возбужде-
ния акселерометров в зависимости
от их конструктивного исполнения.
Первый заключается в том, что на под-
ключенное последовательно к пьезо-
элементу акселерометра сопротивле-
ние подают такое напряжение пере-
менного тока, которое позволяет сни-
мать с выхода акселерометра сигнал,
пропорциональный сигналу, получае-
мому при воздействии на акселерометр
ускорения определенного уровня.
Второй метод основан на использо-
вании в составе акселерометра допол-
нительного пьезоэлемента, который
служит возбудителем колебаний основ-
ного пьезоэлемента. При подаче напря-
жения на дополнительный пьезоэлемент
в основном пьезоэлементе возникают
деформации и с выхода акселерометра
поступает электрический сигнал, про-
порциональный сигналу, соответствую-
щему определенному уровню ускоре-
ния.

На рис. 15 приведена схема устрой-
ства для эксплуатационной калибровки
ударного пьезоэлектрического акселе-
рометра, который представляет собой
источник напряжения Еа и включен-
ный последовательно с ним конденса-
тор Са. Напряжение Еа и емкость Са
определяют при динамической калиб-
ровке в лабораторных условиях. Когда
контакт /С переключен в положение,
при котором подключен источник ка-

Рис. 15. Функциональная схема устрой-
ства для эксплуатационной калибровки
ударного пьезоэлектрического акселеро-
метра

либрованного напряжения Е^, напря-
жение на входе усилителя будет Е^.
Когда контакт К переключен в положе-
ние, при котором источником напря-
жения является возбужденный аксе-
лерометр, то на входе усилителя на-
пряжение будет Е2. При калибровке
эти два напряжения на входе усилителя
должны быть равны: Ег = Е2, откуда
можно определить необходимое ка-
либровочное напряжение:

ЕК = ЕЛ^-,	(28)

Преимущество этого метода калиб-
ровки состоит в том, что результат
калибровки зависит только от вели-
чин Еа, Са, Ек, Ск, а емкость соедини-
тельного кабеля и входная емкость уси-
лителя не оказывают на него влияния..
Устройство, выполненное по приведен-
ной схеме, позволяет проводить экс-
плуатационную калибровку ударных
акселерометров в диапазоне 1—10е мХ
Хс~2 с погрешностью, не превышаю-
щей 10 %.

Калибровку ударных пьезоэлектри-
ческих акселерометров на вибростенде
осуществляют в диапазоне частот 5 Гц—
10 кГц методом сравнения с образцо-
вым акселерометром. Диапазон уско-
рений, обеспечиваемых калибровоч-
ными вибростендами, 0—5000 м*с“2.
Различают три способа калибровки
акселерометров методом сравнения,
основанные на приложении к акселеро-
метру ускорения, изменяющегося во
времени по синусоидальному закону.
При первом способе калибровки ча-
стоту колебаний изменяют дискретно.
Обычно выбирают до десяти значений
частоты в диапазоне 5 Гц— 10 кГц.
При втором способе калибровку аксе-
Рис. 16. Функциональная схема устрой-
ства для калибровки ударного акселеро-
метра на вибровозбудителе при случайном
законе изменения ударного ускорения во
времени

лерометра осуществляют на одной ча-
стоте, что позволяет быстро проверить
акселерометр. Третий способ преду-
сматривает калибровку акселерометра
при автоматической развертке частоты
в заданном диапазоне и получение гра-
фика разности показаний акселеро-
метров в зависимости от частоты. По-
грешности калибровки акселеромет-
ров на вибростендах: в диапазоне ча-
стот 40 Гц — 2 кГц ±0,5 %, в диапа-
зоне частот до 10 кГц ±3 %.

В последние время при калибровке
ударных акселерометров методом срав-
нения на вибростендах применяют воз-
буждение, формируемое по случайному
закону. Точную калибровку акселеро-
метра при этом осуществляют путем
вычисления передаточной функции,
связывающей выходные сигналы об-
разцового и испытуемого акселеро-
метров. Этот способ калибровки поз-
воляет получать более точную ампли-
тудную и фазовую информации о чув-
ствительности акселерометра, не тре-
бует воспроизведения чисто синусои-
дального закона изменения ускоре-
ния во времени и позволяет оценить
качество калибровки посредством оп-
ределения передаточной функции,
сокращает длительность калибровки.
На рис. 16 приведена функциональ-
ная схема устройства для калибровки
акселерометра при воспроизведении
на вибровозбудителе случайного за-
кона изменения ускорения во времени.
На подвижном столе вибровозбуди-
теля 1 закреплены образцовый 2 и
испытуемый 3 акселерометры. Из-за
способа установки выходные сигналы
акселерометров сдвинуты по фазе на
180°. Выходы обоих акселерометров

соединены с предварительными уси-
лителями 4. Вход вибровозбудителя
связан с усилителем мощности 5, ко-
торый через фильтр низких частот 6
и цифро-аналоговый преобразователь 7
соединен с первым входом анализа-
тора Фурье 8, два других входа ко-
торого связаны с предварительными
усилителями 4, Анализатор Фурье
может быть выполнен на базе мини-
ЭВМ. Формируют случайный сигнал
с постоянной спектральной плотностью
и случайной равномерно распределен-
ной фазой при помощи анализатора
Фурье. Случайный сигнал подают че-
рез цифро-аналоговый преобразова-
тель и фильтры низких частот на вход
усилителя мощности вибровозбуди-
теля. Если ускорения, действующие
на акселерометры, одинаковы, то чув-
ствительность испытуемого акселеро-
метра будет зависеть только от отно-
шения выходных сигналов акселеро-
метров:

Рк=Ро 1Уо(О ’	(29)

где (7К (/), С70 (0 — выходные напря-
жения соответственно контролируе-
мого и образцового акселерометров;
Рк и Ро — соответствующие коэффи-
циенты чувствительности.

При этом выходной сигнал образцо-
вого акселерометра рассматривают
как вход системы, а выходной сигнал
проверяемого акселерометра — как ее
выход. Если принять коэффициент чув-
ствительности образцового акселеро-
метра за единицу, то передаточную
функцию можно представить в виде от-
ношения взаимной спектральной плот-
ности входа и выхода к спектральной
плотности входа. При этом определяют
как амплитуду, так и фазу передаточ-
ной функции. Регистрацию относи-
тельного расхождения показаний обоих
акселерометров по амплитуде и по
фазе получают во всем частотном диа-
пазоне калибровки. Следует отметить,
что при калибровке акселерометров
этим способом важно знать, полностью
ли выход системы соответствует ее
входу. Известно, что на различных
частотах шумы и нелинейные явления
могут увеличить выходной сигнал.
Это приводит к ошибкам в определе-
нии передаточной функции. Качество
измерения передаточной функции
можно определить, вычисляя функцию
когерентности 7:

-у2 =  _ К.°- ,	(30)

Окк^оо

где Око — взаимная спектральная плот-
ность входа и выхода; йкк, бЪо —
спектральная плотность соответст-
венно входа и выхода. При этом 0 <
<^у2^1. Если на любой заданной
частоте функция когерентности равна
единице, то выход системы полностью
соответствует входу. Если же функ-
ция когерентности на этой частоте
меньше единицы, то передаточная функ-
ция определена неточно. Таким об-
разом, предложенный способ калиб-
ровки позволяет установить неисправ-
ность акселерометра или предваритель-
ного усилителя по отклонению пере-
даточной функции или функции ко-
герентности от единицы. Вычисляются
передаточная функция и функция ко-
герентности на анализаторе Фурье,
а при необходимости эти величины мо-
гут регистрироваться индикатором
в заданном частотном диапазоне. Од-
нако диапазон ускорений, который
может быть воспроизведен при калиб-
ровке ударных пьезоэлектрических
акселерометров на вибростендах, явно
недостаточен. В большинстве случаев
при калибровке необходим более ши-
рокий диапазон ускорений, достигаю-
щий в отдельных случаях значений
более 106 м-с 2. Воспроизводят такие
ускорения на специальных ударных
устройствах при соударении тел с раз-
личными скоростями.

При калибровке ударных акселеро-
метров в условиях динамического на-
гружения наиболее широко применяют
два метода: первый основан на опреде-
лении изменения скорости тел при со-
ударении, второй — на определении
силы удара.

Первый метод основан на том, что пло-
щадь ударного импульса под кривой
изменения ударною ускорения во вре-
мени, зарегистрированной при помощи
ударного акселерометра, характери-
зует изменение скорости тела при соу-
дарении. Различают две разновидности
этого метода: 1) измеряют начальную
скорость соударения тел и сравнивают

ее с площадью переднего фронта за-
регистрированного ударною им-
пульса; 2) измеряют конечную ско-
рость тела, подвергающегося ударному
нагружению, и сравнивают с площадью
зарегистрированного ударного им-
пульса.

Основное преимущество первого ме-
тода калибровки — возможность аб-
солютной градуировки ударного ак-
селерометра. При этом чувствитель-
ность ударного акселерометра и коэф-
фициент усиления измерительного
тракта не имеют существенного зна-
чения при определении ударного уско-
рения. Важное значение при калиб-
ровке ударных акселерометров по пер-
вому методу имеет форма ударного
импульса, воспроизводимого при со-
ударении тел. Обычно на калибровоч-
ных установках воспроизводят удар-
ные импульсы, закон изменения ко-
торых близок к полусинусоидальному
закону изменения ударного ускоре-
ния во времени. Однако для получе-
ния большей достоверности измерений
в особо ответственных случаях жела-
тельно калибровку ударного акселеро-
метра осуществлять при воспроизве-
дении ударного импульса, близкого
по форме, длительности и максималь-
ному ударному ускорению к исследуе-
мому ударному процессу. Это связано
с влиянием (особенно при измерении
ударных искорений больших уровней)
упругих деформаций корпуса акселе-
рометра на его показания. Кроме того,
метод позволяет при калибровке удар-
ных акселерометров с известной чув-
ствительностью вносить поправки при
обработке результатов измерения.

Недостатки метода следующие:
1) необходима линейная зависимость
выходного сигнала ударного акселеро-
метра от уровня измеряемого ударного
ускорения, а при отклонении от чисто
линейной зависимости чувствитель-
ность ударного акселерометра опреде-
ляют с заметной погрешностью; 2) боль-
шая длительность обработки резуль-
татов калибровки, которая связана
с возможностью многочисленных оши-
бок при вычислениях; некоторые из
них могут быть исключены при при-
менении средств вычислительной тех-
ники для проведения требуемых рас-
четов.
Рис. 17. Устройство для калибровки
ударных акселерометров при свободном
падении ударяющего тела:

а — функциональная схема; б — измене-
ние ударного ускорения и скорости на-
ковальни во времени; — длительность
ударного импульса; — время пролета
наковальней базового расстояния между
чувствительными элементами 9, 10; V —
скорость наковальни; — конечная
скорость наковальни после соударения;
Л — высота падения стального шара;
«0 ~ базовое расстояние

Сущность метода калибровки удар-
ных акселерометров, основанного на
определении силы удара, сводится
к следующему. На соударяемых те-
лах устанавливают датчик силы и удар-
ный акселерометр. При соударении
регистрируют изменение выходных
сигналов датчика силы и ударного
акселерометра во времени, сравнивают
максимальные значения силы и удар-
ного ускорения по зарегистрирован-
ному процессу, а затем, зная массу
соударяющихся тел и чувствитель-
ность датчика силы, определяют коэф-
фициент масштаба ударной перегруз-
ки, максимальное ударное ускорение
и чувствительность градуируемого
ударного акселерометра. В качестве
образцовых датчиков силы применяют
тензодатчики или динамометры.

Основное преимущество метода —
отсутствие необходимости в линейности

зависимости между выходным напря-
жением ударного акселерометра и со-
ответствующим ему уровнем ударного
ускорения. Кроме того, метод прост
в обработке результатов измерения.

Недостаток метода в том, что датчик
силы проходит статическую калиб-
ровку, и достоверность его показаний
в условиях воздействия ударного на-
гружения предположительна. Однако
этот недостаток может быть устранен
для особо ответственных испытаний
проведением динамической калибровки
датчика силы путем вычисления ки-
нетической энергии ударяющего тела
по площади переднего фронта заре-
гистрированной зависимости измене-
ния силы во времени.

В зависимости от принципа созда-
ния ударного нагружения, условий
соударения тел, места расположения
градуируемого ударного акселеро-
метра, соотношения масс соударяю-
щихся тел конструктивное исполне-
ние устройств для калибровки удар-
ных акселерометров может быть раз-
личным. Однако основное условие
воспроизведения заданного уровня
ударного ускорения — обеспечение
необходимой для этого начальной ско-
рости соударения. Для воспроизведе-
ния ударных ускорений до 15-104 мХ
Хс 2 применяют устройства, основан-
ные на свободном падении ударяющего
тела, при ударных ускорениях до
10е м*с 2 применяют устройства с при-
нудительным разгоном ударяющего
тела либо электромагнитные выталки-
вающие устройства.

На рис. 17, а приведена схема уст-
ройства для калибровки ударных ак-
селерометров при свободном падении
ударяющего тела. Ударный импульс
воспроизводится при соударении сво-
бодно падающего стального шара с не-
подвижной до начала удара наковаль-
ней, на которой закреплен ударный
акселерометр. В исходном состоянии
стальной шар 1 удерживается в верх-
нем положении электромагнитом. При
выключении электромагнита шар на-
чинает свободно падать в направляю-
щей трубе 2 до соударения с наковаль-
ней, удерживаемой в неподвижном
состоянии постоянным магнитом. После
соударения стальной шар удержи-
вается в направляющей трубе спе-
циальным уловителем 3. Длительность,
максимальное ударное ускорение,
форма воспроизводимого ударного им-
пульса зависят от характеристик тор-
мозного устройства 4, закреплен-
ного на верхней поверхности нако-
вальни 5, в нижней части которой уста-
новлен градуируемый ударный акселе-
рометр 6. Для торможения служит про-
кладка из резины, пластика или дру-
гих материалов. На параметры удар-
ного импульса оказывают влияние со-
отношение масс соударяющихся ча-
стей, а также высота падения сталь-
ного шара. При соударениц нако-
вальня отрывается от удерживающего
ее постоянного магнита и совершает
свободное падение в направляющей
трубе до соударения с амортизато-
ром 7. Оптический датчик положения
соударяющихся тел при помощи чув-
ствительных элементов 8 формирует
управляющий сигнал на запуск элек-
тронного осциллографа, а при помощи
чувствительных элементов 9 и 10
вырабатывает сигналы о времени про-
лета наковальни базового расстояния
между этими элементами. Эти сигналы
поступают на формирователь импульс-
ных сигналов 11, вход которых соеди-
нен с цифровым измерителем длитель-
ности временных интервалов 12. Элек-
трический сигнал, пропорциональный
изменению ударного ускорения во
времени, с градуируемого ударного
акселерометра через усилитель за-
ряда 13 с фильтром нижних частот по-
ступает на первый вход электронного
осциллографа 14, второй вход которого
связан с измерителем длительности
временных интервалов. Графики изме-
нения ударного ускорения и скорости
наковальни во времени (рис. 17, б)
показывают, что после соударения на
наковальню действует ускорение силы
тяжести, и изменением скорости за
время прохождения базового расстоя-
ния 50, связанным с действием этого
ускорения, можно пренебречь, осо-
бенно при воспроизведении ударного
ускорения больших уровней. Тогда
скорость, приобретенная наковаль-
ней при соударении,

	(31)

где /б — время пролета наковальней
расстояния между чувствительными
элементами. Это расстояние устанавли-
вают таким, чтобы времена его пролета
шаром (при свободном падении с вы-
соты Н) и наковальней (после соуда-
рения) были одинаковыми. Ударный
импульс, зарегистрированный на эк-
ране электронного осциллографа, рас-
шифровывают, а затем, используя тео-
ретические зависимости, определяют
чувствительность градуируемого удар-
ного акселерометра.

Благодаря различным наковальням
на установке можно получать близкие
к полусинусоидальной форме ударные
импульсы с длительностью и макси-
мальным ударным ускорением, при-
веденными ниже:

Длительность удар*
ного импульса, / X
X Ю~3, с ..... 3 1 1 0,2 0,1 0,07

Максимальное удар*
ное ускорение,
«шах*103» м’с~2	1 5 10 50 100 150

Погрешность калибровки ударных
акселерометров не более ±5%.

На рис. 18, а, б показана схема уст-
ройства маятникового типа для калиб-
ровки ударного акселерометра. На
наковальне 1 размещено тормозное
устройство 2 для формирования удар-
ного импульса при соударении с под-
вешенным на тягах 3 ударником 4,
на заднем торце которого установлен
градуируемый ударный акселерометр.
Электрический сигнал, снимаемый
с акселерометра 5, поступает на вход
согласующего усилителя 6, выход ко-
торого соединен с электронным осцил-
лографом 7. Оптический датчик поло-
жения 8 формирует управляющий сиг-
нал на запуск электронного осцилло-
графа перед моментом соударения удар-
ника с наковальней. Длительность,
максимальное ударное ускорение,
форма воспроизводимого ударного им-
пульса зависят от типа тормозного
устройства, начальную скорость соуда-
рения регулируют изменением угла
отклонения ударника на маятниковом
подвесе. Устройства маятникового
типа применяют для калибровки удар-
ных акселерометров по методу изме-
Рис. 18. Устройство маятникового типа для калибровки ударных акселерометров:
а — функциональная схема; б — изменение ударного ускорения и скорости ударника
во времени; /0, /тах— время соответственно свободного падения ударника и достижения
максимального ударного ускорения; V — скорость ударника; т — масса ударника;
Фо — Угол начального отклонения ударника на маятниковом подвесе

нения скорости и по методу опреде-
ления силы удара. В последнем случае
между тормозным устройством и на-
ковальней размещают датчик силы.
В некоторых случаях наковальню
также вывешивают на маятниковом
подвесе.

Устройство маятникового типа ос-
новано на использовании расчетных
соотношений по теории Герца. В ка-
честве ударника применяют цилиндри-
ческое тело, ударяющая часть которого
выполнена в виде сферы большого
диаметра, на другом конце тела раз-
мещен градуируемый ударный акселе-

4. Параметры удара в зависимости
от характеристик и высоты падения
ударника

Характе- ристика ударника и условий соударения	Максималь- ная кон- тактная си-  ла, Р	Максималь- ное удар- ное ускоре- ние, атах	Длитель- ность удар- ного	им-  пульса, /у
Радиус сфе- ры ударяю- щей части ударника	ЛО,2	^0,2	Я-0,2
Масса ударника	щО.6	т~ °-4	т°,4
Высота падения ударника	ло,б	/,0,6	ь-о.1

рометр. Длину ударника выбирают в
соответствии с теорией Герца: длитель-
ность воспроизводимого ударного
импульса должна быть больше вре-
мени прохождения упругой волны
в ударнике. В табл. 4 показана за-
висимость максимальной контактной
силы, ударного ускорения и длитель-
ности ударного импульса от радиуса
сферы /? ударяющей части, высоты
падения Н на маятниковом подвесе
и массы т ударника. Для воспроиз-
ведения ударных ускорений больших
уровней необходимо увеличить радиус
сферы ударяющей части и высоту па-
дения ударника при одновременном
уменьшении массы ударника. Сущест-
венный недостаток этого метода —
невозможность воспроизведения удар-
ных импульсов с миллисекундной дли-
тельностью, а также сложность калиб-
ровки ударных акселерометров с ча-
стотой собственных колебаний менее
30 кГц. Устройство позволяет воспро-
изводить ударные импульсы, по форме
близкие к полусинусоиде, при макси-
мальном ударном ускорении до 105 мХ
Хс”2. Основная погрешность устрой-
ства связана с потерями на трение в
шарнирах системы подвески удар-
ника. Однако при оптимальном вы-
боре системы подвески эта погреш-
ность может быть сведена до минимума.
Максимальная погрешность определе-
ния чувствительности ударного акселе-
рометра не более ±5%.
рис.19. Устройство ма-
ятникового типа для
калибровки ударных ак-
селерометров с примене-
нием мерного стержня
Гопкинсона:

а — функциональная
схема; б — изменение
перемещения частиц
стержня и ударного
ускорения во времени;
и — перемещение частиц
стержня; «тах — макси-
мальное перемещение
частиц стержня; С —

время прохождения

ударной волны места расположения датчиков; /и — временнбй интервал между

прямой и отраженной ударными волнами

На рис. 19, а, б показано устройство
маятникового типа для калибровки
ударных акселерометров с применением
мерного стержня Гопкинсона. Прин-
цип действия устройства основан на
использовании зависимости между ско-
ростью перемещения частиц мерного
стержня и его деформациями, возни-
кающими при продольном ударном
нагружении стержня.

Угол отклонения маятника 1 со сталь-
ным шаром на Конце строго фиксиро-
ван На конце маятника можно за-
креплять стальные шары различной
массы для изменения параметров удар-
ного импульса при соударении с мер-
ным стержнем 2, подвешенным на тя-
гах 3 маятникового подвеса. На сво-
бодном торце мерного стержня зак-
реплен ударный акселерометр 4. Элек-
трический сигнал, пропорциональный
ударному ускорению на свободном тор-
це стержня, с выхода акселерометра
через предварительный усилитель 5
поступает на первый вход двухлуче-
вого электронного осциллографа 6.
На|второй вход осциллографа поступает
электрический сигнал, пропорциональ-
ный перемещению частиц стержня
при воздействии прямой и отраженной
ударной волн, с тензодатчиков, зак-
репленных на поверхности мерного
стержня и включенных в мостовую
схему 7. Питаются тензодатчики и
электромагнитное устройство, удержи-
вающее маятник в исходном положе-
нии, от источника питания 8, Для
установления соответствия показаний
ударного акселерометра показаниям

тензодатчиков необходимо либо про-
интегрировать выходной сигнал удар-
ного акселерометра и сравнить его
с выходным сигналом тензодатчиков,
либо продифференцировать выходной
сигнал тензодатчиков и сравнить его
с выходным сигналом ударного акселе-
рометра. При этом в обоих случаях
сигналы с ударного акселерометра и
тензодатчиков регистрируются на эк-
ране двухлучевого электронного ос-
циллографа. При интегрировании пог-
решность калибровки возрастает, что
связано с влиянием выброса на перед-
нем фронте выходного сигнала удар-
ного акселерометра, а также с влия-
нием колебаний, наложенных на этот
сигнал. Волновую скорость в стерж-
не Со определяют по осциллограмме,
находя временной интервал между
выходными сигналами тензодатчиков,
соответствующими прохождению пря-
мой и отраженной ударных волн.
Устройство позволяет осуществлять
калибровку ударных акселерометров
при значениях максимального ударного
ускорения до 12-104 м*с“2 и выше и
оптимальной длительности ударного
импульса, близкого по форме к полу-
синусоидальному закону изменения
ударного ускорения во времени, не
менее 0,075* 10”3 с. Увеличивать дли-
тельность ударного импульса можно
путем закрепления на ударном торце
стержня медных прокладок. Однако
это приводит к существенным искаже-
ниям формы ударного импульса при
длительностях, превышающих 0,07Х
X 10“3 с.
Рис. 20. Устройство для калибровки
ударных акселерометров по методу изме-
рения силы:

а —. принципиальная схема; б — измене-
ние ударного ускорения и силы во вре-
мени; Р —» контактная сила; Р тах— ма-
ксимальная контактная сила; § — уско-
рение силы тяжести

На рис. 20, а, б показана схема
устройства для калибровки ударных
акселерометров при свободном паде-
нии ударной платформы по методу из-
мерения силы. Принцип действия уст-
ройства основан на использовании вто-
рого закона Ньютона. Градуируемый
ударный акселерометр 1 закреплен на
ударной платформе 2, которая удер-
живается в исходном положении сто-
порным устройством (здесь электро-
магнитного типа). При отключении
стопорного устройства ударная плат-
форма свободно падает в направляю-
щей трубе 3 до соударения через эле-
менты тормозного устройства 4 с дат-
чиком силы 5. Выходные сигналы с ак-
селерометра и датчика силы через
предварительные усилители заряда 6
поступают на пиковые вольтметры 7
с запоминанием, выходы которых под-
ключены к двухлучевому электрон-
ному осциллографу 8. Ударное уско-
рение, воздействующее на акселеро-
метр в процессе соударения, опреде-
ляют по отношению контактной силы
к массе акселерометра с ударной плат-
формой. Устройство для калибровки
контролируют при помощи эталонного
ударного акселерометра. Как правило,
при калибровке ударных акселеро-
метров несколько раз сбрасывают удар-
ную платформу с одной и той же вы-
соты. При этом регулируют коэффи-

циент усиления предварительного уси-
лителя заряда в измерительном ка-
нале градуируемого ударного акселеро-
метра так, чтобы показания пиковых
вольтметров были одинаковыми. Тогда
чувствительность акселерометра можно
определить непосредственно по шкале
предварительного усилителя заряда.
Устройство позволяет воспроизводить
ударные импульсы, близкие по форме
к полусинусоидальной зависимости
изменения ударного ускорения во вре-
мени. Диапазон максимального удар-
ного ускорения можно изменять в
пределах 103—50-103 м-с~2, длитель-
ность ударного импульса можно ре-
гулировать в пределах 10 3—0,1Х
X 10~3 путем выбора соответствующего
типа тормозного устройства. Погреш-
ность калибровки ударных акселеро-
метров на этом устройстве ±2 %, вос-
производимость и стабильность пара-
метров ударного импульса не более
±1%. Следует отметить, что можно
расширять эксплуатационные возмож*
ности устройства путем удлинения на-
правляющей трубы либо путем прину-
дительного разгона ударной платформы
с закрепленным ударным акселеро-
метром.

На рис. 21 приведена функциональ-
ная схема батареи конденсаторов
с электромагнитным устройством для
калибровки ударных акселерометров.
Это устройство может работать как по
методу изменения скорости, так и по
методу измерения силы. Принцип
действия устройства основан на пре-
образовании накопленной электриче-
ской энергии в механическую при раз-
ряде батареи конденсаторов на вытал-
кивающую катушку, которая возбуж-
дает магнитное поле, взаимодействую-
щее с расположенными вблизи вытал-
кивающей катушки проводником-сна-
рядом, сообщая ему мощный импульс
ускорения. В исходном состоянии про-
водник-снаряд 1 устанавливают на
электромагнит батареи конденсаторов2.
При зарядке от источника постоянного
тока 3 электронный выключатель 4
замкнут, через ограничивающий блок
сопротивлений 5 заряжаются конден-
саторы 6. Напряжение на конденса-
торах контролируют при помощи спе-
циального измерительного контура.
По достижении требуемого напряже-
ния на конденсаторах управляющий
сигнал с измерителя напряжения 7
поступает на блок управления заряд-
кой и зажиганием 5, который размы-
кает электронный выключатель и по-
сылает импульсы зажигания одновре-
менно на первый игнитрон 9 и через
импульсный генератор временной за-
держки 10 — на второй игнитрон 11,
приводя оба игнитрона в состояние
проводимости. До момента достиже-
ния требуемого напряжения на кон-
денсаторах и поступления импульсов
зажигания оба игнитрона находятся
в непроводящем состоянии. Как толь-
ко первый игнитрон приходит в со-
стояние проводимости, конденсаторы
начинают разряжаться на катушку
электромагнита 12, ток в электромаг-
ните возрастает по синусоидальному
закону. Когда состояние проводи-
мости наступает во втором игнитроне,
электромагнит через блок сопротив-
лений 13 замыкается накоротко. Во
время замыкания электромагнита под-
держивается сила тока, которая затем
падает по экспоненте. Магнитное поле,
возбуждаемое в электромагните, вытал-
кивает проводник-снаряд, на котором
закреплены градуируемый ударный
акселерометр и кварцевый динамометр,
когда калибровку производят по ме-
тоду измерения силы. При проведении
калибровки по методу изменения ско-
рости на проводнике-снаряде закреп-
ляют ударный акселерометр и отражаю-
щий элемент для лазерного измери-
теля скорости.

Устройство воспроизводит ударные
импульсы «чистые» по форме и свобод-
ные от резонансов. Максимальные удар-
ные ускорения и диапазоны длитель-
ностей ударных импульсов приведены
в табл. 5 для выталкивающих катушек
с различным числом витков. Основное
преимущество устройств электромаг-
нитного типа —стабильность воспроиз-
водимых ударных импульсов, полу-
чаемых при достижении заданного
напряжения на конденсаторах. Недо-
статок — влияние сильных магнитных
полей на датчик силы и вторичную ап-
паратуру обработки результатов из-
мерения, однако это влияние можно
уменьшить тщательной экранировкой
элементов. При применении лазерного
измерителя скорости погрешность аб-

Рис. 21. Функциональная схема батареи
конденсаторов с выталкивающей катуш-
кой электромагнитного устройства для
калибровки ударных акселерометров

солютной калибровки ударных акселе-
рометров ±4 %.

Возможно формирование ударных
импульсов с полусинусоидальной зави-
симостью нарастания ударного ускоре-
ния во времени при упругопластиче-
ском деформировании тормозного
устройства с линейной силовой харак-
теристикой. Под силовой характери-
стикой тормозного устройства пони-
мают зависимость между контактной
силой и деформацией тормозного
устройства при нагружении. Линей-
ность зависимости между силой и
деформацией тормозного устройства
при ударе обеспечивают соответствую-
щей конфигурацией деформируемого
участка тормозного устройства. Реше-
ние уравнения соударения тела с не-
подвижной преградой, масса которой

5. Максимальные ударные ускорения
и длительность ударных импульсов,
воспроизводимых на электромагнитном
устройстве с различными
выталкивающими катушками

Число витков катушки	Максималь- ное ударное ускорение атах* Ю-6, м« с-2	Длительность ударного импульса 103, с
30	7,5	0,15 — 0,4
100	2,5	0,38 — 0,62
200	1,8	0,78—0,95
300	0,8	1,5—2.5
намного больше массы ударяющего
тела, при наличии тормозного устрой-
ства с линейной силовой характеристи-
кой позволяет получить зависимости
между основными параметрами, харак-
теризующими ударный импульс с полу-
синусоидальным законом изменения
нарастания ударного ускорения во

времени и условия его воспроизве-
дения.

На рис. 22 приведена номограмма,
позволяющая определять основные
параметры ударного импульса и усло-
вия его воспроизведения при примене-
нии тормозного устройства с линейной
силовой характеристикой в зависимо-
сти от х и т. Зная, например, ожидае-
мое значение максимальной контактной
силы при ударе, выбирают предельное
значение максимальной контактной
силы Ртах, ДО которого будет обеспе-
чена линейность силовой характери-
стики тормозного устройства. Проводят
линию 1—2 до пересечения с прямыми
Е, характеризующими коэффициент
пропорциональности х, и выбирают этот
коэффициент, который однозначно
определяет максимальную деформацию
5тах тормозного устройства (линия
2—3). Максимальная деформация опре-
деляет одно из условий воспроизведе-
ния требуемого ударного импульса.
Установив коэффициент пропорцио-
нальности х, проводят линию 4—5 до
пересечения с прямыми Г, характе-
ризующими массу ударяющего тела, и
выбирают массу ударяющего тела и
градуируемого ударного акселеро-
метра, по которой определяют время
достижения максимальной деформации
/тах (линия 5—6). По /щах проведя
линии 6—7, 6—8, 6—9 до пересечения
с прямыми Л, Б, В, определяют

— (линия 7—10), — (линия

8—11),	(^)3 (линия 9—/2). Затем

по максимальной деформации «щах,
проведя линии 3—13, 3—14, 3—15 до
пересечения с прямыми Е, характери-
зующим и также определенные значе-
ния ъ V (Э3находят

начальную скорость соударения
(линия 13—16), максимальное ударное
ускорение атах (линия 14—17), макси-
мальную резкость /тах (линия 15—18),
Порядок операций можно изменять
в зависимости от поставленной задачи
или известных характеристик ударного
воздействия, которое необходимо
воспроизвести. Таким образом, но-
мограмма позволяет установить усло-
вия воспроизведения (т, у0, $тах) и
основные характеристики (Ртах, «тах,
/тах, /тах) требуемого ударного им-
пульса, которые однозначно опреде-
ляют конструктивные требования
к тормозному устройству, воспроизво-
дящему при соударении передний фронт
ударного воздействия с полусину-
соидальным законом изменения удар-
ного ускорения во времени.

Динамическую калибровку ударных
акселерометров по методу измерения
силы можно также проводить по сле-
дующей методике. Ударяющее тело
с акселерометром устанавливают на
сферическом выступе датчика силы.
Затем быстро поднимают установлен-
ный груз, фиксируя выходной сигнал
датчика силы (7тах, изменение которого
в момент подъема груза соответствует
весу груза. После этого ударяющее
тело с акселерометром поднимают по
направляющим на необходимую вы-
соту, свободное или ускоренное паде-
ние с которой приводит при соударении
с датчиком силы к воспроизведению
ударного импульса с требуемым уров-
нем максимального ударного ускоре-
ния. При соударении вновь регистри-



А — прямая, характеризующая зависимость

характеризующая зависимость

Рис. 22. Номограмма для определения основных параметров ударного импульса и усло-
вии его воспроизведения при использовании тормозного устройства с линейной силовой
характеристикой:

прямая,

семейство прямых, характеризующих зависи-

В — прямая, характеризующая

-Ц—Г7Т-; Е — семейство прямых, характеризующих зависимости
1	\	ШаХ

зависимость

л 1

2 /тах

мость т ~

\ 2 /щах 7

а— л/ с	„	__ Л

тах’ атах “ “ 5тах’ го =

5 тах» ^тах

5шах*
руют выходные сигналы датчика силы
(7С и ударного акселерометра /7а.
Чувствительность ударного акселе-
рометра

Ра = ^тах •	(32)

Регистрируют напряжение /7тах циф-
ровым осциллографом, отношение на-
пряжении определяют при по-
ь'с
мощи прецизионного делителя напря-
жений и запоминающего осциллографа.
Оптимальной формы воспроизводимого
ударного импульса достигают установ-
кой прокладок из виниловой ленты на
сферическом выступе датчика силы.
При калибровке одного и того же удар-
ного акселерометра в случае примене-
ния ударяющих тел различных масс,
датчиков силы разного типа разброс
значений чувствительности, получен-
ных на основе этой методики, не пре-
вышает 1 %. Максимальная погреш-
ность калибровки не более ±2 %.
Основные преимущества этой методики
калибровки ударных акселерометров
следующие: не нужно определять с вы-
сокой степенью точности массу уда-
ряющего тела и акселерометра, а также
чувствительность датчика силы; нет
погрешности сдвига нуля, так как
калибровку производят при импульс-
ных сигналах; не требуется применение
эталонов, характеристики которых
задают с высокой степенью точности,
так как эталоном в этом случае явля-
ется ускорение силы тяжести; эту
методику можно применять также для
калибровки акселерометров на устрой-
ствах маятникового типа.

Для калибровки ударных пьезо-
электрических акселерометров исполь-
зуют также упругоконтактный метод,
основанный на измерении местных
упругих деформаций при соударении
тел со сферическим и плоским торцами.
При сжатии этих тел из одного и того же
материала зависимость между силой Р
и диаметром поверхности контакта
может быть представлена выражением

Р~ 12(1—ц2) Л (33)

где Е — модуль упругости материала
соударяющихся тел; р — коэффициент
Пуассона; /? — радиус сферического
торца ударяющегося тела; б/к — диа-
метр поверхности контакта.

Регистрация показаний сводится
к измерению под микроскопом диаметра
окружности, являющейся границей
поверхности упругого соприкоснове-
ния тел при ударе. Чтобы эта граница
была видимой, одну из контактирую-
щих поверхностей покрывают слоем
вещества, которое проявляет зону
упругого контакта, возникшую при
ударе. Покрытие контактирующих по-
верхностей парафиновое. Коэффициент
пропорциональности между силой и
диаметром поверхности контакта опре-
деляют экспериментально по результа-
там статической калибровки на прессе.
При этом ударяемое тело устанавли-
вают на образцовый динамометр,
а нагрузку задают ступенями, причем
при каждой нагрузке эксперимент
повторяют несколько раз. Полученные
результаты показывают, что примене-
ние комплекта соударяющихся элемен-
тов с выбранными параметрами, набора
прокладок и приспособлений для их
крепления позволяет воспроизводить
на устройстве маятникового типа
максимальные ударные ускорения
в диапазоне 0,6* 103—1,0-10* м-с“2 при
длительности ударного импульса
1,3* 10"4—6-10"3 с. Предложенный
упругоконтактный метод калибровки
ударных акселерометров на устрой-
ствах маятникового типа, основанный
на измерении размеров поверхности
контакта соударяющихся тел, весьма
прост, погрешность его не более ±3 %.

Общесоюзная поверочная схема
воспроизводит единицу ускорения при
ударном движении в диапазоне 10—
10б м-с“2 при длительности фронта
ударного ускорения 0,5-10“6—
0,05* 10“3 с на государственном спе-
циальном эталоне, который состоит из
четырех самостоятельных установок:
эталонной установки 9316 для ускоре-
ний 5-104—7-10! м-с“2 при длитель-
ности 0,5-10~6—2-10“6 с, эталонной
установки 9309 для ускорений 2* 104—
10е м«с”2 при длительности 1,8-10“*®—
10“4 с, эталонной установки «Им-
пульс-1» для ускорений 103—2,5-104
М’С”2 при длительности 10“4—10”? с?
эталонной установки 93103 для ускоре-
ний 10—2-Ю3 М’С“2 при длительности
10‘3—5-10"2 с.

На эталонной установке 9316 удар-
ное движение формируют, применяя
электрогидродинамический эффект. На
наружной поверхности стального сфе-
рического волновода устанавливают
поверяемый ударный акселерометр и
емкостной измеритель перемещения
диффеРенЦИального типа’ выходы кото-
рых через согласующие устройства
соединяют с электронным осциллогра-
фом. Во внутренней полости сфериче-
ского волновода, заполненной водой,
располагают рабочий разрядник, на
который поступает импульс тока от
высоковольтных конденсаторов. Им-
пульс давления, возникающий на рабо-
чем разряднике внутри сферического
волновода, возбуждает на внутренней
поверхности волновода сферическую
упругую волну напряжения-сжатия.
Максимальное давление в этой волне
зависит от предела упругости мате-
риала волновода. Вследствие сфериче-
ской формы возбуждаемой волны удар-
ные ускорения на наружной поверх-
ности сферического волновода одина-
ковы. Это позволяет обеспечить основ-
ное условие сличения показаний пове-
ряемого акселерометра с показаниями
емкостного измерителя перемещения,
которые размещены в любой точке
экваториальной плоскости сфериче-
ского волновода.

Источник ударного движения в эта-
лонной установке 9309 — электро-
магнитные силы, возникающие при
взаимодействии полей индуктора и
цилиндрического волновода. Импульс
тока попадает на индуктор через
индикатор импульса тока с управляе-
мого разрядника от высоковольтных
конденсаторов. Основнььм средством
измерения ускорения в эталонной уста-
новке является электронно-оптический
измеритель перемещения. На торце
короткого рабочего стержня, приклеен-
ного к механическому волноводу дли-
ной 2 м и диаметром 20 мм, крепят
поверяемый ударный акселерометр.

Длительность действия ударного
ускорения в установке меняется при
смене индукторов. Клеевой слой, соеди-
няющий рабочий стержень с механи-
ческим волноводом, является механи-

ческим фильтром для регистрируемого
сигнала ускорения. Устранение обрат-
ной полуволны ускорения в рабочем
стержне происходит при отделении
рабочего стержня в момент прохожде-
ния отраженной волны растяжения
места склейки. Отлетающий рабочий
стержень гасит свою скорость при
взаимодействии с тормозным устрой-
ством.

Ударное движение в эталонной уста-
новке «Импульс-1» возникает при меха-
ническом соударении рабочего тела
с молотом. Максимальное ударное
ускорение измеряют, применяя упруго-
контактный метод по диаметру отпе-
чатка, создаваемого сферической по-
верхностью молота на плоской поверх-
ности рабочего тела, которое покрыто
тонким слоем выявляющего состава.
Возникающие наложенные колебания,
измеряемые ударным акселерометром,
устраняют фильтром нижних частот.

Эталонная установка 93103 воспро-
изводит ударное ускорение, рассчиты-
ваемое по массам трех тел, коэффи-
циентам упругости элементов сопро-
тивления и ускорению свободного паде-
ния. Рабочее тело связано упругими
элементами с каркасом установки и
вспомогательным телом, к которому
через разрывной элемент приложено
начальное усилие, создаваемое грузом.
Отделяется груз от вспомогательного
тела при помощи разъединительного
узла. Градуируемый ударный акселе-
рометр устанавливают на рабочем теле.
Выходной сигнал акселерометра посту-
пает на электронный осциллограф,
второй вход которого соединен с гене-
ратором, контролируемым точным
вольтметром.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

М. Диагностическая виброиспытатель-
ная автоматизированная система с
ВК-М6000/В. А. Клочко, В. Г. Градец-
кий, Ю. В. Иванов и др. — Материалы
III Всесоюзного симпозиума «Влияние
вибраций на организм человека и проблемы
виброзащиты», 1977, с. 312 — 318.

2.	Инженерные методы исследования
ударных процессов/Г. С. Батуев, Ю. В. Го-
лубков, А. К. Ефремов, А. А. Федосов.
М.: Машиностроение, 1969. 240 с.

3.	Исследование процесса соударе-
ния в регуляторах часовых механизмов
с целью повышения точности рабо-
!

ты/В. А. Клочко, Г. С. Батуев, В. В. За-
рудный, В. А. Пименов. — В кн.: Основ-
ные методы и средства неразрушающего
контроля качества изделий. М.: НИКИМП,
1978, с. 131 — 136.

4.	Клочко В. А., Якшин А. С., Кондра-
шин В. А. Цифровые удароизмерительные
приборы — Вибрационная техника, 1975,
с. 25—29.

5.	Клочко В. А. Особенности воспро-
изведения и формирования заданных удар-
ных нагрузок. — Измерительная техни-
ка, 1979, № 2, с. 32—33.

6.	Клочко В. А., Батуев Г. С., Заруд-
ный В. В. К вопросу построения пневмо-
установки скоростного удара. — В кн.:
Современное состояние и перспективы
развития средств неразрушающего кон-
троля качества изделий. М.: НИКИМП,
1979, с. 84—89.

7.	Комплекс научной аппаратуры для
измерения вибрации и удара/В. В. Клюев,
В. А. Клочко, Д. А. Гречинский,
В. Г. Рыгалин. — Материалы междуна-
родной научно-технической конференции
ста ан—членов СЭВ по научным приборам.
«Научприбор СЭВ —78», 1978, с. 59 — 63.

8.	Клочко В. А. Особенности автоном-
ного датчика для измерения параметров

удара. — В кн.: Методы и средства испы-
таний изделий. Метрологическое обссг е-
чение испытаний. М.: МДНТП, 1980,
с. 121 — 126.

9.	Пеллинец В. С. Измерение ударных
ускорений. М.: Стандарты, 1975. 287 с*
10. Приборы и системы для измерения
вибрации, шума и удара. В 2-х кн./Под
ред. В. В. Клюева. М.: Машиностроение,
1978.

II.	Пеллинец В. С., Бабер И. С., Ко-
ванина И. Н. Государственный эталон
единицы ускорения при ударном движе-
нии. — Измерительная техника, 1975,
№ 8, с. 3—5.

12.	Приборы для измерения импульсных
нагрузок/В. А. Клочко, Г. С. Батуев,
Ф. И. Конжуков, В. М. Метальников. —
В кн.: Современное состояние и перспек-
тивы развития средств неразрушающего
контроля качества изделий. М.: НИКИМП,
1979, с. 93—96.

13.	Современное состояние и тенден-
ции развития средств виброметрии и
виброиспытаний/А. С. Больших, Д. А. Гре-
чинский, В. А. Клочко, В. Г. Рыгалин,
В. Н. Ковальский. — В кн.: Измерение,
контроль, автоматизация.	М.,

ЦНИИТЭИприборостроения, 1980, вып.
9—10 (31 — 32), с, 17—19.


Глава

ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЕ
ВОЗДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМАХ
ЧЕЛОВЕК—МАШИНА

И МЕТОДЫ

КОНТРОЛЯ состояния
ч еловека-оп ератора

Влияние виброакустических воздей-
ствий на человека.' Комплексные си-
стемы, в которых материя, энергия и
информация перерабатываются совме-
стно человеком и техническими устрой-
ствами, называют системами человек—
машина.

Во многих случаях при конструиро-
вании машины оказывается необхо-
димым согласовать отдельные характе-
ристики машины с функциональными
возможностями человека. Человек-
оператор, будучи звеном управления
в системе человек—машина, снижает
свои функциональные показатели с по-
вышением энергетической нагрузки на
его организм. Отсутствие в настоящее
время точных теоретических и расчет-
ных методов, при помощи которых
конструктор мог бы оптимальным обра-
зом проектировать машину и рабочее
место оператора с учетом его биомеха-
нических и психофизиологических
характеристик, обусловливает необхо-
димость проведения испытаний техни-
ческих систем с участием человека-
оператора в условиях, имитирующих
реальную работу машины.

Взаимодействие человека с машиной
можно представить в виде схемы
(рис. 1), которая отражает состав и
основные связи любой системы чело-
век—машина и обобщает разнообраз-
ные технические объекты и функции
оператора. При управлении машиной
оператор получает информацию о режи-
мах работы машины, внешней обста-
новке, состоянии элементов и подсистем
машины, перерабатывает эту информа-
цию и передает в систему управления

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
СИСТЕМ ЧЕЛОВЕК—
МАШИНА,

ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ
В УСЛОВИЯХ ВИБРАЦИИ,
УДАРА И ШУМА

необходимые управляющие воздей-
ствия.

В настоящее время одним из важней-
ших звеньев системы человек—машина
становится окружающая среда, т. е.
совокупность условий, которые созда-
ются при функционировании машины
и могут вступить во взаимодействие
прежде всего с человеком. Среди опас-
ных и вредных факторов внешней среды
существенное значение имеют вибра-
ционные, ударные и акустические воз-
действия на человека [3, 10].

В табл. 1 приведены характерные
реакции человека на вибрационное
воздействие [20].

Влияние перегрузки (линейного
ускорения) на человека зависит от ее
величины, длительности действия, на-
правления и скорости изменения.
Например, при выполнении фигур
высшего пилотажа на современных
самолетах перегрузки могут достигать
5—с длительностью действия 1—3 с;
перегрузки аварийного катапультиро-
вания из самолета 15—20^ с длитель-
ностью 0,1—0,2 с.

Под акустическим шумом обычно
понимают мешающее или беспокоящее
человека беспорядочное сочетание зву-
ков, различающееся по интенсивности,
спектру частот и временным характе-
ристикам. По характеру спектра в соот-
ветствии с ГОСТ 12.1.003—76 разли-
чают следующие шумы: широкополос-
ные с непрерывным спектром шириной
более одной октавы; тональные,
в спектре которых имеются слышимые
дискретные тона.

По временным характеристикам
различают шумы: постоянные, уровень
звука которых за 8-часовой рабочий
день изменяется во времени не более
чем на 5 дБ (А); непостоянные, уровень
звука которых за 8-часовой рабочий
день изменяется во времени не менее
чем на 5 дБ (А).

Основные цели проведения испыта-
ний. Для контроля технических харак-
Рис. 1. Функциональная схема системы человек —• машина:
штриховая — сенсорная обратная связь; штрихпунктирная — управляющие воз-
действия;

1 — результат работы; 2 — машина; 3 — средства отображения информации; 4 — органы
управления; 5 — функциональное и физиологическое состояние оператора; 6 — внеш-
нее воздействие

теристик систем человек—машина про-
водят их эксплуатационные испыта-
ния — приемочные, периодические и
типовые. Эти виды испытаний регла-
ментированы нормативными докумен-
тами (ГОСТ 12.1.012—78, СТ СЭВ
1932—79 и др.). Однако при разра-
ботке и создании новых систем чело-
век—машина возникает ряд специфи-
ческих задач: проектирование аппара-
туры и оборудования с учетом психо-
логических особенностей деятельности
оператора; совершенствование рабочих
мест операторов; научная организация
труда операторов; совершенствование
процесса эксплуатации техники; орга-
низация профессиональной подготовки
операторов.

Для решения этих задач необходимо
проводить многоцелевые испытания
проектируемой системы в целом или
отдельных ее элементов. Назначение
испытаний систем человек—машина
в таких случаях следующее: анализ
функций человека в системе человек—
машина; исследование процессов прие-
ма (восприятия) человеком информации
о состоянии управляемых объектов

(исследование сенсорных систем);
исследование процессов памяти, опера-
тивного мышления и принятия решений
человеком; исследование работоспособ-
ности оператора; анализ групповой
деятельности операторов (согласован-
ность действий, психологическая сов-
местимость); исследование профес-
сиональной подготовки операторов;
анализ надежности и быстродействия
человека-оператора; организация рабо-
чего места; исследование влияния раз-
личных помех на работоспособность и
здоровье оператора; исследование
средств защиты оператора от действия
вредных факторов окружающей среды.

Испытательную технику, предназна-
ченную для исследования систем чело-
век—машина, подразделяют на сред-
ства измерения и контроля состояния
человека-оператора и средства имита-
ции реальных условий функционирова-
ния оператора в системах человек—
машина.

Средства имитации подразделяют на
следующие: тренажеры и стенды для
отработки деятельности оператора, обу-
чения, профотбора и т. п.; стенды и
1. Области частот вредного влияния вибрации на человека

Влияние вибрации

Укачивание

Основные резонансы тела

Затруднение дыхания

Вредное влияние на зрение

Вредное влияние на сердечно-
сосудистую систему

У худ их ени е к о орд и на и, ии

Ухудшение качества работы
человека - оператора

На гребани е тка ней,
разруш. ени е клеток

Частота, Г

оборудование для имитации действия
различных факторов окружающей
среды (вибровозбудители, центрифуги,
акустические камеры и т. п.); оборудо-
вание для возбуждения физиологи-
ческих реакций различных сенсорных
систем (вращающиеся платформы).

Методы экспериментального иссле-
дования и контроля состояния челове-
ка-оператора. Одна из основных ха-
рактеристик оператора — надежность
его труда, показателем которой служит
вероятность безошибочной и безотказ-
ной работы за определенный интервал
времени. Экспериментальные методы
оценки надежности работы человека-
оператора сводятся к статистическому
анализу его правильных и ошибочных
реакций при многократных повторе-
ниях испытаний, имитирующих иссле-
дуемые условия работы. Надежность
оператора зависит от следующих основ-
ных факторов: пригодности к управле-
нию машиной по состоянию здоровья
и психологическим качествам; профес-
сиональной подготовленности к выпол-
нению заданной программы в нормаль-
ных и аварийных ситуациях; работо-

способности, т. е. способности опера-
тора с наименьшими затратами сохра-
нять заданный уровень деятельности
для достижения цели или решения
поставленной задачи.

В соответствии с задачами экспери-
ментальных исследований систем че-
ловек—машина различают методы и
средства: оценки функционального
состояния; оценки физиологического
состояния оператора.

Функциональные возможности опе-
ратора определяют по состоянию его
зрительной, слуховой, мышечно-дви-
гательной и вестибулярных систем.

Важнейшая особенность деятель-
ности оператора — необходимость
достаточно быстро реагировать на
сигналы внешней среды. Ответные
действия оператора (сенсомоторные
реакции) подразделяют на простые и
сложные. Простая реакция — это воз-
можно быстрое ответное действие на
заранее известный сигнал, причем
способ реагирования единственно воз-
можный и заранее известный. Слож-
ными реакциями называют такие, в ко-
торых участвуют несколько раздражи-
Рис. 2. Структурная схема радиорефлексометра:

а — в случае проводной связи; б — в случае радиосвязи

телей и несколько ответных действий,
причем последовательность предъявле-
ния раздражителей заранее неизвестна.
Кроме того, сложная реакция может
быть связана с выбором нужного ответа
из ряда возможных.

Контроль физиологического состоя-
ния оператора производят при помощи
различных медицинских приборов [8].
Для исследования и контроля функ-
ционального состояния оператора при-
меняют приборы и аппаратуру, спе-
циально разрабатываемые для конкрет-
ных видов систем человек—машина.

Наиболее универсальным прибором
для исследования функциональных
способностей человека-оператора явля-
ется серийно выпускаемый отечествен-
ный комплект приборов «Радиорефлек-
сометр ШР 1.540.000», который позво-
ляет оценивать сложные реакции чело-
века-оператора на звуковой, электри-
ческий и световой раздражители. При
этом могут измеряться следующие
основные показатели человека: частота
пульса или дыхания, латентный и
моторный периоды двигательной реак-
ции (при замыкании или размыкании
контакта), словесная реакция,' раз-
ности латентных периодов двигатель-
ной и словесной реакций, латентный
период торможения двигательной реак-
ции, временные интервалы между по-
следовательными интервалами сложной
двигательной реакции, время опереже-
ния или запаздывания двигательной
реакции испытуемого относительно
момента попадания движущегося раз-
дражителя в заданную точку.

Радиорефлексометр (рис. 2) состоит
из блока формирования раздражителей
БФР, пульта испытуемого ПИ, комму-
тационно-измерительного блока КИБ,
приемопередатчика экспериментатора
ППЭ и приемопередатчика испытуемого

ППИ. Управление эксперименталь-
ными исследованиями может осуще-
ствляться либо по проводам (рис. 2, а);
либо при помощи радиосвязи (рис. 2, б).

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЯ
ПРИ ВИБРАЦИОННЫХ
ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Вибрацию, действующую на чело-
века, принято подразделять на общую
и локальную.

Общей вибрацией называют вибра-
цию, которая передается через опорные
поверхности человека, воспринимаю-
щие массу его тела в положении сидя
или стоя. Локальная вибрация пере-
дается телу человека, например, через
руки при работе с вибрирующими ма-
шинами. Стандартизованные направле-
ния осей координатных систем, связан-
ных с телом человека, приведены на
рис. 3.

Резонансные колебания тела чело-
века и его отдельных сегментов наибо-
лее четко проявляются при действии
вибрации с частотами 1—30 Гц
(рис. 4). Преимущественно в этой
полосе частот расположены спектры
вибрации разнообразных транспортных
средств, самоходных строительных,
дорожных и сельскохозяйственных
машин. Возбуждение интенсивной
вибрации в полосе частот 1—30 Гц
главным образом обусловлено движе-
нием по неровным (случайным) профи-
лям поверхностей (автомобильный и
рельсовый транспорт), движением по
поверхностным волнам (водный транс-
порт), движением в турбулентных слоях
атмосферы (летательные аппараты).
Локальные вибрации, как правило,
имеют более широкий спектр частот,
верхняя граница которого достигает
нескольких килогерц.
Вибрационные испытания систем
человек—машина необходимо прово-
дить в условиях, максимально прибли-
женных к реальным эксплуатационным
условиям. При этом следует воспро-
изводить характерную рабочую позу
оператора, место приложения, направ-
ление действия вибрации, спектраль-
ные характеристики воздействия.

Спектральные характеристики вер-
тикальных виброускорений аг на ра-
бочих местах операторов некоторых
видов транспортных средств и самоход-
ных машин приведены в табл. 2 [11,
18, 23].

Средние квадратические значения
горизонтальных виброускорений ах и
ау составляют 30—40 % от соответ-
ствующих значений виброускорения аг.

Методы вибрационных испытаний.
Экспериментальные исследования воз-
действия вибрации на человека подраз-
деляют на натурные и лабораторные.
Задачи их следующие: исследование
деятельности человека как звена си-
стемы управления машиной; определе-
ние динамических характеристик
(амп литу дно- и фазово-частотных ха-
рактеристик, импедансов и т. п.) тела
человека; определение физиологиче-
ских реакций организма человека на
вибрационное воздействие; установле-
ние соответствия параметров действую-
щей вибрации допустимым нормам
воздействия на человека.

Лабораторные (стендовые) вибра-
ционные испытания позволяют сокра-
тить объем дорогостоящих натурных
испытаний, а также провести детальные
исследования отдельных элементов си-
стемы человек—машина.

Определение динамических характе-
ристик. При экпериментальных иссле-
дованиях динамических характеристик
тела человека обычно определяют меха-
нический импеданс и комплексные
частотные характеристики. Эти харак-
теристики тела человека служат исход-
ными данными: при расчете эффектив-
ных систем виброзащиты человека; при
создании механических моделей и ими-
таторов динамических характеристик;
при проектировании вибробезопасных
машин; при разработке гигиенических
норм вибрационных воздействий.

Модуль и аргумент динамических
характеристик тела человека опреде-

Рис. 3. Расположение ортогональных
систем координатных осей, связанных
с телом человека:

а — при общей вибрации; б — при ло-
кальной вибрации

ляют в частотном диапазоне, Гц:
5—200 — при действии локальной
вибрации; 0,8—100 — при действии
общей вибрации. Динамические харак-
теристики тела человека определяют
при действии вибрации вдоль одной
или нескольких осей ортогональной
системы координат хуг (рис. 3). При
локальной вибрации направление од-
ной из этих осей должно совпадать
с направлением силы нажатия.

Измерения проводят в соответствии
с программой, которая должна содер-
жать следующие сведения: цель изме-
рений; виды определяемых динами-
ческих характеристик; сведения о пара-

Глаза 12-27 Гц

Ноги, руки 2 д1ц

ицо и челюсть
Ц-27ГЦ

Поясничная

часть . . •- ,
Ч-1ЧГц

Жибот 4-12Гц

Рис. 4. Резонансные частоты

Голода д-27Ги

Горло 6-27ГЦ

Грудная клетка 2-12Гц

частей тела человека

отдельных
2. Спектральные плотности виброускорений а2 на рабочих местах операторов
Продолжение табл. 2

Машины (характеристика движения)

Спектральная плотность г м2/с8

Строительные и сельскохозяйственные
машины:

скрепер Д-357 (скорость 15 км/ч)

колесный трактор МТЗ-50Т (движе-
ние по стерне поперек борозды со ско-
ростью 9,5 км/ч)

* Движение по булыжнику удовлетворительного качества.

метрах вибрационного воздействия;
возраст, массу и позу испытуемых;
структурную схему измерительной
установки и ее основные характери-
стики; расположение датчиков и наиме-
нование осей координат, в направлении
которых должны проводиться изме-
рения.

Для обеспечения безопасности про-
водимых испытаний средние квадрати-
ческие значения вибрационных воздей-
ствий не должны превышать макси-
мальных величин, установленных
гигиеническими нормами с учетом дли-
тельности вибрационных воздействий.

При гармоническом вибрационном
воздействии измерения производят
непрерывно при монотонном изменении
частоты со скоростью, не превышающей
0,2 октавы/с,или на дискретных часто-
тах, Гц, следующего ряда (при опреде-
лении частотных характеристик тела
человека): 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2;
4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32;
40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200.

Низшая собственная частота колеба-
ний системы, состоящей из преобразо-
вателя виброскорости (или вибрацион-
ной силы) и их крепежных деталей,

должна превышать верхнюю частоту
исследуемого диапазона частот не ме-
нее чем в 3 раза; собственная частота
колебаний переходного элемента [пере-
ходный элемент — механическая си-
стема (сиденье, рабочая площадка,
рукоятка и др.), через которую вибра-
ция передается телу человека] для
испытуемого должна превышать верх-
нюю частоту исследуемого диапазона
частот не менее чем в 2 раза.

Соединение платформы с преобразо-
вателем вибрационного сигнала
должно быть жестким или шарнирным,
причем ось чувствительности преобра-
зователя должна проходить через центр
масс платформы; в противном случае
измеренные характеристики будут
искажены вследствие собственных ди-
намических свойств крепления вибро-
преобразователя и платформы вибра-
тора.

Для определения входного импе-
данса тела человека при гармонической
вибрации в исследуемом частотном
диапазоне на переходном элементе
поддерживают постоянный уровень
виброскорости (или виброускорения)
и измеряют уровень силы на входе и
сдвиг фаз между силой и виброско-
ростью (или ускорением) в зависимости
от частоты.

Для определения комплексной ча-
стотной характеристики измеряют
уровень виброскорости (или вибро-
ускорения) в заданной точке тела
человека и сдвиг фаз между вибро-
скоростями (или виброускорениями)
переходного элемента и заданной точки
тела человека.

Модуль динамической характери-
стики каждого испытуемого рассчиты-
вают по зависимостям:

для выходного импеданса ]2 (/шл) ] =

У1СОП5*

для комплексной частотной характе-
ристики | К (]®п) | = Угп/Ркопзб
где / = V—1; (0/г — п-е значение
частоты гармонической вибрации;
У1СОп51 — среднее квадратическое зна-
чение виброскорости (или виброуско-
рения) на входе объекта; Р1п — сред"
нее квадратическое значение силы на
входе объекта при частоте (ол; У2п —
среднее квадратическое значение
виброскорости (или виброускорения),
измеряемое в заданной точке тела
человека при частоте (дл.

Аргумент динамической характери-
стики каждого испытуемого при дей-
ствии гармонической вибрации полу-
чают непосредственно в результате
измерения сдвига фаз между соответ-
ствующими сигналами:

для входного импеданса аг^ 2 (/со) =
= ф (“).

для комплексной частотной характе-
ристики аг^ # (/со) = у (со), гдеср (со) —
сдвиг фаз между силой Р± (со) и вибро-
скоростью (со); у (со) — сдвиг фаз
между виброскоростью Уг (о) и вибро-
скоростью У2 (<*>)•

Для определения динамических ха-
рактеристик тела человека при ста-
ционарной случайной вибрации реги-
стрируют реализации случайных про-
цессов силы на входе, виброскоростей
(или виброускорений) на входе и
выходе испытуемого объекта.

Модуль динамической характери-
стики каждого испытуемого при дей-
ствии стационарных случайных вибра-
ций рассчитывают по зависимостям:

для входного импеданса | 2 (/со) | =»
=	(<о)/5ЛУ1 (а)’

для комплексной частотной харак-
$

теристики | К (]&) | =	,

где ((0),	(й)),	(<0)—

оценки спектральных плотностей силы
Р19 виброскорости (или виброускоре-
ния) Уг и виброскорости (или вибро-
ускорения) У2 при частоте со.

Аргумент динамической характери-
стики каждого испытуемого при дей-
ствии стационарной случайной вибра-
ции рассчитывают по зависимостям:
для входного механического импе-
1т 8р у
данса аг^ 2 (/со) == агс1^-~——---->

(со)
для комплексной частотной характе-
1т 8 у у („х
ристики аг^/С(/со)= агс1^---—1

Ке8у1у2(й))’
где 5р1у1	— оценка взаимной спек-

тральной плотности силы р! и вибро-
скорости (или виброускорения) Уг
при частоте со; 5у1у2	— оценка

взаимной спектральной плотности
виброскорости (или виброускорений)
Уг и У2 при частоте со.
Значения динамических характе-
ристик усредняют, вычисляя среднее
арифметическое значение результатов
измерений, полученных на группе
испытуемых.

Динамические характеристики
должны измеряться не менее чем у пяти
человек, при этом масса каждого чело-
века должна быть 60—80 кг. Все изме-
рения рекомендуют повторять . не
менее трех раз на каждом испытуемом.
К испытаниям следует допускать
практически здоровых мужчин в воз-
расте 18—45 лет. Испытуемые при
эксперименте должны подвергаться
медицинскому контролю.

Значения динамических характе-
ристик определяют с доверительной
вероятностью 0,9 и относительным
доверительным интервалом е = ±0,4.

Уточнение числа испытуемых, необ-
ходимого для статической достовер-
ности результатов испытаний, прово-
дят по следующей методике.
3. Коэффициент Стьюдента
в зависимости от п
(при доверительной вероятности 0,9)

*п п *П

3

4

5

6

7

8

9

10

2,9

2,3

2,1

2,0

1,9

1,9

1,9

1,8

12

13

14

15

16

18

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

19

20

40

60

120
оо

1,7
1,7

1,7
1,7

1,7
1,6

Рис. 5. Структурная схема разомкнутой
системы управления вибрацией:
а — гармонической; б — случайной

Рассчитывают среднее арифметиче-
ское значение и среднее квадрати-
ческое отклонение измеряемого пара-
метра на /-й частоте:

п

/=1

где К] — значение динамической ха-
рактеристики на 4-й частоте для /-го
испытуемого; п = 5.

Коэффициент Стьюдента 1п опреде-
ляют по табл. 3. Далее рассчитывают
доверительный интервал Д7< =
=	и относительный довери-

тельный интервал гп = ДД7/С Если
8Л< е, то полученное К считается
достоверным и окончательным. Если
еп > 8, то для получения достоверного
значения необходимо увеличить число
испытуемых. Уточненное число испы-
туемых рассчитывают по формуле
«1 = 25 (о*/К)2.

Особенности воспроизведения виб-
раций. При вибрационных испытаниях
систем человек—машина применяют
различные системы управления воз-
буждения стендов.

Разомкнутые системы управления
гармоническими вибрациями (рис. 5, а)
состоят из генератора синусоидальных
колебаний Г, усилителя мощности УМ,
вибратора В, исследуемой системы ИС,
датчиков и Д2, регистратора Р.

Сканирование частоты вибрации в за-
данной полосе производится с постоян-
ной скоростью. Амплитуду колебаний
устанавливают вручную. Аналогично
устроены разомкнутые системы управ-
ления полигармоническими вибрациями,
но вместо генератора синусоидальных
колебаний в них применяют генераторы
сложных гармонических колебаний
с фиксированными частотами. Ампли-
туды и фазы отдельных гармоник регу-
лируют вручную. К разомкнутым си-
стемам управления относят также
стенды с механическими вибраторами.
Частоту колебаний механических
вибраторов изменяют регулированием
частоты вращения двигателя.

Разомкнутые системы испытаний на
случайную вибрацию (рис. 5, б) состоят
из генератора белого шума ГБШ и
формирующих фильтров ФФ, с по-
мощью которых вручную формируют
заданный спектр процесса на вибра-
торе. Спектральную плотность опре-
деляют при помощи анализатора
спектра АС и фиксируют на регистра-
торе Р.

Замкнутые системы управления испы-
таниями при гармоническом возбужде-
нии со сканированием частоты (рис.
6, а), кроме элементов, представленных
на рис. 5, а, содержат анализаторы Ах
и А2, определяющие первые гармоники
или эффективные значения выходных
сигналов и У2, устройство управле-
ния У У и регулятор сканирования РС.
Устройство управления предназначено
для поддержания измеряемого пара-
метра (например, среднего квадрати-
ческого значения виброскорости) на
заданном уровне путем воздействия на
амплитуду сигнала генератора Г, а ре-
гулятор сканирования РС управляет
скоростью сканирования генератора Г
Рис, 6. Структурная схема замкнутой
системой управления вибрацией:

а — гармонической; б — одномерной ши-
рокополосной случайной; в — двумер-
ной случайной

в зависимости от значения амплитудно-
частотной характеристики исследуемой
системы.

Замкнутые системы управления одно-
мерной широкополосной случайной виб-
рацией (рис. 6, б) состоят из генератора
белого шума ГБШ, управляемого фор-
мирующего фильтра УФФ, усилителя
мощности УМ, вибратора В, датчика
Д, анализатора спектра АС, регистра-
тора Р и управляющего устройства УУ,

которые воздействуют на регулируе-
мые параметры таким образом, чтобы
измеренный спектр вибрации соответ-
ствовал заданному. Для автоматиче-
ской коррекции системы управления
в состав экспериментального стенда
включают цифровую ЭВМ, с помощью
которой генерируют случайные про-
цессы, проводят спектральный анализ
вибрации, формируют спектры вход-
ных сигналов.

В реальных условиях человек-опе-
ратор подвергается действию простран-
ственных, т. е. многомерных вибраций.
Структурная схема системы управле-
ния двумерной случайной вибрации
представлена на рис. 6, в.

Анализаторы спектров А^ и ДС2
определяют оценки собственных спек-
тров выходных процессов и У2.
Анализатор АС12 определяет оценки
взаимных спектров.

Эти спектры регистрируются соот-
ветственно устройствами Р2, Р12.

Управляемые формирующие фильтры
УФФ1, УФФ2, УФФ12 регулируют соб-
ственные и взаимный спектры входных
сигналов х± и х2 для получения задан-
ных оценок спектров при помощи уп-
равляющих устройств УУЪ УУ2, УУ12.
Применение разомкнутых систем для
управления многомерной вибрацией
нецелесообразно, так как ручная на-
стройка системы требует чрезмерного
увеличения продолжительности испы-
таний.

Испытания на гармоническую вибра-
цию. Гармоническое возбуждение яв-
ляется наиболее простым и позволяет
определять и регистрировать частотные
характеристики системы человек—ма-
шина.

Виброиспытания с гармоническим
возбуждением имеют специфические
особенности [2]:

задающий генератор сигналов дол-
жен перекрывать всю полосу частот без
разбивки на поддиапазоны из-за недо-
пустимости резких механических уда-
ров, которые могут привести к разру-
шению испытательного оборудования и
превышению предельных воздействий
на человека при переключении под-
диапазонов частоты генератора;

необходимо определять частотные
характеристики системы по первой
гармонике при неизменных значениях
Рис. 7. Структурная схема измерения динамических характеристик тела человека при
воздействии:

а _ гармоническом; б случайном; / — вибровозбудитель; 2* 16 —вибропреобразо"
ватели ускорения; 3, 17 — виброметры скорости; 4 — генератор колебаний; 5 усилн*
тель мощности; 6 — преобразователь силы; 7, 8 — усилители; 9 — блок компенсации;

10 — фазометр; //, 12, 13 — регистрирующие устройства; 14 платформа или руко-
ятка; 15 — испытуемый; 18 — генератор шума; 19 — двухканальный магнитограф;

20 — аналоговый или цифровой вычислитель; Пг Пь— коммутаторы

параметров вибрации на столе вибра-
тора; вследствие нелинейных свойств
исследуемых систем и вибраторов;

необходимо обеспечить надежную
работу системы в широком диапазоне
изменения уровня вибрации.

При гармоническом возбуждении
с непрерывным изменением частоты
входного сигнала весьма важен ра-
циональный выбор скорости сканиро-
вания частоты, так как слишком высо-
кая скорость вызывает недопустимо
большие погрешности при определении
частотных характеристик системы,
а чрезмерно низкая — может недо-
пустимо увеличить продолжительность
прохождения требуемой полосы частот
и изменить рабочую позу испытуемого.

При изменении частоты вибрации по
линейному закону: (0=0^+ ско-
рость сканирования [15]
а 1	л

Х = —

где — нижняя граница исследуе-
мого диапазона частот; (о0 — резонанс-
ная частота исследуемой системы; ф —
добротность исследуемой системы;

— абсолютный сдвиг резонансной
13 Зак. № 38

частоты при измерениях со сканирова-
нием частоты вынужденных колебаний.

Для определения динамических ха-
рактеристик тела человека с погреш-
ностью менее 5 % необходимо выбирать
скорость сканирования К при гармони-
ческом воздействии не более 0,2 октавы
в секунду.

Испытания на случайную вибрацию.
Применение случайного вибрационного
возбуждения приближает стендовые
испытания систем человек—машина
к реально существующим условиям
работы, а также сокращает длитель-
ность экспериментальных исследований
по сравнению с длительностью испыта-
ний на гармоническую вибрацию. Спек-
тральные характеристики случайного
вибрационного воздействия должны
соответствовать данным, представлен-
ным в программе испытаний, которую
обычно составляют по результатам
натурных измерений вибрации рас-
сматриваемого объекта. Таким обра-
зом, при лабораторных испытаниях
могут воспроизводиться натурные
вибрации системы или такие характер-
ные вибрационные режимы, которые
влияют на взаимодействие человека
с управляемой машиной.
4. Стандартизованные параметры (Гц)
дискретных частотных полос

Средние геоме- трические ча- стоты 		1	Граничные частоты полос	
	4/3-октавных	октавных
0,4	0,35—0,45	
0,5	0,45—0,56	0,35 — 0,7
0.63	0,56—0,7	
0,3	0,7-0,89	
1	0,89-1,12	0.7 —1,4
1,25	1,12 — 1,4	
1,6	1,4—1,78	
2	1,78—2,24	1,4 —2.8
2,5	2,24—2,8	
3,15	2,8—3,53	ч
4	3,53—4,47	2,8—5,6
5	4,47-г5,6	
6.3	5,6—7,1	
8	7,1—8,9	5,6-11,2
• 10	8,9 — 11,2	
12,5	11,2 — 14,1	
15	14,1 — 17,8	11,2 — 22,4
20	17,8 — 22,4	
25	22,4 — 28,9	
31,5	28,9—35,5	22—44
40	3,55—44,7	
50	44,7—56,2	
63	56,2—70,8	44—88
80	70,8—89,1	
100	89,1—112,2	
125	112,2 — 141,3	88—177
160	141,3 — 177,8	
200	177,8 — 224	
250	224—280	177—353
315	280—353	
400	353 — 447	
500	447 — 562	353-700
630	562—708	
800	708—891	
1000	891—1120	700—1400
1250	1120—1410	
1600	1410—1780	
2000	1780—2240	1400—2800
2500	2240—2800	

Для воспроизведения случайной
вибрации с требуемой спектральной
плотностью заданную полосу частот
разбивают на № узких полос, а затем
в каждой узкой полосе при помощи
соответствующего фильтра из набора М
параллельно включенных узкополос-
ных фильтров осуществляют настройку
уровня вибрации. Практически воспро-
изведение вибрации по спектральной
плотности сводится к выделению необ-
ходимого сигнала из сигнала, генери-
руемого генератором белого шума
(рис. 6, б, в).

В соответствии с видом измерения,
указанном в программе испытаний,
собирают измерительную установку
(рис. 7). При гармоническом возбужде-
нии для измерения входного механи-
ческого импеданса коммутаторы П1—1Ц
устанавливают в положение а, переда-
точной функции — в положение б,
передаточного механического импе-
данса — в положение в.

Требования к виброизмерительной
аппаратуре. В соответствии с требова-
ниями нормативных документов сред-
ства измерения должны измерять и
контролировать вибрационные харак-
теристики рабочих мест (сиденья, рабо-
чей площадки), включая и органы
управления в октавных или ^-октав-
ных полосах частот. Диапазон изме-
ряемых частот средств измерения дол-
жен быть 0,35—2800 Гц с разбивкой
частотного диапазона на поддиапазоны,
Гц: 0,35—90, 2—2800, 80—355, 250—
2800, в каждом из которых измерение
можно производить самостоятельным
измерительным средством.

Значения средних геометрических
частот и соответствующие им гранич-
ные частоты октавных и 1/3-октавных
полос приведены в табл. 4.

Средства измерения должны опре-
делять усредненное за время измерения
в абсолютных и относительных величи-
нах среднее квадратическое значение
виброперемещения, виброскорости или
виброускорения. Определять средние
квадратические значения виброско-
рости в октавных полосах частот сле-
дует относительно 5-10 8 м/с, а вибро-
ускорения — относительно 3-10 4 м/с2
в соответствии с табл. 5.

В зависимости от полосы частот
время (с) усреднения средних квадра-
5 Пределы измерений (дБ)
средних квадратических значений
виброскорости и виброускорения

Средние геометрические
частоты октавных полос, Гц

Параметр	0.5	1	2	4	8	16	32 и да- , лее
Вибро- скорость	98	92	86	ЬО	80	80	80
Вибро- ускорение	80	88	88	92	98	104	НО

Примечание. Приведены ниж-
ние пределы измерения; верхний предел
измерения вйброскорости 140 дБ, вибро-
ускорения — 150 дБ.

тических значений вибрации должен
быть 1, 3, 10, 30, 100 или 300.

Уровень собственных шумов средств
измерения на выходе должен быть не
менее чем на 6 дБ ниже минимально
измеряемых уровней. Динамический
диапазон средств измерения должен
быть более 40 дБ. Масса виброизмери-
тельного преобразователя при контакт-
ном измерении на органах управления
не должна превышать 50 г, при измере-
нии на рабочих местах — 100 г. Отно-
сительный коэффициент поперечного
преобразования датчиков не должен
превышать 10%.

Установка виброизмерительной
аппаратуры и способ крепления датчи-
ков должны соответствовать ГОСТ
13731—68. При работе стоя или на
жестком сиденьи (без эластичных
прокладок) виброизмерительные дат-
чики крепят на всех рабочих местах
оператора и обслуживающего персо-
нала. При наличии мягкого сиденья
датчики крепят к металлической плите
толщиной 0,004 м и диаметром 0,3 м,
укладываемой на подушку сиденья для
оператора. Плита не должна иметь
контакта с какими-либо металличе-
скими элементами сиденья.

При измерении динамических харак-
теристик вся измерительная аппара-
тура и вибростенды . должны обеспе-
чивать работу при гармонической или
случайной вибрации и соответствовать
требованиям табл. 6.

6. Требуемые характеристики оборудования
и измерительной аппаратуры

	Вибрация			
Характеристика	локаль- ная		общая	
Рабочий диапазон частот, Гц	5—200			1 — 100
Вибростенд: толкающая сила, Н, не менее	300			2000
среднее квадра- тическое значе- ние виброскоро- сти, дБ, не более	100			75
максимальная допустимая ста- тическая нагруз- ка, Н, не менее	200			1000
нелинейные иска- жения при вос- произведении гармонической вибрации, %, не более		।	5	
отклонение уров- ня виброскоро- сти от заданного при монотонном измерении часто- ты, дБ, не более			ы	
Измерительная аппа- ратура:				
динамический диапазон, дБ, не менее		50		
минимальная из- меряемая вибро- скорость, м/с	5*10“4			5-10~в
минимальная из- меряемая дина- мическая сила, Н	0,1			3
систематическая погрешность из- мерения скоро- сти и силы, дБ, не более				
пределы измере- ния сдвига фаз, ®	—90, 4-,90			— 180, + 180
систематическая погрешность из- мерения фазы, %, не более	4-10			
относительный коэффициент по- перечного преоб- разования вибро- измерительных преобразовате- лей, % не более	10			15
Вибрационное оборудование. В прак-
тике проведения вибрационных испыта-
ний применяют различные типы вибро-
врзбудителей и виброизмерительной
аппаратуры. Основные технические
характеристики аппаратуры, исполь-
зуемой при вибрационных испытаниях
систем человек—машина, приведены
в 112].

При исследовании вынужденных ко-
лебаний системы водитель—автомобиль
чаще применяются платформенные и
барабанные вибрационные стенды [11].

К платформенным стендам относятся

устройства, содержащие вибровозбуди-
тели с возвратно-поступательным дви-
жением.

В соответствии с задачами исследова-
ния эти вибраторы устанавливают либо
под каждым колесом в отдельности,
либо под машиной в целом.

На стендах барабанного типа колеса
испытуемого автомобиля устанавли-
вают на вращающихся барабанах. Для
имитации различных неровностей
микропрофиля дороги на барабанах
закрепляют специальные накладки.
Частота воздействия определяется ча-
стотой вращения барабана, а амплитуда
зависит от высоты накладок.

На рис. 8 изображен вибрационный
стенд с механическим приводом, кото-
рый позволяет проводить испытания
автомобилей различных классов с на-
грузкой на ось до 8 тс.

Стенд имеет две платформы, расстоя-
ние между которыми регулируют в за-
висимости от типа испытуемого авто-
мобиля. Механический вибровозбу-
дитель эксцентрикового типа обеспе-
чивает плавную регулировку ампли-
туды колебаний до0,015м. Привод
стенда состоит из двигателя постоян-
ного тока, углового редуктора,коробки
передач, двустороннего углового редук-
тора и вибровозбудителей. Стенд гене-
рирует частоты 0—30 Гц. Колебания
платформ могут совершаться синфазно
или противофазно.

Стенд с беговыми барабанами фирмы
Как! ЗсЬепк (ФРГ) оснащен двумя
барабанами, которые установлены на
общем валу, опирающемся через под-
шипники скольжения на стальные
рамы. Барабаны изнутри облицованы
звукопоглощающим материалом; все
вращающиеся части динамически урав-
новешены. Автомобиль ведущими коле-
сами устанавливают на беговые бара-
баны; ведомые колеса располагают на
направляющих и крепят специальными
упорами. Корпус машины постоянного
тока имеет маятниковую подвеску
в подшипниках качения. Стенд разви-
вает максимальное тяговое усилие
10 000 Н при скорости движения
автомобиля до 180 км/ч. Барабаны
могут вращаться в двух направлениях.
Для имитации дорожных неровностей
на барабаны устанавливают беговые
накладки или ударные планки.

Краткие технические характеристики
стенда с беговыми барабанами
фирмы Каг! ЗсЬепк приведены ниже

Беговые барабаны:
диаметр, м .................. 1,9099

длина окружности, м ...	6

ширина, м ................ 0,6

расстояние между наружной
и внутренней кромками,	м	2,1

расстояние между бараба-
нами, м ................... 0,9

максимальная осевая на-
грузка, Н .................... 20	000

максимальное тяговое уси-
лие на окружности, Н . . . 100 000

максимальная скорость ав-
томобиля, м/с............. 50

максимальн ая мощность (от
автомобиля), кВт.......... 160

Беговые накладки (плицы):
количество на окружности	12

наружный диаметр бараба-
нов с плицами, м.......... 1,99

максимальная скорость дви-
жения автомобиля, м/с . . .	27,8

длинаXширина, м .... 0,6X0,3
масса, кг................. 20

Ударные планки:
количество по окружности 6
длинах ширина (в направле-
нии движения) х высота, м	0,6X

Х0.02Х
X 0,008

максимальная скорость дви-
жения автомобиля, м/с . . .	27,8

Машина постоянного тока:
максимальная мощность,
кВт

в режиме генератора ...	164

в режиме двигателя ...	128

постоянный момент М. =

= 9550 Н«м при п, об/мин 0—160

постоянная мощность =

= 160 кВт при п, об/мин 160—500
общая масса стенда с обору-
дованием, кг ................ 17	000

Контроль вибрации на рабочих местах
человека-оператора осуществляют в
процессе приемочных, периодических и
типовых испытаний машин (в соответ-
ствии с ГОСТ 20736—75). Задачи его
следующие: оценка и сравнение каче-
ства машин с точки зрения их вибра-
ционной безопасности; определение
необходимости применения дополни-
тельных средств виброзащиты чело-
века-оператора.

Для установления значений вибра-
ционных характеристик режимы ра-
боты машины и условия ее испытаний
должны воспроизводить или имити-
ровать типовые условия эксплуатации.

Представительной вибрационной ха-
рактеристикой машины является мак-
симальное с вероятностью 0,95 значе-
ние вибрационной характеристики ма-
шин одного типоразмера.

Представительное значение измерен-
ной виброскорости в каждой октавной
полосе частот У =. У п + 25п, где Уп —
оценка среднего значения виброско-
рости для выборки п*машин; 8п —
оценка среднего квадратического зна-
чения виброскорости в /-октавной по-
лосе частот для п машин. Точность,
определения оценок* Уп и 5Л‘ должна
характеризоваться доверительной ве-
7. Относительные уклонения [6Л]
в зависимости от объема выборки п

п	1М	п	[6л]	п	[«л1|	п	1М
3	1,41	9	2,46	15	2,80	21	2,98
4	1,72	10	2,56	16	2,84	22	3,01
5	1,96	И	2,61	17	2,87	23	3,03
6	2,13	12	2,66	18	2,90	24	3,05
7	2,27	13	2,71	19	2,93	25	3,07
8	2,37	14	2,76	20	2,96	—	—

8. Квантиль распределения Стьюдента
/у, п в зависимости от вероятности у
выборки п

п,	V					
	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95
3	0,82	1,06	1,3	1,9	2,9	4,3
4	0,77	0,98	1,3	1,6	2,4	3,2
5	0,74	0,94	1,2	. 1,5	2,1	2.8
6	0,73	0,92	1,2	1,5	2,0	2,6
7	0,72	0,90	1,1	1,4	1,9	2,4
8	0,71	0,90	1,1	1,4	1,9	2,4
9	0,71	0,90	1,1	1,4	1,9	2,3
10	0,7	0,88	1,1	1,4	1,8	2,3
15	0,69	0,87	1,1	1,3	1,8	2,1
20	0,69	0,86	1,1	1,3	1,7	2,1
25	0,69	0,86	1,1	1,3	1,7	2,1
30	0,68	0,85	1,1	1,3	1,7	2,0
120	0,68	0,85	1,1	1,3	1,7	2,0
со	0,67	0,84	1,0	1,3	1,6	2,0

Для проверки отсутствия грубых
ошибок среди значений параметра Иу
определяют относительное уклонение
бу от среднего значения:

6,- =

У—Упг

Значения Ку, для которых бу >
> [бл], не рассматривают (вероят-
ность их появления менее 1 %). Значе-
ния [бл] в зависимости от объема
выборки п приведены в табл. 7.

Достаточность отобранного для испы-
таний числа машин п проверяют из
условия обеспечения доверительного
интервала ±0,4 среднего значения при
доверительной вероятности 0,45.

Если исходная выборка сокращалась
за счет исключения ошибок параметров
вибрационной характеристики, то для
оставшегося объема выборки п2< п1
следует повторно определить оценки
Уп и 8п .

Пг п2

Квантиль распределения Стьюдента
п для выбранной доверительной
вероятности у в зависимости от объема
выборки п определяется из табл. 8.

Доверительный интервал среднего
значения параметра вибрационной
характеристики при объеме выборки п2
и доверительной вероятности у

,	5 3

роятностью у и доверительным интер-
валом среднего значения е, установлен-
ными исходя из точности определения
вибрационной характеристики отдель-
ной машины и возможности получения
необходимой выборки. Рекомендуются
у = 0,95, е = ±0,4.

Для исходной выборки п± среднее
значение параметра

где V; — значение параметра вибро-
скорости для каждой машины исходной
выборки. Среднее квадратическое от-
клонение

% = -

Vп2

Если доверительный интервал
полученный при объеме выборки п2
и доверительной вероятности у, меньше
выбранного доверительного интервала
8, то объем выборки обеспечивает
необходимую точность определения
оценок и 8п . Если 8„ > 8, то
необходимый объем выборки с доста-
точной точностью может быть вычислен
по формуле

р — квантиль распределения
Стьюдента для выбранной доверитель-

нои вероятности V при р = п21 —I »
Имитаторы динамических характе-
ристик тела человека, применяемые
в испытаниях. При проведении испы-
таний систем человек—машина в ряде
случаев человек подвергается чрезмер-
ным динамическим нагрузкам, которые
могут отрицательно сказаться на его
здоровье. Чтобы исключить непосред-
ственное участие человека в опасных
для его здоровья испытаниях, приме-
няют специальные устройства, которые
эквивалентны телу человека по кине-
матическим и динамическим пара-
метрам [14].

Принято различать антропоморфи-
ческие и антропометрические манекены.

Строение антропоморфических мане-
кенов адекватно строению челове-
ческого тела, его отдельных частей и
органов. „ Создание такого макенена
чрезвычайно трудная задача.

'Манекен подобного типа «Озсаг Пи-
тание» [22] применяется фирмой Сене-
га! Мо1ог$ (США) для испытаний авто-
мобилей. Он имеетостов, имитирующий
скелет человека, который. изготовлен
из синтетического материала; размеры,
масса и прочность элементов манекена
соответствуют аналогичным пара-
метрам костей скелета человека. Эле-

менты, имитирующие внутренние
органы, изготовлены из пластмассы и
имеют форму и относительное располо-
жение, адекватные человеческим. Остов
манекена обтянут материалами, имити-
рующими мышцы, и покрыт трехслой-
ной синтетической тканью, соответ-
ствующей по своим свойствам механи-
ческим характеристикам человеческой
кожи.

При динамических испытаниях
в основном применяют антропометри-
ческие манекены. Основные характери-
стики современных антропометриче-
ских манекенов: масса отдельных ча-
стей; геометрические размеры и форма
отдельных частей; расположение цент-
ров масс манекена в целом и его отдель-
ных частей; упругодемпфирующие
свойства связей между отдельными
частями.

Указанные свойства манекенов
должны быть адекватными аналогич-
ным свойствам человеческого тела
определенной репрезентативности.
Репрезентативность манекена — это
степень представительности данным
манекеном определенного контингента
людей по заданным характеристикам
(размерам тела, динамическим харак-
9. Масса (кг) элементов манекена

Элементы манекена

Элементы? модели* 16,6	1

рующие спину и ос-
нование корпуса
Грузы:

«торса»	31,2	8

«основания»	7,8	2

«бедра»	6,8	2

«голени»	4,2	2

Элементы? модели- 9,0	2

рующие голени и
ступни

16,6

3,9

3,9

3,4
2,1
4,5

теристикам и т. д.). Количественно
репрезентативность представляет собой
часть площади под кривой нормального
распределения величин какого-либо
признака для определенного контин-
гента людей при сплошном отборе
индивидуумов.

При проведении испытаний и сопо-
ставлении полученных результатов
важно учитывать репрезентативность
используемых манекенов или при-
менять манекены только определенной
репрезентативности (например, 50 %-
ной репрезентативности).

Типичным примером антропометри-
ческого манекена, применяемого в ис-
пытаниях, может служить манекен,
схема которого приведена на рис. 9.

Скелет манекена состоит из механи-
ческих систем, имитирующих сочлене-
ния и составные части тела человека.

Манекен имеет регулировочное
устройство, выполненное в виде фрик-

Рис. 10. Имитатор входного механиче-
ского импеданса руки человека

ционной пары, которое позволяет изме-
нять сопротивления во всех сочлене-
ниях.

Для имитации поведения тела води-
теля и пассажиров отечественных
транспортных средств в соответствии
с ГОСТ 20304—74 применяют трех-
мерный посадочный манекен. Масса
элементов манекена приведена в табл. 9.

Для объективной оценки вибрациой-
но-силовых параметров ручного ин-
струмента при их испытаниях приме-
няют имитаторы входного механиче-
ского импеданса руки человека. На
рис. 10 представлена схема имитатора
конструкции В. В, Маточкина. Инерци-
онная масса выполнена в виде цилин-
дра /, несущего с одной стороны поса:
дочное кольцо 2 для крепления инстру-
мента, упругий элемент 5, гайку 4 й
шайбу 5, а с другой стороны — замкну-
тое кольцо 6 и электромагнитный демп-
фер, состоящий из сердечника 7, магни-
топровода 8 и катушки Р. К сердечнику
демпфера жестко прикреплен стакан 10.

Цилиндр 1 с укрепленными на нем
деталями имитирует * приведенную
массу руки (~10 кг). Жесткость регу-
лиррвочной пружины 13 составляет
3* 103 Н/м. Упругий элемент 3, имити-
рующий жесткость руки, имеет нели-
нейную характеристику восстанавли-
вающей силы. Электромагнитный
демпфер с коэффициентом демпфиро-
вания порядка 80 Н-с/м имитирует
вязкое трение руки человека. При
испытаниях ручного инструмента ими-
татор прижимают к стенду, при этом
цилиндр 1 перемещается на шариках 11
до совмещения указателя 12 с риской
на цилиндре 1. Пружина 13 сжимается,
а замкнутое кольцо 6 входит в магнит-
ное поле демпфера. Ручной инструмент
возбуждает колебания подвижных
частей имитатора. Режим работы руч-
ного инструмента с данным имитатором
эквивалентен режиму работы инстру-
мента в реальных производственных
условиях.

Многоцелевые стенды. Для исследо-
вания и оценки выполняемых операто-
ром задач управления машиной,
а также для изучения эргономических
и физиологических факторов рабочего
места применяют комплексные. много-
целевые стенды, которые содержат
имитаторы систем управления маши-
ной, отображения визуальной обста-
новки, вибрационного воздействия,
акустического фона, перегрузок, тем-
пературы и т. п. Совместное действие
различных имитаторов позволяет
воспроизводить реальную работу опе-
ратора в лабораторных условиях.
Комплексные стенды (тренажеры) по-
лучили наибольшее распространение
для испытаний и обучения экипажей
летательных аппаратов [9 ] и водителей
наземных транспортных средств [13].
Эти стенды геометрически, динами-
чески и информационно подобны иссле-
дуемой системе человек — машина.
Геометрическое подобие достигается
воспроизведением реальных размеров
кабины, ориентации и размеров си-
денья, а также расстояний до прибор-
ной доски. Отсутствие геометрического
подобия приводит к нарушению других
видов подобия стенда. Стенд динами-
чески подобен машине, когда уравне-
ния его движения подобны уравнениям
движения машины. Для выполнения
этого требования в состав стенда вводят
ЭВМ, которые воспроизводят матема-
тическую модель системы. Реализация
геометрического и динамического подо-
бия создает необходимые условия для
получения информационного подобия
стенда машине. Стенд информационно
подобен машине, когда оператор по
всем сенсорным каналам на стенде
получает такую же информацию, что и
при реальной работе.

Современные комплексные испыта-
тельные стенды и тренажеры классифи-
цируют по следующим признакам:
типу машины (самолетные, вертолет-
ные, автомобильные и др.); принципу
действия моделирующей вычислитель-
ной машины [аналоговые, цифровые и
аналого-цифровые (гибридные)]; кон-
струкции (стационарные, передвижные
с неподвижной или с подвижной
кабиной); объему и характеру моде-
лируемых задач (функциональные, спе-
циальные и исследовательские).

Функциональные стенды имитируют
на отдельных режимах работы машины
действие агрегатов и приборов. Спе-
циализированные стенды предназна-
чены для испытаний и подготовки
человека к выполнению определенной
частной -задачи. Исследовательские
стенды служат для моделирования

Рис, 11. Пятистепенной пилотажный*стенд

характеристик машины определенного
типа в процессе ее разработки, чтобы
ускорить опытно-конструкторскую
работу, для испытания отдельных агре-
гатов и решения инженерно-исследо-
вательских проблем.

Комплексные стенды позволяют ре-
шать следующие задачи: моделировать
движение на участках дороги длиной,
измеряемой километрами; учитывать
поведение водителя при вибрации раз-
личной интенсивности (изменении ско-
рости движения); автоматизировать
выбор характеристик подвески и дру-
гих элементов автомобиля.

Схема пятистепенного пилотажного
стенда 0МУ8 фирмы ВгШзЬ А1гсгаН
(Англия) [4] представлена на рис. 11.
Возможные перемещения кабины могут
достигать: у *= ±0,6 м; г= ±0,3 м;
$ = ±20°; ?= ±40°; ф= ±10°. Вес
кабины 9000 Н, габаритные размеры
2,5X2,25X3 м. Графики, характери-
зующие частотные зависимости воспро-
изводимых динамических возмущений,
представлены на рис. 12.

В состав стенда входят три аналого-
вычислительные машины (РАСЕ 231-В,
имеющая 100 усилителей; РАСЕ-ТК-48
с 50 усилителями; АУ1ккегз Мк 1У)5
а также цифровая вычислительная
машина.

В кабине стенда смонтирован проек-
тор для визуализации изображения
обстановки на полусферический экран.

Испытательные стенды по способу
подвеса кабины (рабочего места) под-
разделяют на две группы. К первой
относятся стенды, у которых движение
кабины по соответствующим степеням
Д/ 1,0	10 ГЦ

Рис. 12. Частотные зависимости дина**
мических возмущений пятистепенного пи-
лотажного стенда:

/ — по перемещению; 2 — по скорости;
3 по ускорению

свободы осуществляется последова-
тельно (рис. 13).

Преимущество стендов этой группы —
независимость координат, что обес-
печивает простоту управления движе-
нием стенда; недостаток — существен-
ное увеличение габаритных размеров и
массы подвижных частей при увеличе-
нии числа степеней свободы. На прак-

Рис. 13. Стенд с параллельным управле-
нием по пространственным координатам

Рис. 14. Области равного восприятия
вибрации

тике такую кинематическую схему
используют, если число степеней сво-
боды не выше трех-четырех.

Когда необходимо обеспечить движе-
ние кабины с числом степеней свободы
до шести включительно, целесообразно
применять подвижные кабины, в кото-
рых движения параллельны (стенды
второй группы). Для этих стендов
обычно используют привод телескопи-
ческого типа.

Угловые движения кабины обеспечи-
ваются чаще всего гидроцилиндрами
с коротким ходом штока, что позволяет
достичь требуемого быстродействия.

Характеристики некоторых стендов
многоцелевого назначения зарубеж-
ного производства приведены в табл. 10.

Условия безопасности проведения
вибрационных испытаний систем че-
ловек—машина. Как правило, вибра-
ции оказывают вредное влияние на
человека. При строгой дозировке интен-
сивности и длительности воздействия
вибрация может оказывать и положи-
тельное влияние на организм человека
и применяться в медицинских целях
для лечения некоторых заболеваний.

Суммарная качественная оценка
субъективных ощущений, вызванных
действием на человека вибрации, пред-
ставлена на рис. 14 в виде областей
равного восприятия. Каждой области
равного восприятия вибрации соответ-
10. Основные характеристики многоцелевых стендов зарубежного производства

Изготовитель	Радиус стрелы, м	Частота вращения, об/мин	Пере- грузка, ё	Мощность двигателя, кВт	Масса уста- новки, кг	я к л к к н к к - о о о О я СХ о 2 2 « о О к	о о\о со о«“  5 « о  У схо	Тангаж			Крен		
								Ф, °	4, °/с	<>. °/с2	V, °	V, °/с	V,°/с2
ИА8А, США, штат Техас, г. Хьюстон	15±3	42	30	4 920	4 500	—	—	—	—	—	—	—	—
Научно-исследовательский центр им. Эймса, США, штат Калифорния, г. Моф- фет—Фильд	9	24	10ч 40 О  II II  х г»	1 760	—	—	5	±40	—	344	±90	—	1030
Сегпзко, США	15	—	50	15 700	—	7,5	5	—	—	—	—	—	—
Научно-исследовательский центр им. Годдара,, США, штат Мэриленд, г. Грин- белт	18	38,3	30	—	—	—	—	—	—	—	—>	—	—
Авиационный научно-ис- пытательный центр ВМС США, штат Пенсильвания, р. Джоневилл	15	—	40	3 140	—	4	6	Не огра- ничен	180	574	Не огра- ничен	180	574
Лаборатория авиационной медицины, Италия, Рим	7,9	—	20	15 700	—	10 — 20	—	—	—	—	—	—	—
СегПзко, США	6,6	351	60	- 676	112 500	—	—	—	—	—	—	—	—

Средства испытаний' при вибрационных воздействиях
Изготовитель	Рыскание			вертикальные		
	5 ‘Ф	о о	са О  о	г, м	г, м/с	ео
МАЗА, США, штат Техас, г. Хьюстон	—	—	—	—	—	
Научно-исследовательский центр им. Эймса, США, штат Калифорния, г. Моф- фет— Фильд	±70	—	687	±0,53	—	5
Сегпзко, США	—	—	—	±0,6	—	—
Научно-исследовательский центр им. Годдара, США, штат Мэриленд, г; Грин- белт	1—		—	—	—	— 204-  -5-+10
Авиационный научно-из- пытательный центр ВМС США, штат Пенсильвания, р. Джоневилл	Не огра- ничен	180	574	±0,9	—	—
Лаборатория авиационной медицины, Италия, Рим	—	—	—	—	—	—
Йепдзко, США	—	—	—	—	—	—
Продолжение табл. 10

Скорости						Осна- щенность ЭВМ	Примечание •
боковые			продольные				
у, м	у, м/с	о	л, м	х, м/с	'И		
—	—	—	—	—	—	-	Имитирует полет ко- рабля «Аполлон»
—	—	—	—	—	60	АВМ - 1С0%	—
—	—	—	—	—	—	—	Установлен вибратор
—	—	—	—	—	—	—	Оснащен вибратором 5-100 Гц  Источник	шума  150 дБ (100—  12 000 Гц)
±0,9	—	—	±0,9	—	—	АВМ — 90 %, ЦВМ — 10 %	—
—	—	»	—	—	г—	—	—
—	—	—	—	—	—	—	—

со

8

СРЕДСТВА испытаний систем человек — МАШИНА
ствуют различные уровни неприятных
ощущений человека: 1 — вибрация не
ощутима; 2 — слабо ощутима; 3 —
хорошо ощутима; 4 — сильно ощутима;
5 — неприятная при длительном воз-
действии; 6 — неприятная при кратко-
временном воздействии. Границы
между этими областями называются
кривыми равного восприятия вибра-
ции. Действие вибрации на организм
человека определяется четырьмя основ-
ными характеристиками вибрацион-
ного процесса: интенсивностью, спек-
тральным составом, длительностью
воздействия, направлением дей-
ствия.

Показателями интенсивности служат
средние квадратические или амплитуд-
ные значения виброускорения, вибро-
скорости или виброперемещения, изме-
ренные на рабочем месте. При оценке
интенсивности вибрации наряду с раз-
мерными величинами используют лога-
рифмические уровни вибрации (дБ):
До, = 20	где — измеряемый

кинематически	параметр вибрации

(виброперемещение, виброскорость,
виброускорение); — опорное значе-
ние соответствующего параметра (опор-
ное значение виброперемещения =
= 8-10_и м, виброскорости ,
= 5- 10~8 м/с; виброускорения Ол «
= 3-10“! м/с2),

Соотношения между уровнями вибро-
скорости в дБ и их значения в м/с
приведены д табл. 11. Для гармони-
ческой вибрации с частотой / логариф-
мические уровни (дБ) виброперемеще-
ния и виброускорения определяются
через логарифмический уровень вибро-
скорости соответственно по фор-
мулам

Ьи = Ьр-20 1ё/ + 60;

^ = 1о+20 /_ 60.

При нормировании вибрации ее спек-
тральный состав оценивают в октавных
или */3-октавных полосах частот.
В табл. 12 приведены значения гранич-
ных частот октавных полос и соответ-
ствующие им средние геометрические
частоты.

Вибрационные воздействия допу-
стимо оценивать также по энергети-
ческому частотно-избирательному дей-
ствию вибрации. Эта оценка может

11. Перевод уровней (дБ) виброскорости в
значения виброскорости (м/с)

Уровни, дБ	Вибррско- рость, м/с-10~2	Уровни, дБ	Виброско- рость, м/с. 10“2	Уровни, дБ	Виброско- рость, • м/с-10г2
80	0,050	100	0,50	120	5,0
81	0,056	101	0,56	121	5,6
82	0,063	102	0,63	122	6,3
83	0,071	103	0,71	123	7,1
84	0,079	104	0,79	124	7,9
85	0,089	105	0,89	125	8,9
86	0,099	106	1,00	126	10,00
87	0,112	107	1,12	127	11,2
88	0,126	108	1,26	128	12,6
89	0,141	109	1,41	129	14*1
90	0,158	ПО	1,58	мм	
91	0,177	111	1*77		
92	0,199	112	1,99	—	——
93	0,223	113	2,23	—	
94	0,251	114	2,51		
95	0,281	115	2,81	—	
96	0,316	116	3,16	—	
97	0,354	117	3,54		
98	0,397	118	3,97	—	
99	0,446	119	4,46	—	8—

осуществляться по энергии механи-
ческих колебаний, передаваемой телу

п

человека: А = Т 2 у2 (©/) 12 (<0/) | ,
1=0

либо по средней мощности, поглощае-
п

мой телом человека: # == 2

1=1

X а2 (ш/), где Т — длительность воз-
действия вибрации; V (со*), а (©/) —
амплитуда гармонической составляю-
щей соответственно виброскорости или
виброускорения; | 2 (<«>/) | — значение
модуля входного механического импе-
данса; /С/ (о>;) — коэффициент, харак-
теризующий усредненные частотно-из-
бирательные свойства человека.

В нормативных материалах допусти-
мые уровни вибрации установлены при
продолжительности воздействия в тече-
ние рабочего дня. Недопустимо при-
менять виброопасные машины ^выпол-
нять работы, если вибрация, действую-
щая на человека в течение 8 ч, превы-
шает заданные нормы. При воздей-
ствии вибрации, превышающей уста-
новленные нормы, продолжительность
воздействия вибрации на человека
в течение рабочей смены рекомендуется
12. Граничные частоты октавных полос

Граничные частоты, Гц	Средние геометрические частоты (Гц)						
	1	2	4	8	16	31,5	63
Нижние	од	1,4	2,8	5,6	11,2	22,4	45
Верхние	1,4	2,3	5,6	11,2	22,4	45	90

13. Допустимая длительность, мин (не более),
вибрационного воздействия при превышении допустимых норм

Превышение нормативов вибраций .для рабочих мест, не более		Работа на стацио- нарных и транс- портных машинах	Вахта в машино- котельных отделе- ниях судов
ДБ.	%		
0	0	480	1440
3	40	'	120	
6	100	60	120
9	180	30	60
12	300	15	

уменьшать в соответствии с данными,
приведенными в табл. 13.

Измерение параметров вибрации,
действующей на тело человека, приво-
дится в направлении осей координат-
ной системы х, у, г (см. рис. 3).

Перечень и краткая характеристика
основных нормативных документов,
устанавливающих предельно допусти-
мые уровни вибрации, действующей на
человека, приведены в табл. 14.

Гигиенические нормы по ограниче-
нию вибрации на рабочих местах обслу-
живающего персонала всевозможного
оборудования и водителей средств
транспорта (ГОСТ 12.1.012—78) при-
ведены в табл. 15.

Стандарт устанавливает допустимые
средние квадратические значения
виброускорения (м/с2) в диапазоне
частот 1—80 Гц. Предельные значения
вибрационного воздействия на чело-
века указаны в соответствии с тремя

основными оценками условий работы,
которым необходимо обеспечить: безо-
пасность или здоровье (предел воздей-
ствия); производительную работу (гра-
ницы снижения производительности
труда от усталости); комфорт (порог
снижения комфорта).

В табл. 16 и 17 приведены предельные
средние квадратические значения вйб-
роускорений, соответствующие второму
критерию.

Чтобы получить нормативные значе-
ния, удовлетворяющие первому крите-
рию (предел воздействия), значения
виброускорений, приведенные в табл.
16 и 17, следует увеличить в 2 раза
(на 6 дБ). Значения норм, удовлетво-
ряющих третьему критерию (порог
снижения комфорта), получают умень-
шением в 3,15 раза (на 10 дБ) значений
виброускорений, приведенных в табл.
16 и 17.
14. Характеристики нормативных документов, регламентирующих допустимые уровни вибрации

Название документа	Область применения	Нормируемый параметр	Полоса частот при анализе	Диапа- зон ча- стот, Гц, в кото- ром нор- мируется вибрация	Продол- житель- ность воздей- ствия	Направление действия вибрации
/  Вибрация. Общие требова- ния безопасности  ГОСТ 12.1.012—78	Производственное обору- дование, средства транс- порта (кроме железнодо- рожного транспорта и ле- тательных	аппаратов),  ручные, стационарные, са- моходные и прицепные машины и механизмы	Средние квадратические значения виброскорости	Октава	1—63 (1 — 1000 Для ручных машин)	8 ч	х, у, 2 (по х и у нормы совпадают)
Санитарные нормы по огра- ничению вибрации на ра- бочих местах для обслу- живающего персонала и пассажиров в подвижном составе железнодорожного транспорта.	Минздрав  СССР, М., 1975	Вновь строящийся по- движной состав	Амплитудное	значение  виброскорости (допускает- ся амплитудное значение виброускорения)	окта- вы	1—23	—	X, у, 2 (нормы ПО X, у совпадают)
Санитарные нормы вибра- ции на морских, речных и озерных судах. Минздрав СССР, М., 1973 г.	Вновь проектируемые и проходящие большой ка- питальный ремонт суда	Среднее квадратическое значение виброскорости	Октава	2—63	—	х, у, 2 (нормы по х, у, 2 совпадают)

Средства испытаний при вибрационных воздействиях
Название документа	Область применения
Санитарные нормы допу- стимых вибраций в жилых домах, Минздрав СССР, М., 1975 г.	Жилые помещения
Вибрация, передаваемая человеческому телу. Руко- водство по оценке воздей- ствия на человека. Между- народный стандарт. Рег. № ИСО 2631—74	Транспорт» здания, ма- шины
Вибрация.	Допустимые  уровни общей вибрации на рабочих местах. Стандарт СЭВ 1932—69	На рабочих местах, за исключением	рабочих  мест подвижного состава железнодорожного, водно- го и авиационного транс- порта
Продолжение табл^ 14

Нормируемый параметр	Полоса частот при анализе	Диапа- зон ча- стот, Гц, в кото- ром нор- мируется вибрация	Продол - житель- ность воздей- ствия	Направление действия вибрации
Средние квадратические значения виброскорости, виброускорения, вибропе- ремещения	Октава	2 — 63	—	х, у, г (нормы по х, у, г совпадают)
. Средние квадратические значения виброускорения	4/8 окта- вы	1—80	Перемен - ное от 5 мин до 24 ч	X, у, 2 (по X, у нормы совпадают)
Среднее квадратическое значение виброскорости.  или виброускорения	Октава или 4/а окта- вы	0,8—80	Перемен - ное от 10 мйн до 8 ч	х, у, 2 (по х, у нормы совпадают)



СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ЧЕЛОВЕКМАШИНА
15. Допустимые значения уровней вибрации на рабочих местах человека»оператора

Вибрации	Направле- ния, по ко-	Средние геометрические частоты, Гц *										
	торым нор- мируются вибрации	1	2	4	8	16	31,5	63	125	250	500	1000
	По ОСИ 2  По осям X и У	20	7,1	2,5	1,3	1,1	1,1	1,1				
Транспортные при движении ма- шин		132  6,3	123  3,5	114  3,2	108  3,2	107  3,2	107  3,2	107  3,2				
		122	117	116	116	116	116	116				
Транспортно-технологические при работе машин, выполняющих тех- нологическую операцию в стацио- нарном положении и (или) при пе- ремещении по специально подго- товленной части производственно- го помещения, промышленной пло- щадке, горной выработке	По ОСЯМ 2, X, у	—	3,5  117	1,3  108	0,63 102	0,56 101	0,56 101	0,56  101	-	—	—	—
Технологические;  на постоянных рабочих местах в производственных помеще- ниях предприятий; в машино- котельных отделениях, цен- тральных постах управления, производственных помеще- ниях, на судах;	По ОСЯМ 2, Хг у	—	1,3 108	0,45 99	0,22  93	0,2  92	0,2  92	0,2  92	—	—	—	—

Средства испытаний при вибрационных воздействиях	- 401
Продолжение табл. 15

Вибрации	Направле- ния, по ко- торым нор- мируются вибрации	Средние геометрические частоты, Гц ♦										
		1	2	4	8	16	31,5	63	125	250	500	1000
в служебных помещениях на судах (рулевая, штурманская, радиорубка и др.);	По ОСЯМ 2, х, у	—	0,71  103	0,25 94	0,13 88	0,11  87	0,11  87	0,11 87	—	—	—	—4
в складах, столовых, бытовых дежурных производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрации;		—	0,5  100	0,18 91	0,089  85	0,079 84	0,079 84	0,079  84	—	—	—	—Й
в заводоуправлениях, лабора- ториях, учебных пунктах, кон- структорских бюро, вычисли- тельных центрах, здравпунк- тах, конторских помещениях и других помещениях для ра- ботников умственного труда			0,18 91	0,063  82	0,032 76	0,028  75	0,028  75	0,028  75	—	—	—	—41
Локальная вибрация	По каждой из осей х,  У> 2				5,0	5.0	3,5	2,5	1,8	1,3	0,9	0,65
					120	120	117	114	111	108	105	102

* В числителе — средние квадратические значения Ниброскорости (м/с♦ 10“8 , не более); в знаменателе — уровни виброскорости
(дБ, не более).

402	СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ЧЕЛОВЕК — МАШИ НА


16. Виброускорение (м/с2) в направлении оси г

Средняя геометри- ческая частота 1/3-октавной полосы	Продолжительность воздействия						
	8 ч	4 ч	2,5 ч	1 ч	25 мин	16 мин	1 мин
1,0	0,63	1,06	1,40	2,36	3,55	4,25	5,60
Г, 25	0,56	0,95	1,26	2,12	3,15	3,75	5,0
1,6	0,50	0,85	1,12	1,00	2,80	3,35	4,50
2,0	0,45	0,75	1,00	1,70	2,50	3,00	4,00
2,5	0,40	0,67	0,90	1,50	2,24	2,65	3.55,
ЗД 5	0,355	0,60	0,80	1,32	2,00	2,35	3,15
4,0	0,315	0,53	0,71	1,18	1,80	2,12	2,80
8,00	0,315	0,53	0,71	1,18	1,80	2,12	2,80
10,0	0,40	0,67	0,90	1,50	2,24	2,65	3,55
12,5	0,50	0,85	1,12	1,90	2,80	3,35	4,50
16,0	0,63	1,06	1,40	2,36	3,55	4,25	5,60
20	0,80	1,32	1,80	3,00	4,50	5,30	7,10
25,0	1,0	1,70	2,24	3,75	5,60	6,70	9.00
31,5	1,25	2,12	2,80	4,75	7,10	8,50	11,2
40,0	1,60	2,65	3,55	6,00	9,00	10,6	14,0
50,0	2,0	3,35	4,50	7,50	11,2	13,2	18,0
,63,0	2,50	4,25	5,60	9,50	14,0	17,0	22,4
80,0	3,15	5,30	7,10	11,8	18,0	21,2	28,0

17. Виброускорения (м/с2) в напраплении оси х или у

Среднегеоме- трическая частота ^з-октавной полосы	Продолжительность воздействия						1 мин
	8 ч	4 ч	2,5 ч	1 ч	25 мин	16 мин	
1.0	0,224	0,355	0,50	0,85	1,25	1,50	2,0
1,25	0,224	0,355	0,50	0,85	1,25	1,50	2,0
1,6	0,224	0,355	0,50	0,85	1,25	1,50	2,0
2,0	0,224	0,355	0,50	0,85	1,25	1,50	2,0
2,5	0,280	0,450	0,63	1,06	1,6	1,9	2,5
3,15	0,355	0,56	0,8	1,32	2,0	2,36	3,15
4,0	0,45	0,71	1,0	1,7	2,5	3,0	4,0
5,0	0,56	0,90	1,25	2,12	3,15	3,75	5,0
6,0	0,71	1,12	1,6	2,65	4,0	4,75	6.3
8,0	0,9	1,4	2,0	3,35	5,0	6,0	8,0
10,0	1,12	1,8	2,5	4,25	6,3	7,5	10
12,5	1,4	2,24	3,15	5,30	8,0	9,5	12,5
16,0	1,8	2,8	4,0	6,7	10	11,8	16
20,0	2,24	3,55	5,0	8,5	12,5	13	20
25,0	2,8	4,5	6,3	10,6	16	19	15
31,5	3,55	5,6	8,0	13,2	20	23,6	31,5
40,0	4,5	7,1	10,0	17,0	25	30,0	40
50,0	5,6	9,0	12,5	21,2	31,5	.	37,5	50
63,0	7,1	11,2	16,0	26,5	40	45,7	63
80,0	9,0'	14,0	20	33,5	50	60	80

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЯ

ПРИ УДАРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Удар в системах человек—машина.
Различают следующие режимы работы
систем человек—машина при ударных
воздействиях: номинальные (штатные),

при которых оператор подвергается
нагрузкам, заведомо безопасным для
практически здорового человека;
аварийные, при которых возни-
кают нагрузки, представляющие опас-
ность для здоровья или жизни чело-
века.
18. Схема действия ударной перегрузки и ее предельно допустимые значения
для человека, зафиксированного в кресле плечевыми и поясными ремнями

Схема действия перегрузки				Перегрузка	Обозначение		п [1/с]	X я е е	«В	Ж  ♦ •	ж  к	I  я	|  и 7	1
					отече- ственное	зару- бежное			
+"у|6>				«Голова- таз»	+пу		<300	20	1  Ж-  <0,5
				«Таз— голова»	~пУ	~п2	<300	7	<0,1
*	1Д			«Грудь— спина»		+пх	<500	40	<0,5
	"4 - ь			«Спина — грудь» *	—Пд	-пх	<500	40	<0,5  1
		1^у|		«Бок—бок»	“П2	~ПУ	—	—	-т==а  '7

* В случае применения облегчающей привязной системы типа «панцирь».
Аварийные режимы работы системы
человек—машина (или аварийные слу-
чаи) подразделяют на расчетные ава-
рийные и нерасчетные аварийные.

При расчетном аварийном режиме
безопасность (или выживаемость) чело-
века-оператора обеспечивается путем
использования специальных устройств,
спроектированных и заложенных в кон-
струкцию машины (например, ремней
безопасности). При нерасчетном ава-
рийном случае безопасность человека-
оператора не гарантируется.

Удар в системе человек—машина
принято характеризовать перегрузкой
п, под которой понимают отношение
суммарного ускорения /, действующего
в характерных точках системы чело-
век—машина, к значению ускорения
свободного падения Перегрузка и
действующее ускорение направлены
в противоположные стороны.

В табл. 18 приведены схемы внешних
нагрузок, действующих на человека, и
соответствующие направления и наиме-
нования составляющих перегрузки
в осях ортогональной системы коорди-
нат, связанной с телом человека.

Основные характерные случаи уда-
ров в системе человек—машина подраз-
деляют на три группы: удар о грунт
(удар о грунт колесных и гусеничных
машин, аварийное приземление лета-
тельных аппаратов и т. п.); соударение
транспортных экипажей (удар о непод-
вижную преграду и соударение авто-
мобилей, мотоциклов ит. п.); удар при
падении человека с высоты (в том числе
и торможение при помощи ремней
безопасности).

Удар в системе человек—машина
может сопровождаться следующими
сопутствующими факторами: большими
знакопеременными ударными перегруз-
ками, действующими по трем ортого-
нальным осям, связанным с телом
человека; знакопеременными угловыми
скоростями и ускорениями большой
интенсивности и произвольного направ-
ления; метательным эффектом (разброс
рук, ног, кивком головы, отбрасыва-
нием тела человека в целом), который
может вызвать вторичные удары тела
человека о предметы интерьера кабины
оператора либо о внешнюю преграду.

Для обеспечения безопасности и
работоспособности человека-оператора

в системах человек—машина, под-
верженных ударным нагрузкам, в на-
стоящее время применяют специальные
устройства — средства защиты чело-
века от удара.

Выбор средств защиты от удара цели-
ком зависит от характера расчетных
аварийных случаев, которые могут
происходить при эксплуатации данной
системы человек—машина.

Ударные нагрузки, возникающие при
ударе системы человек—машина
о грунт, зависят от угла, образованного
направлением скорости системы к нор-
мали к поверхности грунта.

Многие случаи удара машин о грунт
приближенно можно свести к удару
о грунт тяжелой твердой сферы с поло-
гим радиусом затупления.

Особенность такого удара — несов-
падение максимума перегрузки п с ну-
левым значением скорости у вследствие
йелинейного характера сопротивления
грунта при ударе, а также упругий
отскок сферы от грунта (изменение
знака у).

При ударе твердой сферы об упруго-
пластический грунт максимальная пе-
регрузка пшах = а (Р/Ы)ь + с, где
Р =	— число Фруда; ДО =

М&	т т	Г.

= —-------число Ньютона; а, Ь,

с — эмпирические константы; у0 — на-
' чальная скорость удара; § — ускорение
свободного падения; К — радиус за-
тупления; М — масса сферы; о$ —
условный предел упругости грунта.

Максимальное внедрение сферы #тах
при ударе о сухой глинистый или
супесчаный грунт около 1,1—1,2 от
глубины остаточной лунки в грунте.

4 Зависимость пт&х от Г/ДО при "дг>
> 250 и утах/^ 0,05 приведена на
рис: 15.

При использовании в качестве сред-
ства защиты оператора амортизацион-
ного кресла максимально возможное
перемещение амортизатора кресла вы-
бирают с учетом упругого отскока
системы от грунта.

При ударе сферы о грунт со скоро-
стью, направленной под углом к по-
верхности грунта (косой удар), состав-
Рис. 15. Зависимость перегрузки при
прямом ударе твердой сферы об упруго-
пластический грунт от безразмерных пара-
метров

лающая перегрузки, действующая на
сферу по касательной к поверхности
грунта, в первом приближении (при
достаточно большом моменте инерции
сферы) может быть оценена по формуле
Лттах -КтрЯщах, где /Стр ~ 0,24-0,4—
коэффициент трения.

Знакопеременный характер пере-
грузки при ударе о грунт удлиненного
тела необходимо учитывать при выборе
конструкции ремней безопасности,
а также при определении зон вероятных
ударов оператора о детали интерьера
кабины.

Характер перегрузок, действующих
при соударениях транспортных экипа-
жей (например, автомобилей) друг
с другом либо при ударе о неподвиж-
ную преграду, существенно зависит от
конкретного конструктивного исполне-
ния данного транспортного средства,
а также от начальных условий при
ударе. Перегрузки, возникающие при
подобном ударе, определяют экспе-
риментально.

Диаграмма перегрузки торможения,
которая действует на специальную
тележку, используемую при отработке
на манекенах функционирования и

О ЩП 0,02 0,03 0& 0,05 0,06 1,0

Рис. 16. Диаграмма перегрузки тормо-
жения

Рис. 17. График изменения перегрузки
(а) и скорости (<Г), теряемой при ударе

прочности ремней безопасности для
водителей и пассажиров транспортных
средств (ГОСТ 18837—73), приведена
на рис. 16.

Максимальная перегрузка, дейст-
вующая на человека при его паде-
нии и торможении ремнями безопас-
ности, зависит от конструктивной
схемы ремней и может изменяться
в пределах п^тах = 44-16.

Безопасность условий проведения
испытаний на удар. Безопасность че-
ловека — необходимое условие прове-
дения испытаний систем человек—
машина при ударе. Безопасными явля-
ются такие условия, при которых
перегрузки, измеренные, как правило,
на конструкции кресла, не вызывают
необратимых повреждений опорно-дви-
гательного аппарата и основных орга-
нов человека. Важнейшие показатели
действия' перегрузки: максимальное
значение перегрузки пгаах; длительность
действия перегрузки т; скорость нара-
дп

стания перегрузки	скорость,.

т

теряемая при ударе =
о

Примерный график изменения пере-
грузки и скорости, теряемой при ударе,
приведен на рис. 17.

При скорости нарастания перегрузки
300—500 1/с переносимость человеком
ударной перегрузки зависит от ампли-
туды Пщах и продолжительности дей-
ствия т перегрузки. Соответствующие
19. Средства защиты человека от ударных перегрузок

Средство защиты	Расчетные случаи нагружения	Основные цели испытаний	Измеряемые параметры
			
Аморти- зацион- ное крес- ло, обо- рудован- ное при- вязной системой	Прямой удар аппарата , о грунт при номинальном угловом положении аппа- рата относительно земных осей координат. Перегруз- ка на узлах установки кресла пу = итах: ско- рость, теряемая при ударе,' д у == д Утах;	скорость  нарастания перегрузки на узлах установки кресла Л "тах	Проверка возможности и удобства длительно- го пребывания в крес- ле при воздействии нагрузок	согласно  расчетной циклограм- ме работы  Проверка прочности в расчетных случаях нагружения  Определение перегруз- ки на кресле при сра- батывании амортиза- тора  Проверка функциони- рования кинематики кресла  Определение диаграм- мы деформации амор- тизатодав в расчетных случаях нагружения	Перегрузка во вре- мени на узлах уста- новки кресла отно- сительно связанных с аппаратом осей координат  Перегрузка на крес- ле в осях, связан- ных с телом чело- века  Усилие и ход амор- тизатора во времени  Деформация амор- тизирующей про- кладки сидения Кинематические па- раметры движения манекена при ударе (метательный эф-
		Определение диаграм- мы деформации мяг- кой обивки сидения и спинки  Проверка фиксирую- щих свойств привяз- ной системы	фект)  Время, потребное для раскрытия зам- ков расцепки при- вязной системы Скорость движения тележки копровой установки
	Прямой удар аппарата о грунт при отклонении вертикальной связанной оси аппарата от нормали к площадке на угол ф по любому (либо фиксирован- ному) направлению в пре- делах конуса с углом при вершине 2ф. Перегрузка на узлах установки кресла (ре- зультирующая) лу = лп1ах» скорость, теряемая при уда - ре, ДУ=АУП]ах. скорость нарастания перегрузки на узлах установки кресла А ”шах  Косой удар аппарата о грунт при наличии верти- кальной и горизонтальной скоростей с рикошетом, ли- бо переворотом аппарата на грунте. При этом компо- ненты перегрузки (проек- ции равнодействующей на связанные с креслом орто- гональные оси) на узлах установки кресла, соответ- ствующие компоненты ско- рости, теряемой при ударе, и скорости нарастания ком- понентов перегрузки при первом и последующих уда- рах о грунт не должны пре- вышать заранее установ- ленных значений	Проверка функциони- рования замка фикса- ции обратного хода кресла (при необходи- мости)  Проверка функциони- рования замков рас- цепки после удара  Оценка влияния кли- матических факторов (температуры, влажно- сти и др.) на функ- ционирование меха- низмов кресла	
Продолжение табл. 19

Средство защиты	Расчетные случаи нагружения	Основные цели испытаний	Измеряемые параметры
Противо- ударные защитные шлемы		Проверка прочности и жесткости при стати- ческом нагружении  Проверка на пробива- ние при динамическом нагружении  Проверка амортиза- ционных свойств при ударе: по условным критериям; по допу- стимости ударных на- грузок для головы человека	Усилия и деформа- ции при статическом сжатии и растяже- нии  Перегрузка во вре* мен и на ударнике копра  Изменение усилия во времени при уда- ре на копровой уста- новке. Изменение углов поворота во времени головы ма- некена. Кинемати- ческие параметры копровой установки
Ремни безопас- ности монтаж- ника-вер- холаза	Свободное падение по вер- тикали с высоты Н = == Нтах в позе «стоя» при вертикальном зацеплении карабина  Свободное падение по вер- тикали с высоты Н == = #тах при первоначаль- ном отклонении продоль- ной оси туловища от вер- тикали на угол <р =в Фтах в произвольном направле- нии в пределах конуса с углом при вершине 2<₽тах  Статическое нагружение ремней усилием Р = ЗС?0, где Со — максимальный вес человека в снаряжении	Проверка прочности ремней, замков, фала и карабина в расчет- ных случаях нагруже- ния  Проверка усилий на фале при падении че- ловека и торможении его ремнями безопас- ности  Проверка усилий и энергоемкости аморти- затора (в случае его применения)  Проверка функциони- рования карабина и замков расцепки после ударного нагружения Оценка влияния кли- матических факторов на функционирование элементов ремней без- опасности	Усилия во времени на фале  Кинематические па- раметры движения тела человека при падении и торможе- нии его ремнями без- опасности  Усилия и деформа- ции при статическом нагружении элемен- тов системы  Время раскрытия замков расцепки

предельно допустимые значения ятах
и т для различных составляющих
перегрузки приведены в табл. 18. При
п > 500 1/с предельно допустимые
значения перегрузки оценивают на
основе данных о скорости, теряемой
при ударе, и результатов сходных
физиологических экспериментов.

Испытания на удар с участием чело-
века проводят в случаях, когда требу-
ется прямое подтверждение безопас-
ности для человека ударных нагрузок,
возникающих на эксплуатационных
или расчетных аварийных режимах

функционирования системы человек—
машина.

Методика проведения испытаний
систем человек—машина на удар с уча-
стием человека характеризуется сле-
дующими особенностями:

до начала испытаний с участием
человека систему подвергают полному
циклу технических испытаний, причем
составляют соответствующее заключе-
ние о ее безотказном функционирова-
нии и возможности передачи йа физио-
логические испытания;
испытания проводят по специальной
программе, которая регламентирует
цели, объем, режимы и методику испы-
таний, а также специальные мероприя-
тия по обеспечению безопасности испы-
тателя;

медицинское обеспечение экспери-
ментов состоит в отборе испытуемых,
проведении целенаправленных измере-
ний их физиологических функций,
аттестации условий (нагрузок) каждого
проведенного опыта на физиологичес-
кую допустимость, разработке прогноза
о безопасности для испытуемого усло-
вий (нагрузок) каждого последующего
эксперимента;

выполнение программы начинают
с испытаний, режимы которых заведомо
безопасны для человека; затем интен-
сивность ударного воздействия посте-
пенно повышают* в соответствии
с субъективными заключениями испы-
туемых, а также данными анализа
результатов регистрации его физиоло-
гических функций. При появлении
первых обратимых симптомов, свиде-
тельствующих о неблагоприятном воз-
действии условий испытаний, экспе-
рименты прекращают.

Испытания средств защиты человека
от ударных перегрузок. Несмотря на
многообразие конструктивных решений
средств защиты человека от удара, эти
средства можно разделить на три основ-
ных типа: амортизационное кресло;
ремни безопасности; противоударные
защитные шлемы.

При испытаниях на удар амортиза-
ционных кресел и других подобных
устройств ударный импульс должен
обеспечивать воспроизведение закона
движения корпуса машины.

Расчетные случаи нагружения, цели
испытаний и измеряемые при этом
параметры основных средств защиты
человека от удара сведены в табл. 19.

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЯ
ПРИ АКУСТИЧЕСКИХ
ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Характеристика акустических воздей-
ствий. В процессе работы систем че-
ловек—машина наряду с вибрациями
возникает шум, который $ зависимости
от путей распространения подразде-

Рис. 18. Кривые индексов равной гром-
кости

ляют на воздушный и структурный.
В первом случае звуковая энергия
распространяется по воздуху; во вто-
ром — по структуре конструкции.

Для оценки «субъективно ощущае-
мой» громкости по результатам объек-
тивно измеренного спектра шумового
процесса в октавных или 1/3-октавных
полосах частот применяют методы
Стевенса или Цвиккера. Метод Сте-
венса основан на сравнении результа-
тов измерений с субъективными оцен-
ками и учете некоторых явлений,
связанных с восприятием звука. „Он
заключается в преобразовании уровня
звукового давления исследуемого
сигнала в каждой полосе частот в ин-
декс громкости посредством кривых
индексов равной громкости (рис. 18).
Различные индексы громкости, найден-
ные для каждой частотной полосы
исследуемого спектра, суммируют пр
формуле 5 = 5 тах (Е<5 —Зтах):»
где 5 — общая громкость шума, сон
(ОД); 5щах — наибольшая из громко-
стей во всех частотных полосах; Е 5 -—
Рис. 19. Кривые равной громкости и
поверхность слышимости:

1 — порог слышимости в звуковом диа-
пазоне частот; 2 — порог восприятия
в инфразвуковом диапазоне частот; 3 —
область подсчета индекса артикуляции;

4 — болевой порог

суммарная,громкость всех полос про-
пускания; к — коэффициент, завися-
щий от ширины частотной полосы,
к ~ 0,3 для октавной полосы, к ==
== 0,15 для ^/з-октавной полосы. Этот
метод применим только для диффузных
звуковых полей (где звук от источника
при распространении отражается от
преграды и возвращается к источнику;
в свободном поле звук от источника
распространяется без отражений).

Метод Цвиккера использует понятие
характеристической полосы частот и
интегрирования возбуждения вдоль
основной мембраны уха с учетом эф-
фекта маскировки. Его применяют для
пересчета4 в громкость результатов
анализа шумовых процессов только
в 1/3-октавных полосах частот в диф-
фузном или свободном поле. Эффект
маскировки состоит в том, что два
различных звука, воспринимаемых
ухом одновременно, слышны по-раз-
ному: один громче, другой тише. Это
явление объясняется сдвигом порога
слышимости, вызванным наиболее
сильным звуком, и'зависит от разности
частот данных звуков.

Основным методом оценки действия
шума на человека является измерение
уровня шума в децибелах, однако при
этом недооценивают реакцию человека
на звуки низкой частоты и не учиты-

вают чувствительности уха к громкости
чистых тоиов.

Для снижения вредного влияния
шума на человека оценивают уровень и
состав излучаемого шума. Междуна-
родная организация по стандартизации
для оценки и нормирования шума
рекомендует использовать семейство
кривых (рис. 19), имеющих критерий
шумности 0—130, регламентирующих
уровни в девяти октавных полосах
частот 31,5—8000 Гц.

Помехи речевой связи, вызванные
шумом, определяют при помощи ин-
декса артикуляции (%), по которому
устанавливают и оценивают разбор-
чивость речи при шуме. Значения
уровня артикуляции, который подсчи-
тывают как сумму индексов артикуля-
ции в х/з-октавных полосах частот
200—6300 Гц, приведены в табл. 20.

В авиационной акустике применяют
метод оценки уровня помех речи (УПР),
заключающийся в подсчете средне-
арифметического уровня звукового
давления внутреннего шума, замерен-
ного в октавных полосах частот 500,
1000 и 2000 Гц [1].

Акустический комфорт системы че-
ловек — машина при субъективной
оценке состоит в том, что при эксплуа-
тации системы человек—машина опера-
тор испытывает минимальное раздраже-
ние и утомление. Количественная оцен-
ка акустического комфорта может быть
получена при регламентировании сле-
дующих параметров шума: уровня
звука [дБ (А)], имеющего хорошую
корреляцию с субъективной оценкой
шума и характеризующего общий уро-
вень для спектра внутреннего шума
на данном режиме эксплуатации;
уровня основной (первой) гармоники,
характеризующего низкочастотную
часть спектра частот внутреннего шума;
индекса артикуляции, позволяющего
численно охарактеризовать высоко-
частотную часть спектра; предельных
спектров шума. Эти параметры, фикси-
руемые на рабочем месте оператора при
различных условиях эксплуатации,
дают полную картину по акустическому
комфорту. На рис. 20 приведены кри-
терии акустического комфорта легко-
вых автомобилей различных классов
при плавном разгоне по дороге с глад-
ким покрытием.
20. Индексы артикуляции в */8-октавных полосах частот области разговора (%) нормальным голосом на рас тоянии 1 м

Уровень звуково- го дав- ления, ДБ	Частота, Гц															
	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1630	2000	2500 .	3150	4000	5000	6300
74					0,15	0,17	0,22									
73					0,30	0,35	0,43	0,24								
72				0,14	0,45	0,52	0,65	0,48								
71				0,28 .	0,60	0,17	0,87	0,72	0,28							
70			0,11	0,43	0,75	0,87	1,08	0,96	0,56							
69			0,22	0,57	0,90	1,05	1,30	1,20	0,85	0,38						
68		0,06	0,32	0,71	1,05	1,22	1,52	1,45	1,13	0,76						
67		0,13	0,43	0,85	1,20	1,40	1,74	1,69	1,41	1,15						
66		0,20	0,54	0,99	1,35	1,57	1,95	1,93	1,70	1,53	0.36					
65		0,27	0,65	1,14	1,50	1,75	2,17	2,17	1,98	1,92	0,73					
64		0,33	0,76	1,28	1,65	1,92	2,38	2,14	2,26	2,30	1,10	0,32				
63	0,03	0,40	0,86	1,42	1,80	2,10	2,60	2,65	2,54	2,68	1,46	0,63				
62	0,06	0,47	0,97	1,56	1,95	2,28	2,82	2,89	2,83	3,06	1,83	0,95	0,30			
61	0,10	0,53	1,08	1,70	2,10	2,45	3,04	3,13	3,11	3,45	2,20	1,27	0,60			
60	0,13	0,60	1,19	1,85	2,25	2,62	3,25	3,38	3,39	3,83	2,56	1,58	0,90			
59	, 0,1'7	0,67	1,30	1,99	2,40	2,80	3,47	3,62	3,68	4,22	2,93	1,90	1,20	0,26		
58	0,20	0,73	1,40	2,13	2,55	2,98	3,69	3,86	3,96	4,60	3,30	2,22	1,50	0,52		
57	0,23	0,80	1,51	2,27	2,70*	3*15	3,90	4,10	4,24	4,97	3,66	2,54	1,80	0,77		
56	0,27	0,87	1,62	2,41	2,85	3,32	4,12	4,34	4,52	5,36	4,02	2,85	2,10	1,03		
55	0,30	0,93	1,73	2,55	3,00	3,50	4,34	4,58	4,81	5,75	4,39	3,17	2,40	1,29	0,21	
54	0,33	1,00	1,84	2,70	3,15	3,67	4,56	4,82	5,09	6,13	4,76	3,48	2,70	1,55	0,42	
53	0,37	1,07	1,94	2,84	3,30	3,85	4,77	5,06	5,37	6,51	5,12	3,80	3,00	1,80	0,62	
52	0,40	1,13	2,05	2,98	3,45	4,02	4,99	5,30	5,66	6,90	5,48	4,12	3,30	2,06	0,83	

Средства испытаний при акустических воздействиях
Продолжение табл. 20

Уровень „звуков©- ' го дав- ления, ДБ	Частота, Гц															
	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1630	2000	2500	3150	4000	5000	6300
51	0,43	1,20	2,16	3,12	3,60	4,20	5,21	5,54	5,94	7,28	5,85	4,44	3,60	3,32	1,04	
50	0,47	1,27	2,27	3,26	3,75 ’	4,37	5,43	5,79	6,22	7,66	6,22	4,76	3,90	2,58	1,25	0,08
49	0,50	1,33	2,38	3,40	3,90	4,55	5,64	6,02	6,51	8,04	6,58	5,07	4,20	2,84	1,45	0,16
48	0,53	1,40	2,48	3,55	4,05	4,72	5,86	6,26	6,79	8,42	6,95	5,38	4,50	3,10	1,66	0,25
47	0,57	1,47	2,60	3,69	4,20	4,90	6,08	6,51	7,07	8,81	7,32	5,70	4,80	3,35	1,87	0,33
46	0,60	1,53	2,70	3,83	4,35	5,07	6,29	6,75	7,36	9,20	7,68	6,02	5,10	3,61	2,08	0,41
45	0,63	1,60	2,81	3,98	4,50	5,25	6,50	7,00	7,64	9,58'	8,05	6,34	5,40	3,87	2,28	0,50
44	0,67	1,67	2,92	4,12				7,25	7,92	9,96	8,41	6,66	5,70	4,13	2,50	0,58
43	0,70	1,73	3,02	4,25					8,21	10,34	8,78	6,97	6,00	4,38	2,70	0,66
42 „	0,73	1,80	3,14						8,50	10,72	9,15	7,29	6,30	4,64	2,91	0,75
41	0,77	1,87	3,25							11,10	9,51	7,61	6,60	4,90	3,12	0,83
40	0,80	1,93								11,50	9,88	7,92	6,90	5,16	3,33	0,91
39	0,83	2,00									10,23	8,24	7,20	5,42	3,53	0,99
38	0,87										10,60	8,56	7,50	5,67	3,74	1,08
37	0,90										11,0	8,87	7,80	5,93	3,95	1,16
36	0,93											9,20	8,10	' 6,20	4,16	1,24
. 35	0,97											9,50	8,40	6,45	4,37	1,33
34	1,00												8,70	6,71	4,57	1,41
33		ч											9,00	6,96	4,78	1,49
32														7,22	4,99	1,58
31														7,48	5,20	1,66
30														7,75	5,41	1,75
29															5,62	1,83
28															5,82	1,91
27															6,03	1,99
26															6,25	2,08
25																2,16
24																2,24
23																2,32
22																2,41
21															.. .	2,50

А^ «ХАЛ (200	6300)

412	СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ЧЕЛОВЕК — МАШИНА
50 100 200 500 1000 2000 4000 Г 50 100 200 500 1000 2000 Ж 0000/ 10	90	110	130 у

г)	8)	е)

Рис. 20. Критерии акустического комфорта легковых автомобилей (кружочки — авто-
мобили с двигателями объемом 850—1499 см3, крестики —* автомобили с двигателями
объемом 1500 см3):

а — уровни звука дБ (А) (/) и дБ (В) (2) в зависимости от частоты вращения двигателя
при движении на III передаче; б — уровни звука дБ (А) в зависимости от скорости
движении на IV передаче; в — уровни звукового давления главных гармоник в зави-
симости от частоты вращения двигателя при движении на III передаче: /, 2 — гармо-
ники соответственно второго и четвертого порядка; г — предельные ^/а-октавные спектры
внутреннего шума при движении на III передаче: штриховая — и = 3000 об/мин,
АЗ = 67 %; сплошная п — 4000 об/мин, АЗ = 57 %; штрихпунктирная п =
— 5000 об/мин, АЗ = 35 %; д — предельные 1/3-октавные спектры внутреннего шума
при движении на IV передаче, од = 120 км/ч; 1 — АЗ = 35 %, 2 — АЗ — 40 %; е —
минимальные индексы артикуляции в зависимости от частоты вращения двигателя на
III передаче (/) и скорости движения на IV передаче (2)

В зависимости от уровня внутрен-
него шума в легковых автомобилях
уровень акустического комфорта под-
разделяют на три класса: низкий,
средний и высокий («люкс»). Низкий
класс занимает зону, ограниченную
линиями регрессии с уровнями 70 и
75 дБ (А) при Уа = 60 км/ч и 80 и
85 дБ (А) при Уа = 120 км/ч (низкий
комфорт для спортивных и специаль-
ных автомобилей). Зоны комфорта
автомобилей среднего и высшего клас-
сов расположены соответственно на 5
и 10 дБ (А) ниже. Как видно, при
возрастании скорости вдвое уровень
звука увеличивается на 10 дБ (А),
причем для отдельных автомобилей
п редельное отклонение от линий регрес-
сии может достигать ±3 дБ (А), а от-
клонение меньшее, чем ±1 дБА,
Считается вполне приемлемым.

Важной эксплуатационной характе- *
ристикой автомобиля, получаемой при
помощи анализа внутреннего шума
в ^з-октавных полосах частот, явля-
ется индекс артикуляции (АЛ). Этот
параметр характеризует способность
вести разговор в движущемся автомо-
биле и степень маскировки слуха и
речи другими шумами. Чем лучше
разборчивость речи и ее восприятие
собеседником, тем выше АЛ, однако
с ростом скорости движения его абсо-
лютные значения снижаются.

При скорости движения автомобиля
120 км/ч индекс артикуляции АЛ
находится в следующих пределах:

Автомобили	А.), %

Специального назначения .	.	5—25

Среднего класса.............. 15—40

Высшего класса................30—55
Уровень второй (основной) гармо-
ники не должен превышать предельных
значений, ограниченных прямой ли-
нией, проходящей через точки с коор-
динатами (84 дБ, 67 Гц); (91 дБ,
200 Гц).

Методы акустических испытаний.
Измерения шума в системах человек—
машина проводят как в лабораториях,
так и в натурных условиях. В первом
случае реальные условия имитируют
в специальных акустических камерах.
При этом оценивают долю шума от
основных источников в образовании
звукового поля на рабочем месте чело-
века-оператора и проверяют конструк-
тивные мероприятия, направленные на
его снижение. При натурных измере-
ниях определяют параметры шума, их
соотношение с нормами, установлен-
ными различными документами, и
сравнивают результаты с качественно
апробированными в лабораторных ус-
ловиях результатами.

Воздушный, или структурный, шум
узлов и агрегатов «машины», записан-
ный на магнитную ленту, анализируют
в лабораторных условиях. Анализ
позволяет получить временные или
спектральные функции, т. е. просле-
дить зависимость интегральных уров-
ней шума от режима работы, или значе-
ния основных составляющих спектра
при мгновенной или достаточно дли-
тельной выборке сигнала из иссле-
дуемого процесса.

В отличие от результатов натурных
результаты лабораторных испытаний
позволяют более точно оценить вклад
отдельных источников в общий уровень
шума машины.

Для проведения акустических испы-
таний в лабораторных условиях строят
специальные заглушенные (безэховые)
камеры, в которых звук, излучаемый
машиной, практически полностью по-
глощается специальными материалами,
которыми облицованы стены. В безэхо-
вых камерах, как и в свободном поле,
уровень звукового давления обратно
пропорционален расстоянию от акусти-
ческого центра излучения до точки
измерения и снижается на 6 дБ при
удвоении расстояния от точечного
источника звука. Известны два типа
камер. В камерах первого типа машину
устанавливают на уровне жесткого

звукоотражающего пола и шум от
работы автомобиля излучается в полу-
сферу. В камерах второго типа машину
устанавливают на специальном сетча-
том или решетчатом полу примерно на
уровне середины высоты стен, а звуко-
поглощающие материалы располагают
не только на стенах и потолке, но и на
полу камеры, под исследуемой маши-
ной. При таком излучении звука по
сфере усложняется конструкция ка-
меры и несколько меняются условия
создания звукового поля около машины
по сравнению с условиями ее движения
по дороге, однако можно более точно
определить отдельные источники шума.
Геометрические размеры камеры выби-
рают, как правило, с учетом возмож-
ности проведения измерений в свобод-
ном звуковом поле в широком диапа-
зоне частот. Так, при габаритных
размерах 12X7,7X7,9 м точные изме-
рения правомочны начиная с 63 Гц.

Безэховая камера имеет самостоя-
тельный фундамент, полностью «раз-
вязанный» с фундаментом окружаю-
щего ее корпуса и, как правило, пред-
ставляет конструкцию «дом в доме».
Стены камеры также не должны сопри-
касаться со стенами окружающего
здания, поэтому между ними преду-
сматривают воздушный промежуток.
Только такими средствами можно
устранить передачу на фундамент и
стены камеры структурной вибрации от
окружающего ее здания. Для исключе-
ния влияния передачи вибрации по
грунту фундамент камеры размещают
на специальной песчаной «подушке»,
саму коробку камеры на фундамент
часто монтируют через пакеты мощных
цилиндрических пружин, что помогает
получить хорошую виброизоляцию на
особо низких частотах порядка единиц
герц, близких к частоте собственных
колебаний короба камеры на фунда-
менте. Двери и ворота в камеру необхо-
димо особо звукоизолировать по всему
периметру во избежание проникания
внутрь посторонних шумов. Этого до-
стигают, как правило, малыми зазо-
рами в проемах и специальными уплот-
няющими звукопоглощающими й зву-
коизолирующими конструкциями.
Двери и ворота могут представлять
собой часть стены, отъезжающей на
рельсах, или двух-трехслойную пере-
городку с большой массой, внутрен-
ними воздушными промежутками, при-
чем поворачивающуюся на петлях.
В камерах должны быть предусмотрены
внутреннее освещение, приточная и
вытяжная вентиляция, а иногда и
водоснабжение для охлаждения двига-
теля исследуемого автомобиля. Рядом
с безэховой камерой размещают пуль-
товую с необходимой для измерений
аппаратурой и пультом управления
установленными в ней стендами.

Для обеспечения плавного перехода
от малого акустического сопротивления
воздуха к большому акустическому
сопротивлению стен камеры приме-
няют, как указывалось выше, звуко-
поглощающую облицовку стен.

В некоторых случаях узлы и агре-
гаты машины (двигатели, редукторы и
т. п.) испытывают отдельно в специаль-
ных заглушенных помещениях.

Основная трудность при стендовых
испытаниях заключается в определе-
нии полезного сигнала и его фильтра-
ции от помех. Для этого предвари-
тельно определяют параметры шумо-
вого фона помещения и приводной уста-
новки (уровень и спектральный состав
шума) при различных частотах ее
вращения.

Методы измерения и контроля шума
машин. Методы измерения шума не-
подвижных машин регламентированы
ГОСТ 12.1.024—81. Подлежащие опре-
делениюшумовыехарактеристики вклю-
чают в себя октавные уровни звуковой
мощности Ьр* октавные уровни звуко-
вого давления Ь на опорном радиусе
1, 3 или 10 м; октавные уровни звуко-
вого давления на расстоянии 1 м от
наружного контура машины; уровни
звука Ьл на опорном радиусе 1, 3 м
или 10 м и на расстоянии 1 м от наруж-
ного контура машины; показатель
направленности.

Для определения шумовых характе-
ристик машин установлены четыре
метода.

I.	Метод свободного звукового поля
применяют в открытом пространстве,
заглушенных камерах или помещениях
с большим поглощением.

II.	Метод отраженного звукового
поля позволяет определять все шумо-
вые характеристики машин, кроме
показателя направленности. Приме-

няют его в гулких помещениях или
реверберационных камерах.

III.	Метод образцового источника
шума служит для определения шумо-
вых характеристик машин в обычных
помещениях, цехах, реверберационных
камерах.

IV.	Метод определения шумовых ха-
рактеристик на расстоянии 1 м от
наружного контура машины позволяет
определить все шумовые характери-
стики, кроме показателя направлен-
ности, для машин с максимальными
размерами больше 0,5 м, с погреш-
ностью большей, чем при I и II методах.

Результаты определения шумовых
характеристик мащин в зависимости от
выбранного метода, условий измере-
ний, класса точности приборов и сред-
ней квадратической погрешности изме-
рений делят на три класса (табл. 21):
1-й класс — точные, 2-й класс — при-
ближенные, 3-й класс — ориентиро-
вочные.

При измерениях по I методу, который
является предпочтительным, машину
устанавливают в середине жесткого
пола на фундаменте или поворотном
устройстве. При полусферическом из-
лучении выбирают 8 или 16 точек
измерений на полусфере (при измере-
нии по сфере число точек удваивают).

Октавный уровень звуковой мощ-
ности Ьр = Ьт+ 10 1§ 5/50, где Ьт —
средний октавный уровень звукового
давления на измерительной поверх-
ности в данной октаве, дБ; 5 — пло-
щадь измерительной поверхности, м2;

= 1 м2.

При измерении по полусферической
поверхности октавный уровень звуко-
вого давления на опорном радиусе
1 = Аш + 20 1й г8/Цх, где Ьт —
средний октавный (в данной октаве)
уровень звукового давления или сред-
ний уровень на измерительной поверх-
ности, дБ; Кх — опорный радиус, м;
г 5 — радиус измерительной поверх-
ности, м; при измерении по сферической
поверхности к вычисленному значению
надо прибавить 3 дБ. Вычисленный по
аналогичной формуле уровень звука
Ьл измеряют в дБ (А).

Уровень звука или октавный
уровень звукового давления Ьа на
расстоянии 1 м от наружного контура
21 Условия для выполнения измерений при заданном классе точности

Класс точности измере- ния шумовых характе-  ристик	Иссле-  , дуемый метод измере- ний	Класс точности измери- тельных приборов	Уровень максимально допустимого расхожде- ния двух результатов измерений	Уровень максималь- ной нерав- номерности свободного звукового поля	Средняя квадра- тическая погреш- ность, %	Уровень максималь« ной поправ- ки на уро- вень помех, ЦБ
			ДБ			
У	1  2  3	I. Н IV ♦  I, II, III  I, П, III  IV	1 ‘	±3  ±5  ±7	±1,5  ±2  ±3	±0,5  ±1  ±2	0
		1 или 2				2

* При /тах < 0,5 м.

Примечание. Уровень максимальной неравномерности отраженного звуко-
вого поля ±2 дБ.

машины вычисляют в виде Ьа = Ьт +
4-20	г51/г5о. Здесь —экви-

валентный радиус, м; г$ = [а (Ь +
+ с)/2 Р2, где а = 1±/2 + Ъ =
= /2/2 4~ с ~ 4 4" Здесь /1э /2»
/3 — габаритные размеры машины;

— расстояние от наружного контура
машины до измерительной поверхно-
сти. При измерениях в заглушенной
камере к значению Ьа надо прибавить
3 дБ. Показатель направленности при
полусферическом излучении ПН —
= —• Ьт 4- 3, где Ьт — средний
октавный уровень звукового давления,
дБ, или средний уровень звука, дБ (А)
на измерительной поверхности; Ь/ —
уровень звукового давления на измери-
тельной поверхности в заданном на-
правлении, в заданной точке, дБ.

Аппаратура для акустических изме-
рений. Для измерения уровня воздуш-
ного шума или суммарных уровней
звукового давления и уровней звука
в стандартизованных частотных поло-
сах служат шумомеры, в которых
собран весь измерительный тракт:
электроакустический преобразователь-
микрофон, усилитель, фильтры, инди-
катор и калибратор. В основе устрой-
ства шумомеров лежит имитация не-
скольких частотных кривых равной
громкости, характерных для малых,
средних- и высоких уровней звука.

Стандартизованные международной
электротехнической комиссией МЭК
частотные характеристики чувствитель-
ности шумомеров представляют пере-
вернутые и сглаженные кривые равной
громкости. Характеристика А, имею-
щая наибольший «завал» на низких
частотах, соответствует кривой чувст-
вительности уха при малых уровнях
громкости шума; кривая коррекции
В — при средних и кривая С, близкая
к линейной, — при высоких уровнях.
Четвертую характеристику — линей-
ную — применяют при работе прибора
в режиме измерителя звукового давле?
ния.

Последовательное измерение уров-
ней звука по характеристикам Л и С
(или В и С) по полученной разности
позволяет оценить роль низкочастот-
ных составляющих в спектре данного
шума. На рис. 21 приведены характе-
ристики (кривые коррекции) преци-
зионного шумомера. Из отечественного
производства следует выделить модели
ШМ-1, Ш-63, Ш-71, Ш-М из шуйомеров
зарубежного производства — преци-
зионные малогабаритные транзистор-
ные шумомеры фирмы Вгйе1 апд К]аег
(Дания) мод. 2203, 2205 и 2209 и
Р8Л-201 и Р8Л-202 фирмы КЕТ (ГДР).

На рис. 22 приведена структурная
схема тракта для записи и анализа
шума.	'	...

I
рис. 21. Кривые коррекции прецизион-
ного шумомера

При автоматизированной обработке
измеряемых сигналов (звукового дав-
ления) измерительная система должна
также объективно оценивать субъек-
тивно воспринимаемые физические ве-
личины, например подсчитывать гром-
кость шума в сонах (по Стевенсу) или
нойзах (по Крайтеру), давать инфор-
мацию о точной амплитуде и фазе про-
цессов, записывать всю информацию,
а также снижать время процесса
исследования акустической характе-
ристики путем быстрого преобразова-
ния аналоговой информации в цифро-
вую и использования преимуществ
современных универсальных ЭВМ.
Примером такой комплексной анало-
гово-цифровой вычислительной системы
является система, разработанная фир-
мой 1п1егке11ег [17, 19]. Система
может преобразовывать в цифровой код
и запоминать аналоговые сигналы, с 16
каналов. Эти сигналы, описывающие
условия работы исследуемого объекта,
предварительно одновременно обраба-
тывают, а данные используют для
последующей окончательной обра-
ботки. Аналоговые сигналы фильтруют
(фильтр до 800 Гц) перед их поступле-
нием на моделирующую систему и
цифровой преобразователь.

Общие требования к допустимым
уровням шума на рабочих местах опе-
ратора системы человек—машина. Оди-
наковая доза акустического воздей-
ствия по-разному может восприни-
маться различными людьми в зависи-

14 Зак. № 38

Рис. 22. Структурная схема тракта для
записи и анализа шума:

1 — микрофон; 2 — шумомер или изме-
рительный усилитель; 3 — октавный или
^з-октавный фильтр; 4 — магнитофон;

5 — анализатор-спектрометр; 6 — вычис-
лительное устройство или ЭВМ; 7 —
аналого-цифровое печатающее устрой-
ство; 8 — самописец

мости от их индивидуальных, особен-
ностей. Пределы допустимого шума
оценивают исходя из процентного числа
людей, получающих после воздействия
шума повреждения слуха более слабые,
чем выбранные. Ниже приведены дан-
ные, гарантирующие, что у 90 % людей
указанные дозы шума вызовут остаточ-
ное понижение слуха менее чем на
20 дБ после 50 лет работы. При сниже-
нии пределов на 5 дБ эта цифра увели-
чится до 93 %, а при снижении на
10 дБ — до 96 %. Понижение слуха
менее чем на 20 дБ не очень суще-
ственно, а на 10 дБ — практически
не ощутимо.

Предельно допустимые дозы воздей-
ствия зависят от его продолжитель-
ности:

Продолжительность Предельно допу-
воздействия стимые дозы, дБ (А)

8 ч .

4 ч .

2 ч .

1 ч .
0,5 ч
0,25 ч
7 мин
4 мин
2 мин
1 мин
30 с

90
93
96

99
102
105
108

11

1

11

120

Воздействие шума на человека зави-
сит не только от его интенсивности;
важную роль играет и продолжитель-
ность воздействия. Наиболее сложно
оценить воздействие шума на челове-
ческий организм тогда, когда интен-
Производственные предприятия										
Помещения 	конструктор -  скихбюро, расчетчиков, про- граммистов ЭВМ, лаборато- рий для теоретических ра- бот и обработки эксперимен- тальных данных, для приема больных в здравпункте	—	71	61	54	49	45	42	40	38	50
Помещения управления, ра- бочие комнаты  Кабины наблюдений и ди-' станционного управления:		79	70	68	58	55	52	50	49	60
без речевой связи по те- лефону  с речевой связью по те- лефону  Помещения и участки точ- ной сборки, машинописные бюро	—	94	87	82	78	75	73	71	70	80
	—-	83	74	68	63	60	57	55	54	65
	—	83	74	68	, 63	60	57	55	54.	65
Помещения	лабораторий  для проведения эксперимен- тальных работ, помещения для размещения агрегатов ЭВМ, являющихся источни- ками шума		94	87	82	78	75	73	71	70	80
Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производ- ственных помещениях и на территории предприятий		99	92	86	83	80	78	76 ,	74	85

Легковые и грузовые автомобили (внутренний шум)

Легковые автомобили и	102	96	90	83	77	70	62	57	51	80
транспортные средства на их шасси										
Грузовые автомобили, авто- мобили-тягачи и автопоезда, автобусы (кабина или рабо- чее место водителя)  Автобусы	(пассажирское  помещение):	108	99	92	86	83	80	78	76	74	85
городские и пригород- ные, общего назначения и местного сообщения	101	94	87	82	78	75	73	71	70	80
туристские и междуго- родные	102	91	82	77	73	70	68	66	64	75

Подвижный состав железнодорожного транспорта

Кабины машиниста теплово- зов, электровозов, дизель- поездов, автомотрис		95	87	82	78 । 75	73	71	69	80
Продолжение табл. 22

Уровни звукового давления, дБ, в октавных
полосах со средними геометрическими
частотами, Гц

Рабочие места

Помещения для персонала
вагонов поездов дальнего
следования, служебных от-
делений рефрижераторных
поездов, электропоездов, ва-
гонов электростанций

Межобластные вагоны и ва-
гоны-рестораны

Вагоны пригородных поез-
дов и электросекций, каби-
ны машинистов электросек-
ций

83

87

91

74

79

83

68

72

77

63

68

73

60

65

70

57	55

63	61

68	66

54	65

59	70

64	75

Морские, озерные и речные суда

Машинные отделения	судов I —' I	99 I	92 I	86 |	83 |	80 I	78 |	76 |	74 |	85

с постоянной вахтой | I I | I | I I I |

Тракторы, самоходные шасси, самоходные прицепные и навесные
сельскохозяйственные машины, строительно-дорожные, землеройно-транспортные?
мелиоративные и другие аналогичные виды машин

Места водителя и обслужи- 1 вающего персонала	|		1 " 1	92 1	.. 1	х 83 |	80 |	78 |	76 1	741	85
Пассажирские и транспортные самолеты (салон и кабина экипажа)						и вертолеты				
Самолеты дальномагистраль- ные (1 класс, салон)	103	91	83	77	73	70	68	66	64	75
Самолеты дальномагистраль- ные (туристский класс, са- лон); самолеты средне- и ближнемагистральные	и  сверхзвуковые (I класс, са- лон); самолеты всех линий (кабины экипажа)	107	95	88	82	78	75	73	71	69	80
Самолеты ближнё- и средне- магистральные и сверхзву- ковые (туристский и эконо- мический класс, салон); са- молеты дальномагистраль- ные (экономический класс, салон); самолеты местных воздушных линий (салон)	110	99	92	87	83	80	78	76	74	85
Вертолеты (салон, кабина экипажа)	113	103	96	91	88	85	83	81	79	90
сивность шума изменяется во времени,
особенно, если эти изменения слу-
чайны. При этом шум оценивают по
эквивалентному уровню шума 1ЭКв,
который является уровнем средней
акустической энергии (квадрат акусти-
ческого давления) и определяется урав-

нением 1эк„л = 10 1§	| ра а(>

о

где Ро = 2- Ю~5 Па — порог чувстви-
тельности слуха, Т — продолжитель-
ность наблюдения (например, длитель-
ность рабочей смены); Р — среднее
квадратическое значение отклонений
измеряемого (действующего) давления.

Кроме 1ЭквА применяют величины
Ь1о, Ь50, 1эо и 199, т. е. уровни
звука в дБ (А), которые были превы-
шены в течение времени, составляю-
щего 1, 10, 50, 90 или 99 % от длитель-
ности времени измерений.

При проведении любых испытаний,
в том числе и акустических, где
непосредственное участие принимает
испытуемый человек, необходимо
соблюдать все условия безопасности,
регламентируемые различными норма-
тивными документами.

В СССР основным документом, уста-
навливающим допустимые уровни шума
на рабочих местах, а также общие
требования к шумовым характеристи-
кам машин, механизмов средств транс-
порта и другого оборудования явля-
ются ГОСТ 12.1.003—76, ГОСТ
20296—81, ГОСТ 19358—74, ГОСТ
20445—75, ГОСТ 16529—70.

Постоянный шум на рабочих местах
характеризуется уровнями (дБ) звуко-
вых давлений в октавных полосах со
средними геометрическими частотами
63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000,
8000 Гц, определяемыми по формуле

Ь = 201§ ——, где р— среднее квад-
Ро

ратическое значение звукового давле-
ния, Па; р0 == 2-10“§ — пороговая ве-
личина среднего квадратического зву-
кового давления, Па.

При нормировании шумовых харак-
теристик допускается расширение
частотного диапазона.

Для ориентировочной оценки допу-
скается за характеристику постоянного

шума на рабочей Месте принимать
уровень звука в дБ (А), по формуле

Р а

ЬА = 20	, где рА — среднее

Ро

квадратическое значение звукового
давления (Па) с учетом коррекции «А»
шумомера.

Допустимые уровни звукового дав-
ления в октавных полосах частот,
уровни звука и эквивалентные уровни
звука в дБ (А) на рабочих местах
следует принимать: для широкополос-
ного шума — по табл. 22; для тональ-
ного и импульсного шума, измеренного
шумомером на характеристике «мед-
ленно», — на 5 дБ меньше значений,
указанных в табл. 22; для шума, созда-
ваемого в помещениях установками
кондиционирования воздуха, вентиля-,
ции и воздушного отопления, — на
5 дБ меньше значений, указанных
в табл. 22.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Авиационная акустика/Под ред.

А. Г. Мунина и В. И. Квитка. М.: Ма-
шиностроение, 1973. 448 с.

2.	Автоматическое управление вибра-
ционными испытаниями/А. Г. Гетманов,
П. И. Дехтцренко, Б. Ю. Мандровский-
Соколов и др. М.: Энергия, 1978. 112 с.

3.	Андреева-Галинина Е. Ц. Вибрация
и ее значение в гигиене труда. Л.: Медгиз,
1956. 190 с.

4.	Белова В. К., Бондарева Л. А., Бе-
ляев Л. Б. Основные данные авиационных
и космических пилотажных стендов и тре-
нажеров. М.: ЦАГИ, ОНТИ, 1971. с. 144 —
166.

5.	Блинова Л. П., Колесников А. Е.,
Лангане Л. Б. Акустические измерения.
М.: Издательство стандартов, 1971.
271 с.

6.	Боднер В. А. Авиационные тренажеры.
М.'. Машиностроение, 1978. 121 с.

7» Гайцгори М. М., Малиновский Ю. Й.
Статистические свойства и математиче-
ская модель микропрофиля пути в усло-
виях бездорожья. — В кн.: Исследование
строительных и дорожных машин с при-
менением вычислительной техники М.:
ВНИИстройдормаш, 1968. 275 с.

8.	Диагностическая и терапевтическая
техника/Под ред. В. С. Маята. М.: Меди-
цина, 1969. 520 с.

9.	Закиров Р. А., Алимов И. Д. Авиа-
ционные тренажеры для обучения лет-
ного и технического состава. Итоги науки
и техники. ВИНИТИ АН СССР. Серия
«Воздушный транспорт», 1976, т. 5,
с. 147 — 202.

10.	Карпова Н. И. Вибрация и нервная
система. Л.: Медицина, 1976, 167 с.
11.	Колебания ,артомоб^ля/Певзнер Я. М.,
Гридйебв Г. Г. ,\ Конев А. Д. и др. М.,
Машиностроение, 1979, 208 а

12	Приборы и системы для измерения
вибрации, удара и шума/Под ред.

В. В. Клюева. Справочник. В 2-х кн. М.:
Машиностроение, Кн. 2. 1978. 439 с.

13.	Ротенберг Р. В. Подвеска автомобиля.
М.: Машиностроение, 1972. с. 85—89.

14.	Рябчинский А. И., Сидоров Ю. С.
Безопасность конструкции автомоби-
ля. — В кн.: Автомобилестроение, № 2.
М.: НИИНавтопром, 1971. с. 17 — 22.

15.	Харкевич А. А. Спектры и анализ.
М.: ГИТТЛ, 1962. 236 с.

16.	Цимберов П. И. Оценка плавности
хода автомобиля с учетом влияния коле-
баний на человека методом электронно-
натурного моделирования. — Автомо-
бильная промышленность, № 4, 1968.

17.	Ас1уап|аге8 апб д!забуап1а§е5 о! апа-
1о$ие апб д!&На1 теазигешеп! ап б апд1у-
518 теНюбз 1п саг асоизНс з1и<Не$ (Ьазеб
оп ехрепепсе а! 1п1егке11ег). — Ргосее-
сНп&з оГ НткеПег сопГегепсе 4-1Ь, 2иг1сЬ,
1975, раН I, р. 3/10—3/31.

18.	СагткЬае! Л. В., О1егке Н. Е, В1о-

бупапнс аррИсаНопз ге^агсПп^ 1зо1аНоп
о! Ьитапз (гот зЬоск апб уПэгаНоп. —
1п Ьоок: 1зо1аНоп о( тесЬатса! у!ЬгаНоп.
1трас1 апб по!зе И. У., А5МЕ, 1973,
р. 246—270.

19.	НитЪеИп К., Ы^епуап К. Н., ОН*
кез Р. ТЬе бе1егпнпаНоп оГ боггппап! з!е-
па1 Напзпиззюп ра!Ьз т аи!отоЫ1е асо->
изНсз из1П§ д!§На1 з!§па1 апа1у51з. — Рго-
сеесНп&з о! ЦткеПег соп!егепсе 5-1Ь, 2и*
НсЬ, 1977, раг1 I, р. Е5/1-Е5/35.

20.	КезЬау М, 5. МесЬатса! апа!о§ие
о! Ьитап Ьоду. — Лоигпа! о! 1пз1. Еп^гз.
(1псПа) МесЬ. Еп§. Э1у., 1967, у. 47,
Ы 7, р. 265—278.

21.	Ы^еп уап К. Н. Ап аПетр! а! сот-
ргеЬепз1уе ргезеп!аНоп о! аи!отоЫ1е асо-
изНс яиезНопз. — Ргосеесйп^з о! 11п1-
кеИег еоп1егепсе 5-1И, 2ипсЬ, 1977, раг1 I,
р. Е1/1-Е1/47.

22.	ЗеИег! Г. Озкаг Ьитапиз. ~ РаЬг-
гепе Кагозз, 1970, В. 23, И 5.

23.	$Йке1еа№ег Ь. Р., НаП 6. О., Каб-
ке А. О. 81ибу о! уесЫс!е уПэгаНоп зре*
с1га аз ге1а1еб (о зеаНп# дупапмсз. -» 5АЕ
ргерг!п1, 1972, Ы 720001, р. 1 — 34.
Глава Ю

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ
ИЗДЕЛИЙ НА ПРОЧНОСТЬ
И НАДЕЖНОСТЬ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ

Требования к разработке и изготов-
лению. Требования, предъявляемые
к центрифугам, отражены на рис. 1.

Точность поддержания ускорения
существенно влияет на выбор конструк-
ции и определяет точность изготовле-
ния отдельных узлов центрифуги. Точ-
ность поддержания ускорения зависит
от ряда факторов и прежде всего от
системы привода: привод может быть
с переменной угловой скоростью и
постоянной погрешностью поддержа-
ния ускорения или с переменной по-
грешностью, уменьшающейся при
уменьшении угловой скорости.

Необходимо учесть, что на точность
поддержания ускорения влияет также
изменение напряжения и частоты сети.

В технических требованиях должен
указываться допуск на угловую ско-
рость.

Для центрифуг, предназначенных
для проведения испытаний изделий,
необходимо установить: границы диапа-
зона изменения температуры окружаю-
щей среды; допуск на отклонение стола
от горизонтальной плоскости; для более
точного воспроизведения реальных
условий эксплуатации — границы ско-
рости нарастания ускорения; диапазон
изменения ускорения по площади изде-
лия; параметры вибрации, возникаю-
щей в системе привода центрифуги;
диапазон изменения длины плеча при
изменении скорости центрифуги.

В технических требованиях к уста-
новкам для проведения испытаний на
воздействие линейных (центробежных)
нагрузок должны быть приведены све-
дения по калибровке установки и тари-
ровочные кривые в зависимости от
частоты вращения центрифуги.

Платформы центрифуги могут быть
с фиксированным и с изменяющимся
радиусом крепления изделий.

Столы центрифуг должны иметь
сменные резьбовые отверстия, обеспе-
чивать универсальность и легкость
крепления приспособлений на них;

должны быть достаточно прбчны и обте-
каемы (для уменьшения аэродинами-
ческого сопротивления), плоскость
стола должна быть строго горизон-
тальна.

Приспособления для крепления изде-
лий должны быть такими, чтобы сум-
марный вес приспособлений и изделия
не превышал грузоподъемности центри-
фуги. Они должны обладать достаточ-
ной жесткостью для обеспечения пра-
вильности передачи ускорения на изде-
лие, конструкцию их выполняют такой,
чтобы не было паразитных колебаний,
вызванных набегающим воздушным
потоком и собственной частотой колеба-
ний платформы, должны обеспечивать
перемещение изделий по трем осям.
Центр тяжести приспособления и за-
крепленных изделий должен совпадать
с центром тяжести стола. В месте
центра тяжести приспособления долж-
на быть маркировка — отверстие
диаметром 5 мм и буквы ц. т. Центр
тяжести приспособления определяется
расчетным путем либо испытанием.

Центрифуга должна иметь приспо-
собление для статической и динами-
ческой балансировки. В паспорте уста-
новки должна быть указана допустимая
неуравновешенность в горизонтальной
и вертикальной плоскостях относи-
тельно центра вращения центри-
фуги.

Коммутирующие устройства и уст-
ройства, передающие питание на изде-
лие, должны обеспечивать испытания
аппаратуры в рабочем состоянии.

В методике проведения испытаний
должны быть приведены сведения по
испытуемому изделию и воздействую-
щему на него заданному закону изме-
нения перегрузки.

Типы кривых перегрузок должны
быть оговорены с указанием фронта
нарастания и спада перегрузки, дли-
тельности действия, а также предель-
ных отклонений перегрузок. Число
циклов и время испытания должны быть
Рис, 1( Схема проведения испытаний на воздействие линейных (центробежных) нагрузок

ю
м
Рис. 2. Форма импульсов,,
воспроизводимых на цен-
трифугах:

а — I группа; / — восхо-
дящий участок; II — уча-
сток постоянной перегруз-
ки; III — нисходящий
участок; б — П группа

достаточными для измерения и конт-
роля параметров изделия.

Особый интерес для разработчиков
блоков и узлов аппаратуры представ-
ляют перегрузки, вызванные динами-
ческими факторами.

Для различных изделий форма кри-
вой временного значения изменения
перегрузок различна. Законы перегру-
зок различаются по амплитуде, вре-
мени нарастания и другим характе-
ристикам.

Отличительной особенностью пере-
грузок является сравнительно большая
длительность действия^ измеряемая
обычно от 1 с до нескольких десятков
секунд. Однако формы импульсов раз-
нообразны, что имеет существенное
значение при выборе метода их имита-
ции. Наиболее распространенные
формы импульсов, которые воспроизво-
дятся на центрифугах, приведены на
рис. 2.

Особенность перегрузок группы I
быстрый фронт нарастания и спада
перегрузки. Поэтому имитация законов
изменения перегрузок этой группы на
центрифугах представляет ряд слож-
ностей.

В процессе разгона центрифуги по-
мимо центробежных сил, имитирующих
силы инерции от линейных ускорений,
возникают силы инерции от касатель-
ных ускорений, отсутствующие в реаль-
ных условиях эксплуатации. Силы
инерции от касательных ускорений
могут существенно исказить картину
испытаний, оказывая влияние на функ-
ционирование аппаратуры.

Необходимо иметь такую конструк-
цию центрифуги, которая обеспечи-

вала бы необходимый фронт нараста-
ния перегрузки и сводила к минимуму
вредное влияние сил инерции ст каса-
тельного ускорения.

Создана ударная установка, обеспе-
чивающая формированный разгон
центрифуги.

Преимущества этого метода: полное
воспроизведение временного закона пе-
регрузок на одной центрифуге, что
позволяет лучше оценивать функ-
циональную способность испытываемых
изделий; упрощение самих испытаний
по сравнению с испытаниями на различ-
ных испытательных стендах; достиже-
ние экономии за счет снижения суммар-
ных затрат труда на испытания; умень-
шение количества применяемой изме-
рительной и регистрирующей аппа-
ратуры.

Недостатки этого метода: трудность
создания ударной центрифуги для
испытаний изделий больших масс и
габаритных размеров, что практически
исключает возможность проведения
испытаний этих изделий на центри-
фугах.

В настоящее время изделия, которые
подвергаются воздействию перегрузок
группы I, независимо от их массы и
габаритных размеров, разработчики
вынуждены испытывать на различных
испытательных стендах. В этом случае
для имитации восходящего и нисходя-
щего участков кривых, имеющих корот-
кий фронт нарастания и спада пере-
грузки, применяют ударные стенды.
Участок постоянной перегрузки во-
спроизводят на центрифугах. Участок
выхода на режим и участок торможе-
ния при испытаниях на центрифугах
не оговариваются, а методика таких
испытаний предусматривается различ-
ными документами.

При испытаниях на ударных стендах
можно рекомендовать следующие ими-
тации законов перегрузки К (рис. 3):

1)	если сумма времени нарастания
перегрузки и времени спада пере-
грузки /3 меньше 100 мс, то на ударном
стенде воспроизводят одновременно
восходящий и нисходящий участки
(рис. 3, а);

2)	если сумма и /3 равна 100 мс
(рис. 3, б), т. е. ее трудно воспроизво-
дить на ударном стенде, то реально
необходимо воспроизводить на ударном
стенде раздельно восходящий и нисхо-
дящий участки (рис. 3, в, г).

Участок /2 в обоих случаях воспро-
изводят на центрифуге.

Преимущество этого метода: возмож-
ность производить испытания изделий
любых массы и габаритных размеров.

Недостатки этого метода: невозмож-
ность полного воспроизведения кривой
перегрузки на одной установке, что
значительно «перегружает» изделие и
искажает реальную картину эксплуата-
ции; увеличение стоимости испытаний
изделий небольшой массы вследствие
увеличения затрат труда на установку
изделия, монтаж и демонтаж измери-
тельной и регистрирующей аппара-
туры; увеличение числа установок
измерительной и регистрирующей
аппаратуры по сравнению с испыта-
ниями на ударной центрифуге.

Перегрузки группы II имеют вид
«колоколобразного» импульса, время
нарастания перегрузки и длительность
всего процесса измеряются обычно
десятками секунд. Максимальные зна-
чения перегрузки достигают несколь-
ких сотен секунд. На рис. 2, б показана
типичная кривая перегрузки этой
группы.

Воспроизводить реальные кривые
перегрузок группы II на обычных
Центрифугах невозможно, так как су-
ществующие установки предназначены
для испытания изделий при постоянной
угловой скорости центрифуги.

Специфические особенности кривых
перегрузок (большое время их нараста-
ния и незначительная максимальная
амплитуда) позволяют рекомендовать
Для их воспроизведения центрифугу

Рис* 3. Формы импульсов перегрузки

с регулируемой по определенному за-
кону угловой скоростью, т. е. про-
граммную центрифугу.

Основным элементом такой центри-
фуги является следящий привод, пре-
образующий входной сигнал, изме-
няющейся по заданному закону/в угло-
вую скорость вала. Привод должен
обладать достаточными точностью и
быстродействием. Кроме того, он дол-
жен позволять регулировать угловую
скорость центрифуги в широких пре-
делах, так как в процессе работы она
должна непрерывно изменяться.

Этими свойствами обладают двига-
тели постоянного тока, имеющие широ-
кий диапазон регулирования угловой
скорости и высокий КПД.

Система автоматического регулиро-
вания таких центрифуг может состоять
из программирующего устройства, про-
межуточных усилителей, конечных уси-
лителей — ЭМУ или управляемых уси-
лителей и генераторов, элементов об-
ратных связей, приводного (исполни-
тельного) двигателя.

Классификация. В основу класси-
фикации центрифуг положены следую-
щие эксплуатационные параметры: ка-
тегория, конструкция, тип привода,
нагрузка на плечо, назначение (рис. 4).

В зависимости от создаваемых уско-
рений центрифуги можно разделить на
следующие категории: «А» — до
4

*

Классификация центрифуг

уииомэл Х1януани1г иияюуайсоя иаи уинуняиэи уяллЯэяэ Ш
250 м/с2, «Б» — до 500 м/с2; «В» —
до 1000 м/с2; «Г» — 2000 м/с2; «Д» —
свыше 2000 м/с2.

По конструкции различают центри-
фуги с поворотными столами; с непово-
ротными столами; с ударными платфор-
мами.

Центрифуги с поворотными столами
применяют в основном для имитации
восходящего линейного участка и сину-
соидального всплеска кривых пере-
грузок группы I.

У центрифуг с поворотными и непо-
воротными столами может быть изме-
няющийся радиус вращения изделия.

По типу привода различают центри-
фуги с электрическим приводом; с гид-
равлическим приводом; с комбиниро-
ванным приводом.

В зависимости от грузоподъемности
центрифуги классифицируют следую-
щим образом: малые — до 10 кг;
средние — до 50 кг; тяжелые — до
100 кг; сверхтяжелые — свыше 100 кг.

По назначению центрифуги можно
разделить на две группы типа: для
испытания на линейные перегрузки и
для испытания при комплексном воз-
действии факторов окружающей среды.

Различают центрифуги для испыта-
ния на линейные перегрузки: с фронтом
нарастания перегрузки 0,001—0,1 с;
с фронтом нарастания перегрузки свы-
ше 0,1 с.

ЦЕНТРИФУГИ

С ПОВОРОТНЫМИ СТОЛАМИ

Центрифуги с поворотными столами
применяют в основном для имитации
восходящего линейного участка и сину-
соидального всплеска кривых пере-
грузок группы I. Эти установки могут
быть использованы и для полного
воспроизведения перегрузок без учета
действия сил инерции от касательного
ускорения, которые достигают весьма
больших значений при быстром (0,01—
0,1 с) развороте платформы с испытуе-
мым изделием.

Рассмотрим имитацию импульсных
перегрузок до 250 м/с2 с временем
нарастания их от сотых до десятых
долей секунды.

Обычно подобные перегрузки, если
не принимать во внимание времени их

Рис. 5. Центрифуга на двух инерцион-
ных телах:

1 — маховик; 2 •— траверсы; 3 — пово-
ротная платформа; 4 — испытуемое из-
делие; 5 — выдвижные упоры; 6 — пло-
ские пружины

нарастания, создаются на центрифуге
при ее равномерном вращении. В этом
случае на изделие действует пере-
грузка только вследствии центростре-
мительного ускорения:

(!)
, ё ё	'

где со — угловая скорость; (оц — цент-
ростремительное ускорение; § — уско-
рение свободного падения; К — рас-
стояние от центра тяжести испытуемого
узла изделия до оси вращения центри-
фуги.

Центрифуга разгоняется медленно,
поэтому касательным ускорением пре-
небрегают.

Законы перегрузок /С = / (/) можно
имитировать на специальной центри-
фуге, состоящей из двух инерционных
тел: маховика 1 и траверсы 2 (рис. 5).
У маховика и траверсы общая верти-
кальная ось вращения. Маховик снаб-
жен выдвижными упорами 5, на тра-
версе укреплены плоские пружины 6.
Испытуемое изделие 4 устанавливается
на траверсе 2. Маховик разгоняется до
определенной скорости (о0, после чего
из него поднимаются упоры. Последние
соприкасаются с плоскими пружинами
и толчком приводят траверсу во враще-
ние. Как только угловая скорость тра-
версы превысит угловую скорость махо-
вика, маховик с ней расцепляется.

Поворот платформы 3 связан с раз-
гоном траверсы так, что ось изделия
следит за равнодействующей двух уско-
рений: касательного <ок и центростре-
Рис. 6. График перегрузки {штриховые
линии) и угла поворота платформы
(сплошная линия)

мительного соц. При этом перегрузка

К = -^-И<йк + <°ц-	(2)

Все параметры центрифуги рассчи-
тывают так, чтобы обеспечить заданный
закон перегрузки.

Движение системы маховик—тра-
верса определяется двумя уравне-
ниями:

У1Ф1 + Мо (ф! — ф2 + Фе) = О, (3)

12Ф2 + Щ (фа — Ф2 + фо) = О, (4)
где — момент инерции маховика;
^2 — приведенный момент инерции тра-
версы и платформы; Мо — упругий
момент пружины; фг — угол поворота
маховика; ф2 — угол поворота тра-
версы; фо — угловое смещение махо-
вика и траверсы при ненапряженных
пружина?;	— угловое ускорение ма-

ховика; ф2 — угловое ускорение тра-
версы.

Решив уравнения (3) и (4) при на-
чальных условиях I = 0, фг = О, Ф1 =
= ©О, ф2 = Фо', Ф2 *= 0, получим

ф2 = Й — -А- 8Ш + ф0, (5)

ф2 = Й (1 — СОЗ и/),	(6)

ф2 = Йп 51П пл	(7)

где

Соответственно касательное я центро-
стремительное ускорения:

(0к -=- #ф2 = #ЙП 81П /,	(10)

Юц = /?ф| = #Й2 (1 — соз п/)2. (11)

Так как перегрузка создается геоме-
трической суммой касательного и цент-
ростремительного ускорений, то зави-
симость перегрузки от времени имеет
вид

У8Ш2п/ +

 + (1 - СОЗ«/)«.	(12)

Форма графика К = НО зависит от

П2	А

отношения и может быть трех
й2

видов (рис; 6).

Для конструирования поворотной
платформы необходимо знать зависи-
мость угла поворота равнодействую-
щего ускорения от некоторой независи-
мой переменной. В качестве такой пе-
ременной выбираем угол поворота
траверсы ф2. Обозначим угол между
перпендикуляром к оси траверсы и
направлением равнодействующей а,
тогда

ад-созпф 3

Ь (Он	П 81П п1	' '

Вычислив по формулам (13) и (5)
зависимости а и ф2 от времени, уста-
навливаем зависимость а от ф2, на
основании которой рассчитывается по-
воротное устройство платформы.

В разработанной методике расчета
центрифуги исходными данными явля-
ются максимальная перегрузка Кт
и 7 — время нарастания перегрузки
до Кт* В качестве примера вычислены
параметры центрифуги для Кт = 10,
т = 0,05 с, = 0,1, Л = 250 Н-м-с2
и К = 40 см (табл. 1).

Испытание изделий при воздействии
перегрузок с заданным временем их
нарастания. Центрифуга имеет план-
шайбу, вращающуюся в горизонталь-
ной плоскости (рис. 7). Испытуемое
изделие 2 устанавливают на определен-
ном расстоянии от оси вращения
планшайбы 1. При установке изделие
ориентируют так, чтобы его ось чувст-
К Параметры центрифуги

/, с	К	Фг	а	с	X	' Фя	а
		Р	ад			Р	ад
0	0	0	0	0,06	10,08	0,2256	0,4101
0,01	3,01	0,0011	0,0020	0,07	9,85	0,3357	0,6448
0,02	5,72	0,0097	0,0150	0,08	9,58	0,4650	0,9306
0,03	. 7,88	0,0322	0,0508	0,09	9,43	0,6082	1,2450
0,04	9,31	0,0738	0,1208	0,10	9,40	0,7589	1,5700
0.05	10,00	0,1379	0,2370				

вительности (стрела направления по-
лета) была параллельна продольной
оси планшайбы ОГО% и направлена на
ось вращения Ор

Осевая перегрузка изделия возни-
кает вследствие его центростремитель-
ного ускорения при равномерном вра-
щении планшайбы и равна
я=«т=_Ч_	(И)

где сот — центростремительное уско-
рение точки 02 изделия; § — ускорение
свободного падения; / — расстояние
от оси вращения планшайбы О! до
точки О2 изделия; — угловая ско-
рость планшайбы.

• Если предусмотрена проверка изде-
лия на воздействие осевых перегрузок
с заданным временем их нарастания, то
испытания проводят на центрифугах
с поворотными платформами.

Поворотную платформу устанавли-
вают на планшайбе центрифуги. Испы-
туемое изделие крепят на платформе
так, чтобы его ось чувствительности
была перпендикулярна продольной оси
планшайбы. Планшайбу разгоняют до
заданной угловой скорости ©х. В этом
положении перегрузка действует нор-
мально к оси чувствительности изделия.

После разгона планшайбы платформа
поворачивается вокруг оси О2 на 90°
относительно планшайбы так, чтобы ось
чувствительности изделия была на-
правлена на ось вращения планшайбы.
В “Этом положении на изделие будет
действовать заданная перегрузка.

Время поворота платформы с изде-
лием должно отвечать заданному вре-
мени нарастания перегрузки в направ-
лении оси чувствительности изделия.

Платформа разворачивается либо
неуравновешенным грузом, либо спе-
циальным пневмоцилиндром.

Кинематически схема рассматривае-
мой центрифуги может быть представ-
лена в виде стержня 1 (рис. 8) и пово-
ротной платформы 2, с которой жестко
скреплен неуравновешенный груз 3.

Рис. 7. Схема испытания на центрифуге
с поворотной платформой:
а — начальное положение поворотной
платформы с изделием; 1 — планшайба;

2 — поворотная платформа; 3 — неурав-
новешенный груз; 4 — изделие: б — про-
межуточное положение в момент пово-
рота; в — конечное положение платфор*
мы по завершению разворота на 90°
Рис. 8. Кинематическая схема центри-
фуги с поворотной платформой:

1 — стержень; 2 — поворотная платфор-
ма; 3 — неуравновешенный груз

Стержень 1 вращается с постоянной
угловой скоростью вокруг оси Ох,
а платформа 2 поворачивается относи-
тельно оси О2. Этот поворот осуществля-
ется благодаря силам инерции, дей-
ствующим на неуравновешенный груз
3.

Принятые обозначения: <рь —
соответственно угол поворота и угловая
скорость стержня /; ф2,	— соответ-

ственно угол поворота и угловая ско-
рость платформы 2 относительно
стержня /; I == ОХО2 — длина стержня
/; г = ЛО2—расстояние от центра
тяжести А неуравновешенного груза 3
до оси О2 поворота платформы 2\ т2,
3% — соответственно масса платформы 2
с изделием 4, уравновешенная относи-
тельно оси О2 и момент их инерции
относительно оси О2; тз — масса не-
уравновешенного груза 3\ Уо* — ско-
рость точки О2 стержня /.

Уравнение движения поворотной
платформы

Ф2 —. Й25Шф2 = 0,	(15)

где

О2 = ~Т т^Г 2	= С0П51-	06)

У2 + т3г2

В результате решения этого уравне-
ния время разворота платформы с изде-
лием на произвольный угол при извест-

ных параметрах центрифуги определя-
ется выражением

I =	1	2 ( аг =

/20	.1 /а2_г2/б2_|_г2

о

т/т ।

<17>

где а2 = 1 + соз Фо; Ь2 = 1 — соз Фо;
с = V а2 + Ь2 ; к ® а/с; —г2 =
= соз ф2 — соз Фо, Р (к, ф) — функ-
ция, определяемая по таблице эллипти-
ческих интегралов.

ГТ	/Тч	хГЧ	Л

При Ф — Фо “ ~2~ вычисляется
время разворота платформы с изделием
на 90°, т. е. время нарастания перегру-
зок. Для заданного времени разворота
платформы расстояние г1>2, на котором
устанавливается неуравновешенный
груз 3, определяется из выражения

±	— 4т]4г),	(18)

где т] = ^-Р (к, Ф); г2 =
с	т3

В качестве примера рассмотрим цен-
трифугу со следующими параметрами;
о»! = 10 1/с; I = 400 мм; /2 =
= 1000 Г‘мм*с2; т3= 65-10 3 г-с2/мм;
г = 20 мм.

Находим время разворота платформы
с изделием на угол 90°. Принимаем
начальное положение поворотной

платформы ф2 = Фо = В конце

разворота ф2 = Ф = л.

Получаем: а — 1, 6=1, с = 1^2 >

По таблицам эллиптических интегра-
лов находим Р (к, ф) = РI —$—,
-2-) =1,8541.

По формуле (16) подсчитываем Й =
= 12,1 1/с, а по формуле (17) рпреде-
ляем время разворота платформы / =
= 0,15 с.
Применительно к этой же центрифуге
можно решить, на каком расстоянии г
нужно установить груз, чтобы при
угловой скорости вращения центрифуги
= 30 1/с обеспечить разворот плат-
формы за время I— 0,050 с.

По формуле (18) вычисляем значения
Г1 =87 мм и г2 = 177 мм. Выбираем
меньшее значение г = /\ = 87 мм.

Угол ф2, угловую скорость ф2 и
угловое ускорение ф2 поворота плат-
формы в функции времени /для различ-
ных начальных положений платформы
Фо определяют из выражений

<₽);

(р2 = й К2 (СО8 Фо — €05 ф2);	(19)

где

ф2 = И2 81п ф2.	(20)

Исследование режимов движения по-
воротной платформы центрифуги. Пе-
регрузка изделия создается при враще-
нии планшайбы центрифуги вследствие
силы инерции от центростремительного
ускорения, действующего по оси чув-
ствительности изделия.

При имитации скачкообразного на-,
растания перегрузки изделие испыты-
вают на центрифуге с поворотной
платформой или с поворотным приспо-
соблением, которое устанавливают на
планшайбе центрифуги (риск 9).

Рассмотрим семь вариантов началь-
ных положений неуравновешенного
груза. Определим эти варианты началь-
ными углами ф2 = Фо (см. рис. 9) и
для каждого варианта подсчитаем
время, угловую скорость и угловое
ускорение в конце поворота платформы

Рис. 9. Центрифуга с поворотной плат-
формой и неуравновешенным грузом:

/ — планшайба; 2 — поворотная плат-
форма; 3 — неуравновешенный груз; 4 —
изделие

при ф2 — ф = фо + — (табл. 2).

При Начальном угле Фо = 0, момент,
вращающий платформу, будет равен

нулю, вследствие чего платформа не
начнет движения. Из этих соображе-
ний в 1-м варианте принят угол Фо =

При любом варианте начального
положения неуравновешенного груза
изделие устанавливается на платформе
так, чтобы ось чувствительности до

начала поворота располагалась нор-
мально к направлению центростреми-
тельного ускорения Шц.

Для 6-го и 7-го вариантов начальных
положений при ф2 > 180° проведены
дополнительные вычисления по фор-
мулам (19) и (20) (табл. 3).

В этих двух вариантах начальных
положений полное время разворота
платформы на угол 90 , а также угло-
вая скорость и угловое ускорение
в конце разворота будут равны сумме
значений, полученных в табл. 2 и 4.

2. Значения времени, угловой скорости, углового ускорения
и углов поворота груза

№ варианта	Фо	Ф	/у	Фг У	Фа  У2
1	1	90	5,4349	1,400	1,0010
2	22,5	112,5	2,4168	1,611	0,9239
3	45	135	2,0400	1,682	0,7071
4	67,5	157,5	1,8113	1,616	0,3821
5	90	180	1,8541	1,414	0,0000
6	112,5	202,5	2,0820	1,040	— 0,3827
7	135	225	3,2690	0,000	— 0,7071
Я. Параметры центрифуги при ф2 > 180е

№ варианта  1		Ф	Ф = = Ф — л	с	$1п ф	Ф	&  II а	Фа □	Фа
6	202,5°	22° 30'	0,1915	0.3520	20° 36'	0,3619	1,040	— 0,3827
7	225°	45°	0,3827	1,0000	90°	1,6345	0,000	— 0,7071

4. Параметры центрифуги для различных положений неуравновешенного груза

№ варианта	Фо	Ф	СО5 Фо — СОЗ Ф		«	л =, °ф 803 + IУ1.	,	VСОЗ Фо — соз Ф  з1п ф  	    _	——  к V 1 — СО8 Ф	Ф	(<Ь^)	= у;	Фг □	Фа ~ог
	О								
1  2 3  4  5 6  7	1  22,5  45  67,5  90  112,5  135	90 112 135 157 180 180 180	0,9998 1,3066 1,4142 1,3066 1,0000 0,6173  0,2929	0,9998  0,9008  0,9238  0,8314  0,7071  0,5556  0,3827	0,9999 0,9915 0,9900 0,9900 1,0000  1,0000 1,0000	90°  82° 32'  81° 54'  81° 54'  90°  90°  90°	5,4349  2,4168  2,0400  1,8113 1,8541 1,7201 1,6345	1,400 1,611  1,682 1,616  1,414 1,111 0,766	1,0000  0,9239  0,7071  0,3827  0,0000 0,0000  0,0000

Время, угловая скорость и угловое

Рис. 10. Графики безразмерной величи-
ны времени угловой скорости и

ускорение поворота платформы даны
в таблицах в безразмерной форме /О,

Фг Фа
О’ *

На рис. 10 показана

$2
углового ускорения поворота плат-

формы в функции угла начального положе-
ния платформы Фо

зависимость этих величин от началь-
ного угла Фо.

На оси абсцисс кроме углов Фо
указаны соответствующие им углы
конца поворота платформы Ф.

В результате исследования режимов
движения поворотной платформы
с неуравновешенным грузом можно
сделать следующие выводы.

1.	Время разворота платформы на
угол 90° (время нарастания перегру-
зок) зависит от начального положения
неуравновешенного груза, определяе-
мого углом Фо. С изменением угла от
ф0 == Г до Фо = 67,5° время поворота
уменьшается; в интервале 67,5° <
< Фо< 90° время поворота мини-
мальное и практически постоянное;
при Ф > 90° время полного разворота
платформы вновь возрастает.

2.	Угловая скорость в конце пово-
рота платформы наибольшая при Фо =
= 45° и равна нулю при Фо = 135°.
Следовательно, рассматривать началь-
ные углы Фо > 135° не имеет смысла,
так как платформа при этом условии
не сможет развернуться на 906.

Ускорение платформы в конце пово-
рота максимально при Фо = Г и
равно нулю при Фо = 90°.

3.	С конструкторской точки зрения
оптимальные значения начальных
углов неуравновешенного груза нахо-
дятся в интервале 90° Фо 112,5°.
При этих углах можно сократить
время разворота платформы и снизить
динамические воздействия платформы
на стопорящие устройства, которые
фиксируют платформу на планшайбе.

Безразмерные значения времени,
угловой скорости и углового ускорения
поворота платформы, . приведенные
в табл. 4 и на рис. 10, удобны при
конструкторских расчетах и при созда-
нии различных режимов испытаний
изделий на поворотных платформах
с неуравновешенным грузом.

Методика расчета программной цен-
трифуги. Основным элементом центри-
фуги является автоматизированный
(следящий) привод, воспроизводящий
входное воздействие, которое изменя-
ется по заданному закону, в форме
механического перемещения выходного
вала. Следящий привод должен- быть
достаточно стабильным и обладать
необходимыми точностью и быстродей-
ствием. Кроме того, он должен позво-
лять производить плавную регули-
ровку угловой скорости в довольно
широких пределах, так как в процессе
работы проектируемой установки угло-
вая скорость центрифуги будет непре-
рывно меняться,.

Этим требованиям отвечают следя-
щие приводы с двигателями постоян-
ного тока, имеющие широкий диапазон
регулирования угловой скорости и
высокий КПД.

Применительно к таким приводам
система автоматического управления
центрифугой может быть скомплекто-

вана из следующих основных элемен-
тов: программирующего устройства;
промежуточных усилителей; оконеч-
ных усилителей — ЭМУ или управляе-
мых выпрямителей и генераторов; эле-
ментов обратных связей; приводного
(исполнительного) двигателя.

Назначение такой системы управле-
ния центрифуги — изменять частоту
вращения исполнительного двигателя
в соответствии с заданным законом
вращения траверсы центрифуги.

Частота вращения двигателя

(*а-гд)

Се®

где У — напряжение в цепи якоря;
3 — ток в цепи якоря; /?а, гд — соот-
ветственно активное и добавочное со-
противление в цепи якоря; Ф — ма-
гнитный поток; Се — коэффициент
пропорциональности, зависящий от
конструкции двигателя.

Уравнение позволяет определить ча-
стоту вращения двигателя в установив-
шемся режиме, но не учитывает ЭДС
самоиндукции, возникающей в пере-
ходном процессе.

Однако при воспроизведении пере-
грузок требуемое время разгона цен-
трифуги исчисляется Десятками секунд,
в то время как электромеханическая
постоянная двигателя обычно не пре-
вышает десятых долей секунды, т. е.
на несколько порядков меньше, что
дает возможность пренебречь влиянием
потерь в переходном процессе на
окончательный характер изменения
питающего двигатель напряжения.

Один из вопросов, с которым прихо-
дится прежде всего сталкиваться при
проектировании центрифуг, заключа-
ется в выборе мощности двигателя.
Двигатель с большим запасом мощ-
ности выбирать нецелесообразно, ибо
это ведет к удорожанию центрифуги.
При выборе двигателя должны при-
ниматься во внимание такие факторы,
как вид источника питания, полезная
мощность, диапазон возможных угло-
вых скоростей, вращающий момент,
инерция и плавность регулирования
угловой скорости.
Вращающий момент

Мв =

Л4ст.т

+ (^ + 4)тг'' <22>

где Л4СТ, т — статический момент тра-
версы; т) — КПД передачи; / — пере-
даточное отношение редуктора; 7дв,
— момент инерции соответственно
двигателя и траверсы; а)т — угловая
скорость траверсы.

Данное уравнение может быть поло-
жено в основу выбора мощности двига-
теля. Номинальная мощность двига-
теля

— Мв. тах^н»

(23)

^дв*2 + *

где сон — номинальная угловая ско-
рость, двигателя.

Номинальную угловую скорость
двигателя постоянного тока определяют
исходя из заданной максимальной
угловой скорости траверсы:

ю«=тттйг- <24>

Если в уравнении (22) пренебречь
статическим моментом, то угловое уско-
_____ ________ МВ1
«^тттжл -гмпплпп,, о	_

т
откуда

^дв ==	•	(25)

Это равенство показывает, что для
получения максимального углового
ускорения, необходимого для быстрой
реакции системы, нужно, чтобы момент
траверсы, приведенный к валу двига-
теля, равнялся моменту инерции дви-
гателя.

Таким образом, ориентировочно мощ-
ность двигателя, необходимую для
воспроизведения заданного закона из-
менения перегрузок, можно определять
в приведенной ниже последователь-
ности.

Из конструктивных соображений
определяют момент инерции траверсы.

Угловую скорость траверсы ют =
= / (/) определяют, исходя из имею-
щегося закона К (/), а именно: сот =

По формуле (23), задаваясь переда-
точным числом, определяют номиналь-
ную угловую скорость двигателя сон.

В результате графического диффе-
ренцирования кривой о)т = I (/) на-
ходят угловое ускорение траверсы
ет — / (0- Ошибка при таком способе
определения ет будет тем меньше, чем
меньше будет взят шаг дифференциро-
вания. Погрешность этого метода при
тщательном его выполнении не превы-
шает 3 %, что вполне допустимо.

Задаются моментом инерции двига-
теля, пользуясь соотношением (25).

Определяют статический момент
сопротивления траверсы.

Определяют ориентировочную мощ-
ность двигателя на основе уравнений
(22) и (23).

Определив мощность двигателя и
выбрав его тип, можно в соответствую-
щих каталогах подобрать двигатель.

Выбрав конкретный двигатель, опре-
деляют закон изменения напряжения
в цепи якоря /7 (/), обеспечивающий
требуемый характер изменения его
скорости вращения:

(7 (/) = пСЕФ + ^а (0

Зная закон К ~ / (?) и п (/), из
301/
выражения п — —	легко

построить график 4/ (/) для любого
внешнего воздействия в виде К = / (/).

ТАХОМЕТРЫ

Для измерения частоты вращения
наибольшее распространение получили
электрические тахометры следующих
типов: с генератором постоянного тока;
с генератором переменного тока; им-
пульсные и стробоскопические.

Тахометры с генератором постоянного
тока представляют собой электриче-
ские машины небольших габаритных
размеров с постоянными магнитами,
получающие вращение от вала, частоту
вращения которого необходимо из-
мерить.

Среднее значение ЭДС генератора
Е = #Фл, где к — коэффициент, опре-
деляемый конструкцией машины; Ф —
магнитный поток; п — частота вра-
щения.
Рис. 11. Функциональная схема устройства для измерения частоты вращения центри-
фуги с тахометром и генератором постоянного тока

При постоянном магнитном потоке
среднее значение напряжения строго
пропорционально частоте вращения.
Напряжение измеряется вольтметром
или для большей точности автомати-
ческим потенциометром.

Устройства для измерения частоты
вращения на центрифугах с использо-
ванием тахометра с генератором по-
стоянного тока желательно применять
для измерения частоты вращения с точ-
ностью 1—5 % от установленной.

Функциональная схема такого уст-
ройства приведена на рис. 11.

Тахометры с генератором перемен-
ного тока представляют собой син-
хронные машины небольших габарит-
ных размеров с неподвижным якорем
и вращающимся индуктором, выпол-
ненным из магнитно-твердого мате-
риала.

При измерении ’ частоты вращения
по величине напряжения тахометра
с генератором переменного тока точ-
ность измерения определяется точ-
ностью используемого прибора и
обычно не превышает 1 %.

Чаще тахометры с генератором пере-
менного тока используют так, чтобы
частота вращения контролируемого
объекта задавалась частотой генери-
руемого переменного тока. В этом
случае точность может быть повышена.

Тахометры с импульсным генерато-
ром получили широкое распростране-
ние в технике для контроля частоты

вращения в быстроходных конструк-
циях.

В тахометрах с импульсным генера-
тором датчиками являются контактные
устройства — механические, индуктив-
ные или фотоэлектрические, которые за
каждый оборот или каждую долю
оборота контролируемого объекта гене-
рируют кратковременный электриче-
ский импульс. Чаще всего применяют
фотоэлектрические датчики, у которых
вал совершенно не нагружается
(рис. 12).

В качестве источников света приме-
няют обычно лампы накаливания с фо-
кусирующей оптикой /. На контроли-
руемом объекте закрепляется одно
или несколько зеркал 2, которые
в определенных положениях объекта
направляют свет на фотоэлемент 3.

Рис. 12. Устройство для измерения ча-
стоты вращения центрифуги с импульс-
ным генератором и фотоэлементом
Ток с фотоэлемента усиливается и
поступает на частотомер или счетчик
имнульсов 4, с помощью которого и
определяется частота вращения.

ТОКОСЪЕМНИКИ

Токосъемники предназначены для
передачи' электрического тока, напря-
жения или электрического сигнала от
подвижного элемента к неподвижному.

Последнее время широкое распро-
странение получили ртутные токосъем-
ники, обеспечивающие высокую точ-
ность и надежность работы при самых
разнообразных измерениях. Для пере-
дачи электрических сигналов с мини-
мальными искажениями токосъемники
должны удовлетворять приведенным
ниже основным требованиям.

1.	Передаваемый сигнал — напря-
жение постоянного тока, а также
инфразвуковой и звуковой . частоты
практически синусоидальной формы.

2.	Цепь передачи сигнала с выхода
поверяемого прибора ко входу измери-
тельного устройства должна быть вы-
полнена без паек для уменьшения кон-
тактной термо-ЭДС. Зажимы на под-
вижном и неподвижном элементах
токосъемника для подсоединения к по-
веряемому прибору и к измерительному
устройству, а также соединительные
провода должны быть из электротехни-
ческой меди. Необходимо обеспечить
надежный контакт на зажимах, кото-
рые должны быть самоконтрящимися.

3.	Суммарная термо-ЭДС контактов
в цепи передачи сигнала не должна
превышать 2—3 мкВ в нормальных
условиях и должна быть не более
1—2 мкВ на 1 °С при отклонении от
нормальной температуры.

Рис. 13. Токосъемник прецизионной цен-
трифуги:

1,2 — кольца соответственно внутреннее
и наружное; 3 — ртуть

4.	Суммарное сопротивление кон-
тактов в цепи передачи сигнала не
должно превышать 1 Ом.

5.	Сопротивление изоляции между
зажимами, между зажимами и корпу-
сом, ртутными контактами и корпусом,
соединительными проводами тгисорпу-
сом должно быть не менее 5* 109 Ом.

6.	Вся цепь передачи сигнала с вы-
хода поверяемого прибора ко входу
измерительного устройства должна
быть выполнена экранированным мед-
ным проводом. Экран должен быть
связан с корпусом установки.

7.	Емкость между ртутными кон-
тактами, а также между зажимами и
между соединительными проводами
должна быть не более 30 пФ.

При проведении ряда измерений
существенное значение имеет стабиль-
ность сопротивления в цепи передачи
сигнала от поверяемого прибора к изме-
рительному устройству.

Обязательным условием использова-
ния рассматриваемого токосъемника
являются его надежность, долговеч-
ность, удобство в эксплуатации и безо-
пасность обслуживания.

Зазор между кольцами — одна из
основных характеристик жидкостного
токосъемника. Надежность, работо-
способность и электрические параметры
рассматриваемых токосъемников в зна-
чительной степени определяются тол-
щиной жидкого электропроводного
слоя между подвижным и неподвиж-
ным кольцами. Зазор между кольцами
выбирают таким, чтобы ртуть удержи-
валась силами поверхностного сцепле-
ния. Зазор 6 определяют для''статиче-
ского (при со = 0) и динамического
режимов. Ось вращения ртутного токо-
съемника может быть расположена
вертикально и горизонтально.

Ртуть в малом зазоре 6 между ци-
линдрами (кольцами) (рис. 13) будет
удерживаться силами поверхностного
натяжения. Для усиления этих сил
поверхность меди (наружного и внут-
реннего колец) .амальгамирована, чем
достигается полное' смачивание меди
ртутью. Внешние части колец покрыты;
никелем, в результате чего края колец
полностью не смачиваются ртутью.
В такой конструкции возникает допол-
нительное давление, препятствующее
вытеканию ртути. Давление, выталкй-
вающее ртуть из зазора, определяется
массой ртути и центробежными силами
инерции, возникающими при враще-
нии. Давление, возникающее от дей-
ствия центробежных сил, не зависит от
расположения оси вращения. Гидро-
статическое давление также действует
в любом случае, но величина его будет
зависить от 2г0 или И.

В. статическом режиме при горизон-
тальном расположении оси вращения
(2г0> Н) гидростатическое давление
уравновешивается дополнительным
давлением, вызванным искривлением
поверхности ртути (рис. 14). Дополни-
а 2о
тельное давление Др « где ° —
коэффициент поверхностного натяже-
ния ртути.

Зазор между кольцами определяется
из условия

6<бПред--^->

где 6пред — предельный зазор; 2) —
плотность ртути.

При динамическом режиме в допол-
нение к гидростатическому давлению
при вращении возникает давление,
обусловленное центробежными силами
инерции. Центробежные силы возни-
кают вследствие того, что слои ртути
из-за внутреннего трения начинают
вращаться и давят друг на друга.
Распределение угловых скоростей
слоев ртути можно считать происходя-
щим по линейному закону (так как
О « Г0).

Закон изменения скорости (рис. 15)
X

имеет вид V* = у0 — ,

Распределение давления (рис. 16)
/ б3
определяется как рц = (у ~
-4

Давление на.свободную поверхность
ртути в каждой ее точке вдоль коорди-
наты х зазора должно уравновеши-
ваться давлением ее искривленной
поверхности в данной точке. Поэтому
ДР = Рп + Р2-

Примерная форма поверхности ртути
в зазоре для верхней части кольца, где
гидростатическое давление равно нулю,
показано на рис. 17.

Рис. 14. Ртутный смазочный слой

Рис. 16. Распределение давления ртути
в зазоре токосъемника

Рис. 17. Форма поверхности ртути в за-
зоре для верхней части кольца
5. Технические данные центрифуг отечественного производства

Тип	Диапа- зон уско- рения, м/с2	Габаритные размеры испытуемого изделия, мм *	Г рузоподъемность испытуемого изде- лия, кг	Радиус вращения, мм	Частота	враще-  ния, об/мин
Ц-5/300	3000	—	5	—	—
Ц-50/150	1500	—	/ 50	—	—
Ц-1/150	1500	—	1	—	—
Ц-5/500	5000	250X 250	5	—	—
Ц-100/200	2000	750X750X750	100	—	—
АМ-032	800	—	15	—	300
Габаритные раз- меры центрифуги, мм * *	Число токоподво- дов	Потребляемая мощность, кВт	Масса цен рифу- ги, кг	Примечание
1624Х 1584Х 1650	20	3,0	600	Автоматическое изме- нение направления действия в трех вза- имно	перпендику-  лярных направле- ниях
3595Х 1315Х 1500	31	28,0	1250	Одновременно испы- тываются два изде- лия по 50 кг. Имеет поворотные столы
780Х730Х 1100	20	1,6	210	Имеет блок питания изделий в процессе испытаний
2285X2090X 1500	—	—	3120	Точность отработки ускорения 10 %
4530X4062X2750	—	25^	3600	Точность отработки ускорения 20 %
2200Х 1600X2850	40	5,3	100	—

438 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ


Тип	Диапа- зон уско- рений, м/с2	Габаритные размеры Испытуемого изделия, мм *	Г рузоподъемн ость испытуемого изде- лия, кг	Радиус вращения, мм	Частота	враще-  ния, об/мин
УБ-215	5000	*—	10	—	2000
ГГ-18	300	—	30	—	161
СЦП-1	250		2	—	—
СЦП-100/100	1000	500X500X750	100	—	—
СЦП-2	250	—	10	—	334
СШР-150	1500	300X300	25	—	409
СЦП 500-2	20—5000	—	2	—	1500
В0530А	1500	—	35	—	3000
Ц.-1	1000	—	75	1040	300
Продолжение табл. 5

Габаритные раз- меры центрифуги, мм * ♦	Число токоподво- дов	Потребляемая мощность, кВт	Масса центрифу- ги, кг	Примечание
1225X675X 1130	—	2,8	300	Одновременно испы- тываются 20 изделий
4800Х 1200	36	7	1524	Одновременно испы- тываются два изделия
1600X 1300	20	1,7	350	—
3300Х 1180Х изо	34	26	1420	л-
2300Х 1250Х 1115	14	9	625	
2300Х 1250Х 1115	14-	9	625	—
850Х 1430	26	5	500	—
1000X 1315	34	1,5	874	—
2000X350X 1200	32	22	900	—

Токосъемники
Тип	Диапа- зон уско- рений, м/с2	Габаритные размеры испытуемого изделия, мм *	Грузоподъемность испытуемого изде-  лия. кг	Радиус вращения, мм ’	Частота	враще-~  ния, об/мин	Габаритные раз- меры центрифуги, мм * *	Число токоподво- дов	Потребляемая И мощность, кВт	Масса центрифу- ги, кг	Примечание
15/100	150	680X560	100	1925	105	4500Х 2000	—	16,5	1000 ч	—
ОМ-33	1200	800X750	300	2400	336	6600Х 1800	57	23	4550	—
Н-105	1000	600X600	100	—	250	670X3260	—	30	2500	* “
СЦП-ЮО-ЗМ	50—1000 •	—	30	—	286	3050X 2890	58	53	2300	
СЦП-500-25	50 — 5000	370X370X370	25	1850	492	5450Х 1700X3700	58	—	8000	Испытываются изде- лия в условиях по- ниженного давления
РЦ-4	4000	1	50	2000	430	5000X 680X 2000	36	9	950	—
Р-416	2000	—	1000	3250	90	4350Х 1800X2250	48	15	4500	—
СМ-123	1000	—	100	1800	180	4760Х 1470X2090	22	27	3250	—
* Там, ** Там,	где два размера, приведена площадь испытуемого изделия.  где два размера, приведена площадь, занимаемая центрифугой.									

Примечание. Привод' электрический.

440 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ
6. Технические данные центрифуг зарубежного производства

Тип, фирма (страна)	Диапазон уско- рений, м/с2	Габаритные размеры испытуемого изделия, мм	Грузоподъем- ность, кг	Радиус враще- ния, мм	Частота враще- ния, об/мин	Привод	Габаритные размеры, мм ♦* **	Число токопод- водов	Потребляемая мощность, кВт.	Масса центри- фуги, кг	Точность под- держания уско- рения, %
А-903 * А-944 *  С-903 * С-460 * 905-1 * 1066-1 * 1220 * 1230 *	1 000  15 000  •1 000  250  4 000  2 500  2 500  2 000	152Х 152Х 152 152X 152X 152 292X292X292 392X392X392  98X98X98  292 X 292 X 292 457X457X457 609X609X609	10  4  20  20  4  40  80  80	250 450  600  2400  245  600  600 1029	1650 1600  400  104  1200 1600  600 400	Гидравлический	725X 1000X900 1200X 1200 1500X900  1240Х772Х 1200 1600Х 1200 1600Х 1200 3048Х 1200	11111111	11111111	11111111	11111111
						Электрический Г идравлический Электрический					
						Г идравлический					
255 боегх *	2 500	915X915X915	100	1140	—	Электрическая	‘ _	48	—	—	0,001
6-123, Вгазе1у 1п- 81гитеп(8 Ыс1 (Ан- глия)	1 600	—	5,5	—	—	—	—	—	—	—	0,25
Центрифуга преци- зионная	ВгШзЬ  А1гсгаП согрогаНоп (Англия)	600	—	5	—	—	—	1700X 1900X 1120	—	—	—	0,05
606-750, 5е1к1 (Япония)	1 — 10	—	2	—	—		==	—	—	—	0,001

* Фирма 6еп15со Тес11по1ояу (США).

** Там, где два размера, приведена площадь, занимаемая центрифугой.
Если полное давление в верхней /
части колец станет равным давлению
насыщенных паров ртути или меньшим
его, возможен отрыв (разрыв) слоев
ртути.

Предельное значение угловой ско-
рости о определяется из уравнения

<26>

При расчетах зазоров в качестве
исходного следует принимать 6, а из
уравнения (26) нужно определять кри-

тическую скорость, при которой давле-
ние в зазоре будет равно давлению
насыщенных паров ртути.

В табл. 5 и 6 приведены сведения по
центрифугам отечественного и' зару-
бежного производства.

* СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Самсонов Л. М., Шевченко А. П. Мето-
дика расчета параметров центрифуги
с поворотной платформой при испытании
приборных устройств. — В кн.: Молодые
ученые и исследователи — производству.
Владимир: Владимирский политехниче-
ский институт, 1969. 131 с.
Глава

Основными источниками акустиче-
ского шума являются выхлопная струя
газотурбинного двигателя, пульсации
давления в турбулентном пограничном
слое, срыв потока и др. В отличие от
других видов внешних воздействий
(нагрузок), действующих на изделие,
у акустических нагрузок есть особен-
ности: широкий спектр частот, изме-
няющихся от единиц герц до несколь-
ких килогерц, случайный характер
изменения во времени и в пространстве
и др<

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
АППАРАТУРЫ

Воздействие акустического шума на
аппаратуру приводит к механическому
возбуждению деталей и узлов кон-
струкций аппаратуры и изделий. Отли-
чие этих возбуждений от возбуждений,
вызванных вибрацией, состоит в рас-
пределенном воздействии нагрузок,
зависящих не только от уровня звуко-
вого давления, но и от площади изде-
лия, в то время как при вибрации
воздействие на изделие передается
главным образом через точки крепле-
ния.

Различные конструктивные эле-
менты по-разному реагируют на акусти-
ческий шум. Под действием акустиче-
ского шума, например, в электронных
лампах возникает микрофонный эффект,
начинают вибрировать контакты реле
и малогабаритные элементы аппара-
туры, а также микросхемы и полупро-
водниковые элементы. Некоторые
электровакуумные приборы имеют
наибольшие выходные значения напря-
жения микрофонного эффекта при воз-
действии звукового давления с уровнем
140—150 дБ. Звуковое давление воз-
буждает колебания в корпусах радио-
элементов благодаря распределенному
усилию, величина которого зависит от
площади каждой детали и уровня дав-

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ИСПЫТАНИЙ	ИЗД ЕЛ И Й

НА ПРОЧНОСТЬ

И НАДЕЖНОСТЬ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
АКУСТИЧЕСКОГО ШУМА

ления. Это приводит к тому, что сред-
ства защиты от действия вибраций
в данном случае оказываются неэффек-
тивными. При одновременном воздей-
ствии вибрации и звукового давления
(акустического шума) могут возникать
резонансные явления. Для уменьшения
влияния акустического шума на эле-
менты аппаратуры ее помещают в ко-
жух из материала с высоким коэффи-
циентом затухания, а также устанав-
ливают звукопоглощатели и отража-
тели звука.

Резонансные явленйя элементов
аппаратуры, возникающие в резуль-
тате воздействия акустического шума,
чаще всего проявляются на частотах
1500—2000 Гц. Шум от мощных реак-
тивных и ракетных двигателей вызы-
вает усталостные повреждения эле-
ментов тонкостенных конструкций ле-
тательных аппаратов.

Практика показывает, что для прове-
дения испытаний на воздействие аку-
стического шума необходимо создание
звуковых давлений, доходящих до
175 дБ в широком диапазоне частот.

Цели акустических испытаний опре-
деляются конкретными задачами, кото-
рые необходимо решать в связи с обес-
печением прочности и надежности изде-
лий. В общем случае производят испы-
тания изделий на выносливость и на
вибрационную устойчивость при воз-
действии акустического шума. Первые
проводят для проверки и отработки
усталостной прочности и долговеч-
ности элементов изделий при много-
кратном повторении акустических
нагрузок, вторые — для проверки
функционирования изделий и их си-
стем в условиях возмущения колеба-
ний акустическим полем.

Виды испытаний. Для испытаний
изделий на воздействие акустического
поля проводят следующие испытания:
наземные натурные непосредственно на
объекте; на открытом стенде с работаю-
щим двигателем; в закрытых боксах
с натурным источником шума; в аку-
стических камерах.

С точки зрения наибольшего прибли-
жения к эксплуатационным условиям
нагружения наземные натурные испы-
тания являются наилучшим способом
проверки акустической прочности кон-
струкции и функционирования борто-
вого оборудования. Такие испытания
обычно являются заключительным
этапом в общей программе отработки
прочности Изделий. Существенный не-
достаток их — чрезвычайно высокая
стоимость, так как в течение всех
испытаний двигатели, генерирующие
акустическое поле, должны работать
на максимальной мощности. Полетные
условия акустического нагружения
в наземных условиях практически не
воспроизводятся.

Испытания на открытом стенде с ра-
ботающим двигателем, хотя и дают
некоторые отступления от натурных
условий нагружения, но более эконо-
мичны. При этом способе можно испы-
тывать крупногабаритные изделия.
Ускорение испытаний и соблюдение
требуемых уровней нагрузки в данном
случае достигаются выбором положе-
ния испытуемых объектов относительно
источника шума.

Режим испытаний устанавливают на
основе натурных измерений звуковых
нагрузок и деформаций в контрольных
точках поверхности изделия.

Испытания в закрытых боксах позво-
ляют получить более высокие уровни
акустической нагрузки, чем на откры-
том стенде, в результате чего сокраща-
ется продолжительность испытаний.
Недостаток этих испытаний — некото-
рые искажения звукового поля по
сравнению с натурными условиями.

В последнее время широкое распро-
странение получили испытания изделий
в специально разработанных акусти-
ческих камерах, где создаются усло-
вия, близкие к испытаниям в натурных
условиях. Однако ограниченный объем
этих камер не позволяет проводить
испытания крупногабаритных объек-
тов.

Методы проведения испытаний. Пос-
ле внешнего осмотра изделий и измере-
ний параметров, предусмотренных тех-
ническими условиями, изделие крепят
на специальном столе или опорных

кронштейнах с учетом допускаемых
эксплуатационных положений. Нагру-
жаемые изделия нужно испытывать
с реальными механическими нагруз-
ками или их эквивалентами. В зависи-
мости от требований изделия испыты-
вает под электрической нагрузкой или
без нее.

Испытания проводят с одновремен-
ным воздействием на изделие заданного
равномерного звукового давления и
определенного спектра частот. Важное
значение имеет состав акустического
спектра мощности источника звукового
давления. Продолжительность испыта-
ний определяется требованием про-
граммы испытаний и техническими
условиями на изделие. При испытаниях
необходимо обнаруживать у изделий
резонансные частоты, на которых
амплитуда колебаний точек крепления
максимальна.

По окончании испытаний производят
внешний осмотр и измеряют пара-
метры, указанные в программе испыта-
ний и технических условиях.

ОБОРУДОВАНИЕ

Испытания в боксе. Конструкция
бокса и оборудование для проведения
таких испытаний показаны на рис. 1.

Испытуемые изделия, например па-
нели обшивки самолета, располагают
вокруг струи на монтажной раме,
находящейся на расстоянии трех-четы-
рех диаметров входного сечения от его
среза вниз по потоку. Параметры зву-
кового поля и реакции панелей об-
шивки контролируют при помощи
микрофонов и тензорезисторных дат-
чиков.

Лабораторные акустические установ-
ки. Общие требования к лабораторным
акустическим установкам, предназна-
ченным для испытаний на прочность и
надежность изделий, сформулированы
в . соответствующих рекомендациях
международной электротехнической
комиссии (МЭК), отечественных госу-
дарственных стандартах и отраслевых
нормативных руководствах. Они сво-
дятся к следующему:

необходимо создавать на установке
условия акустического нагружения
изделий, близкие к эксплуатационным;
Рис. 1. Бо’кс!

; — выхлопное сопло газо-
турбинного двигателя; 2 —
диффузор; 3 — реактивная
струя газа; 4 — короб
с испытуемой панелью;

5 — монтажная рама

задача испытаний — получить до-
стоверные данные для последующей
оценки прочности, долговечности, жи-
вучести и надежности изделий;

параметрический ряд установок
должен обеспечивать проведение стан-
дартных прочностных испытаний, кон-
трольных испытаний и сертификацион-
ных испытаний элементов, фрагментов
конструкций, а также натурных сек-
ций и отдельных агрегатов изделий;

установки должны позволять воспро-
изводить случайные широкополосные и
узкополосные процессы нагружения
с заданной формой спектра в полосе
частот 20—2000 Гц, а также создавать
заданное распределение уровней звука
на облучаемой поверхности;

установки должны быть снабжены
системами и устройствами для про-
граммного нагружения объекта испы-
таний в режиме ручного и автомати-
ческого управления, а также сред-
ствами для измерения, регистрации,
анализа й визуального контроля пара-
метров нагружения (звукового давле-
ния, вибраций, напряжения).

Реверберационные камеры — это по-
мещения, в которых вследствие резо-
нансного усиления колебаний среды
-(воздушной или газовой), возбуждае-
мой источником, и отражения звуковых
волн от ограждающих поверхностей
создается акустическое поле высокой
интенсивности.

Геометрические параметры и экс-
плуатационные характеристики ревер-
берационных камер выбирают в соот-
ветствии с размерами испытуемых изде-
лий, интенсивностью акустического на-
гружения, диапазоном рабочих частот
звуковых давлений.

Для получения удовлетворительной
равномерности акустического поля

в камере в рабочем диапазоне частот
объектов испытаний объем камеры
должен быть, достаточно большим.
Например, чтобы .получить нижнюю
границу рабочей частоты в 50 Гц,
требуется камера объемом 2000 м3.
Объем реверберационной камеры дол-
жен превышать объем испытуемого
образца не менее чем в 8 раз. Однако
это требование не всегда удается
выполнить, так как увеличение объема
камеры связано с возрастанием потреб-
ной акустической мощности источни-
ков шума.

Известные ' реверберационные ка-
меры, построенные в СССР и за рубе-
жом, имеют объем 50—5000 м3.
Наблюдается тенденция к еще боль-
шему увеличению объема камер.

В состав реверберационных камер
входят испытательный бокс (камера);
препараторская; система генераторов
звука (сирен); согласующие устройства
(рупоры); система питания сирен сжа-
тым воздухом; система формирования и
управления спектрами акустической
нагрузки; информационно-измеритель-
ная система, вспомогательные службы;
шумоглушитель для эвакуации рабо-
чего тела сирен (сжатого воздуха).

Схема такой установки приведена
на рис. 2. По конструкции испытатель-
ный бокс камеры обычно представляет
собой железобетонную коробку, распо-
ложенную внутри здания на отдельном
фундаменте. Толщина стен камеры
в зависимости от уровня звука 40—
50 см. Для высоких уровней звукового
давления 160—170 дБ толщину стен
увеличивают до 70—80 см.

Для получения большой равномер-
ности акустического поля камеры отно-
сительно небольших объемов (менее
1000 м3) строят с непараллельными

стенками, что способствует улучшению
условий реверберации звука. Угол
скоса противоположных поверхностей
относительно друг друга 5—10°.

Камеры большого объема (более
1000 м3) обычно делают прямоуголь-
ными. Для повышения диффузности
поля в таких камерах иногда приме-
няют рассеиватели — жесткие клинья,
устанавливаемые на внутренних по-
верхностях камер.

Входные двери (а для больших
камер входные ворота) должны обес-
печивать надлежащую звукоизоляцию
(в пределах санитарных норм) примы-
кающих к испытательному боксу поме-
щений. Объект испытаний транспорти-
руют в камеру при помощи специальной
тележки, на которой он закрепляется.

Бркс оборудуют системой блоки-
ровки и сигнализации, управляемых
из пультовой. Электрические сигналы
от датчиков, устанавливаемых на
объекте испытаний, передаются по
измерительным линиям связи бокса
с аппаратной. Параметры шумоглуши-
теля выбирают в соответствии с расхо-
дом отводимого воздуха и спектром
шума. Уровень шума на выходе из
глушителя не должен превышать 50—
60 дБ.

При конструировании ревербера-
ционных камер важнейшим вопросом
является обеспечение минимального
звукопоглощения внутри камеры,
например ограждающих поверхностей
(стены, потолок, пол); выходных отвер-
стий согласующих устройств (рупоры)
и глушителя; устанавливаемого в ка-
мере технологического оборудования
(подъемное устройство, тележки, при-
способления и т. п.).

* Уменьшения звукопоглощения стен
достигают применением твердых обли-
цовочных материалов с гладкой поверх-
ностью полировки. Удовлетворитель-
ные результаты дает нанесение на бе-

тонную поверхность камеры цементной
штукатурки толщиной 1—2 см с после-
дующей покраской или нанесением
слоя эпоксидной смолы. Необходимо
следить за качеством отделки, не до-
пускать образования щелей и неплот-
ностей. При выполнении этих требова-
ний коэффициент звукопоглощения
а= //Упад 0,015-4-0,016, где 1 —
поглощенная энергия звуковой волны;
/над— энергия волны, падающей на
отражающую поверхность.

Коэффициенты звукопоглощения
выходных отверстий согласующих
устройств существенно выше коэффи-
циентов звукопоглощения внутренних
поверхностей камеры. Эти коэффици-
енты, как и коэффициенты звукопогло-
щения отверстий для выхода воздуха
в глушитель, зависят от частоты.
Суммарная акустическая мощность ис-
точников шума в соответствующих
частотных полосах должна быть рас-
пределена на минимальное количество
согласующих устройств. При этом
должна достигаться высокая эффектив-
ность излучения звука рупором, усло-
вием выбора геометрических размеров
которого является а :> с/(/КрЛ), где
а — размер выходного сечения рупора;
с — скорость звука; /кр — критическая
частота рупора — частота, ниже кото-
рой эффективность излучения резко
падает.

По эффективности излучения звука
наиболее распространенным является
экспоненциальный рупор.

В области низких частот в полосе
25	100 Гц более эффективным

является катеноидальный рупор.

Интенсивность акустического поля
в камере зависит от места расположе-
ния источников звука. При расположе-
нии источника (точечного) на стене
камеры средняя интенсивность звука
в 2 раза, а при установке в углу в 4 раза
выше, чем при установке его в центре.

Рис. 2. Оборудование для реверберационной камеры;

а — размещение в здании; б — структурная схема; / — испытательный бокс камеры;
2 — корпус камеры; 3, 4, 5 — боксы генераторов звука; 6 — препараторская; 7, 8,-
20 — аппаратные; 9 — фотолаборатория; 10, 11 — краны; 12 — вентиляционная труба;

13, 14 — рупор сирены; 15, 16 — сирены; 17 — вибростенд; 18, 19 — технологическое
оборудование; 21, 22, 25 — ворота; 23 — шины пола; 24 — фундамент; 26 — воздухо-
вод; 27 — воздушный фильтр; 28 — дроссель; 29 — задвижка; 30, 33 — усилитель мощ-
ности; 31, 32, 34, 35 — устройства формирования спектра; 36 — маслостанция
Рис. 3. Структурная схёма
многоканальной управля-
ющей системы для ревер-
берационной камеры:
1 — источник питания си-
рен сжатым воздухом;
2	— воздухораспредели-

тельные устройства; 3, 4,
5 — сирены; 6 — бокс ка-
меры; 7 — усилитель мощ-
ности сирены; 8 — гене-
ратор шума; 9 — устрой-
ство формирования спек-
тра; 10 — стойка упра-
вления; 11 — ЭВМ; 12 —
графопостроитель; 13 —
микрофон; 14 — микро-
фонный усилитель; 15 -~
анализатор спектра; 16 —
коммутатор; 17 — детек-
тор

Степень поглощения звука в камере
определяет характер отраженного поля.
Область отраженного поля характери-
зуется тем, что уровни звукового дав-
ления не изменяются с изменением
расстояния от источника. В отражен-
ном (диффузном) поле плотность звуко-
вой энергии в разных точках простран-
ства по всем направлениям измерений
одинакова.

Равномерность отраженного поля
также зависит от числа резонансных
частот объема воздушной среды в ка-
мере. .

При одинаковых линейных размерах
камеры, например кубической (1Х =
= 1У = /2), или при кратности отно-
шений сторон число резонансных пиков
существенно уменьшается, отчего отра-
женное поле становится менее равно-
мерным.

Для повышения равномерности зву-
кового поля в камере прямоугольной
формы рекомендуется брать следующие
соотношения линейных размеров: 1Х =
= 1;	1Х\	1Х. При

этом вероятность совпадения частот
(вырождения) минимальна.

Чтобы получить достаточно высокие
уровни звукового давления (155—
160 дБ) в значительных по объему
камерах, требуется довольно большая
акустическая мощность, исчисляемая
десятками и сотнями киловатт. Для
получения ее применяют генераторы
звука, принцип действия которых осно-
ван на преобразовании кинетической
энергии струи воздуха (газа) в акусти-
ческую энергию.

Вследствие того, что воспроизводи-
мые в камере звуковые нагрузки
обычно имеют широкополосные спектры
частот с неравномерной спектральной
плотностью, эксплуатационные харак-
теристики (мощность, частотный диапа-
зон) генераторов звука, а также число
генераторов группируют по частотным
полосам. Согласованное (программное)
управление генераторами, формирую-
щими спектр звуковых давлений, осу-
ществляют при помощи многоканаль-
ной управляющей системы.

Примерная структурная схема такой
системы показана на рис. 3. Если
применяют электропневматические ге-
нераторы, исходный сигнал звукового
давления задается генератором белого
шума 8, имеющего полосу частот
20 Гц — 20 кГц. Из этой широкой по-
лосы при помощи фильтров устройства
9 выделяют ряд более, узких полос,
чаще всего 1/3-октавных. В каждой из
полос уровень сигнала может регули-
роваться в пределах 40—60 дБ. Про-
суммированный на выходе фильтров
формируемый сигнал поступает в па-
раллельно включенные усилители мощ-
ности генераторов звука—сирен 3, 4, 5,
создающих акустическое поле в боксе
камеры 6. Акустическая мощность
генератора зависит от глубины моду-
ляции воздуха и определяется в основ-
ном расходом и перепадом давления на
входе и выходе модулирующего кла-
пана. Поэтому в каждом генераторе
предусмотрен независимый канал
управления сжатым воздухом, вклю-
чающий обычные для воздухораспре-
делительных систем устройства: элек-
трозадвижку, дроссель, регулятор
давления, воздушный фильтр, ресивер.

В качестве датчиков обратной связи
в системе регулирования используют
микрофоны 13, устанавливаемые в кон-
трольных точках бокса. Для ввода
в систему регулирования сигналы,
поступающие от микрофонов, усили-
ваются и усредняются и, пройдя ком-
мутатор 16, поступают в полосовой
анализатор спектра 15, аналогичный по
составу анализатору устройства 9.
Пройдя среднеквадратический детек-
тор 17 уровни сигнала в полосах с по-
мощью мини-ЭВМ сравниваются с за-
данными уровнями, в результате чего
вырабатывается сигнал корректи-
ровки, поступающий на усилители
задающих фильтров устройства Р, бла-
годаря чему автоматически поддержи-
вается уровень звукового давления
в камере. Достаточно хорошее прибли-
жение к заданным характеристикам
акустического нагружения можно по-
лучить при использовании десяти
микрофонов. Одно из основных до-
стоинств такой автоматической системы
регулирования — быстрота настройки
на требуемый режим испытания объ-
екта. Однако необходимый объем ин-
формации об условиях акустического
нагружения объекта испытаний и пове-
дения его при воздействии акустиче-
ского поля требует значительно боль-
шего числа измеряемых параметров.
Обычно требуется измерять звуковое
давление, деформацию и вибрацию.
Для этого в комплекс технологического
оборудования (рис. 4) камеры вклю-
чают систему сбора, измерения и обра-
ботки данных. Эта система позволяет
контролировать средние квадратиче-
ские значения измеряемых величин
в ходе эксперимента, регистрировать
процессы на магнитной ленте и затем
обрабатывать их на анализаторах с вы-
сокой разрешающей способностью. Как
показано на схеме, сигналы от соответ-
ствующих датчиков перед входом в уси-
литель при помощи устройств 4, 5
проверяются на отсутствие помех и
неисправностей измерительных цепей.
С выхода каждого из усилителей 6
сигнал подается на квадратичный
вольтметр 13, показания которого фик-
сируются на цифропечатающем устрой-

15 Зак. № 38

Рис. 4. Структурная схема комплекса
технологического оборудования:

/ — микрофон; 2 — тензорезисторный дат-
чик; 3 — датчик вибраций; 4 — прибор
для контроля сигнала датчика; 5, 10 —
цифровой вольтметр; 6 — микрофон-
ный усилитель; 7 — коммутатор; 8 —-
осциллоскоп; 9,	13 — квадратичный

вольтметр; 11 — магнитный регистра-
тор; 12 — блок маркировки записей;
14 — устройство автоматической калиб-
ровки усилителя; 15, 17 — ЭВМ со-
ответственно управляющая и для ана-
лиза записей с магнитной ленты; 16 —
цифропечатающее устройство

стве 16, подключенном к ЭВМ 15.
Одновременно через коммутатор 7 кон-
тролируемые сигналы визуально отсле-
живаются на квадратичных вольтмет-
рах 9, 10 и осциллоскопе 8, Спектраль-
ные и статистические характеристики
исследуемых процессов определяются
на основе данных анализа, получаемого
на ЭВМ 17. Ввод процесса в ЭВМ
производится с магнитной ленты само-
писца 11. Система имеет устройства 14
и 12 соответственно для регистрации
калибровочных сигналов и маркировки
записей на магнитофоне, ЭВМ 15 и 17.

При анализе регистрируемых про-
цессов определяют средние и средние
квадратические мгновенные и пиковые
значения случайного сигнала, авто-
корреляционную функцию и спек-
тральную плотность, взаимную спек-
тральную плотность, интегральную и
дифференциальную функции распреде-
ления мгновенных и пиковых значений
сигнала, среднюю частоту процесса.

Установки с бегуще й звуковой волной
в практике исследовательских и завод-
ских лабораторий используются для
испытаний элементов обшивки (пане-
лей) на акустическую выносливость
применительно к полетным условиям
нагружения в ближнем акустическом
поле с направлением фронта распро-
Рис. 5. Установка бегущей звуковой волны:

1 — волновод; 2 — сирены; 3 — рупоры; 4 — воздушный фильтр; 5 — блок установки
объекта испытаний; 6 — панель; 7 — звукопоглощающие клинья; 8 — глушитель;

9 — виброизоляторы; 10 — задвижки; 11 — дроссель; 12 — ресивер; 13 — усили-
тель мощности; 14 — формирующие фильтры; 15 — генератор

странения звуковых волн по касатель-
ной к поверхности обшивки.

Установка (рис. 5) представляет
собой туннельный канал (волновод) 1
с сечением прямоугольной формы.
Размеры поперечного сечения канала
выбирают в зависимости от габаритных
размеров испытуемых панелей, отноше-
ние ширины канала к высоте должно
быть не менее 1 : 5. Испытуемую па-
нель 6 устанавливают в рабочую часть
блока 5 установки заподлицо с вну-
тренней поверхностью стенки канала.
Корпус волновода 1 установки выпол-
няют железобетонным или полностью
металлическим сварной конструкции.
Коэффициент звукопоглощения стен
волновода должен быть не выше 1,6%.
Звуковые колебания в канале возбуж-
даются при помощи генераторов-сирен
2, устанавливаемых в головной части
установки. Одно из главных требова-
ний воспроизведения бегущих волн —
отсутствие отражений звука от стен
канала и его торца. Для выполнения
этого требования в концевой части
канала устанавливают звукопогло-
щающие клинья 7, которые в некоторых
случаях увеличивают длину установки
до 10—15 м. Системы электрического и
пневматического питания генераторов,

управления и измерительная примерно
такие же, как и в реверберационных
камерах.

Комбинированные установки соче-
тают преимущества обеих ревербера-
ционных камер и установок с бегущей
звуковой волной.

Они содержат систему акустических
генераторов с рупорами, переходящими
в секцию бегущей волны, обычно
прямоугольного поперечного сечения,
для испытания панелей при достаточно
высоких уровнях шума и следующую за
ней реверберационную камеру для
испытания на меньших уровнях звуко-
вого давления объемных отсеков лета-
тельного аппарата. В зависимости от
объема реверберационной камеры уро-
вень достигаемого в ней звукового
давления для известных установок
понижается до 3—12 дБ. При необхо-
димости на стенках реверберационной
камеры иногда ставят шумопоглощаю-
щие клинья, и тогда вся установка
работает в режиме бегущей волны.

К недостаткам комбинированной
установки можно отнести неблагопри-
ятное влияние отраженных звуковых
волн на характеристики поля в секции
бегущих волн при относительно малых
размерах оконечной камеры.
ГЕНЕРАТОРЫ АКУСТИЧЕСКИХ
НАГРУЗОК

Принцип действия таких генераторов
основан на преобразовании энергии
сжатого воздуха в акустическую.

Акустические генераторы, применяе-
мые для прочностных испытаний, по
характеру создаваемых ими нагрузок
разделяются на две основные группы:
с дискретным спектром частот и с не-
прерывным (широкополосным) спек-
тром. Использование последних, как
правило, целесообразнее, так как они
лучше воспроизводят эксплуатацион-
ные условия. Однако они менее эконо-
мичны. Генераторы с широкополосным
спектром частот, как правило, приме-
няют для ресурсных испытаний, а гене-
раторы с дискретным спектром — для
параметрических исследований вынос-
ливости элементов обшивки. По типу
привода различаются генераторы с ме-
ханическим приводом (сирены) и
электро-пневматические преобразова-
тели (модуляторы).

Генератор с дискретным спектром
частот. Основным элементом (рис. 6),
генерирующим звуковые колебания,
является вращающийся диск 2 с отвер-
стиями, установленный в струе воздуха,
истекающего из сопл форкамеры 1.
Число сопл в форкамере и шаг распре-
деления по окружности соответственно
равны числу и шагу распределения
аналогичных отверстий в рабочем ко-
лесе (диске 2). При вращении диска
площадь сечения струи воздуха, исте-
кающего из сопл, периодически изме-
няется от минимальной (когда отвер-
стия полностью закрыты) до макси-
мальной (когда они полностью откры-
ты). Попеременное открывание и закры-
вание отверстий приводит к резкому
изменению газодинамических пара-
метров струи и, следовательно, к воз-
никновению пульсаций давления
в горле рупора, которые возмущают
звуковые колебания воздушной среды.

Частота звуковых колебаний зависит
от частоты вращения ротора; низшая
гармоническая составляющая (Гц) / =
_ тп,
---60~ ’ где т — числ0 отверстии
в форкамере; п — частота вращения
ротора, об/мин; при этом частоты гармо-
15*

Рис. 6. Сирена дискретного действия:

/ — форкамера; 2 — диск; 3 — рупор;
4 — электродвигатель; 5 — тиристорный
привод электродвигателя; 6 — датчик об-
ратной связи; 7 — задвижка; 8 — дрос-
сель; 9 — ресивер

ник 2/, 3/, ...»к?. Число отверстий
в диске рабочего колеса и число отвер-
стий в форкамере выбирают в соответ-
ствии с требующимся диапазоном ча-
стот для испытания. Геометрические
размеры форкамеры должны быть та-
кими, чтобы заключенный в ней объем
воздуха не создавал резонанса на низ-
шей собственной частоте. Для умень-
шения пульсаций давления, которые
могут возбуждаться рабочим колесом
в форкамере, внутренние поверхности
ее облицовывают звукопоглощающим
материалом. Рабочий диапазон давле-
ния воздуха в форкамере 104—3-105 Па.
Повышение давления свыше 3-105Па
нецелесообразно, так как интенсив-
ность звука при этом увеличивается
весьма незначительно. Осевой зазор
между рабочим колесом и торцовой ча-
стью сопл должен быть, по возможности,
минимальным (не более 0,03—0,05 мм),
чтобы уменьшить потери энергии на
утечку воздуха через него. В системе
воздухоснабжения генератора исполь-
зуются обычные устройства: задвижки,
дроссель, ресивер. При значительных
колебаниях давления воздуха в подво-
дящей магистрали применяют автома-
тические устройства, поддерживающие
Рис. 7. Широкополосная сирена:

/ — форкамера; 2 — корпус сирены; 3 —
ротор; 4 — электродвигатель; 5 — тири-
сторный привод мотора; 6 — датчик об-
ратной связи; 7 — шкивы провода; 8 —
обтекатель; 9 — рупор; 10 — задвижки;
11 — дроссель; 12 — ресивер

давление в форкамере на заданном
уровне. Для поддержания заданной
частоты в приводе генератора устанав-
ливают датчик обратной связи 6, пока-
зания которого подаются на сравни-
вающее устройство тиристорного при-
вода 5, питающего объект регулирова-
ния — электродвигатель 4. Точность
поддержания частоты должна быть не
ниже 1—1,5 %.

Генератор широкополосного спектра
частот с электромеханическим приводом
в акустических установках применяют
для воспроизведения случайных про-
цессов акустического нагружения.
Отличительная особенность этих гене-
раторов по сравнению с рассмотрен-
ными выше (см. рис. 6) — то, что в них
имеется не один, а несколько модули-
рующих дисков. Каждый диск имеет
разные число и размеры проходных
отверстий для воздуха. Отверстия по
окружности располагают с нерегуляр-
ным шагом.

Во вращение диски приводятся от
отдельных электродвигателей. Во избе-
жание цикличности повторения воспро-
изводимого процесса отношения частот
вращения дисков берут некратными,
при этом мгновенные комбинации поло-
жений дисков не повторяются в течение
довольно длительного интервала вре-
мени. Известны две наиболее распро-
страненные схемы генераторов этого

типа: с параллельным и с соосным
расположением дисков.

В первой из них каждый диск рабо-
тает с отдельным соплом. Эта схема
генератора известна под названием
сирены фон Герке. Другая схема
(рис. 7) является усовершенствованием
первой. Генерирование звука в ней
происходит следующим образом. При
перепаде давлений между форкамерой
1 и рупором 9 в проточном канале
корпуса 2 сирены образуется струя
воздуха, поперечное сечение которой
вследствие вращения дисков изменяется
от нуля (когда отверстия в дисках не
совпадают) до некоторой текущей вели-
чины, случайно изменяющейся во вре-
мени. Так как параметры струи вслед-
ствие модуляции ее ротором изменя-
ются с большой скоростью, в горле
рупора образуется система газодина-
мических импульсов давления, которые
возбуждают звуковые волны с такой же
случайной последовательностью, с ка-
кой изменяется площадь проходных
отверстий в роторе.

Отношение пневматической и аку-
стической мощностей (КПД) в сиренах
этого типа примерно 8—10 %.

Рабочий диапазон давлений воздуха
перед ротором 5-104—3,5-105 Па. Для
стабилизации частоты вращения си-
рены электромеханический привод ос-
нащен обратной связью. Вращение от
электродвигателя 4 к ротору 3 переда-
ется посредством сменных шкивов 7 и
клиноременной передачи. Недостаток
сирен этого типа (с электромехани-
ческим приводом) — сложность воспро-
изведения требуемого спектра шума и
автоматического управления им. Этого
недостатка лишены генераторы с элек-
тродинамическим и электрогидравли-
ческим приводом.

Электропневматические генераторы.
Электропневматические генераторы
используются для создания в акусти-
ческих установках высокоинтенсивных
звуковых полей с управляемым широ-
кополосным спектром частот. В СССР
и за рубежом разработано несколько
типов таких генераторов мощностью
2—400 кВт. Условно их можно разде-
лить на высокочастотные и низкочастот-
ные. Акустическая мощность высоко-
частотных генераторов не превышает
Рис. 8. Высокочастотный генератор \УА5-3000:

1 — корпус; 2, 3 — секции постоянного магнита; 4 — кольцо; 5 — диск; 6, 7 — ци-
линдры модулирующего клапана; 8 — втулка; 9 — элемент газодинамического канала;
/0 — горловина; 11 — крышка; 12 — стойки; 13 — рупор; 14 —- фильтр; 15 — патру-
бок; 16 — выводная клемма катушки возбуждения; 17 — уплотнительное кольцо; 18 —»
обмотка катушки возбуждения; 19 — трубка для отвода воздуха

30 кВт, а диапазон частот регулируе-
мой части спектра 20—1200 Гц.

Мощность низкочастотных генерато-
ров достигает 400 кВт в регулируемой
части спектра 20—500 Гц. Принцип
действия этих генераторов такой же,
как и генераторов с электромеханиче-
ским приводом.

Высокочастотный генератор. Кон-
струкция высокочастотного генератора
звука \УА8-3000 (США) показана на
рис. 8.

Основным элементом, создающим
звук в генераторе этой схемы, является
модулирующий клапан, состоящий из
двух соосно установленных цилиндров:
подвижного 6 и неподвижного 7.
В каждом цилиндре имеются концен-
трически расположенные щели для
пропускания воздуха. Верхние концы
цилиндров плотно соединены между
собой. Неподвижный цилиндр 7 при
помощи элемента Р, формирующего
проточный канал за модулятором, и
трубки 19, закреплен в центральной
секции магнита 3.

Отличительная особенность этого
генератора — наличие в подвижном

цилиндре кольцевой пружины, выпол-
ненной в виде нескольких рядов щелей.
Промежутки между смежными рядами
щелей при осевой нагрузке имеют то же
назначение, что и тороидальные коль-
ца или балки. Промежутки между
соседними щелями служат как бы
стержнями между тороидальными бал-
ками. Подобного рода подвеска под-
вижной системы обеспечивает доста-
точно высокую соосность сопряжен-
ной пары цилиндров и, следовательно,
высокую устойчивость к износу. В ниж-
ней части подвижного элемента моду-
лятора имеется обмотка катушки воз-
буждения 18. При взаимодействии про-
текающего в ней тока с магнитным по-
лем в воздушном зазоре секций 2, 3
постоянного магнита подвижный ци-
линдр начинает колебаться, изменяя
площадь проходных сечений щелей
в неподвижном цилиндре 7. Степень
перекрытия этих щелей определяет
уровень звукового давления в горло-
вине 10 генератора.

Магнитная система модулятора вы-
полнена в виде замкнутого блока, эле-
ментами которого являются секции 2
Рис. 9. Низкочастотный генератор:

1 — корпус; 2 — модулирующий клапан;
3 — диск; 4 — приводной шток; 5 —
корпус газодинамического канала; 6 —
рупор; 7 — втулки; 8 — мембрана; 9 —
плита; 10 — штуцер; 11 — пружина;
12 — электрогидравлический вибровозбу-
дитель; 13 — маслонасосная станция;
14 — фильтры; 15 — генератор; 16 —
усилитель мощности; 17 — воздушный
фильтр; 18, 19, 20 — агрегаты воздухо-
снабжения генератора

и 5 магнита, кольцо 4, диск 5 и соедини-
тельные стойки 12. Блок магнита зак-
реплен во втулке 8, жестко соединен-
ной с корпусом 1.

Для подвода воздуха к модулирую-
щему устройству на внешней поверх-
ности втулки о предусмотрены про-
рези. Сжатый воздух подводится к ге-
нератору через патрубок 15 и фильтр 14.
Основная часть его используется в мо-
дулирующем клапане, и относительно
небольшая часть расходуется на ох-
лаждение катушки возбуждения. Ох-
лаждающий воздух проходит через
кольцевую щель магнита, и затем че-
рез трубку 19 выходит в горловину
рупора 13.

Генератор низких частот. Конструк-
ция низкочастотного генератора пред-
ставлена на рис. 9. Она является про-
тотипом генераторов большой мощ-
ности, параметрический ряд которых
разработан фирмой Мог(Ьгоп (США).
Основными элементами генератора яв-
ляются модулятор, вирбовозбудитель
и звукоизлучатель.

Модулятор имеетмассивный корпус /,
внутренняя тороидальная полость ко-
торого служит форкамерой. В выход-

ном сечении форкамеры установлен
диск 3 с отверстиями для прохода воз-
духа. К корпусу форкамеры прикреп-
лена секция горла рупора 6. Вместе
с головкой клапана 2 корпус газоди-
намического канала 5 образует канал
для распространения звуковых волн.
В центральной части корпуса 1 име-
ются направляющие втулки 7, через
которые проходит шток 4. Шток со-
единен с головкой клапана 2 мембра-
ной 8 и при помощи тарельчатой пру-
жины 11 — с приводным штоком вибро-
возбудителя 12. В центральной части
корпуса 1 имеется вторая полость,
в которой от отдельного источника соз-
дается избыточное давление воздуха.
Действуя на мембрану 8, избыточное
давление создает на штоке 4 осевую
силу, направленную навстречу дей-
ствующей на клапан аэродинамической
силе. В результате балансировки сил
снижается потребная мощность воз-
будителя колебаний.

В качестве привода генератора ис-
пользуется электрогидравлический или
электродинамический вибровозбуди-
тель, при помощи которого осуществ-
ляется возвратно-поступательное дви-
жение головки модулирующего кла-
пана 2, изменяющего по определен-
ному закону параметры течения воз-
духа из форкамеры. При отходе кла-
пана от седла в диске 3 воздух из фор-
камеры устремляется в образовав-
шуюся под ним кольцевую щель и да-
лее через отверстия в головке и в дис-
ке 3 выходит в рупор. Ширина щели
в направлении оси клапана равна ам-
плитуде его колебания. Истечение воз-
духа прекращается, когда головка
прижимается к седлу. Этому моменту
соответствует среднее положение раз-
маха колебаний штока вибровозбудй-
теля.

В последующие моменты второго
полупериода колебаний подвижной си-
стемы привода пружина 11 деформи-
руется при закрытом клапане.

Такое движение клапана создает
пульсации воздуха в горловине ру-
пора, подобные импульсам при полу-
периодном детектировании электри-
ческого сигнала. Для повышения эф-
фективности использования энергии
сжатого воздуха площадь поперечного
сечения воздуховодного канала в фор-
камере перед седлом клапана изме-
няется по сужающейся экспоненте,
а за седлом — по расширяющейся
экспоненте. При подаче в следящую
систему привода синусоидального сиг-
нала за клапаном образуется система
импульсов с постоянной амплитудой
заданной частоты. При случайном
сигнале на выходе клапана импульсы
давления имеют разные амплитуды и
случайный период следования во вре-
мени.

Исходный сигнал акустического дав-
ления задается при помощи низкоча-
стотного генератора 15, имеющего
приблизительно равномерную спек-
тральную плотность. Этот сигнал, пред-
варительно усиленный, поступает на
вход 1/3-октавных или других узко-
полосных фильтров. Пройдя предуси-
литель напряжения, аттенюатор и сум-
мирующее устройство, имеющиеся
в блоке фильтров 14, сигнал поступает
на усилитель мощности 16 и далее
в обмотку катушки исполнительного
устройства золотника гидравлического
цилиндра вибровозбудителя 12 или
в обмотку катушки электродинамиче-
ского привода, отслеживающих пара-
метры моделируемого процесса. Спек-
тральная плотность электрического
аналога звукового давления в полосах
может быть изменена соответствующей
настройкой коэффициентом усиления
полосовых фильтров.

В комплект питающих устройств
генератора с электрогидравлическим
приводом входит маслонасосная стан-
ция 13.

Уровень звукового давления гене-
ратора зависит от размаха движения
клапана и от давления воздуха в фор-
камере, которое регулируется при по-
мощи дросселя /5, входящего в си-
стему воздухоснабжения.

Уровень рабочих давлений воздуха
примерно (44-12) 105 Па.

Звуковые волны, возбуждаемые кла-
паном, направляются в облучаемое
пространство при помощи экспонен-
циального рупора 6.

Измеряемые характеристики гене-
раторов. При испытаниях генератора
на акустической установке определяют
выходную акустическую мощность,
частотную характеристику, коэффи-
циент эффективности преобразования

энергии рабочего тела (сжатого воз-
духа) в акустическую.

Для определения этих характеристик
в звуковом канале трубы, как и при
определении частотной характерис-
тики, устанавливают не менее трех
микрофонов, если диаметр канала ра-
вен длине волны наивысшей частоты,
при которой определяется акустиче-
ская мощность, или меньше ее.

Измерительные микрофоны должны
быть откалиброваны на ожидаемые
уровни звукового давления в полосе
рабочих частот генератора.По данным
измерений номинальную акустическую
мощность определяют по средним зна-
чениям уровня звукового давления на
мерном участке трубы. Результаты
измерений представляются в виде
спектра и в виде дискретных значе-
ний. При работе на синусоидальном
сигнале номинальная мощность долж-
на соответствовать среднему арифмети-
ческому уровней звукового давления
в заданном диапазоне частот. При ши-
рокополосном спектре номинальная
мощность должна соответствовать об-
щему уровню звукового давления,
возбуждаемого генератором, работаю-
щим при наиболее широкой полосе
частот в виде белого шума и при актив-
ной нагрузке. Эта номинальная мощ-
ность должна соответствовать средним
значениям звукового давления, из-
меренного в ^з-октавных полосах
частот по всему рабочему диапазону.

При этом уровень акустической мощ-
ности в ^-октавных полосах частот
определяется по формуле

,о,8^ = ю1в(А)! +
"О	\ Ро /

+ 101^5-0,5,

где 1Г — мощность звука, Вт; 1Г0 =
— 10“12 Вт; р — средний квадратиче-
ский уровень звукового давления, Па;
р0 = 2* 10 5 Па, ' 5 — площадь по-
перечного сечения мерного участка
трубы, м2.

Общая мощность генератора опреде-
ляется суммированием значений, оп-
ределенных в х/3-октавных полосах
по всему диапазону частот. Пневмати-
ческая мощность (Вт)

№п = 4,7(2 (Я0’29 - 1).
Здесь ф'— расход воздуха, м3/мин;

7? =	; где ра, р0 — абсолютное

Ра

давление, соответственно атмосферное
и воздуха в системе.

Коэффициент полезного действия
Га
генератора г| = .

1г п

В протокол испытаний генератора
заносят следующую дополнительную
информацию: регистрируемые пара-
метры и характеристики генератора;
частотную характеристику канала уста-
новки при синусоидальном и случай-
ном возбуждении; тип акустического
источника; тип микрофонов и данные
их калибровки; структурную схему
системы питания воздухом; характе-
ристики воздушного фильтра; тип рас-
ходомера; место установки расходо-
мера; тип датчиков для измерения ста-
тического давления и места их уста-
новки; площади поперечного сечения
мест, где контролируется статическое
давление; последовательность измене-
ния режимов испытания генератора.

СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ

УРОВНЯ ШУМА

Такие системы классифицируют в
основном по назначению: для акусти-
ческих измерений в помещениях
(оценка акустических свойств помеще-
ния и их улучшение); для измерения и
анализа акустического шума (выяв-
ление результатов воздействия аку-
стического шума на аппаратуру и че-
ловека); для измерений в области
акустики и связи (оценка качества
электроакустических устройств); для
измерения и анализа шумов, исполь-
зуемых при исследованиях по физио-
логической акустике; для акустиче-
ских измерений в жидких средах.

В этом разделе основное внимание
уделено системам измерения и анализа
акустического шума, предназначен-
ным для выявления результатов их
воздействия на аппаратуру различ-
ного рода и человека в процессе экс-
плуатации аппаратуры и при ее испы-
тании. Эти системы могут быть разде-
лены на две основные группы: 1) пере-
носная и малогабаритная аппаратура
для использования в полевых усло-

виях, 2) сложные стационарные си-
стемы для использования в исследова-
тельских лабораториях.

Переносная измерительная система
состоит из микрофона и предусили-
теля, расположенных на треноге или
штативе, причем выход предусилителя
связан со входом измерительного уси-
лителя. Измерительные усилители,
применяемые в таких системах, обычно
содержат корректирующие схемы А,
В, С и Б. Характеристика корректи-
рующей схемы А имеет тот же частот-
ный диапазон, что и звук, восприни-
маемый человеком. Характеристика
корректирующей схемы В более рас-
ширена в области низких частот. Ха-
рактеристика корректирующей схемы С
мало зависит от частоты в значитель-
ной области слышимых частот. Ха-
рактеристика корректирующей схемы Э
включает в себя диапазон авиацион-
ного шума. Для того чтобы различать
физические измерения уровней звуко-
вого давления в дБ (без частотной кор-
рекции) от субъективного восприя-
тия уровней громкости в фонах и из-
мерений, произведенных при помощи
корректирующих схем А, В, С, Г),
принято международное соглашение
о том, что результаты измерений по-
следнего вида выражают в виде уров-
ней шума с использованием шкалы де-
цибел и указанием вида частотной кор-
ректирующей характеристики А, В,
С, Э и обозначают соответственно
дБ (А), дБ (В), дБ (С) и дБ (Э).

Для оценки эквивалентного уровня
непрерывного шума в соответствии
с требованиями отечественных и между-
народных стандартов используют си-
стему, которая представляет собой со-
четание шумомера с дозиметром шумов
или измерительного усилителя с дози-
метром.

Работа дозиметра шумов основы-
вается на принципе равной энергии,
т. е. на предположении, что при сохра-
нении равной дозы шума понижение
уровня шума на 3 дБ равносильно уд-
воению его продолжительности. На
этом принципе работает, например,
дозиметр шумов типа 4423 фирмы
Вгие1 апб К]аег (Дания). Этот прибор
позволяет оценивать уровень непре-
рывного шума в соответствии с требо-
ваниями, изложенными в рекоменда-
циях 150 (К 1966 и К 1999) и в стан-
дарте ПШ 45641. Этот прибор можно
также применять для оценки уровня
шума и степени его воздействия на
аппаратуру и человека.

В полевых условиях часто исполь-
зуют запись акустического шума на
магнитную ленту при помощи порта-
тивных магнитофонов. Калибруют за-
пись эталонным сигналом, создавае-
мым пистонфоном или акустическим
калибратором.

В этих же условиях для получения
оперативной информации о частотном
составе исследуемого шума часто про-
водят спектральный анализ шума при
помощи октавных или третьоктавных
фильтров, в результате которого по-
лучают значительно больше сведений
о вредных эффектах шума, чем при про-
стом линейном измерении или измере-
нии с частотной коррекцией.

Для акустических шумов в стацио-
нарных условиях можно использовать
измерительный усилитель с набором
полосовых фильтров. В такой системе
могут быть применены измерительные
усилители типов 2606, 2607 и 2608
с полосовыми фильтрами типов 1613,
1614, 1615, 1616 фирмы Вгйе1 апб
К]‘аег (Дания). В измерительные уси-
лители типов 2608 и 2609 встроена кор-
ректирующая схема А. Измерительные
усилители типов 2606 и 2604 содержат
детектор пикового значения, коррек-
тирующую схему В и позволяют из-
мерять импульсный шум согласно тре-
бованиям стандарта И Ш 45633 (часть II)
и предложению МЭК. В усилителе типа
2607 весьма высокие значения времени
усреднения и более усовершенствован-
ная выпрямляющая схема, чем в из-
мерительных усилителях остальных
типов.

На рис. 10, а приведена структурная
схема системы измерения и анализа
шумов с частотным спектрометром.
Такую систему (фирма ДРТ), (ГДР)
рекомендует комплектовать микрофо-
нами типов МК 102, МК 201 и МК 301,
прецизионным измерителем уровня
звука типа Р5 1202, х/3-октавным ана-
лизатором типа ТОА111 и самописцем
типа Р5О 101.

При использовании этого оборудо-
вания [система позволяет записать
частотный спектр шума на диаграм-

Рис. 10. Структурная схема системы:

а — для измерения акустического шума
с частотным анализом: 1 — микрофон;
2 — предусилитель; 3 — частотный спек-
трометр; 4 — самописец; б — %ля ана-
лиза шума в реальном масштабе време-
ни: / — микрофон; 2 — предусилитель;
3 —'частотный анализатор в реальном
времени; 4 — индикаторный блок анали-
затора; 5 — вычислительная машина; 6 —
телетайп.

мную ленту самописца, причем анали-
затор связан механически с самопис-
цем, чем достигается совпадение ча-
стот на диаграммной ленте с регули-
ровкой частот анализатора.

Краткие технические характеристики
системы: диапазон частот с микрофо-
ном МК102 20 Гц — 20 кГц, с микро-
фоном МК201 30 Гц — 35 кГц, с микро-
фоном МК 301 30 Гц — 40 кГц,
октавный анализатор позволяет про-
водить анализ шума в диапазоне
2 Гц — 160 кГц, при измерении уровня
шума до 140 дБ.

В этой системе также можно исполь-
зовать частотные спектрометры типов
2113 или 2114 фирмы Вгйе1 апб К]‘аег
(Дания), причем средние частоты филь-
тров прибора типа 2113 находятся
в диапазоне 25 Гц — 20 кГц, а средние
частоты фильтров прибора типа 2114 —
в диапазоне 2 Гц — 160 кГц. Полосы
пропускания могут быть выбраны ок-
тавными или 1/3-октавными.

Для узкополосного анализа шума
в полевых условиях удобно использо-
вать частотный анализатор типа 2120.

Для исследования статистического
распределения уровней шума во вре-
мени, а также вероятности обнаруже-
ния шума в заданном интервале уров-
ней или вероятности превышения за-
данного уровня шума в шумоизмери-
тельной системе используют анализа-
тор статистического распределения,
который вместе с самописцем уровня
позволяет получить гистограммы аку-
стического шума.

Для аналого-цифрового преобразо-
вания уровней сигналов, записывае-
мых на самописце уровня, к само-
писцу уровня подключают либо ана-
логовое считывающее устройство, либо
цифровое ‘ кодирующее устройство.
Аналоговое считывающее устройство
обеспечивает выходной сигнал постоян-
ного тока, уровень которого пропор-
ционален среднеквадратичному, пи-
ковому или среднему значению изме-
ряемого звукового сигнала. Выходной
сигнал от аналогового считывающего
устройства может быть подан в ана-
лого-цифровой преобразователь, а за-
тем на перфоратор ленты.

Цифровое кодирующее устройство
выдает данные в двоично-десятичном
коде 8—4—2—1, и этот код можно
непосредственно подать на перфора-
тор ленты.

В таких системах можно использо-
вать устройство аналогового отсчета
напряжений типа 2К0021 и цифровое
кодирующее устройство типа 4421.

В стационарных системах также
широко применяют запись шума на
магнитную ленту при помощи измери-
тельных магнитофонов или магнито-
графов. Запись на магнитную ленту
шума производят для накопления дан-
ных с целью их сопоставления с резуль-
татами других измерений, для частот-
ного преобразования при частотном
анализе шума в низкочастотном диа-
пазоне и для частотного анализа им-
пульсного шума после склейки отдель-
ных участков ленты в кольца.

Для точного определения частотных
составляющих шума, например при
исследовании акустического шума,
производимого машинами и механиз-
мами, используют стационарные си-
стемы с узкополосными анализаторами
двух типов: с постоянной относитель-
ной и с постоянной абсолютной шири-
ной полосы пропускания.

Для точного измерения уровней шу-
ма, их частотного анализа в октавных
и 1/з-октавных полосах с визуальным
наблюдением результатов в стацио-
нарных условиях удобно применять
анализатор, в реальном масштабе вре-
мени. При этом спектр шума непосред-
ственно изображается в виде светя-
щихся столбцов на экране электронно-
лучевой трубки.

На рис. 10, б приведена измеритель-
ная система, позволяющая проводить
частотный анализ шумов в реальном

масштабе времени с цифровой обра-
боткой результатов измерения и ана-
лиза, а также частотный анализ им-
пульсных звуков и статистический ана-
лиз акустического шума. В ней можно
применить частотный анализатор в ре-
альном времени типа 3347, ЭВМ типа
7504 и телетайп типа 6401.

Для детального анализа звуковых
сигналов целесообразно использовать
узкополосный анализатор в реальном
времени типа 3348 той же фирмы, со-
держащий 400 фильтров с постоянной
шириной полосы пропускания. Ис-
следуемый спектр в выбранном диапа-
зоне изображается на экране электрон-
но-лучевой трубки в виде узких ли-
ний, число которых равно числу филь-
тров. Этот спектр записывают в анало-
говом или цифровом виде.

ЭВМ в такой системе используется
для оценки громкости звука, вычисле-
ния уровня воспринимаемого шума
в децибеллах и мощности звука.

При измерении импульсных звуков
целесообразно запоминать средний
уровень сигнала и максимальный уро-
вень сигнала с выхода анализатора
в реальном времени. Таким образом
можно исследовать частотный спектр
после прекращения импульса звука.

Данные с выхода анализатора мо-
гут быть поданы на перфоратор ленты,
и затем перфолента может вводиться
в вычислительную машину через счи-
тывающее устройство.

Описанные системы используют и для
измерения импульсного шума. В этом
случае помимо среднеквадратичного
значения уровня сигнала измеряют
положительное и отрицательное пико-
вые значения и максимальное пиковое
значение.

Для измерения звуковых ударов
целесообразно записывать их на маг-
нитную ленту, а затем после склейки
отдельных участков ленты в кольца
многократно воспроизводить эти за-
писи для частотного анализа. В таких
системах используют измерительные
магнитофоны, которые позволяют про-
изводить анализ записанных сигналов
с частотой вплоть до 0,2 Гц. Форму
волны сигнала можно наблюдать на
экране осцилллографа или регистри-
ровать при помощи самописца уровня.
При этом магнитофон используется
в качестве устройства, транспонирую-
щего спектр сигнала.

Для измерения и анализа кратковре-
менного импульсного шума и звуко-
вых ударов можно использовать циф-
ровые записывающие устройства, в ча-
стности устройство типа 7502 фирмы
Вгйе1 апд К]аег.

Это устройство обеспечивает частот-
ное преобразование в отношении
1 : 200 000 при понижении частоты
или 1 : 5000 при увеличении частоты.
В устройстве предусмотрены аналого-
вый и цифровой выходы и автоматиче-
ское управление при превышении сиг-
налом заданного уровня.

В системе для измерения и анализа
кратковременных импульсных шумов
и звуковых ударов микрофон через
микрофонную систему соединен с циф-
ровым самописцем, к выходу которого
подключен гетеродинный анализатор.

Результаты анализа импульсного
шума или звукового удара записы-
ваются самописцем уровня.

Для измерения акустического шума
фирма КЕТ (ГДР) рекомендует десять
измерительных стендов.

В состав первого измерительного
стенда входит переносный измеритель
уровня шума стандартной точности
типа 8РМ 101 с контрольным источни-
ком звука типа Р8(^ 101. Этот стенд
используют для контроля шума на
промышленных предприятиях работ-
ники санитарной инспекции и охраны
труда.

В состав второго измерительного
стенда входит переносный прецизион-
ный импульсный измеритель уровня
шума типа Р8 1202 с пистонфоном
типа РЕ 101. Этот стенд применяют
в промышленности, строительстве, на
транспорте и в медицине. С помощью
пистонфона производят проверку и
точную калибровку измерителя уровня
шума.

Третий измерительный стенд пред-
назначен для частотного анализа шума
и содержит дополнительно октавный
фильтр типа РР101 и звукосниматель
типа 2Е 322 для определения механи-
ческих колебаний объектов в диапазоне
звуковых частот.

В состав четвертого измерительного
стенда входят прецизионный импульс-
ный измеритель уровня шума типа

Р8 1202 с пистонфоном РР101 и измери-
тель уровня постоянного звука типа
Э8М 101. Этот стенд контролирует
шум на производстве и позволяет срав-
нивать возбуждаемый механизмами
частотный спектр шума с допускаемым
стандартным спектром.

Пятым измерительным стендом обо-
рудуют передвижные лаборатории с
автономным питанием. Этот стенд пред-
ставляет собой видоизменение третьего
стенда, дополнительно измеряет со-
противление изоляции и определяет
характер распространения звуковых
волн при помощи генератора типа
80 201, усилителя мощности типа
ЬУ 102 и мощного излучателя звука.

Состав шестого измерительного стен-
да описан при анализе системы, при-
веденной на структурной схеме рис. 10.

Седьмой измерительный стенд яв-
ляется модернизацией шестого стенда
и содержит дополнительно узкополос-
ный анализатор типа. 8ВА 101.

Восьмой измерительный стенд пред-
назначен для акустических испытаний
помещений и строительных сооруже-
ний.

Девятый измерительный стенд при-
меняют для контроля акустических
приборов. Этот стенд является универ-
сальным и содержит оборудование ше-
стого и восьмого стендов.

Десятый стенд служит для опреде-
ления эквивалентного уровня постоян-
ного шума и используется для контроля
уровня шума на рабочих местах.

В СССР разработана система управ-
ления акустическими установками
СУДУ, предназначенная для анализа,
формирования и автоматического под-
держания спектра акустического шума
в Уз-октавной полосе частот. Эта си-
стема используется в акустических
лабораториях для испытания изделий
на воздействие акустического шума.
Вместе с усилителем низкой частоты и
источниками мощного шума система
управления акустическими установ-
ками образует замкнутую управляю-
щую систему, которая позволяет про-
водить параллельное задание и анализ
акустического шума с индикацией ре-
зультатов измерения в реальном мас-
штабе времени на экране и цифровом
табло и вывести информацию на ЭВМ.
Система позволяет также запоминать
изображение на экране индикатора.
Формирование и анализ спектра сиг-
нала случайного шума обеспечиваются
в диапазоне частот 25—20 000 Гц.

Спектр анализируемого сигнала ин-
дицируется на экране электронно-
лучевой трубки в.линейном и логариф-
мическом масштабах.

Результаты анализа для их после-
дующей обработки могут быть пере-
даны в ЭВМ «Электроника-100И» в
коде 8—4—2—1.

Уровень собственных шу-
мов и фона на выходе си-
стемы, мВ................

Масштаб изображения, дБ
Разрешающая способность
преобразования уровней
спектральных составляю-
щих в цифровую форму, дБ
Время непрерывной рабо-
ты, ч....................

Максимальная электриче-
ская мощность, потребляе-
мая системой, В* А . . .

Габаритные размеры, мм

Не более 10

10, 20, 25 и 50

0,2

Не менее 8

Не более 550
604Х700Х

X 1855

Краткие технические характеристики
системы типа СУАУ

Диапазон измерения анали-
зируемого сигнала .... 3 мВ —300 В
Погрешность измерения
уровня входного сигнала
в ^з-октавной полосе, дБ Не более ±1,5
Диапазон уровня програм-
мирования (дБ) с дискрет-
ностью 1 дБ............. 40

Неравномерность уровня
программирования при за-
дании «плоского» спектра,
дБ......................Не более ±3

Погрешность АРУ при из-
менении входного сигнала
на ±20 дБ ..............Не более ±1,5

Максимальное среднее ква-
дратическое значение вы-
ходного сигнала (В) слу-
чайного шума при нагруз-
ке 10 кОм...............Не менее 5

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Клюкин И. И., Колесников А. Е. Аку-
стические измерения в судостроении. Л.;
Судостроение, 1966. 365 с.

2.	Малинский В. Д. Контроль и испыта*
ния радиоаппаратуры. М.: Энергия, 1970.
336 с.

3.	Приборы и системы для измерения виб-
рации, шума и удара/Под ред. В. В. Клю-
ева. М.: Машиностроение, 1978. Кн. 2.
439 с.

4.	Состояние и перспективы развития
средств виброметрии./В. В. Клюев,
В. А. Клочко, Д. А. Гречинский и др. —
Измерительная техника, 1979,	№ 2,

с. 25 — 27.

5.	Справочник по контролю промышлен-
ных шумов/Пер. с англ.; Под ред.
В. В. Клюева. М.: Машиностроение,
1979. 447 с.
Глава

12.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА
ВОЗДЕЙСТВИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ
ФАКТОРОВ

Классификация методов и оборудова-
ния Для испытаний материалов и
изделий на воздействие климатических
факторов. Готовые изделия постоянно
подвергаются воздействию различных
климатических факторов. Климати-
ческие условия оказывают существен-
ное воздействие на работу изделий.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ
И ИЗДЕЛИЙ

НА ВОЗДЕЙСТВИЕ
КЛИМАТИЧЕСКИХ
ФАКТОРОВ

Средние значения основных характе-
ристик различных климатических поя-
сов приведены в табл. 1. Для обеспе-
чения нормальной эксплуатации из-
делий в различных климатических ус-
ловиях их разрабатывают и изготов-
ляют в соответствующих климатиче-
ских исполнениях (табл. 2). Кроме
климатических зон, на конструкцию
изделий влияет их применение (на
открытом воздухе, под навесом, в по-
мещении, на больших высотах, под
землей или под водой). В связи с этим

1. Средние значения основных характеристик
различных климатических поясов земли

Климатический фактор	Климатический пояс земли			
	холодный	умеренный	тропический	
			влажный	сухой
Температура, °С: максимальная минимальная	+30  —75	+35  —35	+ 40 + 3	+ 50 0
Суточные колебания темпе- ратуры, °С	20	15	20	40
Относительная влажность воздуха, % (температу- ра. °С)	50-80 (+20)	50—80 (+20>	75-100 (+35)	2—70 (+40)
Осадки, мм: в 1 мес в 1 год	150	600	0—300 1500	0-50  200
Выпадение росы	Периодическое		Ежедневное	Периодиче- ское
Плотность потока солнечно- го излучения, кДж/(м2-год) [ ккал/(см2 • год)]	238,8’Ю4  157]	398-10‘ [95]	624,3-10* [149]	624,3-10* [149]
Воздух, содержащий соли	—	Только в приморских районах		
2. Климатические исполнения изделий по ГОСТ 15150—69*
(СТ СЭВ 458 — 77, СТ СЭВ 460 — 77)

Климатические исполнения изделий	Обозначения	
	русские	латинские
Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах в районах с климатом:.		
умеренным	У	Ы
умеренным и холодным	УХЛили ХЛ	ИГ или Р
влажным тропическим	ТВ	ТН
сухим тропическим	ТС	ТА
сухим и влажным тропическим	Т	Т
Общеклиматическое исполнение  Изделия, предназначенные для эксплуатации в районах с морским климатом:	О	И
умеренно холодным	м	М
тропическим (в том числе для судов каботажного плавания или иных, предназначенных для плава- ния только в этом районе)	тм	МТ
умеренно холодным и тропическим (в том числе для судов неограниченного района плавания)	ом	ми
Изделия, предназначенные для эксплуатации во всех районах на суше и на море, кроме района с очень хо- лодным климатом	в	АУ

изделия также классифицируют по
различным категориям размещения,
указанным в табл. 3.

Вид испытаний характеризуется
воспроизводимым климатическим фак-
тором. Классификация испытаний при-
ведена в табл. 4.

Климатическое испытательное обору-
дование в зависимости от воспроизво-
димых факторов подразделяют на сле-
дующее: камеры тепла, камеры хо-
лода, термокамеры, камеры термоудара,
камеры тепла и влаги, термовлаго-
камеры, камеры солнечного излуче-
ния, камеры морского (соляного) ту-
мана, камеры дождя, камеры динами-
ческого воздействия пыли, камеры ста-
тического воздействия пыли, баро-
камеры, камеры бароудара, термо-
барокамеры, термобаровлагокамеры.

Климатическое испытательное обо-
рудование может иметь различное кон-
структивное исполнение. В зависимо-
сти от конструктивного исполнения
оборудование подразделяется на сле-
дующее: шкафное, сундучковое, на-
стольное, лабораторное, комнатное.

Общие требования к климатическим
испытаниям. Рекомендуется $ прово-
дить испытания на одних и тех же об-
разцах в следующей последователь-

ности: на циклическое воздействие
температур, на теплоустойчивость, на
влагоустойчивость, на холодоустой-
чивость.

Последовательность остальных ви-
дов испытаний не регламентируется.

Для сокращения общей продолжи-
тельности испытаний и контрольных
операций допускается проводить ис-
пытания одновременно на разных об-
разцах или совмещать ряд испытаний.
Допускается совмещать некоторые
виды испытаний. Рекомендуемое сов-
мещение видов испытаний приведено
в табл. 5.

Методы испытаний и значения воз-
действующих на изделие факторов уста-
новлены стандартами. Для конкретных
изделий методы испытаний устанавли-
ваются в технических условиях, про-
граммах и методиках испытаний.

Устойчивость изделия к воздейст-
вию климатических факторов опреде-
ляется по отсутствию механических
повреждеьий, стабильности основных
выходных параметров изделия и его
внешнему виду.

Перед началом и после каждого ис-
пытания изделий производят их внеш-
ний осмотр и измеряют их параметры
в нормальных климатических уело-
3. Категории размещения изделий по ГОСТ 15150—69*

1	Назначение	Обозна- чение
Для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности кли- матических факторов, характерных для данного района):  I	для хранения в процессе эксплуатации в помещениях категории 4  и работы как в условиях категории 4, так и (кратковременно) в дру- гих условиях, в том числе на открытом воздухе	1  1.1
1  Для эксплуатации под навесом или в помещениях (объемах), где колеба-	2

ния температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от ко-
лебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ
наружного воздуха, например в палатках, кузовах, прицепах, металли-
ческих помещениях без теплоизоляции, а также в оболочке комплектного
изделия категории 1 (отсутствие прямого воздействия солнечного излу-
чения и атмосферных осадков):

для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплект-  1	ных изделий категорий 1; 1.1; 2, конструкция которых не допускает  ।	конденсации влаги на встроенных элементах (например, внутри ра-  1	диоэлектронной аппаратуры)	2.1
I	Для эксплуатации в закрытых помещениях (объемах) с естественной вен-  тиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например в металлических	3

с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях (отсут-
ствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения;
существенное уменьшение скорости ветра; существенное уменьшение
или отсутствие воздействия рассеянного солнечного излучения и конден-

и	сации влаги):  *	для эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях (объемах)	3.1
1	""		  Для эксплуатации в помещениях (объемах) с искусственно регулируе- мыми климатическими условиями, например в закрытых отапливаемых	4

или охлаждаемых И вентилируемых производственных и других, в том
числе хорошо вентилируемых подземных помещениях (отсутствие воз-
действия прямого солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра,
песка и пыли наружного воздуха; отсутствие или существенное умень-
шение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации
влаги):

для эксплуатации в помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом;  ।	для эксплуатации в лабораторных, капитальных жилых и других  помещениях подобного типа	4.1  4.2
Для эксплуатации в помещениях (объемах) с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых подземных помещениях, >	в том числе шахтах, подвалах, в судовых, корабельных и других помеще-  1	ниях, где возможно в течение длительного времени наличие воды или  частичная конденсация влаги на стенах и потолке, в частности, в некото- рых трюмах, в цехах текстильных, гидрометаллургических производств и т. п.):  для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплект- ных изделий категории 5, конструкция которых не допускает кон- денсации влаги на встроенных элементах (например, внутри радио- электронной аппаратуры)	5  5.1
4. Классификация испытаний

Климатиче- ский фактор	Воздействие	Вид испытания
Температура	Повышенная температура  Отрицательная температу- ра  Циклическое	изменение  температур	На теплоустойчивость при эксплуатации На теплоустойчивость при транспортиро- вании н хранении  На холодоустойчивость при эксплуатации На холодоустойчивость при транспорти- ровании и хранении  На циклическое воздействие температур
Влажность	Повышенная влажность  Иней и роса	На влагоустойчивость с конденсацией влаги (циклический режим)  На влагоустойчивость без конденсации влаги (непрерывный режим)  На воздействие инея и росы
Примеси в воздухе	Пыль  Соль (морской туман)	На работоспособность при статическом воздействии пыли  На динамическое воздействие пыли, на пыленепроницаемость  На воздействие соляного (морского) ту- мана
Солнечное излучение	Инфракрасное и ультра- фиолетовое излучения	На воздействие солнечного излучения
Атмосферное давление	Пониженное атмосферное давление (высотное)  Повышенное давление	На воздействие атмосферного давления На устойчивость к быстрому изменению давления  На воздействие повышенного давления

5. Рекомендуемое совмещение видов испытаний

Испытания	Испытания				
	на тепло- устойчивость при транс- портирова- нии и хра- нении	на холодо- устойчивость при транс- портирова,- нии и хра- нении	на цикли- ческое воздей- ствие темпе- ратур	на воз- действие инея	на воздей- ствие пони- женного ат- мосферного давления и температуры
На теплоустойчи- вость при эксплуа- тации		—		—	+
На холодоустойчи- вость при эксплуа- тации	—	+			+
На воздействие инея	—	—	+	—	—

Примечание. Знак «+» означает рекомендуемое совмещение видов испы
таний.
виях, соответствующих климатическим
условиям рабочих помещений.

Перед началом и после каждого ис-
пытания, а в необходимых случаях и
во время испытаний измеряют те пара-
метры, которые в процессе испытания
могут изменяться под воздействием
приложенной нагрузки. В первую
очередь во время испытаний измеряют
те параметры, которые обратимы и не
могут быть обнаружены по окончании
испытаний. Когда требуется устано-
вить не только факт изменения пара-
метров изделий под действием прило-
женной нагрузки, но и величину этого
изменения, контролируют параметры
в испытательном режиме.

Скорость изменения температуры при
всех видах климатических испытаний,
исключая испытание на устойчивость
к циклическому изменению темпера-
туры среды, не нормируется.

При испытаниях параметры испыта-
тельных режимов не должны превышать
допустимых отклонений, величина ко-
торых указывается в программе испы-
таний. Рекомендуемые допуски на от-
клонение климатических параметров
приведены ниже:

ПйПйМРТП
нарамехр	отклонение.

Температура, °С:

—85-ь+100............ ±3

101—200	........... +5

>200 ................ ±10

при воздействии относи-

тельной влажности ....	±2

Отнотительная влажность

воздуха, %	.............. —З-г+2

Атмосферное давление

1,33 —1000 гПа ............±5%±133	Па

Давление воздуха или газа

> 1000 гПа..............±1,96*	104 Па

Если изделие в период испытаний
должно функционировать, то огова-
ривается порядок снятия нагрузок на
него перед проверкой параметров и
в конце испытания. По окончании
испытаний изделия извлекают из ка-
меры и производят их внешний осмотр.

Испытания натеплоустойчивость при
эксплуатации проводят для проверки
работоспособности изделия и сохра-
нения его внешнего вида в период и
после воздействия повышенной тем-
пературы, установившейся при экс-
плуатации изделия.

Испытания изделий проводятся в ка-
мере и вне ее как под нагрузкой
(в рабочем режиме), так и без нагрузки.

Испытания изделий в камере про-
изводят следующим образом.

После размещения изделий в ка-
мере и выполнения соответствующих
монтажных работ для обеспечения не-
обходимых измерений и подачи при
необходимости электрического пита-
ния, жидкости и воздуха под давле-
нием для гидро- и пиевмосистем уста-
навливают на регулирующем устрой-
стве камеры требуемое значение тем-
пературы, которое выбирают в зависи-
мости от климатического исполнения
и категории размещения изделия в со-
ответствии с табл. 6.

Затем закрывают камеру и подают
питание на установку. Скорость на-
грева изделия меньше скорости на-
грева камеры, поэтому в момент уста-
новления в испытательной камере за-
данной температуры, у испытуемого
изделия температура ниже. Только
через определенный промежуток вре-
мени достигается тепловое равновесие
между изделием и окружающей средой,
в результате чего температура изделия
и окружающей среды выравнивается.
Поэтому испытуемые изделия выдер-
живают в камере при заданной тем-
пературе в течение времени, достаточ-
ного для прогрева изделия по всему
объему.

Если изделия в период эксплуата-
ции не потребляют энергию или при
потреблении энергии в рабочем режиме
не нагреваются, то испытания изделий
проводят при максимально допусти-
мом значении температуры эксплуата-
ции без подачи на них электрического
напряжения.

Греющиеся под нагрузкой изделия
принято испытывать в номинальном
электрическом режиме при рабочей
температуре среды. Характер ре-
жима работы, величина и вид нагрузки
устанавливаются в ТУ или программе
испытаний.

Если изделия в процессе эксплуата-
ции длительно находятся под нагруз-
кой и нагреваются, то в течение всего
времени испытаний включают их элек-
трическую нагрузку, а в процессе
испытаний периодически измеряют па-
раметры.
6. Температура воздуха при эксплуатации изделий по ГОСТ 15150 — 69*

Климати- ческое исполнение изделия	Категория размещения изделий	Температура воздуха, °С					
		рабочая				предельная рабочая	
		верхняя		нижняя	средняя	верхняя	нижняя
У	1; 1.1; 2; 2.1; 3  3.1  5; 5.1	+ 40  + 40  + 35		1 1 г ф СП	+ ю + 10 + 10	+ 45  + 45  + 35	1 1 1 сл сл ФФ
ХЛ	1; 1.1; 2; 2.1; 3  3.1  5; 5.1	+ 40  + 40  + 35		1 1 1 •— — о> ФФФ	+10.	+ 45  + 45  +35	ФОФ ф —<  1 1 1
УХЛ	1; 1.1; 2; 2.1; 3  З.Г 4 4.1 4.2 5; 5.1		Ь40 -40 1-35 (-25 -35 -35	— 60  — 10  + 10  + 10 •  — 10	+ 10  + 10  + 20  + 20  + 20  + 10	+ 45 + 45 + 40 + 40 + 40 + 35	1 +++1 1 — ь- — — н- ф ф	ФФ
ТВ	1; 1.1; 2; 2.1; 3;  3.1; 4  4.1  4.2  5; 5.1  1; 1.1; 2; 2.1; 3;  3.1	+ 45  + 25  + 45  + 35  + 45		+1  яг  ±1»	+ 27  + 20 + 27  + 10  + 27	+ 50  +40 +45 + 35 + 55	+1  +1 + 10  +1 — 10
Т, ТС	4  4.1  4.2  5; 5.1		1-45 -25 -45 -35	+1  + 10  + 10 +1	+ 27- + 20 +27  + 10	+55   +40  +45 •  + 35	+1  +1  - +1  +1
О	1; 1.1; 2; 2.1  4.  4.1  4.2  5; 5.1	+ 45  + 45  + 25  + 45  + 35		— 60 +1  + 10  + 10 — 10	+ 27  + 27  + 20  + 27  + 10	+ 55 + 55 + 40 + 45 + 35	— 60 +1 +1 +1 — 10 •
м	1; 1.1; 2; 2.1; 3;  5; 5.1  4; 3.1  4.1  4.2	+ 40  + 40  + 35  + 40		— 40  — 10  + 15 + 1	+ ю  + 20  + 20  + 20	+ 45  + 40 + 40 +40	-40  — 10 + 1 + 1
ТМ	1; 1.1; 2; 2.1; 3;  4; 5; 5.1  4.1  4.2	+ 45  + 25  + 45		+1  + 10  +1	+ 27  + 20  + 27	+45  + 40 + 45	+ 1  + 1  + 1
Продолжение табл. 6

Климати- ческое исполнение изделия	Категории размещения изделий	Температура воздуха, °С				
		рабочая			предельная рабочая	
		верхняя	нижняя	средняя	верхняя	нижняя
	1; 1.1; 2; 2.1; 3; 5; 5.1	4-45	— 40	+ 27	+ 45	—40
ОМ	3.1; 4	+ 45	— 10	+ 27	+ 45	-10
	4.1	+ 35	+ 15	+ 20	+ 40	+ 1
	4.2	+ 40	+ 1	+ 27	+ 40	+ 1
	К 1.1; 2; 2.1; 3	+ 45	— 60	+ 27	+ 55	— 60
	3.1; 4	+ 45	— 10	+ 27	+ 55	— 10
В	4.1	+ 25	+ 10	+ 20	+ 40	+1
	4.2	+ 45	+ 1	+ 27	+ 45	+1
	5; 5.1	+ 45	— 40	+ 27	+ 45	—40

Примечание. Требования к предельным значениям температуры воздуха
устанавливаются только для изделий с высокой вероятностью безотказной работы.

Если температура изделия выше тем-
пературы внешней среды при нагрузке
(в рабочем режиме), соответствующей
верхнему значению внешней среды,
на 10 °С или больше, то изделия испы-
тывают при нормальной или макси-
мально допустимой для -данного из-
делия нагрузке или режиме, которые
соответствуют верхнему значению тем-
пературы внешней среды.

Изделия в рабочем режиме (под на-
грузкой) испытывают следующим об-
разом.

Изделие помещают в камеру, вклю-
чают под нагрузку и в нормальных ус-
ловиях контролируют необходимые
параметры.

При включенном изделии в камере
устанавливается температура, равная
рабочей температуре по техническим
условиям. Изделие выдерживают до
полного прогрева по всему объему,
после чего снова контролируют пара-
метры. Затем изделие выключают,
а температуру в камере повышают до
предельного значения. После выдержки
температуру в камере понижают до
нормальной, а изделие оставляют при
этой температуре до его полного осты-
вания. Далее производят контрольные
проверки.

В конце испытаний в камере прове-
ряют параметры изделий. Параметры

контролируют сразу же после вы-
держки изделия при высокой темпе-
ратуре.

По окончании испытаний изделия
извлекают из камеры, выдерживают
в нормальных климатических условиях
испытаний до выравнивания темпера-
туры испытуемого изделия с темпера-
турой окружающей среды. Затем про-
веряют изделия в соответствии с тре-
бованиями программы испытаний.
Обычно проверяют их внешний вид,
механические свойства и измеряют ос-
новные параметры. Если изделия про-
стые, производят только их внешний
осмотр. При проверке внешнего вида
обращают внимание на изменение цвета,
вида защитных покрытий, состояние
сопрягаемых деталей.

Испытания на теплоустойчивость при
транспортировании и хранении про-
водят для проверки способности из-
делий выдерживать верхний предел
температуры окружающего воздуха при
транспортировании и хранении.

Условия хранения изделий, опреде-
ляемые местом их размещения, клима-
тическим районом и типом атмосферы и
характеризующиеся совокупностью
факторов, воздействующих при хра-
нении на упакованные и законсерви-
рованные изделия, приведены в табл. 7.
Условия транспортирования изделий
7. Условия хранения изделий по ГОСТ 15150—69*

Условия хранения изделий	Климатические факторы					
	Температура воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %		Солнечное излучение	Интенсивность дождя (верхнее значение), мм/мин	Пыль
		Верхнее значение	Средне- месячное значение в наибо- лее теп- лый и влажный период (продол- житель- ность, мес)			
Отапливаемые и вентили- руемые склады, хранилища с кондиционированием воз- духа, расположенных в лю- бых климатических райо- нах	40—5	80  при 25°С	65  при 20 °С  (12)	—	—	+
Закрытое или другие поме- щения с естественной вен- тиляцией без искусственно регулируемых климатиче- ских условий, где колеба- ния температуры и влаж- ности воздуха существенно меньше, чем на открытом воздухе (например, камен- ные, бетонные, металличе- ские с теплоизоляцией и другие хранилища, распо- ложенные в районах с уме- ренным и холодным клима- том)	+ 404—50	98 при 25 °С	80 при 20 °С (6)			+
Закрытые или другие поме- щения с естественной вен- тиляцией без искусственно регулируемых климатиче- ских условий, где колеба- ния температуры и влаж- ности воздуха существенно меньше, чем на открытом воздухе (например, камен- ные, бетонные, металличе- ские с теплоизоляцией и другие хранилища), причем расположенные в любых климатических районах, в том числе в районах с тропическим климатом	+ 50-7—50 *3	98  при 35 °С	80 при 27 °С (12)			
Продолжение табл 7.

Условия хранения изделий	Климатические факторы					
	Температура воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %		Солнечное излучение	Интенсивность дождя (верхнее значение), мм/мин	Пыль
		Верхнее значение	Средне- месячное значение в наибо- лее теп- лый и влажный период (продол- житель- ность, мес)			
Навесы или помещения, где колебания температуры и влажности воздуха несуще- ственно отличаются от ко- лебаний на открытом воз- духе (например, палатки, металлические хранилища без теплоизоляции и т. п.), причем	расположенные  в районах с умеренным и холодным климатом	+504—50 *2	100 при 25 °С	80  при 20°С (6)	—	—	+
Навесы или помещения, где колебания температуры и влажности воздуха несуще- ственно отличаются от ко- лебаний на открытом воз- духе (например, палатки, металлические хранилища без теплоизоляции), причем расположенные в районах с умеренным и холодным климатом	+504—50 *2	100 при 25 °С	80 при 20 °С (6)	Н	—	+
Навесы или помещения, где колебания температуры н влажности воздуха несуще- ственно отличаются от ко- лебаний на открытом воз- духе (например, палатки, металлические хранилища без теплоизоляции), причем расположенные в любых климатических районах, в том числе в районах с тропическим климатом	+604—50	100 при 35 °С	90  при 27 °С  (12)	Н	—	+
Открытые площадки, рас- положенные в районах с умеренным и холодным климатом	+ 50 •14- 4—50 •«	100 при 25 °С	80 при 20 °С (6)	+	3	+


•«

Продолжение табл. 7

Условия хранения - изделий	-Климатические факторы					
	Температура воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %		Солнечное излучение	Интенсивность дождя (верхнее значение), мм/мин	Пыль
		Верхнее значение	Средне- месячное значение в наибо- лее теп- лый и влажный период (продол- житель- ность, мес)			
Открытые площадки в лю- бых районах, в том числе в районах с тропическим климатом	+60-Г-50 * *2	100 при 35 °С	90  при 27 °С  (12)	+	5	

♦* Кратковременно до 3—4 ч в 1 год температура может повышаться до 60 °С.

*2 Температура — 60°С — для изделий исполнения УХЛ (ХЛ), О, В, а также
для изделий других исполнений, в стандартах или технических условиях на которые
указан нижний предел температур при эксплуатации ниже — 50 °С или которые должны
транспортироваться через районы с холодным климатом в зимнее время (или временно
храниться в этих районах).

♦а Допускается нижний предел температуры — 10°С, если изделие не будет транс-
портироваться или храниться на территории с умеренным и холодным климатом в зимнее
время или транспортироваться самолетом в любое время года.

Примечания. 1. При нормированном верхнем пределе 100 % наблюдается
конденсация влаги, при нормированном верхнем пределе 80 или 98 % конденсации
влаги не наблюдается.

2. Интегральная плотность теплового потока солнечного излучения составляет
1125 Вт/м2, в том числе плотность потока ультрафиолетовой части спектра (длина волны
280-400 мм) 68 Вт/м2.

3. Знак «—» означает, что воздействие фактора не учитывается, «+» — что воз-
действие фактора учитывается, «Н» — что воздействие фактора существенно меньше,
чем для случая, обозначенного знаком «+».

являются такими же, как условия хра-
нения на открытых площадках.

Для изделий, испытываемых на теп-
лоустойчивость при эксплуатации,
данное испытание проводится при сле-
дующих условиях: если температура
при транспортировании и хранении
выше температуры при эксплуатации;
если в изделии имеются узлы, для ко-
торых опасна температура транспорти-
рования и хранения и которые при
испытании на теплоустойчивость
при эксплуатации приобретают темпе-
ратуру меньшую, чем температура
при транспортировании и хранении.
Изделия испытывают в камере без
нагрузки, т. е. в нерабочем режиме.

Температуру в камере устанавли-
вают равной верхнему пределу тем-
пературы окружающего воздуха при
транспортировании и хранении.

Изделия считаются выдержавшими
испытания на холодоустойчивость,
если в процессе и после испытания
удовлетворяют требованиям, установ-
ленным в ТУ.

Испытания на холодоустойчивость
при эксплуатации проводят для про-
верки параметров изделий в условиях
воздействия пониженной рабочей тем-
пературы внешней среды.

Перед началом и после каждого ис-
пытания, а в необходимых случаях
также в процессе испытаний произво-
8. Нижний предел температуры воздуха на территории СССР (ГОСТ 15150—69)

Район (исполнение изделий)	Абсолютный минимум температуры (повторяемость 1 раз в 70 — 80 лет в течение 6 ч), °С	Среднее значе- ние температу- ры из абсолют- ных минимумов (повторяемость 1 раз в 1—2 года в течение 6 ч), °С	Средние температуры в наиболее холодный период, °С (повторяемость 1 раз в 5 лет), в течение времени, сут		
			1	3	5
ХЛ	— 60 и ниже	— 60	-55	-53	— 50
У	-55	-45	— 40 '	— 37	—35

дят внешний осмотр изделий и изме-
ряют их параметры, которые могут
меняться в процессе испытаний, а
также выдерживают изделия при нор-
мальных климатических условиях ис-
пытания.

Изделия помещают в камеру холода,
после чего температуру в камере уста-
навливают равной нижнему пределу
температуры при эксплуатации по
табл. 6. Минимальные значения тем-
пературы воздуха на территории СССР
приведены в табл. 8. Допускается по-
мещать изделия в камеру, температура
в которой установлена заранее.

При необходимости в программах
испытаний может быть предусмотрена
выдержка изделий под электрической
нагрузкой при заданной температуре.
В этом случае сначала проверяют па-
раметры, а затем подают на изделия
электрическую нагрузку, характер,
величина и продолжительность при-
ложения которой должны устанавли-
ваться в программах испытаний.

Изделия выдерживают в нормальных
климатических условиях испытаний
в течение времени, указанного в про-
грамме испытаний, затем производят
внешний осмотр и проверяют изделия
на соответствие требованиям програм-
мы испытаний. Изделия считают вы-
державшими испытание, если в про-
цессе и после испытания они удовлет-
воряют требованиям, установленным
в программе испытаний для данного
вида испытаний.

Испытания на холодоустойчивость
при транспортировании и хранении
проводят для проверки способности
изделий выдерживать воздействие пре-
дельного отрицательного значения тем-

пературы окружающего воздуха при
транспортировании и хранении.

Эти испытания изделий проводят
тогда, когда предельное отрицатель-
ное значение температуры при транс-
портировании и хранении ниже, чем
отрицательная рабочая температура
эксплуатации изделия.

Изделия помещают в камеру, после
чего температуру в камере устанавли-
вают равной предельному отрицатель-
ному значению температуры окружаю-
щего воздуха при транспортировании
и хранении по табл. 7. Допускается
помещать изделия в камеру, темпера-
тура- в которой установлена за-
ранее.

Изделия выдерживают в нерабочем
состоянии при заданной температуре
в течение времени, достаточного для
охлаждения всего объема изделия.
Затем температуру в камере повышают
до нормальной и изделия извлекают
из камеры. Допускается перемещать
испытуемое изделие из камеры с низ-
кой температурой непосредственно в
камеру с нормальной температурой.
Время пребывания изделия в камере
с нормальной температурой при этом
должно быть увеличено примерно
в 2 раза. В этом случае рекомендуется
использовать это испытание для про-
верки устойчивости изделия к воздей-
ствию инея и росы.

После извлечения изделий из камеры
производят их внешний осмотр. Если
необходимо в соответствии с програм-
мой испытаний, изделия выдерживают
несколько часов в нормальных клима-
тических условиях и затем проверяют
работоспособность и параметры из-
делий.
Гн

Г

Гн

Метод 2

Рис. 1. Характер изменения температур
при испытаниях иа циклическое воздей-
ствие температур:

т — время испытания; Т — температура;
?н — нормальная температура; сплошная
линия — изменение температуры камеры,
штриховая — изменение температуры из-
делия

Испытания на циклическое воздей-
ствие температур (воздействие смен
температур) проводят для определения
способности изделия выдерживать
циклическое изменение температуры
окружающей среды и сохранять свои
параметры в установленных пределах
после этого.

Изделия подвергаются воздействию
непрерывно следующих друг за другом
температурных циклов. Количество
циклов указывается в ТУ или програм-
ме испытаний.

В зависимости от назначения, усло-
вий эксплуатации, конструктивных
особенностей изделий испытание мо-
жет проводиться одним из методов,

различающихся характером изменения
температуры в цикле. Характер изме-
нения температуры камеры и изделия
при испытаниях этими методами пока-
зан на рис. 1.

Метод 1. Изделия помещают в ка-
меру холода, температура в которой
заранее доведена до определенного
значения, а затем после выдержки в те-
чение времени, необходимого для до-
стижения теплового равновесия, их
переносят в камеру тепла с высокой
температурой, где снова выдерживают
в течение времени, необходимого для
достижения теплового равновесия.
Время переноса изделий из камеры
в камеру не должно превышать 10—
15 мин.

Метод 2. Этот метод отличается
от метода 1 длительной (до нескольких
часов) выдержкой изделий в нормаль-
ных условиях между периодами ох-
лаждения и нагрева в камерах холода
и тепла.

Метод 3 (термоциклирование). Пе-
ред испытанием на термоциклирова-
ние определяют сопротивление изоля-
ции изделия путем выдерживания из-
делия в течение нескольких суток при
повышенных температуре и влажности
воздуха. В этот период определяют
зависимость сопротивления изоля-
ции изделия относительно корпуса
от времени пребывания во влажной
атмосфере. Измерение сопротивления
изоляции рекомендуется проводить
2 раза в сутки. После выдержки изде-
лия во влажной атмосфере и в нормаль-
ных климатических условиях их под-
вергают термоциклированию: пооче-
редно выдерживают при отрицатель-
ной, положительной и снова отрица-
тельной температуре. После испытания
на теплостойкость изделие выключают,
а температуру в камере понижают до
предельного отрицательного значения.
Затем проводят повторные испытания
изделий в камере влажности.

Разность значений сопротивления
изоляции, измеренных при испытаниях
на влагостойкость перед термоцикли-
рованием и после него, не должна пре-
вышать определенной величины, ко-
торая указывается в соответствующей
документации.

Вместо испытания в одной камере
можно проводить испытания в двух
камерах с переносом изделий из ка-
меры в камеру. При этом включение
изделия под нагрузку должно произво-
диться в камере холода. После дости-
жения температуры 10—15°С его вы-
ключают и переносят в камеру тепла.

Метод 4 (испытание термическим
ударом). Цель — определение стой-
кости изделий к резкому изменению
окружающей температуры от ее верх-
него значения до нижнего.

Испытание небольших изделий в гер-
метичном исполнении проводят, по-
гружая их сначала в жидкость, нагре-
тую до 95—100 °С, а затем в жидкость
температурой 0—5°С, после чего из-
делия снова переносят в сосуд с горя-
чей жидкостью. Продолжительность
выдержки изделия в нагретой или хо-
лодной жидкости, а также время пере-
носа зависят от массы изделия и исчис-
ляются десятками секунд.

Испытывают крупные изделия в двух
камерах. Время выдержки изделий при
крайних значениях температур при-
ведено ниже и равно времени дости-
жения равновесия температур.

Минимальное время (ч)

Масса	выдержки изделия

изделия, кг при предельных значениях
температур

<0,3	0,5

0,3-3	1

3—30	2

30-300	4

>300	8

Можно этот вид испытаний прово-
дить в одной камере с резким измене-
нием температур, когда нужно избе-
жать образования инея во время на-
грева. Желательная скорость изме-
нения температуры 1—3 °С/мин. Чтобы
избежать образования инея в конце
испытаний, нужно начинать циклы
с охлаждения, а заканчивать нагре-
вом.

Испытания на влагоустойчивость
проводят для проверки способности
изделий сохранять свои параметры и
внешний вид в установленных преде-
лах в условиях длительного воздей-
ствия повышенной влажности и после
него.

Испытания могут быть длительными,
ускоренными и кратковременными.

Длительные испытания являются ос-
новными и проводятся на этапах раз-
работки изделия или его освоения в
производстве (опытные образцы —
партия, образцы из установочной се-
рии, а также изделия серийного про-
изводства в случае изменения кон-
струкции, технологии изготовления
или материалов). Ускоренные испыта-
ния проводят на изделиях серийного
производства, проверяемых периоди-
чески; при этом допускается эти испы-
тания заменять длительными. Уско-
ренные испытания изделий на влаго-
устойчивость применяют для выявле-
ния дефектов, которые могут возник-
нуть в изделиях, а также для выявле-
ния грубых технологических дефектов
в серийном производстве, если специ-
фика производства и конструктивные
особенности изделий таковы, что де-
фекты выявляются этими испыта-
ниями.

Для испытаний применяют один из
следующих методов: с конденсацией
влаги (длительный или ускоренный
циклический режим); без конденсации
влаги (длительный или ускоренный
непрерывный режим).

Конкретный метод испытания уста-
навливают в зависимости от назначе-
ния, условий эксплуатации и конструк-
тивных особенностей. Изделия с про-
питываемыми обмотками, например
электрические машины, трансформа-
торы, магнитные усилители, реле, ре-
комендуется испытывать в цикличе-
ском режиме. Остальные изделия ис-
пытывают в непрерывном режиме.

Изделие на определенное время по-
мещают в камеру и проверяют под на-
грузкой. Затем его выключают, а в
камере создают заданный режим
(табл. 9). Испытание проводят при нор-
мальной или повышенной температуре
среды. Продолжительность испытаний
колеблется от нескольких суток до
нескольких десятков суток.

Изделия, которые предназначены для
эксплуатации при длительном непре-
рывном пребывании во влажной среде
без включения или подсушки, можно
испытывать в менее жестком режиме.
В процессе испытания допускается
незначительное выпадение росы в виде
отпотевания изделия и появления на
нем капель воды.
9. Рабочие значения влажности воздуха по ГОСТ 15150—69 •

Климаты * ческое исполнение изделий	Категории размещения изделий	Относительная влажность, %		
		Среднемесячное значение в наибо- лее теплый и влажный период	Продол - житель- ность воздей- ствия, мес	Верхнее значение
УХЛ  У, УХЛ (ХЛ)	4; 4.1; 4.2  Г, 2  1.1  2.1; 3; 3.1  5  5.1  ч 1	65 при 20°С  80 при 20°С  80 при 20°С  80 при 20°С  90 при 20 °С  90 при 20°С  65 при 20°С	12  6  2  6  12  12  12	80 при 25 °С  100 при 25°С  98 при 25 °С  98 при 25 °С  100 при 25°С  98 при 25 °С  100 при 10°С
ТС	1.1; 2; 3; 3.1; 4; 4.1; 4.2  5  5.1	65 при 20°С  90 при 20 °С  90 при 20°С	12  12  12	80 при 25°С  100 при 25 °С  98 при 25 °С
ТВ, т, о, в, тм, ом	1; 2; 5 1.1 2.1; 5.1 3; 3.1; 4	90 при 27 °С  90 при 27°С  90 при 27°С  80 при 27°С	12  4  12  12	100 при 35°С  98 при 35 °С  98 при 35 °С  98 при 35°С
ТВ, т, о, в, тм, ом	4.1  4.2	65 при 20°С  80 при 27 °С	12  3	80 при 25°С  98 при 35°С
м	1; 2  1.1  2.1  3; 4; 3.1  4.1  4.2  5  5.1	90 при 20°С  90 при 20°С  90 при 20°С  80 при 20°С 65 при 20°С  80 при 20°С  90 при 20°С  90 при 20 °С	6  2  6  6  12  2  12  12	100 при 25°С  98 при 25°С  98 при 25°С  98 при 25 °С  80 при 25 °С  98 при 25°С  100 при 25°С  98 при 25°С

Примечание.. Указанный верхний предел относительной влажности норми-
руется также при более низких температурах; при более высоких температурах относи-
тельная влажность ниже. При нормированном верхнем пределе 100 % наблюдается
конденсация влаги, при нормированном верхнем пределе 80 или 98 % конденсация влаги
не наблюдается. Значению 80 % при 25 °С соответствует значение 90 % при 20 °С или
50-60 % при 40 °С.

Обычно изделия испытывают без
электрической нагрузки. Изделия,
имеющие электрические цепи, у ко-
торых при увлажнении под электриче-
ским напряжением может проявляться
разрушающее действие электролиза
или электрохимической коррозии, сле-
дует испытывать с приложением элек-
трического напряжения. Приклады-
вают электрическое напряжение по
возможности так, чтобы выделение
тепла в изделии было минимальным.

Поэтому время пребывания изделия
под электрической нагрузкой не
должно быть более 1 ч. В тех случаях,
когда это невозможно, рекомендуется
проводить испытания на двух группах
изделий: одну группу испытывать без
приложения электрического напряже-
ния, другую — при периодическом
приложении напряжения.

Испытание электрической изоляции
изделий повышенным напряжением
проводят в камере в конце испытания,
а при циклическом методе —. в послед-
нем цикле, при этом последний цикл
испытаний заканчивают выдержкой
изделий при максимальной темпера-
туре. Продолжительность выдержки
дополнительно увеличивают не менее
чем на 24 ч. Конденсация влаги при
этом не допускаете^.

Испытание изделий, которые в со-
ответствии с ГОСТ 15150—69* должны
подвергаться воздействию относитель-
но влажности 100 % с конденсацией
влаги и у которых электрическая проч-
ность определяется перекрытием или
пробоем по поверхности изоляции,
следует проводить без изъятия их
из камеры. Для других видов изделий
допускается проводить испытание изо-
ляции повышенным напряжением в те-
чение 3 мин после изъятия изделий из
камеры.

Малогабаритные изделия допуска-
ется размещать в камере с ранее соз-
данным испытательным режимом. При
этом изделия должны быть предвари-
тельно нагреты до заданной темпера-
туры.

Измерение параметров изделий, уста-
новленных для данного вида испыта-
ния, за исключением проверки изоля-
ции повышенным напряжением, как
правило, проводят в конце испытаний,
а при циклическом методе — в послед-
нем цикле, в конце последнего часа
выдержки при верхнем пределе тем-
пературы окружающего воздуха, не
извлекая изделия из камеры. Если
измерять параметры изделия, не извле-
кая его из камеры, технически невоз-
можно или обоснована техническая
нецелесообразность измерения пара-
метров в камере, допускается изме-
рять параметры изделий не более чем
через 15 мин после их извлечения из
камеры.

Изделия считаются выдержавшими
испытание, если в процессе и после
испытания они удовлетворяют требо-
ваниям на изделия для данного вида
испытаний. При этом недопустимые
изменения внешнего вида лакокрасоч-
ных покрытий, пластмасс, металличе-
ских деталей оговаривают в программе
испытаний. На поверхности изделий
Допускаются отдельные мелкие взду-
тия лакокрасочных покрытий, исче-
зающие после 12—24 ч выдержки в нор-

мальных климатических условиях, или
отдельные очаги коррозии, если это
не влияет на работоспособность и на-
дежность изделий, не ухудшает их
внешнего или товарного вида. До-
пускается также потемнение отдель-
ных металлических деталей вследствие
испытаний изделий на работоспособ-
ность.

Метод испытания с конденсацией
влаги (циклическийрежим). Испытания
являются циклическими, причем циклы
непрерывно следуют друг за другом.
Продолжительность цикла должна
быть 24 ч. Каждый цикл состоит из
двух частей. В первой части цикла ис-
пытаний в течение 16 ч изделия под-
вергают действию влажности 95 ±
± 3 % при верхнем пределе темпера-
туры. Рекомендуемая температура дли-
тельных испытаний 40 ± 2 °С, а уско-
ренных 55 ± 2 °С. Во второй части
цикла испытаний камеру с изделиями
охлаждают в течение 8 ч при относи-
тельной влажности 94—100 % до тем-
пературы, не менее чем на 5 °С меньшей
верхнего предела.

Повышение относительной влажности
и температуры для проведения каждого
последующего цикла должно быть до-
статочно быстрым, чтобы обеспечить
конденсацию влаги на изделиях. До-
пускается вместо естественного ох-
лаждения изделий в камере, где прово-
дились испытания при верхнем пре-
деле температуры, переносить изде-
лия из этой камеры в другую с пони-
женной температурой, причем время
переноса не должно превышать 15 мин.
Последний цикл допускается заканчи-
вать выдержкой изделий при верхнем
пределе температуры без испытаний
при естественном охлаждении.

Если требуется проверить сопротив-
ление электрической изоляции, нор-
мированное для данного вида испыта-
ний программой испытаний, то в по-
следнем цикле испытания изделия ув-
лажняют в течение 24 ч при верхнем
пределе температуры и относительной
влажности 95 ± 3 % без конденсации
влаги. После этого измеряют сопротив-
ление изоляции. При измерении со:
противления изоляций на поверхностях
изделий, доступных внешнему осмотру,
не должно быть конденсированной
влаги.
100-

§«5 30

80-

70 -

80 -

Время,ч
+55

Конденсация влаги

Коней, подъема температуры

Начало спада температуры



зо7<>

15мин

15мид

35°/°

15мин

\15мин

I +57

+55

Температура

+30Н

12ч
одлучениЯ^

15

дремуч
24

Лу I
2	12±0,5ч

+28

+50мин

+22

1 цикл

2,75ч

24ч

Рис. 2. Изменение параметров ис-
пытаний за один цикл:

а — при циклическом испытании
изделий на влагоустойчивость;
б — при испытании изделий на
воздействие солнечного излучения

а)







I

Я

11

*> «





1

Если в процессе испытания произво-
дят периодический контроль пара-
метров для определения соответствия
параметров изделия параметрам, за-
данным нормами, измерение следует
производить в конце первой части
цикла испытания.

При кратковременных испытаниях,
проводимых для выявления грубых
технологических дефектов, изделия
подвергают воздействию двух или
шести циклов. Продолжительность
каждого цикла 24 ч. Изменение пара-
метров испытаний за один цикл пока-
зано на рис. 2, а.

Метод испытания без конденсации
влаги (непрерывный режим). Изделия
помещают в камеру влажности, выдер-
живают при заданной температуре
в течение времени, предусмотренного
в программе испытаний, но не менее
1 ч. Относительную влажность воз-
духа повышают до 95 ± 3 %, после
чего температуру и влажность воздуха
в камере поддерживают постоянными
в течение всего времени испытания.
Допускается предварительно нагре-
вать изделие до температуры, пре-
вышающей испытательную на 2—3 °С,
и вносить их в камеру, где заранее
установлен испытательный режим.

При кратковременных испытаниях
температура испытаний 40 ± 2 °С,
а относительная влажность 95 ± 3 %.
Продолжительность испытаний 2, 4,
6 или 10 сут.

Испытания на воздействие инея и
росы проводят для проверки работо-
способности изделия в условиях вы-
падения на них росы и инея с после-
дующим оттаиванием.

При испытаниях изделие помещают
в камеру и выдерживают при темпера-
туре —20 ± 5 °С в течение 2 ч. Затем
его извлекают из камеры, помещают
в нормальные климатические условия
и подают на него электрическое на-
пряжение, характер, величина, время
выдержки и места приложения кото-
рого установлены в программе испыта-
ний. В процессе образования инея
и росы контролируют электрические
параметры в соответствии с програм-
мой испытаний. При этом не должно
наблюдаться пробоя изоляции или по-
верхностного перекрытия.

Испытания на воздействие солнеч-
ного излучения проводят для проверки
сохранения внешнего вида изделий или
их отдельных деталей, узлов и мате-
риалов, а также их параметров после
воздействия солнечного излучения.
10. Рабочие значения параметров, характеризующих действие пыли
в период Эксплуатации изделий по ГОСТ 15150—69 ♦

Параметр	Воздействие пыли		
	динамическое	статическое	на проницаемость
Размер частиц, мкм Состав пылевой смеси	<200 Кварцевый песок не более 70 %, осталь- ные составляющие не нормируются	<140 Устанавливается в стандартах или технических усло- виях на группы изделий	<50 Не нормируется
Концентрация, г/м8  Скорость, м/с	Устанавливается в стандартах или технических усло- виях на изделия или группы изделий  15	10  0	Не нормируется  0

Примечания. 1. Требования к динамическому абразивному воздействию
пыли предъявляют только по отношению к наружным частям категории размещения 1
климатического исполнения ТС, О и В, если эти нагруженные части могут подвергаться
абразивному воздействию пыли.

2. Требования к работоспособности или пыленепроницаемости при статическом
или динамическом воздействии пыли предъявляют по отношению к имеющим подвижные
или сочленяющиеся части изделиям категории размещения 1 климатического испол-
нения ТС, О и В. Эти требования не предъявляют к деталям и узлам, -предназначенным
для размещения в комплектных изделиях с пыленепроницаемыми оболочками.

Облучают изделия, их узлы или де-
тали, например кожухи, крышки,
ручки, шкалы и другие, источниками
света, по спектральному составу и
интенсивности близкими к солнечному
излучению. Спектр ультрафиолетового
излучения должен лежать в пределах
280—400 нм. Интегральная плотность
теплового потока солнечного излуче-
ния для высот до 15 км составляет
1125 Вт/м2, в том числе плотность по-
тока ультрафиолетовой части спектра
68 Вт/м2. Интегральная плотность теп-
лового потока солнечного излучения
для высоты свыше 15 км 1380 Вт/м2,
в том числе плотность потока ультра-
фиолетовой части спектра 100 Вт/м2,
с допусками +5ч-----15%. Концен-

трация озона в камере не должна
превышать нормальную по
ГОСТ 15150—69*.

Если основная цель испытания —
проверка влияния ультрафиолетовой
части спектра, его проводят следую-
щим образом. Изделия или материалы
помещают в камеру, включают источ-
ники инфракрасного и ультрафиоле-
тового излучения, после чего в тени
камеры устанавливают температуру
воздуха +55 ± 2 °С. Облучают об-
разцы в течение 120 ч.

Если основная цель испытания —
проверка воздействия ультрафиоле-
товой части спектра совместно с на-
гревом, испытание проводят по ре-
жиму (рис. 2, б), при этом продолжи-
тельность испытания 10 циклов.

По окончании испытания изделия
или материалы вынимают из камеры,
производят их внешний осмотр и срав-
нивают с изделиями, не подвергши-
мися облучению, а также измеряют
параметры. Контролируют только те
параметры, стабильность которых за-
висит от состояния конструктивных
деталей или узлов из органических
материалов или имеющих органические
покрытия и подвергающихся непо-
средственному облучению.

Изделия или материалы считают
выдержавшими испытания, если после
испытаний они удовлетворяют уста-
новленным требованиям.

Испытания на динамическое воздей-
ствие пыли проводят для проверки
устойчивости изделий и материалов
к разрушающему (абразивному) воз-
действию пыли.

Изделия или образцы материала по-
мещают в камеру пыли и располагают
так, чтобы воздействие пыли было наи-
более эффективным и соответствовало
Рис. 3. Прибор для из«
мерения концентрации
пыли:

1 — направляющие пе-
регородки; 2 — стойка
с входными отверстиями;

3 — съемное дно

возможному воздействию пыли в экс-
плуатации. Рабочие значения пара-
метров, характеризующие воздействие
пыли в период эксплуатации изделий,
приведены в табл. 10. Температура
воздуха в камере должна быть 55 &С
при относительной влажности не более
50%.

Испытание проводят обдуванием из-
делий или образцов материала в те-
чение 1 ч просушенной пылевой сме-
сью, содержащей 70 % кварцевого
песка и по 15 % мела и каолина.
Количество пылевой смеси, пропус-
каемой через камеру, равно 0,1 %
объема камеры. Скорость движения
пылевой смеси 10—15 м/с. Размер ча-
стиц пыли должен быть таков, чтобы
они проходили без остатка через сито
с сеткой № 014 по ГОСТ 6613—73*
и оставляли остаток около 3 % на
сите с сеткой № 02.

По окончании испытания изделия
или образцы материала извлекают из
камеры, удаляют пыль с наружных
поверхностей и производят внешний
осмотр изделий. Изделия или материал
считают выдержавшими испытание, ес-
ли их внешний вид удовлетворяет уста-
новленным требованиям.

Испытание на работоспособность при
статическом воздействии пыли про-
водят для выявления способности из-
делий сохранять свои параметры в сре-
де с повышенным содержанием пыли.

Испытанию подвергают изделия, не
имеющие пыленепроницаемых оболо-
чек или не предназначенные для уста-
новки в аппаратуре с пыленепроницае-
мыми оболочками. Для таких изделий
необходимость данного вида испытаний

указывают в нормативно-технической
документации. Изделия подвергают
воздействию пылевой смеси, находя-
щейся во взвешенном состоянии в ка-
мере, в течение 4 ч. Затем в течение 2 ч
пыль оседает при отсутствии циркуля-
ции воздуха в камере. Температура воз-
духа в камере должна быть +55 ±
± 2 °С при относительной влажности
не более 50 %. Пылевая смесь должна
состоять в основном из кварцевого
песка, проходящего через сито с сет-
кой № 014 по ГОСТ 6613—73*. Ско-
рость циркуляции воздуха в камере
до оседания пыли должна быть 0,5—
1м/с. Концентрация пыли должна быть
примерно 10 г/м3, при испытании ее
устанавливают с помощью прибора
(рис. 3).

Прибор изготовляют из листов ор-
ганического стекла толщиной 0,002—
0,004 м. При работе прибор устанавли-
вают в любой части камеры, включают
циркуляцию воздуха на 5 мин, после
чего должна оседать пыль в течение
2 ч. Количество пыли, собранное в при-
боре за этот период, должно составлять
25 ± 5 г.

Испытания изделий на пыленепро-
ницаемость проводят для проверки
способности конструкции корпусов и
кожухов изделий не пропускать пыль.

Изделия подвергают воздействию
пылевой смеси, находящейся во взве-
шенном состоянии в воздухе камеры
втечение 15 мин. Затем в течение30 мин
пыль оседает без циркуляции воздуха
в камере. Температура воздуха в ка-
мере должна быть +55 ± 2 °С при от-
носительной влажности не более 50 %.

Пылевая смесь должна состоять из
25 % флуоресцирующего порошка, на-
пример люминофора ФКП-03 (2п8Си),
проходящего через сито с сеткой
№ 005 по ГОСТ 6613—73*, и 75 %
кварцевого песка, проходящего через
сито с сеткой № 014. .

Скорость циркуляции, воздуха в ка-
мере до начала оседания пыли должна
быть 0,5—1,0 м/с. Концентрацию пыли
при испытаниях устанавливают с по-
мощью прибора, который применяют
при испытании на работоспособность
изделий при статическом воздействии
пыли.

После испытания изделия извлекают
из камеры, удаляют пыль с наружных
поверхностей, производят внешний
осмотр изделий, вскрывают их и под-
вергают воздействию ультрафиолето-
вого излучения, чтобы установить на-
личие проникшей в них пыли. При этом
рекомендуется пользоваться лампами
ультрафиолетового излучения ПРК со
светофильтрами УФС.

Изделия считают выдержавшими ис-
пытание, если внутри их оболочек и
кожухов не обнаружено пыли.

Испытания на воздействие соляного
(морского) тумана. Испытания про-
водят для определения коррозионной
стойкости изделий и материалов в ат-
мосфере, насыщенной водными раство-
рами солей.

Изделия или образцы материала
помещают в камеру тумана, темпера-
туру в которой устанавливают +27 ±
± 2 °С, и подвергают воздействию со-
ляного тумана. В камере изделия рас-
полагают так, чтобы в процессе испыта-
ния брызги раствора из пульвериза-
тора или аэрозольного аппарата, а
также капли с потолка, стен и системы
подвесов не попадали на изделия. Если
изделия эксплуатируют в защитной
оболочке, их нужно испытывать в-ней.

Соляной туман образуется распыле-
нием центробежным аэрозольным ап-
паратом или пульверизатором соля-
ного раствора, который приготовляют,
растворяя в дистиллированной (деиони-
зированной) воде хлористый натрий
(ГОСТ 4233—77), с концентрацией
33 ± 3 кг/м3. Туман должен обладать
дисперсностью 1—10 мкм (95 % ка-
пель) и водностью 0,002—0,003 кг/м3
(2—3 г/м3).

Водность определяют прибором
Зайцева.

Дисперсность тумана определяют ме-
тодом микрофотографирования.

Распыляют раствор в течение 15 мин
через, каждые 45 мин.

По окончании испытания изделия
промывают в дистиллированной воде,
после чего их следует просушить.

Общее время испытания 2, 7 или 10
сут.

Оценивают результаты испытаний
путем внешнего осмотра. Изделия счи-
тают выдержавшими испытания, если
их внешний вид удовлетворяет уста-
новленным требованиям.

Испытания на воздействие понижен-

П. Группы пониженного давления

Атмосферное давление,
кПа

а
б
в
г
Д
е
ж
з
и
к
л
м

70,0

60,0

53,3

26,7

12,0

4,4

2,0

6- 1 о-1
1,3*10"1
1,3*10“2
1,3-10-*
1,3-10“7

75,6

65,8

59,3

29,0

13,3

5,5

2,2

6*10”1

1,3* ю-1

1,3*10“2
1,3-10“*

1,3*10“7

2,4

3,5

4,3

9,4

14,4

20,0

26,0

34,0

45,8

63,6

91,7

200

ного атмосферного давления. В про-
цессе испытания проверяют неизмен-
ность параметров и работоспособность
изделия в условиях пониженного атмо-
сферного давления при различной
температуре окружающей среды.

Изделия испытывают в термобаро-
камере. Значение давления устанавли-
вается в соответствии с группой пони-
женного давления по табл. 11. Про-
должительность испытаний опреде-
ляется временем, необходимым для
создания заданного режима и проверки
параметров изделия. В процессе ис-
пытаний непрерывно проверяют пара-
метры, зависящие от электрической
прочности воздушных промежутков,
в том числе дуговых или искровых.
При периодических испытаниях се-
рийных изделий проверять параметры
можно только в критических точках,
а не во всем диапазоне давления.

Если изделия предназначены для
работы при давлении 6,7* 102 Па и
ниже, давление воздуха в барокамере
сначала устанавливают равным 2,7Х
X 103 Па, а затем плавно снижают до
величины, указанной в документации.
Изделия, у которых при эксплуатации
коммутация электрического тока под
напряжением не имеет места, а рабочее
давление находится в пределах 1,3- X
10'4—13,3 Па, испытывают при дав-
лении 67 Па.

При повышенной температуре ис-
пытывают греющиеся в процессе ра-
боты изделия. В этом случае испыта-
ния проводят следующим образом.
Изделия помещают в термобарокамеру,
температуру в которой доводят до
заданного значения. Одновременно на
. изделия подают установленную на-
грузку. Температура и время выдержки
должны соответствовать режиму испы-
таний на теплоустойчивость при экс-
плуатации.. Затем снижают давление до
требуемой величины. Изделия выдер-
живают в условиях пониженного дав-
ления и повышенной температуры воз-
духа. После выдержки изделия в уста-
новленном режиме проверяют пара-
метры изделий, не извлекая их из
камеры. Затем изделия отключают,
давление плавно повышают до нормаль-
ного, извлекают изделия из термо-
барокамеры, проверяют их внешним
осмотром и при необходимости со-
ответствующие их параметры.

Греющиеся в процессе работы из-
делия можно испытывать при нормаль-
ной температуре, если с помощью элек-
трического режима можно получить
предельно допустимую температуру
изделия.

Испытание на воздействие понижен-
ного атмосферного давления при не-
высоких значениях температуры осу-
ществляют по следующей методике.
Изделия помещают в термобарокамеру,
подают на них электрическую нагрузку
и повышают температуру в камере до
заданного значения. Температуру и
время выдержки выбирают такими
же, как при испытании на теплоустой-
чивость.

Изделия, эксплуатирующиеся при
пониженном давлении в течение вре-
мени, недостаточного для нагрева до
состояния теплового равновесия, вклю-
чают под нагрузку после достижения
в камере заданного давления. Затем
электрическую нагрузку снимают, а
давление в камере плавно повышают
до нормального. Изделия извлекают
из камеры и осматривают. Осмотру и
проверке может предшествовать выдер-
жка изделий в нормальных условиях.

Испытание негреющихся в процессе
работы изделий проводят при нормаль-
ной температуре окружающей среды.

На воздействие повышенного атмо-
сферного давления изделия испыты-
вают в барокамере, где выдерживают
их при заданном давлении в течение
установленного документацией вре-
мени. Если предусмотрено, параметры
проверяют при нахождении изделия
в барокамере. Затем давление в ка-
кйре плавно понижают до нормального,
изделия извлекают из камеры и под-
вергают контролю.

Испытания изделий на устойчивость
к быстрому изменению давлений про-
водят для определения работоспособ-
ности изделий при резком падении ок-
ружающего давления. Изделие испы-
тывают во включенном состоянии в ба-
рокамере при нормальной температуре
и давлении, соответствующем давле-
нию в герметической кабине или от-
секе объекта. После непродолжитель-
ной работы изделий в этих условиях
в течение 1—2 ч давление в барокамере
резко (за несколько секунд) снижают
до минимального путем срыва люка
в смежную камеру, где предвари-
тельно создано такое разрежение, ко-
торое обеспечивает требуемое давле-
ние в камере с объектом испытания.

При предельно минимальном давле-
нии изделие выдерживают в течение
установленного времени, после чего
измеряют параметры, предусмотренные
технической документацией. Затем
давление повышают до нормального,
изделие обесточивают, извлекают из
камеры и подвергают внешнему ос-
мотру.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ИСПЫТАНИЙ
НА ВОЗДЕЙСТВИЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ

Уравнение энергетического баланса
термокамер. Количество тепловой энер-
гии, которое необходимо ввести в ка-
меру (или отвести из нее) за период
испытания, должно быть достаточным,
чтобы нагреть (охладить) изделие и
конструкцию камеры, а также ком-
пенсировать все тепловые потери ка

1
Рис. 4. Теплопередача через стенку:

а — плоскую; б — однородную цилиндрическую; в многослойную цилиндрическую

меры. Уравнение энергетического ба-
ланса камеры имеет вид

Ф = Фи + Физ + Фг + Фп> (О
где р — количество теплоты, подво-
димое к камере (или отводимое от нее);
Си — количество теплоты, подводимое
к изделию при нагреве (или отводи-
мое от него при охлаждении); физ,
фг — вспомогательные потери на нагрев
(или охлаждение) соответственно изоля-
ции камеры и газа полезного объема
камеры; Сп — тепловые потери ка-
меры, Дж, которые складываются из
потерь за время нагрева, выдержки,
остывания и простоя камеры. Эти ве-
личины определяют по формулам

Си ~ тпси Си ^и)>

Сид тиЗСИЗ Оиз ^из)э (2)

Сг = тгсг « - <)>
где т — масса, кг; с — удельная
теплоемкость, Дж/(кг-°С); /' и Г —
соответственно начальная и конечная
температуры, °С.

Тепловые потери через стенку и изо-
ляцию определяют по формулам тепло-
передачи через сложную стенку
(рис. 4):

Сс = (/к — ^н. в)	(3)

где к — коэффициент теплообмена,
Вт/(м2-°С); /к и /н, в — соответственно

16 Зак. № 38

температура в камере и наружного воз-
духа, °С; 5 — площадь, м2.

Характер изменения температуры
плоской стенки показан на рис. 4, а.
Для плоской стенки коэффициент
теплообмена

к =----------_!-------------,	(4)

» I У ! 1

1=1

где и а2 — коэффициенты тепло-
обмена соответственно от горячего
воздуха камеры к внутренней стенке и
от внешней стенки к наружному воз-
духу, Вт/(м2’°С), они характеризуют
интенсивность теплообмена между по-
верхностью тела и окружающей сре-

дои; Э --------полное термическое со-

г’=1	1

противление плоской стенки, м2-°С/Вт;
Хг — коэффициент теплопроводности
слоя стенки, Вт/(м-°С).

Потери тепла через однородную ци-
линдрическую стенку

(2 = М (/к — *н. в) /т,	(5)

где к[ — теплопроводность, Вт/(м-°С);
I — длина цилиндрической части ка
меры, м; т — время, ч.
Рис. 5. Зависимость тепловых потерь от
толщины изоляции цилиндрической стен-

Теплопроводность однородной ци-
линдрической стенки (см. рис. 4, б).

1	|	1	-	«2	.	1

ай"
(6)

где и — внутренний и наружный
диаметры стенки.

Если толщина стенки цилиндриче-
ской камеры мала по сравнению с диа-
метром, то

& —_______!____

_к+А + 2_

и =	—^Н.в)-	(7)

При Минимальном термическом со-
противлении цилиндрической стенки
2Х
наружный диаметр камеры (12 = — —
0&2
= б/цр называется критическим диа-
метром. При с?2 < ^кр с увеличением й2
полное термическое сопротивление
теплопередачи падает. При й2 > б/кр
с увеличением й2 термическое сопротив-
ление теплопередачи возрастает. Это
необходимо учитывать при выборе
тепловой изоляции цилиндрической
камеры.

Термическое сопротивление двух-
слойной цилиндрической стенки ка-
меры (рис. 4, в)

=тЛ-+,п 4-+

, 1,^.1

Из уравнения (5) видно, что потери
тепла (2 при увеличении внешнего
диаметра изоляции с!3 сначала будут
возрастать и при й3 — б/Кр достигнут
максимума. При дальнейшем увели-
чении внешнего диаметра изоляции
потери тепла Ф будут падать (рис. 5).
Выбрав какой-либо теплоизоляцион-
ный материал для покрытия цилиндри-
ческой поверхности, прежде всего
нужно определить критический диа-
метр. Если окажется, что б/кр > ^2,
то применять выбранный материал
в качестве тепловой изоляции нецеле-
сообразно. В области й2 < (13 < б/Кр. из
при увеличении толщины изоляции
потери будут увеличиваться. Только
при (13 — б/зэф тепловые потери вновь
станут такими же, как для первона-
чального неизолированного цилиндра.
Следовательно, некоторый слой теп-
ловой изоляции не будет оправдывать
своего назначения. Для эффективной
работы тепловой изоляции необхо-
димо, чтобы ^Кр. из ^2-

Потери через тепловые короткие
замыкания подсчитывают, оценивая
температуру на обоих концах метал-
лического стержня (?! и /2), проходя-
щего через стенку камеры:

_ -1	— ^2 с

чп. к. з “ л —т--------^ст»

ьСт

(9)

где 1СТ, 5СТ — соответственно длина
и площадь сечения стержня.

Мощность камеры

Рк=*4-’	(10)

где к — 1,2-^-1,5 — коэффициент за-
паса, который вводят, чтобы обеспечи-
вать повышенную теплоотдачу изде-
лиям в первый этап нагрева (или ох-
лаждения) изделий (при д — сопз1).

Время, проводимое испытуемым из-
делием в камере, состоит из времени
его нагрева (или охлаждения) до за-
данной температуры, времени выдерж-
ки при этой температуре и времени
остывания (или нагревания).

Нагреваются (или охлаждаются) ис-
пытуемые изделия от поверхности
внутрь, поэтому при изменении тем-
пературы в камере в изделии образуется
внутренний перепад температур между
поверхностью и центром изделия.
Время нагрева изделий определяется
по-разному для тонких и массивных
изделий. Теплотехнически тонкими
изделиями называют изделия, скорость
нагрева которых практически не от-
личается от скорости нагрева изделий
из материала с бесконечно большой
теплопроводностью, у которых вну-
тренний перепад температур всегда
близок к нулю. Изделия, у которых
при нагреве внутренний перепад тем-
ператур большой, называют теплотех-
ническими массивными.

Степень массивности изделия за-
висит от его толщины, теплопровод-
ности, коэффициента теплоотдачи на
его поверхности, температуры камеры
и характеризуется числом Био

В1=-2-ь,	(Н)

/V

где Ь — толщина изделия, м.

При малых значениях числа Био
наружный перепад температур не-
много больше внутреннего, изделие
ведет себя как тонкое, при больших,
наоборот: изделие ведет себя как мас-
сивное. При В1 < 0,25 имеем дело
с практически тонкими изделиями, при
В1 > 0,5 — с массивными изделиями.
В интервале 0,25 < В1 < 0,5 — пере-
ходная область.

Нагрев (или охлаждение) изделий
в камере до заданной температуры
можно разбить на два этапа. Первый
этап — от начала нагрева до достиже-
ния в камере заданной температуры.
Он характеризуется тем, что испытуе-
мое изделие поглощает всю выделив-
шуюся в камере полезную мощность.
В этот период температура камеры ме-
няется. Она медленно приближается
к заданному значению, терморегуля-
тор не работает, а так как при этом
тепловые потери камеры в первом
приближении можно считать постоян-
ными, то мощность камеры также ос-
тается постоянной. Таким образом,
режим первого этапа нагрева (или ох-
лаждения) камеры протекает при по-
стоянном тепловом потоке. Этот по-
стоянный тепловой поток, восприни-
маемый изделием,

Як ==	— (Рк — Рп) = &конв (^к — ^и)>

о и

(12)

где 5И — площадь тепловоспринимаю-
щей поверхности , изделия, м2; Рп —
мощность тепловых потерь камеры, Вт;
/к и /и — текущие температуры соот-
ветственно камеры и изделия, °С;
аконв — коэффициент теплообмена при
конвективном теплообмене, Вт/(м2Х
Х°С).

Количество энергии, воспринимае-
мой (или отдаваемой) изделием за пер-
вый этап нагрева (или охлаждения),
0и “ 6цсн Ои ^и) “ ?и5иТ1.	0$)

Длительность первого этапа нагрева
(или охлаждения) тонких изделий

ОнСи(Х~--^-> <14)

чи^и

где би — масса изделия, кг; си —
средняя удельная теплоемкость из-
делия, Дж/(кг-°С); и /" — соответ-
ственно начальная и конечная темпера-
туры изделия, °С.

К концу первого периода нагрева
(или охлаждения) в массивном изде-
лии устанавливается регулярный ре-
жим, характеризующийся постоянным
внутренним температурным перепа-
дом В дальнейшем во время на-
грева (или охлаждения) массивного
изделия в регулярном режиме темпера-
туры поверхности и центра изделия
будут увеличиваться пропорционально
времени с постоянной скоростью при
условии, если удельную теплоемкость
материала считать постоянной, т. е.
не зависимой от температуры в данном
интервале температур:

<|5>

т1=т'+т’.	(17)

В этих выражениях 0 — постоянная
скорость нагрева (или охлаждения)
в регулярном режиме, °С/мин; —
удельная теплоемкость при постоянном
объеме, Дж/(кг-°С); т" — длительность
регулярного режима, ч.

При достижении заданного значения
температуры в камере начинает рабо-
тать терморегулятор, поддерживая ее
неизменной. Мощность камеры при


Рис. 6. График нагрева изделий:
а — тонкого; б — массивного; / — пер-
вый этап нагрева изделия при ®
«а сопз1; II — второй этап нагрева из-
делия При /к » сопа!

этом начинает снижаться. В течение
второго этапа работы нагреваются
(или охлаждаются) изделия при по-
стоянной температуре камеры (рис. 6).

Уравнение теплового баланса для
второго этапа нагрева (или охлаждения)
== аКОнВ*$И (^К -------- ^и)	(18)

Длительность второго этапа нагрева
(или охлаждения) тонкого изделия

т __	|п *к ^И

*2 — „ о 1П	т 9

аконвди I* — /и

где и — температура изделий со-
ответственно в начале и конце второго
этапа нагрева.

В массивных изделиях температура
поверхности отличается от темпера-
туры центра изделия. В начале второго
этапа нагрева (или охлаждения) тем-
пература центра изделия

(20)

Соответственно относительная тем-
пература поверхности и центра из-
делия

I — Г	I — Г

д _ К ‘и .	0 _ ‘к

И~ *к-/ср ’ ц“ <к-/Ср •
(21)

Средняя температура изделия =

= /и +	• Для оптимального исполь-

зования мощности камеры при прием-
лемой скорости нагрева рекомендуется
брать температуру изделия, равную
0,3—0,8 от конечной температуры ка-
меры.

Кондиционирование воздуха в термо-
влаго камерах. С достаточной для тех-
нических расчетов точностью можно
считать, что влажный воздух подчи-
няется всем законам смеси идеальных
газов. Парциальное давление компо-
нентов смеси

ЯЯГ

Р‘~ Ут

^-ЯТ,	(22)

где Мг — масса /-го газа, кг; 7? —
универсальная газовая постоянная;
Т — абсолютная температура газа, К;
V — объем газа, м3;	— относитель-

ная молекулярная масса газа, кг/моль;

V/ я= -4т--количество молей 1-го

Мг

газа, входящего в состав смеси. Давле-
ние паровоздушной смеси

Р = Рв + Рп> (23)

где рв и рп — парциальные давления
соответственно воздуха и водяного
пара.

Относительная влажность паровоз-
душной смеси

Рп

Ф ==-------=--------

н Рп. н

или	ф = ф' 100%,	(24)
Мг

где © — -у ; ©п —• концентрация
водяного пара ненасыщенного воздуха,
кг/м3; ©ц, н — концентрация водяного
пара насыщенного воздуха, кг/м3;
рп. и Рп. н — соответственно парциаль-
ное давление ненасыщенного пара и
давление насыщенного пара при тем-
пературе паровоздушной смеси; <р —
относительная влажность воздуха.

Увлажняют воздух в термовлаго-
камерах, пропуская подогретый воз-
дух над открытой поверхностью воды.
Для более интенсивного увлажнения
разбрызгивают воду в потоке воздуха,
при этом вода испаряется и, следова-
тельно, температура понижается.
Влагосодержание и относительная
влажность воздуха увеличиваются.
Положительная разность температур
капель воды и воздуха вызывает тепло-
обмен, сопровождающийся повышением
температуры влажного воздуха. Пол-
ное теплосодержание смеси увеличи-
вается по сравнению с начальным
благодаря теплу, перенесенному в воз-
дух вместе с водяным паром.

Иногда увлажняют воздух с по-
мощью барботажа, т. е. пропуская
его через слой воды.

Увлажняют воздух паром, вдувая
пар в поток воздуха. Теплосодержание,
влагосодержание и относительная
влажность воздуха увеличиваются,
температура остается почти постоян-
ной.

Осушение воздуха путем охлаждения
ниже температуры точки росы. Мощ-
ность холодильной машины в этом
случае должна быть большей или по-
ток воздуха через испаритель следует
перераспределять с помощью байпаса
так, чтобы небольшая поверхность
испарителя холодильной машины обес-
печивала удаление влаги из воздуха,
проходящего через него.

Можно осушать воздух, охлаждая
его, а затем нагревая. Охлаждать воз-
дух можно путем контакта его с по-
верхностным воздухоохладителем,
а также разбрызгиванием в потоке
воздуха холодной воды. Нагревают
воздух с помощью калорифера второго
подогрева. Температура воздуха по-
вышается, влагосодержание и относи-
тельная влажность воздуха умень-

шаются, теплосодержание изменяется
незначительно.

Методы создания требуемых пара-
метров испытаний. Создание опреде-
ленно й температуры воздуха в камере
или термостатирование достигается
различными способами. При прямом
термостатировании нагревающие и
охлаждающие элементы действуют не-
посредственно на воздух и находятся
или внутри климатической камеры,
или снаружи ее, в каналах, по кото-
рым циркулирует воздух. Площадь
эффективных поверхностей нагрева-
тельных и охлаждающих элементов
должна быть достаточной для того,
чтобы устанавливающиеся там пере-
пады температур были, по возможности,
малыми. Прямое термостатирование
применяют главным образом там, где
используют большие мощности, т. е.
в стационарных климатических ка-
мерах с самыми большими габарит-
ными размерами.

При косвенном термостатировании
собственно испытательная камера
расположена в камере с несколько
бблыпим объемом. Воздух нагревается
или охлаждается в промежуточном
пространстве при сильной циркуля-
ции. Внутреннее пространство со всех
сторон омывается воздухом опреде-
ленной температуры, благодаря чему
устанавливаются равномерные темпе-
ратурные условия. Это обеспечивает
особо малые температурные перепады,
к которым следует стремиться для
получения наивысших относительных
влажностей воздуха.

Принцип косвенного термостатиро-
вания может быть реализован при по-
мощи жидкости, служащей теплоно-
сителем. Для этого в общей поверх-
ности стенок испытательной камеры
предусматривают каналы, по которым
прокачивается термостатирующая
жидкость. Испытательная камера
оказывается окруженной со всех сто-
рон средой с большей теплоемкостью,
что обеспечивает высокую стабиль-
ность температуры внутри камеры.
Косвенное термостатирование при по-
мощи жидкости может быть приме-
нено для режима охлаждения до тем-
пературы —30 °С. Этот способ при ука-
занных низких температурах обеспе-
чивает высокую стабильность темпе»


Рис. 7. Распределение температур в ис-
пытательной камере при термостатиро-
вании:

а — непосредственном; б — косвенном;
1 — полезный объем испытательной ка-
меры; 2 — теплоизоляция; 3 — нагрева-
тель; 4 — термостатирующая жидкость;
/н — температура нагревателя; /к — тем-
пература воздуха в камере; /С1 — тем-
пература внутренней стенки камеры;
/С2 — температура наружной стенки ка-
меры; в — температура наружного
воздуха

ратуры (0,5 °С) без слишком больших
затрат на регулирующую аппаратуру
у холодильного агрегата.

На рис. 7 показаны распределения
температур в испытательной камере
при прямом и косвенном термостати-
ровании. Графики построены для тем-
пературы воздуха камеры, которая
выше температуры окружающей среды.
При прямом термостатировании тем-
пература стенок камеры ниже, чем
воздуха, несмотря на то, что тепло-
изоляция должна покрывать имею-
щиеся потери тепла от воздуха в испы-
тательной камере. При косвенном тер-
мостатировании наоборот: потери по-

крываются промежуточной средой —
воздухом или жидкостью, так что
в испытательной камере возникает
незначительная неравномерность
температур. Это имеет особое значение
для получения возможно более высо-
кой относительной влажности воздуха.

Для создания определенных тем-
ператур в климатических камерах
необходимы как нагревающие, так и
охлаждающие устройства.

Получение повышенных температур
осуществляется электрическими нагре-
вателями, мощность которых опреде-
ляется не столько высокими темпера-
турами при постоянных климатиче-
ских условиях, сколько наибольшей
скоростью изменения температуры при
изменяющихся климатических усло-
виях с учетом теплоемкости испытуе-
мых изделий.

Получение пониженных температур.
Основные способы получения пони-
женных температур приведены
в табл. 12.

В испытательной технике нашли ши-
рокое распространение два способа:
непосредственным охлаждением без
затраты энергии с помощью охлажда-
ющего агента (жидкого азота, угле-
кислого газа и др.), а также машинное
охлаждение.

Машинное охлаждение — наиболее
распространенный способ получения
пониженных температур путем изме-
нения агрегатного состояния охлади-
теля — кипения его при низких тем-
пературах — с отводом от охлаждае-
мого тела или среды необходимой для
этого теплоты парообразования. Для
последующей конденсации паров тре-
буется предварительно повысить их
давление и температуру.

При косвенном термостатировании
применяют холодоносители — жид-
кости, служащие промежуточными по-
средниками для отвода тепла от охла-
ждаемой среды путем охлаждения их
вследствие кипения холодильного
агента.

Создание определенной влажности
воздуха. Общий диапазон влажности
воздуха 10—100 %, но только в одной
ограниченной области температур.
Значительно большие значения имеют
высокие относительные влажности
между 90 и 100 %.
12. Основные способы получения пониженных температур

Характеристика способа	Сущность способа	Охлаждение

Сохранение агрегатного состояния охладителя

Без затраты энергии	Повышение температуры среды (воздуха или воды) при теплооб- мене  Понижение и повышение темпера- туры сжатого воздуха при расши- рении и разделении его в «вихре- вой» трубе	Воздушное и вод- ное  Вихревое
С затратой механической энергии	Понижение температуры сжатого воздуха при его расширении и производстве работы	Машинное в газо- вых холодильных машинах
С затратой электрической энергии  Изменени  Без затраты механической или тепловой энергии	Движение электронов в термоэле- ментах из полупроводников  е агрегатного состояния охладитель  Частичное испарение воды при теплообмене с наружным воздухом Плавание льда из воды или замо- роженных водных растворов не- которых солей Сублимация сухого льда	| Термоэлектрическое  1  Испарительное  Ледяное
С затратой механической или тепловой энергии	Кипение холодильного агента с последующей конденсацией его паров	Машинное в паро- вых холодильных машинах

Для испытаний изделий на воздей-
ствие влажности применяют камеры,
в которых предусматривается возмож-
ность создания повышенной влаж-
ности в течение длительного времени
без выпадения росы.

Влажный воздух в замкнутом про-
странстве можно получить различ-
ными способами увлажнения: 1) с от-
крытой свободной поверхности воды
или водяных растворов различных
химических соединений, 2) путем цир-
куляции его через увлажнительное
устройство (конструкции увлажни-
тельных устройств могут быть различ-
ными), 3) паром.

Первый способ применяют в том
случае, если влажность воздуха не
меняется в течение продолжительного
времени.

Способ увлажнения воздуха с от-
крытой поверхности воды, воспроиз-
водящий природные условия увлаж-

нения воздуха, хотя и прост, но прак-
тическое его применение ограничи-
вается необходимостью строго под-
держивать постоянство разности тем-
ператур воздуха и воды, а также точ-
ности регулирования температуры
в пределах психрометрической раз-
ности.

Для создания высокой относитель-
ной влажности воздуха предусматри-
вают максимально возможную по-
верхность испаряемой воды.

Чтобы ускорить испарение воды,
в резервуары помещают электронагре-
ватели. Если температура воды пре-
вышает температуру воздуха в рабо-
чем объеме камеры на 4—6°С, то по-
лучается устойчивая 100 %-ная отно-
сительная влажность; если темпера-
тура воды поддерживается примерно
такой, как температура воздуха, то
относительная влажность будет 98—
100%.
13. Относительная влажность воздуха над насыщенными растворами солей в воде

Растворенное вещество	Химическая формула	Темпера- тура, °С	Относи- тельная влажность,- %
Хлористый магний	МеСЬбН2О	20  30  40	33  32  32
Хлористый кальций	СаС126Н2О	5 10 18,5 20 24,5	39,8  38  35  32,3  31
Углекислый калий	К«СО32Н2О	18,5  20  24,5	44  43  42
Двухромовокислый натрий	Ыа2Сг2О72Н2О	20  22 — 24	52  50
Азотнокислый кальций	Са(МО3)24Н2О	18,5  20  24,5	56  55  51
Азотнокислый аммоний	ЬШ4ЫО3	15  20  30	68  66  63
Азотнокислый натрий	№Ж)2	15  20  35	68  66  65
Хлористый натрий	МаС1	20  30  40	76  75  75
Сернокислый аммоний	(МН4)28О4	20  25  30	84  82  82
Бромистый калий	КВг	20	80
Хлористый калий	КС1	15  20  30  40	87  86  84  83
Углекислый натрий	№СО3ЮН2О	20	92
Дигидрогенфосфат калия	КН,РО4	40	92
Азотнокислый калий	кыо3	20	93
14. Зависимость относительной влажности воздуха от содержания глицерина
в дистиллированной воде

Содержание глицерина в воде, %	Плотность раствора глицерина в воде при температуре, °С		Относительная влажность, % при температуре, °С			
	20	25	0	25	50	70
10,7	1,0239	1,0225	97,7	98,0	98,2	98,4
13,6	1,0310	1,0296	95,6	96,0	96,4	96,7
22,0	1,0520	1,0501	94,5	95,0	95,5	95,8
34,9	1,0856	1,0834	89,2	90,0	90,7	91,2
44,1	1,1105	1,1082	84,0	85,0	85,9	86,6
52,0	1,1317	1,1292	78,8	80,0	81,1	81,8
59,5	1,1491	1,1471	73,7	75,0	76,2	77,0
64,1	1,1645	1,1620	68,6	70,0	71,3	72,2
69,0	1,1780	1,1756	63,4	65,0	66,4	67,3
73,2	1,1895	1,1870	58,4	60,0	61,4	62,5
77,0	1,1998	1,1973	53,3	55,0	56,5	57,6
80,3	1,2087	1,2064	48,3	50,0	51,5	52,6
83,4	1,2171	1,2145	43,3	45,0	46,6	47,7
88,0	1,2294	1,2268	38,3	40,0	41,6	42,7

Создание влажности воздуха свя-
зано с трудностями, которые сопро-
вождаются неточностью измерений,
свойственной известным в настоящее
время методам. Поэтому для получе-
ния необходимой влажности воздуха
в простейших климатических камерах
(гигростатах) отказываются от изме-
рения и регулирования влажности
воздуха и используют закономерности
равновесного состояния между насы-
щенным солевым раствором и окру-
жающей атмосферой. На поверхности
таких водных растворов существует
зависимое от температуры определен-
ное давление водяных паров, которое
переносится в окружающий воздух
в виде парциального давления пара.
Поскольку раствор и воздух имеют
одинаковую температуру, устанавли-
вается постоянная относительная
влажность воздуха, которая чаще
всего сравнительно мало зависит от
температуры. В табл. 13 приведены
данные относительной влажности воз-
духа, установленной над солевыми
растворами.

Можно создать определенную влаж-
ность воздуха путем растворения ги-
гроскопических солей в разбавленных
водных растворах, причем в зависи-
мости от концентрации раствора над
ними устанавливается определенная
относительная влажность воздуха.

В табл. 14 приведены данные отно-
сительной влажности воздуха над
водными растворами глицерина.

Недостаток таких растворов в том,
что с течением времени изменяется кон-
центрация, и поэтому ее необходимо
контролировать. При создании опре-
деленных влажностей воздуха с по-
мощью водных растворов необходимо
следить за тем, чтобы жидкость и воз-
дух имели одинаковую температуру.

Состояние равновесия над насыщен-
ными и ненасыщенными растворами
возникает тогда, когда не происходит
диффузии веществ, т. е. в такие гигро-
статы должны загружаться только
малогигроскопичные образцы.

Конструкция камеры для увлажне-
ния воздуха с открытой поверхностью
воды или раствора химических соеди-
нений в воде чрезвычайно проста. Она
может обогреваться как благодаря
циркуляции нагретого воздуха или
воды в системе, окружающей камеру,
так и при помощи электрического подо-
гревателя внутри камеры за тепловым
экраном. Равномерное распределение
температуры и относительной влаж-
ности воздуха внутри рабочего объема
камеры получают путем перемешива-
ния воздуха вентилятором. Для умень-
шения тепловых потерь в окружаю-
щий воздух снаружи камеру тепло-
изолируют,
Рис. 8. Схема увлажнения воздуха в ис-
пытательной камере:

а — форсунками; б — барботированием;
в — смешиванием воздуха с распыленной
водой; г — форсунками и испарением
с поверхности воды; 1 — объем испыта-
ний; 2 — электронагреватель; 3 — цен-
тробежный вентилятор; 4 — бачок с во-
дой; 5 — увлажнитель; 6 — преобразова-
тель температуры; 7 — распылительная
форсунка; 8 — увлажнитель барботиро-
ванием; 9 — распылитель воды; 10 —
центробежный насос; 11 — каплеулови-
тель

Увлажнение воздуха путем цирку-
ляции его через специальное увлаж-
нительное устройство нашло в послед-
нее время широкое применение. Этот
способ дает возможность создавать
переменные температуру и влажность
воздуха в период испытания. Увлаж-
нительное устройство обычно распола-
гают вне камеры.

В увлажнителе воздух либо смеши-
вается с распыленной водой (рис. 8, а),
либо барботируется через слой воды
(рис. 8, б).

Распылять воду можно механиче-
ским путем (рис. 8, в). В этом случае
теплый воздух, нагретый при про-
хождении через электронагреватели,
попадает в распылитель, представля-

ющий собой резервуар, заполненный
водой до определенного уровня. Зуб-
чатый диск, вращающийся от электро-
двигателя, касаясь поверхности воды,
захватывает ее и распыляет до мель-
чайших капель, которые, проходя
через электронагреватель, испаряются
и увлажняют воздух, поступающий
в камеру.

Циркуляция подогретого и увлаж-
ненного воздуха осуществляется цен-
тробежным вентилятором.

В барботажной системе подведен-
ный в испытательную камеру воздух,
предварительно тонко распыленный,
продувается через подогретую воду,
обогащаясь водяными парами почти
до насыщения.

Для климатических камер больших
габаритных размеров эти способы
слишком трудоемки и имеют малый
КПД. Поэтому в камеру большого
объема подают водяной пар. Для луч-
шего его распределения водяной пар
подают через канал наружного воз-
духа или через циркуляционный
канал.

Этот способ позволяет проводить
испытания на воздействие тропических
условий. Следует отметить, что дан-
ный способ является наиболее жест-
ким, так как оказывает наибольшее
воздействие на изделия. Это объяс-
няется нагревом испытуемых изделий
путем передачи тепла изделиям при
конденсации пара на их поверхности.

Широкое применение в больших ка-
мерах нашло увлажнение воздуха с по-
мощью форсунок.

Принципиальная схема таких камер
показана на рис. 8, г.

Увлажнение воздуха в увлажнителе
происходит следующим образом. При
помощи центробежного насоса из бачка
забирается подогретая вода (подогрев
воды при установившемся процессе
прекращается), которая затем распы-
ляется форсунками-распылителями и
увлажняет подогретый воздух, посту-
пающий из камеры.

Вода, не испарившаяся в увлажни-
теле, задерживается особыми ловуш-
ками (элиминаторами) и стекает в ба-
чок увлажнителя. Необходимый уро-
вень воды в бачке (примерно 2/3 от его
высоты) поддерживается автоматиче-
ски при помощи поплавкового реле,
а температура и относительная влаж-
ность воздуха — при помощи регули-
рующих электронных самописцев.

Закрытый способ увлажнения воз-
духа позволяет регулировать содержа-
ние влаги и температуры в камере пу-
тем изменения количества циркулирую-
щего увлажненного воздуха в замкну-
том объеме и степени его подогрева.

Для получения требуемых влажно-
сти и температуры воздуха, а также
для удобства их изменения по заданной
программе целесообразно увлажнять
и подогревать воздух путем рецирку-
ляции в замкнутом объеме.

Для исключения конденсации влаги
в камере требуется, чтобы темпера-
тура стенок и потолка камеры была
такой же, как у воздуха в камере или
даже на 1—2 °С выше. Поэтому нагрев
путем циркуляции горячего воздуха
в рубашке камеры более целесообра-
зен.

Если при влажных и теплых изме-
няющихся климатических условиях
во время перехода на нижнюю ступень
температуры должна сохраняться вы-
сокая относительная влажность воз-
духа, то абсолютную влажность сле-
дует уменьшить. Таким образом, воз-
дух нужно подсушить. Простейшее
подсушивание осуществляется пода-
чей наружного воздуха, так как он
в обычных климатических условиях
практически всегда имеет меньшую
абсолютную влажность, чем во влаж-
ных и тепловых климатических усло-
виях в испытательной камере.

Дополнительное подсушивание про-
изводится обычно испарением или вы-
мораживанием воды. Другой способ
состоит в том, что водяной пар извле-
кают из воздуха путем абсорбции при
помощи селикагеля.

Оборудование для испытаний изде-
лий и материалов на воздействие тем-
пературы и относительной влажности
включает: устройства, создающие и
поддерживающие климатические воз-
действия для испытуемых изделий;
измерительные приборы, по возмож-
ности использующие вычислительную
технику и предназначенные для опре-
деления выходных величин и предста-
вления их на индикаторах, сравнения
с эталонами и вывода результатов
сравнения на индикаторы; печатающие

устройства и стрелочные приборы пря-
мого отсчета, а также агрегаты, необ-
ходимые для обслуживания оборудо-
вания.

Сама испытательная камера должна
надежно выдерживать все климати-
ческие воздействия, включая выпаде-
ние росы и обледенение. Для обеспе-
чения этого требования камеру изго-
товляют из коррозионно-стойкой стали,
чистого алюминия, меди или пласт-
масс.

Двери испытательной камеры, уплот-
нения, проходные отверстия, полки
изготовляют из стойких материалов.
Для обеспечения постоянства параме-
тров испытаний в камере создают цир-
куляцию воздуха. Стенки камеры
имеют хорошую теплоизоляцию.

Для размещения большого числа
образцов в испытательной камере пре-
дусматривают съемные полки, которые
не должны оказывать значительного
сопротивления циркулирующему воз-
духу. Хороший доступ к испытатель-
ному объему обеспечивается тем, что
размеры дверного проема соответст-
вуют размерам «в свету» испытатель-
ной камеры. Для регулярного наблю-
дения за испытуемыми объектами в ка-
мере предусмотрено большое окно,
чтобы не нарушать параметров испы;
тания камеры из-за открывания дверей
для наблюдения. Для обеспечения хо-
рошей теплоизоляции окон и предот-
вращения конденсации влаги в боль-
шинстве конструкций камер окно
имеет несколько стекол; воздух между
ними поддерживают сухим. Для осве-
щения испытательной камеры лучше
применять осветительную лампу вну-
три камеры, а не снаружи за стеклами
окна. Некоторые камеры имеют отвер-
стия под смотровыми окнами с рука-
вами для работы с испытуемыми изде-
лиями. Для измерения электрических
параметров приборов и проверки их
неисправности работы во время испы-
тания испытательную камеру снаб-
жают вводами подачи электрического
напряжения на испытуемые изделия.
Кроме вводов камеры имеют проходные
технологические отверстия, позволяю-
щие монтировать панель с электровво-
дами, гидравлические и пневматиче-
ские вводы, тяги для механического
управления изделиями и т. д. От-
15. Основные характеристики термокамер

Камера	Номиналь- ные рабочие объемы, м3	Нижний предел вос- производи- мых темпе- ратур, °С *3	Допустимые тепловыделения испытываемых объектов при нижнем пределе температур, Вт, не менее	Время достижения температуры, мин, не более	
				верхнего значения (25—155 °С)	нижнего значения (от 4-25°С)
	0,160	—70	400	40	90
		— 100	100	40	150
КТХ *х	0,400	-70	400	45	105
		— 70	800	60	120
	1,000	— 100	300	60	180
КсТХ ** 2	0,100	—70	200	40	80
	0,200	— 70	400	45	100

♦х Камера шкафная для испытаний различных объектов на воздействие тепла
или холода.

Камера сундучковая для испытаний различных объектов на воздействие тепла
или холода.

*8 Верхний предел воспроизводимых температур 4-155°С.

Примечания}. 1. Неравномерность температуры в полезном объеме не бо-
лее 4 °С.

2. Колебание температуры в полезном объеме не более 2 °С.

верстия плотно закрывают заглуш*
ками.

Камеры с рабочим объемом свыше
1 м3 снабжают подъемными устройст-
вами для загрузки и выгрузки испы-
туемых изделий.

Климатическое испытательное обо-
рудование работает исключительно
в длительном режиме. Поэтому необ-
ходимо автоматически поддерживать
или управлять заданными климати-
ческими параметрами.

В состав испытательного оборудо-
вания должны входить средства кон-
троля, отвечающие требованиям госу-
дарственной системы промышленных
приборов и средств автоматизации,
прошедшие государственные испыта-
ния в соответствии с ГОСТ 8.001—80
и признанные годными по результатам
метрологического надзора по
ГОСТ 8.002—71.

При аттестации оборудования по
ГОСТ 20497—75 определяют допусти-
мые тепловыделения в рабочем объеме
камеры один раз в три года. Остальные
операции, выполняемые при проведе-

нии аттестации, нужно выполнять не
реже одного раза в год. К этим опера-
циям относится определение пределов
воспроизводимой температуры и вре-
мени их достижения; неравномерности
и колебаний температуры в полезном
объеме камеры; погрешности измере-
ния, задания и регистрации темпера-
туры, а также проверка срабатыва-
ния тепловой защиты.

Оборудование для испытаний изде-
лий и материалов на воздействие тем-
пературы. Типы и основные пара-
метры камер для испытаний различ-
ных объектов на воздействие темпера-
тур шкафного (КТХ) и сундучкового
(КсТХ) типов приведены в табл. 15.

Реализация всех значений темпера-
тур встречаемых в процессе эксплуата-
ции изделий в одном испытательном
устройстве довольно трудно. Поэтому
ряд стендов ограничиваются неболь-
шим диапазоном температур, например
+20 °С-^ +55 °С, в котором ведут
большое количество испытаний. Кроме
этого изготовляются климатические
испытательные стенды и для большого
диапазона температур.
16, Камеры холода фирмы ТаЬа! (Япония)

Модель	Рабочий объем, м8	Размеры рабочего объема, мм	Минимальная темпера- тура в рабочем объеме, °С, не более	Точность поддержа- ния температуры, °С	Разброс температуры по рабочему объему,  °С	Время	достижения  минимальной темпе- ратуры, мин	Хладоагент	Испол- нение
ТС-71 РМ  ТС-81 РМ			—70 — 80			60  100	Ф22/Ф13 водяное охлаждение	Шкаф- ное
ТС-71 НРМ  ТС-81 НРМ	0,125	500Х Х500Х	-70  -80		±1	60  100		
ТС-91 НРМ ТС-101 НРМ		Х500	—90 — 100	±1		120  150	Ф22/Ф13/Ф14 водяное охлаждение	Сундуч- ковое
МС-701	0,064	400Х Х400Х Х400	-70		±2	60	Ф22/Ф13 водяное охлаждение	

При режиме переменной температу-
ры, помимо определенных ее значений,
необходимо еще гарантировать опре-
деленную скорость изменения темпе-
ратуры, равную 0,5—3 град/мин как
при повышении, так и при понижении.
Получаемые в испытательной камере
скорости изменения температуры зави-
сят от загрузки камеры испытуемыми
объектами и их теплоемкости.

В зависимости от создаваемых диа-
пазонов температур оборудование для
испытаний изделий и материалов под-
разделяется на камеры холода и тепла,
термокамеры и камеры для испытания
изделий на циклическое воздействие
температур.

Оборудование для испытаний изде-
лий выполняется в виде шкафов пря-
моугольной формы, наружный и вну-
тренний кожух которого сделан из не-
ржавеющей листовой стали. Простран-
ство между кожухами заполнено теп-
лоизоляцией. Загрузка изделий в ка-
меру производится через дверь со
смотровым окном.

Получение необходимой темпера-
туры в камере достигается с помощью
включения или отключения электро-
нагревателя или холодильного агре-
гата.

Камера должна обеспечивать непре-
рывную работу в заданных режимах
в течение неограниченного времени.
Обеспечение равномерной температуры
достигается размещением нагрева-
тельных элементов и испарителей хо-
лодильного агрегата на дне и стенках
камеры.

Камеры холода, как правило, вы-
полняются сундучкового типа. Харак-
теристики камер холода фирмы ТаЬа)
(Япония) приведены в табл. 16, а ка-
мер фирмы Уб1$сЬ (ФРГ) — в табл. 17.
Габаритные размеры камер сундучко-
вого типа фирмы Уб1$с11 (ФРГ) приве-
дены на рис. 9.

Характеристики камер тепла и тер-
мокамер отечественного производства
приведены в табл. 18 и 19.

Обычно камеры тепла и термока-
меры имеют блочную конструкцию и
унифицированную конструктивную
базу. Это позволяет расширить воз-
можности испытательных камер и на-
ладить выпуск большой номенклатуры
оборудования. Например, камеры
тепла фирмы ТаЬа1 (Япония) Р-1, Р-11,
Р-2, Р-22, Р8-1, Р8-11, Р8-2 и Р8-22
(табл. 20) выпускаются в трех исполне-
ниях: Р — с подставкой под камеру
в виде стола (Р-1Р, Р-11Р, Р-2Р, Р-22Е,
17. Камеры холода сундучкового типа фирмы УбЬсЬ (ФРГ)

Модель

УЕТ03/60

УЕТ03/120

УЕТ03/240

УЕТ03/300

УЕТ03/450

УЕТ04/60

УЕТ04/120

УЕТ04/240

УЕТ04/300

УЕТ04/450

УЕТ06/60

УЕТ06/120

УЕТ06/240

УЕТ06/300

УЕТ06/450

УЕТ07/60

УЕТ07/120

Рабочий объем, м3	Размеры, мм							Темпе- ратур- ный диа- пазон от окру- жающей  ДО	Предель- ная тем- пература	Время достижения рабочей темпера- туры, мин	Хладо- агент	Потребляемая мощность, кВт	Масса, кг
	рабочего объема			испытательной камеры									
	Дли- на	Ши- рина	Вы- сота	Дли- на А	Ширина		Вы- сота В						
					В	С		с	’С				
0,06  0,12	450  550	400	300  500	1350  1350	880	770	$30			30  60		0,4	250  310
0,24	750			1640				—30	—35	60			330
0,30	950	500	600	1640	1000	890	1000			70		0,5	360
0,45	1450			2210						70	Ф22	0,6	440
0,06  0,12	450  550	400	300  500	1350  1350	880	770	930			60  60		0,4  0,5	250  310
0,24	750			1640				—40	—45	80		0,6	330
0,30	950	500	600	1640	1000	890	1000			80			360
0,45	1450			2210						120		0,7	440
0,06  0,12	450  550	400	300  500	1550  1550	880	770	930			30  30		0,6	300  380
0,24  0,30	750  950	500	600	1660  1860	1000	890	1000	—60	—65	40  40	Ф22/Ф13	0,7	400  400
0,45	1450			2400	1100	990	1100			70		1,2	480
0,06  0,12	450  550	400	300  500	1550  1550	880	770	930	—70	—75	40  40		0,7	300  380

4^4 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Продолжение табл. 17

Модель	Рабочий объем, м8	Размеры, мм							Темпе- ратур- ный диа- пазон от окру- жающей  ДО	Предель- ная тем- пература	Время достижения рабочей темпера- туры, мин	Хладо- агент	Потребляемая мощность, кВт	Масса, кг
		рабочего объема			испытательной камеры									
		Дли- на	Ши- рина	Вы-  сота	Дли- на А	Ширина		Вы- сота О						
						В	С		°С					
УЕТ07/240  УЕТ07/300  УЕТ07/450  УЕТ08/60  УЕТ08/120  УЕТ08/240  УЕТО8/ЭОО  УЕТ08/450  УЕТ09/60  УЕТ09/120  УЕТ09/240  УЕТ09/300  УЕТ09/450	0,24  0,30  0,45  0,06  0,12  0,24  0,30  0,45  0,06  0,12  0,24  0,30  0,45	750  950  1450  450  550  750  950  1450  450  550  750  950  1450	500	600	1660  1860  2400  1550  1550  1660  1860  2400  1680  1680  1900  2100  2700	- 1000	890	1000	— 70	—75	60  80  140  40  40  70  80  140  80  90  110  130  180	Ф22/Ф13	0,8	400  400  480  300  380  400  400  480  320  380  400  420  500
													1,4	
						ПОР	990	1100						
			400	300  500		880	770	930	— 80	— 85			0,8	
			500	600		1000	890	1000					1,2  1,4  1,6  1,4  1,6  2,5  2,7  3,2	
						1100	990	1100						
			400	300  500		1000	890	1000	—90	—95				
			500	600		1100	990	1100						

Примечания. 1. По специальным заказам фирма поставляет камеры УЕТ с рабочими температурами до —100, 110 и — 120 °С.

2.	Охлаждение холодильного агрегата воздушное.

3.	Точность поддержания температуры ±1 °С.

Воздействие температуры и влажности
Рис. 9. Камера холода сундучкового
типа фирмы УоЬсИ (ФРГ):

а — функциональная схема камеры типа
УЬ; 1 — осевой вентилятор; 2 — объем
испытаний; 3 — термометр сопротивле-
ния; 4 — компрессор верхней части ка-
скада; 5 — регулирующий вентиль; 6 —
регулятор температуры; 7 — теплообмен-
ник; 8 — маслоотделитель; 9 — компрес-
сор нижней части каскада; 10 — кон-
денсатор верхней части каскада; 11 —
испаритель нижней части каскада; б —
габаритные размеры (см. табл. 17)

Р8-1Е, Р8-11Р, Р8-2Е и Р8-22Е), П —
на ножках (Р-10, Р-110, Р-20, Р-220,
Р8-Ю, Р8-1Ю, Р8-2О и Р8-22О),
М—настольная (Р-1М, Р-11М, Р-2М,
Р-22М, Р8-1М, Р8-11М, Р8-2М и
Р8-22М).. Камеры имеют разброс тем-
ператур по рабочему объему ±1 %.
Характеристики камер тепла и термо-
камер зарубежного производства при-
ведены в табл. 20, а термокамер —
в табл. 21.

Предельные температуры камер
фирмы ВгаЬепдег (ФРГ) имеют ряд:
—90; —80; —70; —60; —40; —30;
—10 °С; окружающая температура:
+ 100; +135; +150 и +180ъС.

Габаритные размеры камер фирмы
ВгаЬепдег (ФРГ) приведены на рис. 10
(см. табл. 22 и 23).

В зависимости от требуемой точно-
сти поддержания и автоматизации про-
цессов регулирования камеры шкафной
конструкции фирмы ВгаЬепдег (ФРГ)
подразделяются на пять: Т8К; Т8Е;
Т82; Т8№ и Т8Р. Камеры Т8Ш и Т82
имеют основные характеристики такие,
как у камеры мод. Т8Е, а камеры мод.
Т8Р — как у камер Т8К. График ре-
жимов испытаний камер приведен на
рис. И. Камеры Т8Е, Т82, Т8\У и
Т8Р имеют электронные ПИД-регу-
ляторы температуры с обратной
связью. Регулирующее устройство ка-
мер Т8К и Т8Е позволяют получать

18. Камеры тепла отечественного производства

Модель	Рабо- чий объем, м8	Диапа- зон тем- ператур	Точность поддер- жания темпе- ратуры	Потреб- ляемая мощ- ность, кВт	Габаритные размеры, м	Масса, кг
		О	С			
КТ-0,О5-300М	0,05	<300	±4	6,2	1,79Х 1,242X0,845	500
КТ-0,15-300		25—300		14,8	1,625X 1,1 X 1,09	850
КТ-0,4-300	0,4	25—300		17,4	2,О15Х 1.825Х 1,52	1050
КТ-0,5-300	0,5	<300		12,0	1,96Х 1,853X1,545	800
КТ-1-300	1,0	50—300		17,0	1,94Х 1.88Х 1,54	1150
КТ-0,5-300	0,5	25-300	±5	11,0	1,4Х 1,85х 1,96	800
19. Термокамеры отечественного производства

Модель	Рабочий объем, м3	Диапазон температур	Точность под- держания тем- ператур	Охла- ждение	Потребляемая мощность, кВт	Габаритн ые размеры, м	Масса, кг
		°С					
КТХО,015-65/155  ТКШ-0,15-100	0,015 0,15	—65-Т-+155  —юо-н-юо		Фреон-22	6,0  11,6	1,70X0,94X 1,84 1,74Х 1,71 X X 2,075	1200 1400
АКСШ-0.3-80	0,21	-80	±2		2,0	3,71X1,03X0,92	1500
ТКШ-0,05-70	0,05	-704-4-100.		Фреон-22 и фреон-13	1,3	0,71X0,91X1,44	200

20. Камеры тепла зарубежного производства

Модель	Фирма (страна)	Рабочий объем, м3	Габаритные размеры рабо- чего объема, м	Макси- мальная темпе- ратура, °С	Точность поддер- жания темпера- туры, °С	Потреб - ляемая мощ- ность, кВт
Р-2  Р-3 РСР-1  Р-1Р Р-11Р Р8-1 Р8-11  Р-2Р  Р-22Р Р8-2Р Р8-22Р  Т8К 200/РИ Т5К 300/РМ Т8К 500/РИ Т8К 1000/РЫ Т8Е 80/РМ Т8Е 125/РМ Т8Е 200/РЫ Т8Е 300/РЫ Т8Е 500/РМ Т8Е 1000/РМ ТКЕ 1,5/РМ ТКЕ 2,5/РМ ТКЕ 3,5/РК ТКЕ 5,0/РИ ТКЕ 7,5/РМ ТКЕ 10,0/РМ ТКЕ 12,5/РМ ТКЕ 15,0/РМ  ЬК (8)-1 ЬК (8)-2 ЬК (8)-3 ЬК (8)-4	ТаЬа! (Япония)	0,027	0,3X0,3X0,3	200	±0,5	0,7  1,5  1,8
		0,091	0,45X0,45X0,45			
						2,2
		0,216	0,6X0,6X0,6			2,7
	ВгаЬег>- бег (ФРГ)	0,2 0,3  0,5 1,0 0,08 0,125 0,2 0,3  0,5 1,0  1,5 2,5 3,5  5,0 7,5  10,0 12,5 15,0  0,45 1,0 2,25 4,05	0,5X0,7X0,6 0,6X0,8X0,6  0,8X0,8X0,75 1,0Х 1,0X0,97  0,5X0,4X0,4 0,5X0,5X0,5  0,5X0,7X0,6 0,6X0,8X0,6  0,8X0,8X0,7 1,0X1,0X0,97  0,9X2,0X0,76 0,9X2,0х 1,36 0.9X2,0Х 1,86  2,1 Х2.0Х 1,2 2,1 Х2.0Х 1,8  2,1 X 2,0Х 2,4 2,1 X 2,0X3,0  2,1 X 2,0X3,6 0,8X0,8X0,7 1,0х 1,0Х 1,0 1,5X1,5X1,0  1,8X1,5X1,5	100		4,5
						6,5
					±0.4	2,0
						4,5
						6,5
					±0,5	9,5
						14
	ТаЬа! (Япония)			200	±1	6,75  9,75  17,0  22,5

17 Зак. № 38
21. Термокамеры зарубежного производства

Модель	Рабочий объем, м3	Габаритные размеры рабочего объема, мм	Диапазон температур	Точность поддержа- ния темпе- ратуры	Габаритные размеры испытательной камеры, м	Потребляемая мощность, кВт	Масса, кг	Охлаждение
			°С					
Термокамеры шкафного типа народного предприятия Ыета (ГДР)								
ТУ-1000  ТУ-2000  ТУ-4000  ТУ-8000	1,0  2,0  4,0  8,0	1250X 1100X820 1500X 1400X 1040  1850X 1800X 1330 2500X2200X1550	—70--4-100	=±1,5	4,95X3,6X1,9 5,23X3,7X2,05 6,0X5,6X2,3  7,3X6,0X2,7	31 1  47  77  117 ]	1 4 750  5 000  7 500  111 300	Ф22
Термокамеры сундучкового типа фирмы ВгаЪепйег (ФРГ)								
ТТЕ20/70Н	0,02	300X250X260	—70-4-180	=±0,4	0,7X0,735X0,475	2,5	105	
ТТЕ56770Ы ТТЕ80/70И  ТТЕ125/70Я ТТЕ200/7(Ш ТТЕ300/7(Ш  ТТЕ500/70И  Т8Е200/60И Т8ЕЗОО/60И Т8Е500/60К  Т8Е1000/6014 Т8Е200/70^ Т8Е300/70К Т8Е500У70К Т8Е1000/70И Т8Е200/<^ Т8Е300/90^ Т8Е500/^  Т8Е1000/90К	0,05 0,08 0,125 0,2 0,3 0,5  0,2 0,3 0,5  1,0 0,2 0,3 0,5  1,0 0,2 0,3 0,5  1,0	340X400X370 560X400X370  600X400X560  630X600X560  1000X600X560  1500X600X560  Термокамеры  500X700X600 600X800X600  800X800X750  1000X 1000X970  500X700X600 600X800X600  800X800X750  1000Х 1000X970 500X700X600  600X800X600  800X800X750  1000Х 1000X970	-70-5-4-100  шкафного тип  -60-5-4-100	=±0,4  1а фирмы  =±0,4	1,22X0,7X0,785  1,44X0,7X0,785  1,48X0,9X0,985  1,51X0,9X0,985  1,88X0,9X0,985  2,38X0,9X0,985  ВгаЪепйег (ФРГ)  1.28Х 1,78X0,765  1,38X 1,78X0,765  1,58Х 1,78X0,965  1,83X 1,98X1,195  1,28X 1,78X0,765  1,38Х 1,78X0,765  1,58X 1,78X0,965  1,83х 1,98X1,195  1,28X 1,78X0,765  1,38Х 1,78X0,765  1,58Х 1,78X0,965  1,83X 1,98X 1,195	3,0	195 215  375  405 450  525  450  500  650  -1 000  450 500  650  1 000  450	СР1 О воздушное
						4,5		Ф22/Ф13 водяное  Ф22 водяное
						6,0  5,0		
						7,0		
			—70-5-4-100			5,0		Ф22/Ф13 водяное г
						6,0		
						7,0		
			-90-5-4-100					Ф22/Ф13/Ф14 водяное
						8.0	650	
						9	1 150	

498 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

мг. 
Продолжение табл. 21

Модель	Рабочий объем, м8	Габаритные размеры рабочего объема, мм	Диапазон температур	Точность поддержа- ния темпе- ратуры	Габаритные размеры испытательной камеры, м	Потребляемая мощность, кВт	Масса, кг	Охлаждение
			°С					

Термокамеры настольного типа фирмы ВгаЪепйег (ФРГ)

Т8Е80/3(Ш  Т8Е125/30Ы  Т8Е86/.80Ы  Т8Е125/8(Ш  Т8Е80/90Ы  Т8Е125/90Ы	0,08  0,125  0,08  0,125  0,08  0,125	500X400X400  500X500X500  500X400X400  500X500X500  500X400X400  500X500X500	—зо^ + юо.	±0,4	1,15X0,73X0,76  1,15X0,83X0,86  135X0,73X0,76  1,15X0,83X0,86  1,15X0,73X0,76  1,15X0,83X0,86	3,0  4,5  4,0  5,0  4,0  5,0	220  380  400  420  400  420	Ф22/Ф13/Ф14 воздушное
			— 80^ + 100					
			—90^ + 100					
		Термокамеры щитового типа фирмы ВгаЪепйег (ФРГ)						
ТКЕ1,5/90Ы	1,5	900X2000X760			1,2X2,3X1,2		1 500	
ТКЕ2,5/90Ы	2,5	900Х2000Х 1360			1,2X2,3X1,8	13,0	1 700	
ТКЕ3.5/90Ы	3,5	900X2000X1860			1,2Х 2,3X2,4		1 900	
ТКЕ5/90Ы	5,0	2100Х2000Х 1200	-90^4-100	±0,5	2,4Х 2,ЗХ 1,8	21,5	2 200	Ф22/Ф13/Ф14
ТКЕ7.5/90Ы	7,5	2100X2000X 1800			2,4X2,3X2,4		24 500	водяное
ТКЕ10/90Ы	10,0	2100X2000X2400			2,4Х 2,3X3,0	30,0	2 600	
ТКЕ12,5/90Ы	12,5	2100X2000X3000			2,4X2,3X3,6		3 100	
ТКЕ15/9(Ш	15,0	2100X2000X3600			2,4X2,3X4,2		3 300	
		Термокамеры шкафного типа фирмы Уо^зсН (ФРГ)						
УМ04/180	0,18	600X500X600			1,1X1,2X1,97	3,0	350	Ф22
УМ04/250	0,25	600X700X600			1,1X1,2X1,97  1,2Х 1,2X1,97  1,35X1,4X1,97	3,5	400	
УМ04/340	0,34	700X700X700				4,3	450	воздушное
УМ04/450	0,45	800X700X800	—40^ 4-100			4,8	500	
УМ04/600	0,6	800X 1900X800			1,35X1,6X1,97	5,5	550	
УМ04/800	0,8	900Х 1000X900		±1	1,45Х 1,7Х 1,97	6,0	650	Ф22 водяное
УМ04/1000	1,0	1000X 1000X 1000			1,62X1,8X1,97	7,8	800	
УМ04/1500	1,5	1000X 1500X 1000			1,62X2,4X1,97	8,5	1 000	
УМ09/180	0,18	600X500X600			1,45X1,2X1,97	5,6	600	
УМ09/250	0,25	600X700X600			1,45 X 1,4 X 1,97	7,0	700	

Воздействие температуры и влажности
СП

Продолжение табл. 21

Модель	Рабочий объем, м3	Габаритные размеры рабочего объема, мм	Диапазон температур	Точность поддержа- ния темпе- ратуры	Габаритные размеры испытательной камеры, м	Потребляемая мощность, кВт	Масса, кг		Охлаждение
			°С						
УМ09/340	0,34	700X700X700			1,55X1,4X1,97	7,5		850	
УМ09/450	0,45	800X700X800 а			1,75X 1,45X1,97	10,0	1	000	
УМ09/600	0,6	800X900X800	—904-+100		1,75X1,65X 1,97	10,5	1	100	Ф22/Ф13
УМ09/800	0,8	900X1000X900			1,75X1,8X1,97	11,5	1	200	водяное
УМ09/1000	1,0	1000X1000X1000			Г,05Х 1,85X2,1	12,0	1	250	
УМ09/1500	1,5	1000X 1500X 1000			2,05X2,35X2,1	14,0	1	500	

о
о

Термокамеры шкафного типа фирмы Каг1 (ФРГ)

2300/70017 500-70-120011	0,29  0,525	800X900X400  800X800X800	_ 70-5-+70  —704-+120		1,98X1,6X0,8  1,95ХО,9Х 1,12	5,0	420  750	Ф22/Ф13
500/90-12000	0,35	700X700X720	-90-5-+120		1,95X0,9X1,12	7,3	800	Ф22/Ф13/Ф13
1000/44-12000		1000X1000X1040	—404- + 120		1,95X1,1X1,27	6,2	840	Ф22
1000/70-12000	1,04	1000X1000X1040	—70-5-+120	-Ч- 1	1,95X1,1X1,27	12,0	970	Ф22/Ф13
1000/90-12000	0,76	900X900X940	—90-5- +120	— I	1,95X1,IX 1,27	13,5	1 020	Ф22/Ф13/Ф13
21200^4000		1200X1300X800	—4О-5-+7О		1,98X1,9X1,1	6,2	750	Ф22
21200/7000	1,25	1200X1300X800	—7О-5-+7О		2,1X2,0Х 1,2	12,0	870	Ф22/Ф13
21900/4000		1200X 1300X 1200	-40-5- + 70		1,98Х 1,9Х 1,5	10,0	1 050	Ф22
21900/7000	1,87	1200X1300X1300	—704-+70		2,1 X 2,ОХ 1,6	17,0	1 200	Ф22/Ф13

Термокамеры настольного типа фирмы Каг1 Ме(88 (ФРГ)

30/40-180017	0,027	300X300X300	—40-5- + 180		0,82 X 0,52 X 0,64	1,0	120	Ф22
30/80-180017	0,027	300X300X300	-80-5-+180		0,97X0,65X0,85	1,8	170	Ф22/Ф13
80/40-18000	0,8	400X500X400	—40-5-4-180		1,05X0,78X0,85	2,3	180	Ф22
80/80-180017	0,08	400X500X400	— 80-5-+180		1,03X0,78X0,85	3,0	210	Ф22/Ф13
125/40-180017	0,125	480X580X440	—40-5- + 180		1,05X0,78X0,85	2,3	190	Ф22
140/80-180017	0,14	480X600X500	— 80-5- + 180		1,2ХО,96Х 1,0	3,3	26	Ф22/Ф13
240/40-180017	0,24	570X700X600	- 40-5- + 180		1,2ХО,96Х 1,0	2,8	240	Ф22

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Рис. 10. Габаритные размеры камеры фирмы ВгаЪепбег (ФРГ):

а — настольного исполнения с полезным объемом 0,08 и 0,125 м*; б — шкафного испол-
нения с полезным объемом 0,2; 0,3; 0,5; 1,0 м‘; в — щитовой конструкции

22. Основные размеры (мм) термокамер мод. Т8К, Т8Е, Т82, Т8^У, Т8Р
и термовлагокамер мод. К8К, К5Е, К 82,	К8Р фирмы ВгаЬепбег (ФРГ)

Рабочий объем, м8	Рабочий объем						Испытательная камера						ё.	к
	Шири- на а		Высо- та Ь		Глуби- на с		Шири- на <1		Высо- та е		Глуби- на 1			
0,08 0,125 0,2 0,3 0,5 ПО	1150 1150 1280 1380  1580 1830		730 830 1780 1780 1780 1980		760 860 765  765 965  1195		500  500  500  600  800  1000		400 500 700  800 800  1000		400  . 500  600  600  750  970		660 760 700 700  900 1100	190 240 200 200 200 300 .
Рабочий объем, м8	к	т		Р		г		Масса, кг		Потреб- ляемая мощ- ность, кВт		Расход охлаждаю- щей воды, л/ч		
0,08 •  0,125  0,2  0,3  0,5  1,0	200  200  200  400	615  615  400 400 600  800		380  430  1230  1230 . 1230  1330		700  700  935  1035  1235  1435		230—350  260-380  280-610  300—810 380-1010 -  > 550—1260"		2-3,5  2-3,0  4,5—7  4,5 — 8  6,5-8  6,5—9		Воздушное охлажде- ние  Воздушное охлажде- ние  0,5 — 600  0,5 — 670  0,5 — 670  0,5 — 670 ' • ’		

Примечание. Масса, потребляемая мощность и расход охлаждающей воды
зависят от создаваемого камерой температурного диапазона. Минимальные масса и по-
требляемая мощность у камер тепла, где нет расхода охлаждающей воды, так как нет
систем охлаждения. Минимальный расход охлаждающей воды у термокамер и термо-
влагокамер, создающих в рабочем объеме температуру до —10°С. Максимальные масса,
потребляемая мощность и расход охлаждающей воды у термокамер и термовлагокамер,
создающих в рабочем объеме максимальный температурный диапазон —90-?- +100 ₽С.
23. Основные размеры (мм) щитовых термокамер мод. ТКЕ, ТКМ\ ТКР
и термовлагокамер мод. ККЕ, ККМ\ ККР фирмы ВгаЬепйег (ФРГ)

Рабочий объем, м3	Рабочий объем			Испытатель- ная камера			ё	к	Масса, кг	Потреб- ляемая мощ- ность, кВт	Расход охла- ждающей воды, л/ч
	Ширина а	Высота Ь	Глубина с	Ширина (1	Высота е	Глубина /					
1,5	1,20	2,30	1,20	0,90	2,00	0,76	0,15	0,90	1 750—1500	9,5-13	100—1000
2,5	1,20	2,30	1,80	0,90	2,00	1,36	0,15	0,90	900-1700	9,5 — 13	100—1000
3,5	1,20	2,30	2,40	0,90	2,00	1,86	0,15	0,90	1000—1900	9,5-13	100—1000
5,0	2,40	2,30	1,80	2,10	2,00	1,20	0,75	0,90	1250—2200	14,0 — 21,5	200—1500
7,5	2,40	2,30	2.40	2,10	2,00	1,80	0,75	0,90	1450-2450	14,0— 21,5	200—1500
10,5	2,40	2,30	3,00	2,10	2,00	2,40	0,75	0,90	1650-2600	44,0—30	350—2500
12,5	2,40	2,30	3,60	2,10	2,00	3,00	0,75	0,90	1850-3100	14,0—30	350 — 2500
15,0	2,40	2,30	4,20	2,10	2,00	3,60	0,75	0,90	2050—3300	14,0-30	350—2500

Примечание. См. примечание к табл. 22.

и поддерживать одну температуру.
Переход в этих камерах на другой ре-
жим испытаний осуществляется вруч-
ную.

Наличие у камер мод. Т52 и Т$№
двух задающих устройств и контакт-
ных часов позволяют автоматизиро-
вать испытания и поддерживать два
режима испытаний определенной оче-
редности и длительности.

Программное устройство камеры Т8Р
позволяет проводить испытание изде-
лий по программе.

Рис. И. Графики режимов испытаний
в климатических камерах:

/ — Т8К и Т8Е (без программного уст-
ройства и с одним задающим устройством);
2 — Т82 и Т8\У (с контактными часами
и двумя задающими устройствами); 3 —
Т5Р (с программным устройством)

Камеры мод. Т$К имеют точность
воспроизведения температуры ±0,5 °С.
В системе регулирования используется
один контактный термометр. Для улуч-
шения точности поддержания темпе-
ратуры в системе регулирования пре-
дусмотрен ручной регулятор мощности
нагревателей.

Камеры мод. Т5Е имеют точ-
ность воспроизведения температуры
±0,4 °С. Регулятор температуры снаб-
жен одним задающим устройством.

В камерах мод. Т82 точность вос-
произведения температуры ±0,4 °С.
Электронный регулятор температуры
включает в себя два задающих устрой-
ства, которые совместно с контактными
часами используются для программ-
ного управления температурного ре-
жима испытаний. Контактные часы
имеют завод на 24 ч и минимальные
интервалы между контактами 20 мин.

Система регулирования камеры
мод. Т5АУ обеспечивает точность вос-
произведения температуры ±0,3 °С.
Регулятор температуры снабжен реги-
стрирующим прибором с двумя зада-
ющими устройствами и контактными
часами для автоматизации режима
испытаний.

У камер мод. Т8Р точность созда-
ния температурного режима ±0,3 °С.
Модель

2X64/80-200 Би

УМ5 2X0,8/20/63

УМ5 3x0,8/20/64 *

УМ8 2X06/10/170

Фирма	объем, мэ	г	Воспроизводимые температуры * в камере		поддер- гмперату-	ьная ско- зменения ры, °С
(страна)	5 (Г	Число ка1	нижней	верхней	л *  о * щ Я	ч я >* я ь  « я  я Л  5 л ф
	хо Я а		°С		О’ Я н О.	я ь к я 2 «-< О о» < ан
Уо15сЪ (ФРГ)	0,064	2  3	От темпе- ратуры окружаю- щей среды до —75	От темпе- ратуры окружаю- щей среды до + 200	±1	9,16
	0,17		От темпе- ратуры окружаю- щей среды до —65	От темпе- ратуры окружаю- щей среды до +125		
Каг! №е!зз (ФРГ)	0,064	2	-От темпе- ратуры окружаю- щей среды до —80	От темпе- ратуры окружаю- щей среды до +200	±1,5	9

♦ В средней камере температура окружающей среды.

Регулятор температуры включает ре-
гистрирующий прибор с задающим
устройством и дисковое программное
устройство управления режимами
и 'пытаний.

Фирма ВгаЬепбег выпускает также
камеры щитовой конструкции
мод. ТКЕ, ТКР и ТК№, имеющие оди-
наковые основные характеристики,
приведенные в табл. 20, а внешний вид
и основные размеры — на рис. 9 в и
в табл. 23. Камеры мод. ТКЕ имеют
релейный регулятор температуры с об-
ратной связью и задающим устройст-
вом. Камеры мод. ТК№ снабжены
электронным регулятором темпера-
туры с двумя задающими устройствами,
регистрирующим прибором и контакт-
ными часами. Система регулирования
температуры камеры мод. ТКР имеет
электронный регулятор температуры
с двумя задающими устройствами и
индикацией температуры. Программ-
ное регулирование осуществляется ди-
сковым программным устройством.

Оборудование для испытания изде-
лий на циклическое воздействие тем-
ператур представляет собой две или
три совмещенные камеры, в которых
поддерживаются различные темпера-
турные режимы. Изделия размещают
на специальном транспортном устрой-
стве, которое автоматически переме-
щает изделие из камеры в камеру.
Характеристики этого оборудования
приведены в табл. 24, а функциональ-
ная схема — на рис. 12.

Оборудование для испытаний изде-
лий и материалов на воздействие вла-
жности. Блочная конструкция термо-
влагокамер обеспечивает выпуск боль-
шой номенклатуры различных кли-
матических камер. В табл. 25 приве-
дены основные характеристики обо-
рудования для испытаний изделий на
воздействие влажности. Характери-
стика отечественных термовлагокамер
приведена в табл. 26. В зависимости от
создаваемых температурных режимов
климатические камеры подразделяют
Рис. 12. Установка для испытаний изделий и материалов на циклическое воздействие
температур:

а — функциональная схема; б — график режима испытаний; 1 — камера тепла; 2 —
датчик температуры; 3 — электронагреватель; 4 — регулятор камеры тепла; 5 — осевой
вентилятор; 6 — регулятор камеры холода; 7 — компрессор верхней ступени холодиль-
ного агрегата; 8 — регулирующий вентиль; 9 — конденсатор верхней ступени холодиль-
ного агрегата; 10 — компрессор нижней ступени холодильного агрегата; 11 — тепло-
обменник; 12 — регулирующий вентиль; 13 — испаритель холодильного агрегата; 14 —
устройство перемещения изделий из камеры в камеру; 15 — изделия; 16 — камера хо-
лода; 17 — двери; 18 — уплотнения

на камеры тепла и влаги, термовлаго-
камеры, характеристика которых при-
ведена в табл. 27 и 28.

Типичными представителями таких
климатических камер являются ка-
меры фирмы ВгаЬепаег (ФРГ), внеш-

ний вид которых приведен на рис. 10.
Основные размеры камер шкафного
типа приведены в табл. 29, а камер
щитовой конструкции — в табл. 30.
Функциональная схема этих камер и
расположение агрегатов приведены
на рис. 13.

25. Основные характеристики термовлагокамеры КТХВ *

Номиналь- ный рабочий объем, м8	Допустимые тепло- вые потоки (Вт, не менее) испытуемых объектов при ниж- нем пределе температур	Время достижения мин, не более		
		верхнего значения температуры (25е155°С)	нижнего значения температуры (+25* — 70 бС)	относитель- ной влаж- ности от 10 до + 50 °С
0,160	400	40	90	30
0,400		45	105	45
1,000	800	60	. 120	60

* КТХВ — камера шкафная для испытаний различных объектов на одновременное
воздействие тепла и относительной влажности или раздельное воздействие тепла (или
холода) и относительной влажности.

Примечания: 1. Пределы воспроизводимых температур — 70-5-4-155 °С.

2.	Пределы воспроизводимой относительной влажности, %: верхний (при 20—
55 °С) — 98, нижний (при 50—90 °С) —«10.

3.	Неравномерность в полезном объеме: температуры — не более 4 °С, относитель-
ной влажности — не более 6 %.

4.	Колебание в полезном объеме температуры не более 2 °С, относительной
влажности — не более 3 %.
26. Термовлагокамеры отечественного производства

Модель	Рабочий объем, м*	Диапазон температур, °С	Относительная влажность, %	Точность поддержания температуры, °С	Точность поддержания от- носительной влажности, %	Время, мин, дости- жения макси- мальной		Габаритные размеры, м
						температуры	относитель- ной влаж- | и ости	
КТВ-0,15-155	0,150	+ 155  До +155	98	±5	3	40	40	0,98X1,ЮХ X 1,885
КТВ-0.5-155 КТВ-0,025	0,5 0,025	До +155 25—100				60  45	60	
КТХВ-0,1-10/90  КТВ-0,1-90	0,1	-104-+90 254-90	40-98			40  30	30	1,15хО,84Х Х0,8
КТХВ-0,5-10/100	0,5	- 10Ч-+100		±2	±3	30 .	60	1.78Х1.66Х Х1,96
КТВ-0,5/100		25—100	65 — 98			40		1.48Х 1,66Х X 1,96

Рис. 13. Термовлагокамера фирмы ВгаЬепдег (ФРГ):

а — расположение агрегатов; б — функциональная схема; 1 — блок регулирующих
вентилей; 2 — объем испытаний; 3 — обшивка; 4 — сквозное отверстие для вводов; 5 —
дверь камеры; 6 — окно; 7 — вентилятор; 8 — испаритель холодильной машины для
осушения воздуха; 9 — испаритель холодильного агрегата для создания отрицательных
температур в камере испытаний; 10 — электронагреватель; 11 — компрессор холодиль-
ного агрегата; 12 — увлажнитель; 13 — компрессор холодильной машины; 14 — кон-
денсатор холодильной машины; 15 — регулирующий вентиль; 16 — отверстие для стра-
вливания избыточного давления воздуха; 17 — автоматический прибор измерения и ре-
гулирования температуры и относительной влажности; 18 — преобразователь темпера-
туры; 19 — изоляция; 20 — дренаж для конденсата; 21 — труба подачи воздуха в ка-
меру; 22 — регулирующий вентиль; 23 — теплообменник; 24 — конденсатор
27. Камеры тепла и влаги зарубежного производства

Модель	Рабочий объем, м«	Размеры рабочего объема, мм	Диапазон температур, °С	Диапазон относи- тельной влажно- сти, %	Точность поддер- жания температу-  ры, °С	Точность поддер- жания относитель- ной влажности, %	Габаритные разме- ры. испытательной камеры, м	Потребляемая мощность, кВт	Масса, кг

Камеры тепла и влаги настольного типа фирмы ВгаЬепЗег (ФРГ)

К8Е80/КЫ	0,08	1	500X400X400	1 От температуры	10—98	±0,4	±0,2 |	1,15X0,76X0,73		230
К8Е125/КМ	0,125	500X500X500	окружающей сре- | ды до 4-100				1,15X0,86X0,83	2	260

Камеры тепла и влаги шкафного типа фирмы ВгаЬепЛег (ФРГ)

К8К200/КЫ	0,2	500X600X700	От уемпературы окружающей сре- ды до 4-100	10—90			1,28X0,765X1,78		280
К8К300/КЫ	0,3	600X600X800			±0,5		1,38X0,765X 1,78	4,5	300
К8К500/КМ	0,5	800X750X800		90		±3	1,58X0,965X1,78	6,5	380
К8К1000/1^	1,0	1000X970X 1000		98			1,83X 1,195X1,98		550

Камеры тепла и влаги щитового типа конструкции фирмы ВгаЪепйег (ФРГ)

ККЕ1,5/КМ ККЕ3.5/КМ ККЕ5,0/1^ ККЕ7.5/КЫ  ККЕЮ/КМ ККЕ12.5/КК ККЕ15/КЫ	2,5  3,5  5.0  7,5  10,0  12,5  15,0	900X 1360X2000  900 X 1860X2000  2100X 1200X2000  2100X 1800X2000  2100X2400X2000  2100X3000X2000  2100X3600X2000	От температуры окружающей сре- ды до 4“ 1 оо	10—98  98	±0,5	±3	1,2X1,8X2,3  1,2X2,4X2,3  2,4X1,8X2,3  2,4X2,4X2,3  2,4X3,0X2,3  2,4X3,6X2,3  2,4X4,2X2,3	9,5	900 1000 1250 1450 1650 1850  2050
								14	

506 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
28. Термовлагокамеры зарубежного производства

Модель	Рабочий объем, м8	Размеры рабочего объема, мм	Темпера- тура, °С	'Относи- тельная влаж- ность воздуха, %	Тс подо  темпе- раргры,	>чность держания  относи- тельной  влажности воздуха	Габаритные разме- ры испытательной камеры, м	Потребляемая мощность, кВт

Термовлагокамеры народного предприятия Му/гоп Е1ес1го-Рку81каН$сНе-6ега1е{аЪг1к (ГДР)

0,125 I	550X400X540	]	,I	оп оя	I	+0 <	I

0,25 I	750X450X750	|	“ 5^4-70	[	20—98	|	±0,5	|

±1,5 %	|

0,9X0,6X0,87

1,1 Х0.6Х 1,7

I 0,9

I 1,3

Термовлагокамеры народного предприятия Реи/гоп (ГДР)

3001

3002

3006

0,25

630X550X700

630X550X700

630X550X700

1 -25-7-4-90 1	1	I

— 5±4-90	10—100	±0,2	±0,5 °С *

I -4-7-4-90 |	|	|

1,4Х 0,95 X 1,9

1,4Х 1,1 X 1,9

1,4X1,1X1,9

Т ермовлагокамеры народного предприятия УЕВ Мазс111пеп}аЬНк Ыета (ГДР)

ктк-зооо

| 3,0 | 1400X 1500X 1400 | —30е4-Ю0 ] до 100

±0,5	! 4-0,5 °С* | 2,25X3,16X2.63 | 22

Воздействие температуры и влажности

Термовлагокамеры шкафной конструкции фирмы ВгаЬепдег (ФРГ)

К8Е200/90Ы	0,2	500X600X700					1,28 X 0,765 X 1,78	7
К8Е300/90М	0,3	600X600X800	—90 4-100	10-98	±0,4	±2 %	1,38X0,765X 1,78	8
К8Е500/90Ы	0,5	800X750X800					1,58X0,965X 1,78	8
КкЕ1000/90Ы	1,0	1000Х970Х 1000					1,83X 1,195X 1,98	9

* Точность

поддержания температуры точки росы.

§
Продолжение табл. 28

Модель	Рабочий объем, м8	Размеры рабочего объема, мм	Темпера- тура, °С	Относи- тельная влаж- ность воздуха, %	Тс подл темпе- ратуры, °С	•чность .ержания  относи- тельной влажности  воздуха	Габаритные разме- ры испытательной камеры, м	Потребляемая мощность, кВт

Термовлагокамеры щитовой конструкции фирмы ВгаЬепйег (ФРГ),

ККЕ1.5/90Ы ККЕ2,5/90Ы ККЕ3.5/90Ы ККЕ5,0/9(Ш ККЕ7.5/90М ККЕ10/90Ы ККЕ12/90Ы  ККЕ15790И  УКЮЗ/180  УКЮЗ/250 УК103/340 УКЮЗ/450 УКЮ6/180 УКЮ6/250 УК Юб/340  УКЮ6/450 УКН06/600 УК1Ю6/800 УКПОб/ЮОО УК! Ю6/1500 УКЮ9/180  УКЮ9/250  УКЮ9/340  УКЮ9/450 УК1Ю9/600 УК1109/800 УК1109/1000 УК1Ю9Л500	1,5  2,5  3,5  5,0 7,5  10 12  15  0,180 0,250 0,340 0,450 0,18 0,25 0,34 0,45 0,6 0,8 1,0 1,5 0,18 0,25 0,34 0,45  0,6 0,8 1,0 1,5	900X760X2000 900X1360X2000 900X1860X2000  2100X 1200X2000  2100Х 1800X2000 2100X2400X2000 2100X3000 2000 2100X3600X2000  Тер.  600X500X600 600X700X600 700X700X700 800X700X800 600X500X600 600X700X600 700X700X700 800X700X800 800X900X800 900Х 1000X900  1000Х юоох юоо 1000X 1500X 1000  600X500X600  600X700X600 700X700X700 800X700X800 800X900X800 900Х 1000X900  ЮООХ ЮООХ ЮОО 1000X 1500X 1000	-90-7-4-100  мовлагокамеры  —ЗО-т-4-100	10—98  фирмы Уб/зсЕ  10—98	±0,5  1 (ФРГ)  ±0,4	—3 %  ±2,5 %	1,2Х 1,2X2,3 1,2Х 1,8X2,3 1,2X2,4X2,3 2,4 X 1,8X2,3 2,4X2,4X2,3 2,4X3,0Х 2,3 2,4X3,6X2,3 2,4X4,2X2,3  0,92X1,5X1,97 0,92X1,5X1,97 1,02X1,5X1,97 1,12X1,5X1,97 1,02X1,5X1,97 1,02X1,5X1,97 1,12 X 1,5Х 1,97 1,22X1,5X1,97 1,4X1,8X1,97 1,5X2,0X1,97 1,6X2,0X1,97 1,6X2,5X1,97 1,12X1,65X1,97 1,12X1,65X1,97 1,32X 1,75X 1,97 1,32X 1,75X 1,97 1,60X2,1 X 1,97 1,70X2,2Х 1,97 1,80X2,2X2,10 1,8Х 2,7Х 2,10	13
								21,5
								30  4,4 4,6  5,0 5,2  5.3 5,4 5,9  6,2 9,5  10,0 12,5 14,6  6,3 7,4  8,3 9,1  13,5 14,5 15,0 17,0
			—604-4-100					
			-90-Т-4-Ю0					

508 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
29. Камеры солнечного излучения зарубежного производства

Модель	Фирма (страна)	Источ- ник излу- чения	Диапазон температур, °С	Относительная влажность, %	Потребляемая мощность, кВт	Габаритные размеры, м
УЕРН 0/1000  УЕРН 1/1000	У6(5СЬ (ФРГ)	Горелка	— Ю-г + 45	40—98	3,5  3,9	2,0Х 0,9х 1,9  2,0Х 0,9Х 1,9
450ЬР	Оригиналь- ханау (ФРГ)	Ксено- новая горелка	10 + 50	10—98	4,5	1,56Х 1,0Х 1,86
60У/  60ЧУК	АПаз Е1ес- 1пс Беу1сез Сотрапу (США)	Ксено-	54-87	20—60	10  15	1,93X1,14X1,29  2,08Х 1,ЗХ 1,3
60АУКС 25Р 25РТ		новая лампа	42 — 87		5	2,08Х1,ЗХ 1,3 1,78X0,89X0,84 1,78X0,89X0,84
3001  3002  3006  КТК 3000	РегИгоп (ГДР)  «УЕВ Ма- зсЫпепГаЬпк Нета» (ГДР)	Ультра- фиолето- вая и инфра- красная лампы	1111 О о.|. сл + + «> + — соо <© ОО о о	10- 100	22	1,9X0,95X1,4  1,9X1,1X1,4  1,9X1,1X1,4  6,2X4,ЗХ 3,0

30. Основные характеристики термобарокамер КТХБ *

Номи- нальные рабочие объемы, м8	Диапазон пониженного атмосфер- ного давле- ния, гПа	Колебание в полезном объеме по- ниженного атмосфер- ного давле- ния, гПа	Допустимые тепловые потоки, Вт, не более, испытуемых объектов при нижнем пределе температур	Время, мин, не более, достижения воспроизводимого		
				верхнего значения темпе- ратуры (25— 155 °С)	нижнего значения темпе- ратуры (25- 70 °С)	давления от 1038 До 1,33 гПа
0,160	798 — 133 133 — 1,33 798—133  133 — 1,33 798 — 133 133—1,33	13,3  1,33  13,3  1,33  13,3  1,33	400	40	90 '	15
0,400				45	105	20
			800	60	120	35
1,000						

* КТХБ — камера шкафная для испытаний различных объектов на одновременное
или раздельное воздействие тепла (или холода) и пониженного атмосферного давления.

Примечания: 1. Диапазон воспроизводимых температур —704-+155 °С.

2.	Неравномерность температуры в полезном объеме не более 4 °С.

3.	Пределы воспроизводимого давления 1038—1,33 гПа.
Камеры фирмы ВгаЬепс1ег (ФРГ)
в зависимости от автоматизации про-
цессов регулирования и требуемой точ-
ности и поддержания параметров испы-
тания выпускают следующие модели:
К8К, К8Е, К82, К85У, К8Р. Камеры
мод. К8Е, К82, К8№ и К8Р имеют
электронные пропорционально-интег-
рально-дифференциальные регуляторы
(ПИД — регуляторы) температуры воз-
духа и точки росы с обратной связью.
Регулирующее устройство камер К8К
и К8Е позволяет получать и поддер-
живать одни и те же температуру и от-
носительную влажность. Переход на
другой режим испытаний осуществ-
ляется вручную. График зависимо-
сти режима испытаний от времени
для этих камер приведен на рис. 10, а.

Две пары задающих устройств тем-
пературы и относительной влажности
воздуха, а также контактные часы
камер мод. К82 и К8\У позволяют ав-
томатизировать испытания и обеспе-
чивают изменение температуры и отно-
сительной влажности воздуха в ка-
мере в заданный момент времени. Гра-
фическая зависимость режима испыта-
ния от времени приведена на рис. 10, б.

Программное устройство камеры
мод. К8Р обеспечивает проведение ис-
пытаний по заданной программе авто-
матически, как показано на рис. 10, в.

У камер мод. К8К точность воспро-
изведения температуры ±0,5 °С и от-
носительная влажность ±3 %. В си-
стеме регулирования используются
два контактных термометра. Для по-
вышения точности поддержания тем-
пературы в системе регулирования
предусмотрены ручные регуляторы
мощности теплообменника и увлаж-
нителя.

У камер мод. К8Е точность воспро-
изведения температуры ±0,4 °С и от-
носительной влажности ±2 %. Регу-
ляторы температуры и относительной
влажности воздуха имеют по одному
задающему устройству.

Электронные приборы камеры
мод. К82 обеспечивают точность вос-
произведения температуры ±0,3 °С и
относительной влажности воздуха
±1,5%. Регуляторы снабжены реги-
стрирующими приборами, каждый из
которых снабжен двумя задающими
устройствами. Контактные часы дают

возможность переключать задающие
устройства и, следовательно, изменять
температуру и относительную влаж-
ность воздуха в камере в заданное
время до заданных пределов.

У камер мод. К8№ точность созда-
ния режимов температур ±0,8 °С и
относительной влажности ±1,5%.
Регуляторы температуры и относи-
тельной влажности воздуха включают
в себя регистрирующий прибор с за-
дающим устройством, дисковое про-
граммное устройство управления ре-
жимами испытаний. Они обеспечивают
изменение температуры и относитель-
ной влажности воздуха по заданной
программе.

Наиболее универсальной установкой
для испытаний изделий и материалов
на воздействие температуры и влаж-
ности является климатическая камера,
выпускаемая народным предприятием
Регйгоп (ГДР), которая предназна-
чена для создания искусственного кли-
мата с целью испытаний в изолирован-
ных климатических условиях материа-
лов и изделий. В камере предусматри-
вается возможность испытаний изде-
лий и материалов на воздействие уль-
трафиолетового или инфракрасного
излучений. Функциональная схема
установки приведена на рис. 14.

Система регулирования климатиче-
ской камерой позволяет включать ка-
меру в работу и выбирать автоматиче-
ское или ручное управление простым
нажатием на соответствующую кнопку.
Все дальнейшие операции управления
и регулирования выполняются авто-
матическими командными устройст-
вами. Кроме того, возможно индиви-
дуальное включение или отключение
отдельных агрегатов и узлов для кон-
троля или выполнения специальных
задач. Наличие автоматики повтор-
ного включения позволяет после лик-
видации нарушения в электрической
сети либо продолжить работу камеры
по заданной программе, либо отклю-
чить ее. Такая автоматика необходима
при работе камеры без надзора.

‘ Производимые операции и рабочее
состояние важнейших агрегатов сигна-
лизируются на светящемся табло при
помощи условных символов.

Температура в камере создается кос-
венным методом при помощи жидкости
с большой теплоаккумулирующей спо-
собностью (этиленгликоля), которая
автоматически нагревается или охла-
ждается вне объема испытания и цирку-
лирует в каналах 7 между внутренней
и наружной стенками объема испыта-
ния. Этот метод позволяет не только
получать постоянную температуру, но
и равномерно распределять темпера-
туру во всем объеме испытаний. Ста-
бильность температуры во время испы-
таний ±0,2 °С. Этиленгликоль нагре-
вается в теплообменнике 24 или охла-
ждается в холодильной батарее при
помощи испарителя 19 холодильной
машины. Плунжерным насосом 26 эти-
ленгликоль нагнетается в систему ка-
налов в стенках камеры; из каналов
этиленгликоль поступает к электро-
магнитным вентилям 21 (нагрев) или
20 (охлаждение) в зависимости от
знака отклонения температуры от за-
данного значения. Для повышения
точности регулирования в линию цир-
куляции этиленгликоля включают ре-
гулирующий вентиль 17, управляемый
вручную для изменения степени охла-
ждения. Мощность электронагрева-
теля теплообменника 24 можно регу-
лировать изменением напряжения, по-
ступающего к нагревателю.

Воздух засасывается вентилятором
14 через фильтр и магнитные вентили
11, 12 и через вентиль 15 подается
в увлажнитель 9 или в осушитель 13.
Вентили 10 и 16 являются соответ-
ственно также регуляторами осушения
или увлажнения. Использование прин-
ципа увлажнения воздуха путем испа-
рения воды исключает попадание ка-
пель воды в объем испытания. Осуше-
ние производится охлаждением воз-
духа до температуры точки росы. Осу-
шенный воздух направляется в воз-
душный канал стенки камеры, где
нагревается до температуры воздуха
в камере и поступает в рабочий объем
камеры. Таким образом, поступающий
в объем испытания воздух, предвари-
тельно осушается либо увлажняется,
а также нагревается или охлаждается
до требуемых параметров испытаний.
В результате этого исключаются скачки
температур воздуха и точки росы
в объеме испытаний. Воздух с требуе-
мыми параметрами подводится в сферу
действия вентилятора в объеме испы-

Рис. 14. Климатическая камера народ-
ного предприятия РеЩгоп (ГДР):

/ — автоматический регулятор темпера-
туры; 2 — контактные часы; 3 — авто-
матический регулятор температуры точки
росы; 4 — преобразователь температуры
точки росы; 5 — преобразователь тем-
пературы; 6 — объем испытаний; 7 —
циркуляционные каналы; 8 — обшивка
камеры; 9 — увлажнитель; 10 — регу-
лирующий вентиль увлажнения воздуха;
11, 12 — регулирующий клапан; 13 — осу-
шитель; 14 — центробежный вентилятор;
15 — клапан; 16 — регулирующий вен-
тиль осушения воздуха; 17 — регулиру-
ющий вентиль степени охлаждения; 18 —
компрессор холодильной машины; 19 —
испаритель холодильной машины; 20 —
электромагнитный вентиль охлаждения;
21 — электромагнитный вентиль нагрева;
22 — регулирующий вентиль; 23 — кон-
денсатор; 24 — теплообменник; 25 — хо-
лодильная машина; 26 — плунжерный
насос

тания и благодаря этому равномерно
распределяется в пространстве
объема. Этот метод создания опреде-
ленной влажности позволяет созда-
вать относительную влажность 10—
100 % или температуру точки росы
— 10-т- +60 °С с колебаниями ±0,5 °С.

Рециркуляционный воздух посту-
пает* через вентили 11, 12 и 15 и обра-
батывается так же, как и наружный
воздух. Переключается вентиль 15 ре-
гулятором 3 температуры точки росы.
Для измерения температуры точки
росы используется хлористолитиевый
датчик.

В соответствии с заданным значе-
нием температуры вентили 11 и 12 ав-
томатики переставляют в положение
«Наружный воздух» или «Циркуляция
воздуха». При температуре выше
±10 °С вентили И и 12 устанавливают
в положение «Наружный воздух», а
при температуре ниже 10 °С — в по-
ложение «Циркуляция воздуха».

В камере предусматривается авто-
матическое изменение параметров ис-
пытаний по заданной программе при
помощи контактных часов 2 и задаю-
щих устройств регуляторов 1 и 3.
В указанном диапазоне параметров
воздуха двумя парами задающих уст-
ройств регуляторов 1 и 3 можно плавно
устанавливать требуемые темпера-
туры воздуха и точки росы. Контакт-
ные часы позволяют автоматически
переключать режимы испытания с ин-
тервалами 1—24 ч. Система управле-
ния режимами работы предусматри-
вает возможность установки требуемой
скорости изменения значений темпе-
ратур воздуха и точки росы в пределах
0—2 °С/мин. Аккумулятор холода в хо-
лодильной батарее позволяет резко сни-
жать температуру со скоростью до
8 °С/мин.

Измерительная схема регулятора 1
температуры отличается наличием
двух термометров сопротивления, один
из которых установлен в испытатель-
ной камере 6, а другой — в теплооб-
меннике 24 и имеет пониженную чув-
ствительность вследствие параллельно
включенного сопротивления. При этом
значительно повышается качество регу-
лирования благодаря упреждающему
воздействию от термометра сопротив-
ления 5, установленного в камере.

Устройство для облучения и осве-
щения расположено вне объема испы-
таний и отдельно от него окном из спе-
циальных стекол, полностью пропу-
скающих диапазон света от ультрафио-
летового до инфракрасного излучения.
Окно электрически обогревается во
избежание отпотевания.

Объем испытания равномерно и ин-
тенсивно освещается, чем обеспечи-
вается хорошее наблюдение исследуе-
мых объектов во время испытаний.
В камере имеются два сквозных отвер-

стия для различных вводов: кабелей,
рукавов, механических рычагов.

Двери -камеры имеют быстродейст-
вующие запоры и двойные уплотне-
ния. Большое смотровое окно из не-
скольких рядов стекол со стеклоочи-
стителем и защитой от капель позво-
ляет наблюдать за испытуемыми изде-
лиями.

ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ
НА ВОЗДЕЙСТВИЕ
СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
И АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Оборудование для испытаний изде-
лий и материалов на 'воздействие сол-
нечного излучения. Испытательная ка-
мера для воспроизведения условий
тропической пустыни должна удовле-
творять приведенным ниже условиям.

1.	У источников света интенсивность
излучения должна быть порядка
1,5 кВт/м2, они должны перемещаться
соответственно траектории движения
солнца.

2.	Температура стенок должна быть
18—20 °С, чтобы естественным обра-
зом воспроизводить излучение испы-
туемого объекта.

3.	Спектральный состав излучения
должен соответствовать солнечному
(ксеноновые лампы или смешанный
свет).

Интенсивность излучения должна
изменяться через 12 ч.

Различают два вида камер, предназ-
наченных для испытаний на действие
солнечного излучения: для имитации
сухого жаркого климата и для имита-
ции тропического климата.

Основным элементом камер, имити-
рующих солнечное излучение, яв-
ляются источники света, в качестве
которых применяют ртутно-кварцевые
лампы с вольфрамовой нитью накала
НГ инфракрасного излучения и лампы
ПРК ультрафиолетового излучения.
Ультрафиолетовое излучение может
быть также получено с помощью газо-
разрядных ламп, в которых возникает
электрический разряд в атмосфере
паров ртути, находящихся при раз-
личных давлениях. Существуют ртут”
ные лампы низкого давления (1—
133 Па), высокого давления (несколько
десятков тысяч гигапаскалей). Колбы
таких ламп изготовляют из специаль-
ного (чаще всего кварцевого) стекла,
пропускающего ультрафиолетовые
лучи. Лампы снабжают регулирую-
щими и защитными и зажигающими
разряд устройствами. Иногда лучи от
ламп пропускают через специальные
светофильтры (пластмассовые или
стеклянные), поглощающие видимые
лучи.

. При установке ламп инфракрасного
и ультрафиолетового излучения в ка-
мере необходима определенная темпе-
ратура в месте расположения испытуе-
мого изделия. Следует иметь в виду,
что коротковолновые и средневолновые
ультрафиолетовые лучи оказывают
вредное влияние на организм человека.
Во избежание ожогов глаз недопустимо
смотреть на горящую ртутную лампу
без применения защитных очков.

Для исключения влияния озона и
окисла азота, образующихся в ре-
зультате ионизации воздуха при ра-
боте газоразрядных ламп, необходимо
проветривать помещение. Равномерная
интенсивность облучения испытуемых
изделий достигается применением па-
раболических зеркальных отражате-
лей и фокусирующих устройств у ис-
точников света.

В камере, предназначенной для
имитации сухого жаркого климата,
иногда предусматривают вращение
испытуемого изделия с частотой
1 об/сут и для имитации суточной сме-
ны солнечного излучения. Специаль-
ный коллектор в камере позволяет ис-
пытывать изделия в рабочем состоя-
нии. Он подводит питающие напряже-
ния и испытуемые сигналы.

Для наблюдения за изделием в ка-
мере предусмотрено смотровое окно,
снабженное светофильтром, не пропу-
скающим ультрафиолетового излуче-
ния. Внутренние стенки и детали ка-
мер должны изготовляться из материа-
лов, стойких к воздействию ультра-
фиолетовых и инфракрасных лучей.
Необходимая температура в камере
может обеспечиваться электронагре-
вателями.

Основные характеристики камеры

солнечного излучения КСР-1 приве-
дены ниже.

Рабочий’объем, м® . . . .	1,0

Диапазон температур, вС + 15-Ь 4- 100
Суммарная плотность теп-
лового потока на расстоя-
нии 0,26 — 0,5 м от источ-
ника излучения, Вт/м2 980—1960
Плотность теплового пото-
ка ультрафиолетовой части
спектра на расстоянии
0,26—0,5 м от источника
излучения, Вт/м2 ....	5,6 — 146

Длина, ширина, высота ис-
пытуемых изделий, м. . .	650

Максимальная масса испы-
туемых изделий,	кг ... .	650

Напряжение, В........... 380

Потребляемая мощность,
кВт..................... 9,5

Габаритные размеры, м:

длина................. 1,82

ширина................ 1,500

высота ................. 2,475

Масса, кг............... 1250

Примером камер, предназначенных
для имитации тропического климата,
является климатическая камера 1211
народного предприятия РегйзсЬ (ГДР),
принципиальная схема которой при-
ведена на рис. 13. В этой камере полу-
чают температуру —10ч- +80 °С, от-
носительную влажность 10—98 %, ту-
ман, а также ультрафиолетовое и ин-
фракрасное излучение. В камере пре-
дусмотрено программное управление,
позволяющее имитировать влажный
теплый и сухой жаркий климат.*

Контроль интенсивности солнечного
излучения. Характеристики камер за-
рубежного производства приведены
в табл. 29. Температура в камере из-
меряется непосредственно у поверх-
ности изделия термометром с черным
шариком.

Контроль интенсивности ультра-
фиолетового излучения основан на
свойстве щавелевой кислоты разла-
гаться под действием ультрафиолето-
вых лучей в присутствии солей ура-
нила.

Количество разложившейся под дей-
ствием ультрафиолетового излучения
кислоты определяется по разности
между первоначальным и окончатель-
ным содержанием ее в растворе. Для
этого 50 г светочувствительного рас-
твора (щавелевая кислота — 6,3 г,
азотнокислый уранил — 5,0 %, ди-
стиллированная вода — 1 г}, нали-
вают в специальный конический ста-
31. Термобарокамеры отечественного производства

Модель	Рабочий объем, м8	Диапазон температур, °С	Мини- мальное давле- ние, гПа	Точность поддержания		Время достиже- ния, мин		Потреб- ляемая мощ- ность, кВт	Габаритные размеры, м	Масса, кг
				темпе- рату- ры, °С	давле- ния, гПа	макси- мальной темпе- ратуры	мини- маль-  ного давления			
КТБ-0,015-155	0,015	25 — 155	1,33		±1,33		30	60	.1,35X0,7X1,85	460
ТБК-0,15-70	0,150	—704- + 100	2,66		±1,33	90	20	16	1,97X 1,95X2,295	2300
КТХБ-0,16-155	0,160	—654- + 155		±5	±1,33	30	30	18,0	1,695X 1,75X 1,94	1800
КБ-0,5	0,500	до 20	1,33	±1	±1,33	—		1,0	1,265X0,955Х 1,685	650
КТХБ-0,5		— бО-н+155			±1,33	40	40	10,0	1,90Х 1,90X2,25	1560
КТХБ-1-155	1,000	— 654-+155		±3	±1,33	60	45	70,0	3,40Х 2.20Х 2,4	6300

32. Термобарокамеры народного предприятия №та (ГДР)

Модель	Рабо- чий объем, м*	Размеры рабо- чего объема, м	Диапазон температур	Точность поддер- жания темпе- ратуры	Время достижения температуры, мин		Точность поддер - жания мини- мально- го дав- ления, Па	Потреб- ляемая мощ- ность, кВт	Габаритные размеры, м	Масса, кг
			°С		мини- маль- ной	макси- маль- ной				
8ТВУ-1000 ТВУ-1000	1,0	1,15X1,1X0,95  1,25X1,1X0,82	—704- + 300		150  150	60  30	2,6  2,6	40  31	5,4X3,6Х 2,3  4,95X3,6Х 1,9	4 200  4 750
ТВУ-2000	2,0	1,5Х 1,4Х 1,04		±1,5	150	30	2,6	47	5,23X3,7Х 2,05	5 000
ТВУ-4000	4,0	1,85 X 1,8Х 1,33	—704-+100		150	30	2,6	77	6,0Х 5,6Х 2,3	7 500
ТВУ-8000	8,0	2,5Х2,5Х 1,55			150	30	2.6	117	7,3X0,6X2,7	11 300

Примечание. Минимальное давление 13 Па.

СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ


канчик и экспонируют в месте уста-
новки испытуемых изделий в камере
в течение 1 ч. Затем раствор подвер-
гают титрованию. Конический ста-
канчик имеет следующие размеры, мм:
высоту — 35, внутренние диаметры:
нижний — 40, верхний — 60.

Титрование осуществляется следу-
ющим образом: экспонированный
светочувствительный раствор вместе
с водой (не более 10 г), которой был
вымыт стаканчик, выливают в кониче-
скую посуду емкостью 200—250 г, со-
держащую 50 г раствора серной кис-
лоты, нагревают до 50—60 ЪС и ти-
труют в децинормальном растворе
КМпО4. Один грамм этого раствора
нормально соответствует 6,3 г щаве-
левой кислоты.

Интенсивность ультрафиолетового
излучения в 1 ч на 1 см2 площади под-
считывается по формуле

____ 6,3 (Р1 — р%)
ф 81 '	’

где рх, — количество децинормаль-
ного раствора КМпО4, израсходован-
ного при титровании соответственно
до и после экспозиции, мл; 5 — по-
верхность пробирки — стаканчика,
см2; I — продолжительность, ч.

Оборудование для испытаний изде-
лий на воздействие пониженного атмо-
сферного давления. Для создания по-
ниженного атмосферного давления ис-
пользуют масляные и диффузионные
насосы.

Время, необходимое для снижения
давления в камере от р0 до р, опреде-
ляется выражением

т =	(25)

О	Р

где т — время снижения давления;
Краб — объем вакуумной камеры;
5' — производительность насоса.

Чем ниже давление в вакуумной ка-
мере, тем медленнее оно падает с тече-
нием времени.

Интенсивность откачки воздуха из
камеры

(26)
где р±8{ — интенсивность откачки
воздуха из камеры; р28' — интенсив-
ность откачки воздуха насосом из

трубы, соединяющей камеру с насо-
сом; — скорость снижения давле-
ния в камере или производительность
насоса, рассчитываемая по давлению
в камере. Давления рх и р2 связаны
с пропускной способностью трубы (ва-
куумной проводимостью):

Р1~Р2

Общее падение давления во всей
системе р0 — рп равно сумме разно-
стей давления на концах последова-
тельно соединенных элементов системы
(труб, камер):

Ро — Рп — (Ро — Р1)	(Р1 — Ра) +

+ • • • + (Рп-1 — Р) •	(28)

При параллельном соединении во
всех элементах имеет место одинако-
вое падение давлений:

рУ=(рУ)1+(рЮ2+(рЮ3 + ---

с = с± + с2 + с3 + • • •	(29)

Термобарокамеры. Для оценки рабо-
тоспособности изделий, работающих
в высотных условиях, необходимо про-
водить испытания изделий при давле-
нии ниже атмосферного. Для этого их
размещают в барокамерах, давление
в которых понижают до заданного
значения. В условиях эксплуатации
изделий пониженное атмосферное дав-
ление большей частью сопровождается
низкими температурами, что целесооб-
разно воспроизводить в барокамере.
Для имитации одновременно воздей-
ствия температуры и пониженного
давления в камере сначала устанавли-
вают температуру, а затем создают
разрежение с помощью вакуумных
насосов. Основные характеристики
термобарокамер приведены в табл. 30.
Основные характеристики оборудова-
ния для испытаний изделий на воздей-
ствие пониженного атмосферного дав-
ления приведены в табл. 31, 32 и 33.

В комплект установки входят: ка-
мера, вакуумный насос с электродви-
гателем и магнитным пускателем, ва-
куумметр.

Камера представляет собой герме-
тичный шкаф, застекленная дверь ко-
торого позволяет наблюдать за работой
33. Термобаровлагокамеры зарубежного производства

		Рабочий объем	Размеры рабо- чего объема	Диапазон	
Модель	Фирма (страна)	м		воспроизво- димой тем- > пературы, °С	воспроизво- димой отно- сительной влажности, %
УН 06/100  УН 06/250		0,1  0,25	0,45X0,5X0,45 0,6X0,7X0,6		10-98  20—98
УН 06/400  УН 06/600  УН 06/800  УН 06/1000		0,4 0,6 0,8 1,0	0,7х0,8х 0,7 0,8х0,9Х 0,3 0,9Х 1,0х 0,9 1,0Х 1,0Х 1,0	-604-4-125	
УН 07/100  УН 07/250  УН 07/400  УН 07/600  УН 07/800  УН 07/1000  УН 08/1000  УН 08/250  УН 08/400  УН 08/600  УН 08/800  УН 08/1000  УН 09/100  УН 09/250  УН 09/400  УН 09/600  УН 09/800  УН 09/1000	«УбисЪ» (ФРГ)	0,1 0,25 0,4 0,6 0,8 1,0	0,45X0,5X0,45 0,6X0,7X0,6 0,7X0,8X0,7 0,8X0,9X0,8 0,9Х 1,0X0,9 1,0Х 1,0Х 1,0	-704-4*125	
		0,1	0,45Х 0,5х 0,45	-804-4-125	10—98
		0,25 0,4  0,6  0,8  1,0	0,6x0,7X0,6 0,7X0,8X0,7 0,8X0,9X0,8 0,9Х 1,0X0,9 1,0X1,0X1,0	-804-4-125	
		0,1 0,25 0,4 0,6 0,8 ' 1,0	0,45X0,5X0,45 0,6X0,7X0,6 0,7X0,8X0,7 0,8X0,9X0,8 0,9Х 1,0X0,9 1,0Х 1,0Х 1,0	— 904^ 4-125	
КВ к 85У8 К8 600/70У5	ВгаЬеп- Нег (ФРГ)	0,2  0,5	0,5х 0.7X0,6  0.8Х 0,8X0.8	— 854-+90 —704-4-95	10-95
60 АВ6/40ОМП  200 АВ6/40ОМП  500 АВ6/40ОМП  800 АВ6/40ОМП	Каг!  АУе183 (ФРГ)	0,06 0,2 0,5 0,8	0,4Х 0,4X0,4 0,5Х 0,7X0,6 0,8Х 0,8Х 0,8 0,9Х 0,9X0,9	-404-4-95	Температура точки росы
60 АВ6/70ПМП  200 АВ6/70ПМП  500 АВ6/70ПМП  800 АВ6/70ОМП		0,06  0,2  0,5  0,8	0,4 X 0,4 X 0,4 0,5Х 0,7X0,6 0.8X0,8X0,8 0,9Х 0,9Х 0,9	—704-4*95	от —40 до 4-95 °С

Примечание. Минимальное давление 13 Па.

испытуемых изделий. Герметичность
камеры достигается благодаря тому,
что дверь плотно крепится в камере
откидными болтами. На боковой стенке
камеры расположена специальная ко-
лодка, предназначенная для подклю-
чения источников питающих напряже-
ний, испытательных сигналов и изме-
рительной аппаратуры. К органам
управления камерой относятся вен-
тиль впуска воздуха в камеру, кнопки
управления электродвигателем насоса

и освещением камеры. Скорость пони-
жения и повышения давления регу-
лируют путем открывания' вентилей.

Вакуумные камеры. Для исследова-
ния различных объектов в условиях,
близких к космическим, применяют
вакуумные камеры, в которых создают
достаточно глубокое разрежение.
Размеры вакуумных камер зависят от
размеров космических объектов.

На рис. 15 представлена, схема ва-
куумной камеры, построенной в США
для испытания объектов больших
размеров. В этой камере проводились
испытания полноразмерной модели
аппарата Маг тег высотой более 3 м и
шириной более 4 м. В цилиндрической
вакуумной камере’высотой 14 м и диа-
метром 8 м вакуумным насосами 3 соз-
дают вакуум около 0,133 МПа. Стенки
камеры 2 охлаждаются до —193 °С,
а солнечное облучение имитируется
излучателем дуговой ртутно-ксеноно-
вой лампы 5, которое с помощью опти-
ческой отражательной системы 4 на-
правляется на изделие 1 в виде парал-
лельного пучка лучей.

Для имитации в вакуумной камере
условий космического пространства
кроме создания требуемого вакуума
необходимо выдерживать условия,
обусловленные излучением, ибо кон-
вективный тепловой поток и отвод
тепла посредством молекулярной теп-
лопроводности определяются давле-
нием и в вакууме они равны нулю.

При указанном на рис. 15 располо-
жении нагревателя (объекта) и холо-
дильника (стенок вакуумной камеры)
влиянием естественной конвекции на
теплоотдачу можно пренебречь, если
выполняется условие

Рг 6г (ЯГ^Д7Г )3 < 1000, (30)

где 7? — радиус вакуумной камеры;
г — радиус изделия; Рг — критерий
Прандтля; 6г — критерий Грасгофа.
/ яг+ /? — г \з

Поскольку всегда	>

яг + #	г\3

К + Г /щах

> 1

и при 2? = г

= 3,85, то условие (30) примет вид

РгСг < 260.

(31)

Это значение Ргбг отвечает горизон-
тальному расположению объекта и
камеры. При вертикальном располо-
жении изделия и камеры справедливо

Рг 6г < 1000.	(32)

Для этого случая

Рг 6г = ДТ, (33)

где^ — ускорение свободного падения;
Р — коэффициент объемного расшире-

Рис. 15. Вакуумная камера:

1 — изделие; 2 — стенки камеры; 3 —
вакуумнасосы; 4 — оптическая отража-
тельная система; 5 — дуговые ртутно-
ксеноновые лампы

ния среды; I = Я — г — характерный
размер; А Г — разность температур

М
изделия и стенок камеры; V =-------

кинематический коэффициент вязко-
сти среды; а =	— коэффициент

температуропроводности среды; р —
плотность; 1 — теплопроводность; р —
динамический коэффициент вязкости.
Произведение РгСг прямо пропор-
ционально квадрату давления.

Тепловой поток, обусловленный мо-
лекулярной теплопроводностью, вы-
ражается различным образом в зависи-
мости от соотношения между длиной
свободного пробега молекул в рассма-
триваемом объеме газа и характерным
размером этого объема. Длина сво-
бодного пробега молекулы опреде-
ляется уравнением Сазерленда

Л =	..=-> (34)

1 + у у ло2р V2

где к — постоянная Больцмана; с —
константа; о — диаметр молекулы
газа; р — давление газа.
Тепловой поток вследствие молеку-
лярной теплопроводности в условиях,
когда длина свободного пробега моле-
кул много меньше характерного раз-
мера системы (т. е. при сравнительно
высоких давлениях), для системы двух
параллельных плоскостей опреде-
ляется выражением

л АТ

Ят — I *	($$)

а для соосных цилиндров
ДТ

Ят = ^-------— ,	(36)

где X — коэффициент теплопроводности
среды; АТ — разность температур
между пластинками или цилиндрами;
I — расстояние между пластинками;
й — диаметр внутреннего цилиндра;
Р — диаметр камеры.

Величина дт в формуле (35) отнесена
к единице площади пластины, а в фор-
муле (36) — к единице длины внутрен-
него цилиндра.

С уменьшением давления длина
свободного пробега А резко растет и
при давлениях 10"1—10 2 Па может
достигать десятков сантиметров, срав-
ниваясь с размерами системы. При
этом формулы (35) и (36) заменяются
следующей:

/4(^+4)*

Х М УТ ЛТ' (37>

где 7? — газовая постоянная; М — от-
носительная молекулярная масса;
а — коэффициент аккомодации.

Формулу (37) можно представить
в виде

<7г = лТТ'Д7’’ (38)

где А — константа, зависящая от типа
газа и коэффициента аккомодации а.

Использование формулы (37) для
цилиндрической системы возможно
уже при давлении, обеспечивающем
условие А > (1.

Коэффициент аккомодации зависит
от состояния поверхности и колеблется
в пределах 0,1—0,9. Уравнение (37)
показывает, что в условиях, когда
длина свободного пробега больше раз-
меров системы, тепловой поток дт про-
порционален давлению газа р. Кроме
того, тепловой поток пропорционален
не градиенту температуры АТ//, а про-
сто разности температур АТ, т. е. раз-
меры системы не влияют на тепловой
поток.

При испытаниях в вакуумной ка-
мере имеет значение не абсолютная
величина теплового потока дт, а его
доля по отношению к лучистому тепло-
вому потоку дл. Поток тепла, рассеи-
ваемый поверхностью испытуемого из-
делия при постоянной температуре и
при условии диффузного излучения и
отражения, можно представить в виде

‘7л=8пр*о(7’1-71)>	(39)

где ЕпР= 1 , / Л Г, ; 81
8! +\еа */ Р»

и е2 — степень черноты соответствен-
но поверхности изделия и стенок
вакуумной камеры; и Г2 — соответ-
ственно площадь поверхности изделия
и стенок вакуумной камеры; Тх и
Т'2 — абсолютные температуры соот-
ветственно изделия и стенок вакуумной
камеры.

Отношение тепла, теряемого изде-
лием в камере, к теплу, теряемому им
в абсолютно безграничном вакууме,
можно определить как

-Лл_ Г1 _ (7дЛ41. (40)

Ял ид 81 I \	/ 3

При отсутствии влияния вакуумной
камеры еПр = 8Х и Т2 = 0. Хорошее
моделирование требует выполнения ма-
лого отличия дл от дл. ид. Это условие
выполнимо при малом отношении тем-
ператур Т2/Тх и при малом отличии
в значениях степеней черноты 8Пр и ех.
Влияние камеры на величину дл опре-
деляется приведенной степенью черно-
ты 8Пр, характеризующей геометрию
изделия и камеры и их взаимное рас-
положение.
Таким образом, главным обстоятель-
ством, которое следует учитывать при
проведении тепловых испытаний в ва-
куумных камерах с полным моделиро-
ванием условий безграничного абсо-
лютного вакуума, является обеспече-
ние высокой степени черноты поверх-
ности камеры. При невысокой темпе-
ратуре исследуемых изделий и отсут-
ствии в рабочих условиях дополни-
тельного излучения высокие требова-
ния к точности соблюдения тепловых
режимов требуют охлаждения камеры
сжиженными газами.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ИСПЫТАНИЙ

НА ВОЗДЕЙСТВИЕ МОРСКОГО
(СОЛЯНОГО) ТУМАНА,
ПЕСКА И ПЫЛИ

Оборудование для испытаний изде-
лий и материалов на воздействие мор-
ского (соляного) тумана. Камера мор-
ского (соляного) тумана КСТ должна
поддерживать температуру 25—60 °С
при относительной влажности до
100 %, для чего воздух при вдувании
соляного тумана в мелко распыленной
форме проходит через теплую воду.
Кроме того, камера должна иметь авто-
матическое программирующее устрой-
ство, обеспечивающее суточную перио-
дичность введения солевого раствора
и температурного режима. Распыляют
раствор солей пульверизатором или
центрифугой аэрозольного аппарата.

Сущность аэрозольного распыления
состоит в том, что раствор при помощи
специально сконструированного рас-
пылителя дробится на капельки ту-
мана, в результате чего в испытатель-
ную камеру попадают только частицы
определенного диаметра. Не менее 90 %
частиц, попадающих в камеру, должны
иметь размер 1—5 мкм, а из них
75 % — размер 2—4 мкм. Число ча-
стиц в камере на 1 см3 должно быть
(2—4) 105.

Состав г/л раствора, служащего для
создания тумана: 27 поваренной соли
ИаС1; 6 хлористого магния М^С12;
1 хлористого кальция СаС12; 1 хлори-
стого калия КС1.

Распылитель работает циклами по

15 мин через каждый час. Остальные
45 мин температура в испытательной
камере должна повышаться на 3—
5 °С, но так, чтобы она была в пределах
24—30 °С.

Важным требованием к оборудова-
нию является его коррозионная стой-
кость. Конструктивные детали ка-
меры изготовляют из коррозионно-
стойкой стали, жесткого полихлорви-
нила, полиэтилена, керамики, стекла,
монель-металла, особо обработанного
дерева, резины и других материалов,
не требующих специальных покрытий.
Сопла для малых камер изготовляют
из стекла, а для больших — из монель-
металла, эбонита или пластмассы. Ха-
рактеристики камер тумана приведены
в табл. 34 и 35.

Контроль водности и дисперсности
морского тумана. Основными характе-
ристиками тумана, получаемого в ка-
мере, являются дисперсность и вод-
ность.

Дисперсность характеризует степень
раздробления вещества на частицы:
чем мельче частицы, тем больше дис-
персность.

Под водностью тумана понимают
число капель жидкой влаги в единице
объема.

Дисперсность тумана определяют
путем микрофотографирования проб
атмосферы, полученных методом есте-
ственного осаждения капель на пред-
метное стекло, помещенное на 0,5 мин
в испытательную камеру. После
изъятия из камеры стекло фотографи-
руют 3—5 раз в различных местах:
вверху, внизу и в середине. Сфотогра-
фированное изображение увеличивают
проекционным аппаратом. Подсчиты-
вают общее число капель данной пробы
и число капель каждого размера.
Нормальный туман в камере должен
содержать 90 % капель размером
1—5 мкм.

Размер капель оценивают с помощью
объект-микрометра, помещаемого под
микроскопом и фотографируемого
одновременно с предметным стеклом.
Объект-микрометр дает масштабную
сетку. Он представляет собой метал-
лическую пластинку небольших раз-
меров, в середине которой находится
стекло диаметром 80 мм с сеткой.
34. Камеры тумана отечественного производства

Модель	Максимальная температура, °С	Потребляемая мощность, кВт	Габаритные размеры, м	Масса, кг
КСТ-1	60	12	1,63X 1,62X2,30	1200
КСТ-1М		8	1,81X1,56X2,73	1500
КТСТ-1	100	25	1.88Х 1,65X2,26	—

Примечания: 1. Рабочий объем 1 м3.

2. Размеры рабочего объема 1,0X1,0X1,0 мм.

35. Камеры тумана зарубежного производства

Модель	Фирма (страна)	Рабочий объем, м8	Размеры рабочего объема, м	Создаваемая температура,
5400 51000 52000  55С-2 55С-3 55Т-2 55Т-3	Каг1 \Уе155 (ФРГ)	0,4 1,0  2,0  0,159 0,378 0,159 0,378	0,6х 0,7х 0,7  0,9Х 1.0Х 1,0  1,2Х 2,0Х 1,0  0,762X0,456X0,456  1,02X0,61X0,61 0,762X0,456X0,456 1,02X0,61 Х0,61	.55
	Ваг1о^ ХУИИпеу (Ве- ликобритания)			Температура окружающей среды

Для формирования капель предмет-
ное стекло покрывают слоем трансфор-
маторного масла и вазелина в соотно-
шении 2:1.

Дисперсность контролируют в на-
чале испытаний и на 14-й минуте ра-
боты аэрозольного аппарата.

Водность можно определять по раз-
меру пятна на специальной фильтро-

Рис. 16. Прибор Зайцева для определе-
ния водности тумана:

а — схема; б — кассета; 1 — поршневой
насос; 2 — кассета; 3 — индикаторная
бумага

вальной бумаге при пропускании через
нее раствора. Водность нормального
тумана 2—3 г/м3.

Водность морского тумана можно
определить прибором Зайцева (рис. 16),
который представляет собой поршневой
насос 1 объемом 220 см3 с кассетой 2
для индикаторной бумаги 3. При взя-
тии пробы влага, содержащаяся в ат-
мосфере камеры, оставляет на ленте
пятно, по диаметру которого устанав-
ливают массу капли. Зная массу и ко-
личество исследованного воздуха, опре-
деляют содержание влаги в единице
объема.

Пробу берут на 14-й минуте работы
аэрозольного аппарата путем пяти-
кратной прокачки воздуха насосом.
Воздух, насыщенный влагой и солями,
поступает на фильтровальную бумагу
через отверстие диаметром 5 мм в тор-
цовой втулке насоса.

Массу влаги в миллиграммах нахо-
дят по переводной таблице или гра-
фику, которые составляют для сорта
бумаги, применяемого при градуиров-
ке прибора.
Рис. 17. Установка для испытаний изделий:

а — на пыленепроницаемость; б — на статическое воздействие пыли; / — испытательная
камера; 2 — сетка для установки испытываемых изделий; 3 — циркуляция пыли; 4 —
вентилятор для завихрения пыли; 5 — вентилятор для отсоса пыли; 6 — лента конвей*
ера; 7 — бункер с пылью; 8 — нагреватель; 9 — распылитель; 10 — приводной вал;
11 — пыль; в — на динамическое воздействие пыли; 1 — каркас; 2 — шибер (заслонка)
с рукояткой для изменения скорости воздушного потока; 3 — стол для испытываемых
изделий; 4 — воздухопровод; 5 — направляющий щит с рукояткой для частичного изме-
нения направления потока воздуха; 6 — анемометр (для градуировки прибора); 7 —
испытательная камера; 8 — осевой вентилятор; 9 — электродвигатель вентилятора;
10 — электродвигатель стола; 11 — магнитные пускатели

Каждому диаметру пятна соответ-
ствует своя масса. Водность тумана
(г/м3) рассчитывают по формуле

где т — масса осевшей воды, г; V —
объем воздуха, прошедшего через кас-
сету, м3.

Зависимость между размером пятна
и массой определяют следующим обра-
зом. 'На образец бумаги, покрытый
с одной стороны красителем (марган-
цевокислый калий и тальк, перемешан-
ные в пропорции 10 : 1), с противопо-
ложной стороны многократно капают
из тонкой стеклянной трубочки с вы-
соты 3—4 см соляный раствор по 1, 2,
3, ..., 10 капель в каждую точку.
При этом каждый раз измеряют сред-
ний диаметр образовавшихся пятен.
Аналогично определяют массу капель.
В этом случае используют предметное
стекло.

При проведении испытаний такэйе
полезно контролировать щелочность
солевого раствора. Концентрацию
соли и щелочность испытательного
раствора измеряют ареометром и лак-
мусовой бумагой.

Оборудование для испытаний изде-
лий на воздействие песка и пыли.
Для проведения испытаний на воздей-
ствие пыли используют камеры КП,
. которые могут быть предназначены для
испытаний на пылезащищенность
(КПЗ) или на пылеустойчивость
(КПУ) или для комбинированных
испытаний (КП-ЗУ).

Испытания на пылезащищенность.
Камера, предназначенная для этих
испытаний, показана на рис. 17. Чтобы
избежать возможной коагуляции и не-
желательного прилипания смесей пы-
ли, относительная влажность воздуха
должна не превышать 30 %, а при
применении кремнезема должна быть
50 % или менее.

Опыление изделий происходит сле-
дующим образом.

Вентилятор забирает через располо-
женное снизу всасывающее сопло
воздух из камеры и прогоняет его че-
рез нагреватель. Частицы пыли, ска-
тывающиеся из бункера 7, попадают на
ленту конвейера 6 и, увлекаемые струей
воздуха, через распылитель 9 поступа-
ют сверху в камеру. Поток воздуха,
несущий пыль, попадая в камеру, те-
ряет свою скорость, в результате часть
пыли оседает в камере и на изделиях,
Рис. 18. Схема определения концентра-
ции пыли электрооптическим методом

которые устанавливают на сетку 2, а
некоторое количество пыли уносится
с потоком через всасывающее сопло
в воздухопровод.

Испытания на динамическое воздей-
ствие песка и пыли. В процессе этих
испытаний скорость воздушного по-
тока должна быть 12—14 м/с, относи-
тельная влажность воздуха ниже 30 %,
температура испытаний 35 °С, концен-
трация песка в испытательной камере
5—10 г/м3. Так как чаще всего потери
песка неизбежны из-за отложения его
и прилипания, необходимо выравни-
вать концентрацию песка, непрерывно
вводя новые порции. Более целесооб-
разная температура испытаний 55 °С,
так как песок часто действует с сухим
теплом и, кроме того, при этой темпе-
ратуре проще устанавливать более
низкие относительные влажности воз-
духа.

Камера КП-ЗУ-0,5 (рис. 17, в) пред-
назначена для испытаний изделий на
статическое и динамическое воздей-
ствие пыли. Она представляет собой
прямоугольный каркас 1 из угловой
стали, обшитый листовой сталью тол-
щиной 1,5 мм. Внутри камеры поме-
щается замкнутый воздухопровод пря-
моугольного сечения, составленный из
сварных секций, соединенных между
собой болтами.

Собственно испытательной камерой
является средняя верхняя секция тру-
бопровода 7, соединенная правым флан-
цем с патрубком из плотной ткани
с секцией вентилятора. В нижней сек-
ции воздухопровода предусмотрено
место для электроподогревателя, кото-
рый в комплект установки не входит.

Заданная концентрация пыли в
камере достигается вводом в ка-
меру определенного количества пыле-
вой смеси во взвешенном состоянии и

циркуляцией воздуха. После установ-
ки испытуемого изделия 0,5 л пылевой
смеси насыпают на плоскость стола,
дверь камеры плотно закрывают и
включают вентилятор. У камеры
КП-ЗУ-0,5 следующие технические
данные: скорость воздушного потока
0,5—20 м/с; температура 20—50 °С;
максимальная масса испытуемого из-
делия 50 кг; максимальные габариты
испытуемого изделия 500Х 500Х
Х500 мм. Левым фланцем испытатель-
ная камера соединяется с секцией,
в которой находится направляющий
щит 5, предназначенный для создания
равномерного воздушного потока.
В нижнюю часть воздухопровода вмон-
тирована секция с расположенным
в ней шибером (заслонкой) 2 для регу-
лирования скорости воздушного по-
тока. Равномерность и скорость воз-
душного потока регулируются рукоят-
ками направляющего щита и шибера,
выведенными на переднюю стенку ка-
меры и фиксируемыми в определенном
положении. Для установки испытуе-
мых изделий и равномерного их об-
дува со всех сторон в нижней части ис-
пытательной камеры предусмотрен
вращающийся с частотой 9 об/мин
в горизонтальной плоскости стол 3,
закрепленный на вертикальном валу
редуктора. Редуктор установлен под
испытательной камерой и соединен
эластичной муфтой с электродвига-
телем 10 типа АОЛ-21-4.

Со стойки управления производится
управление электродвигателем венти-
лятора (пуск, останов, изменение ско-
ростей, реверс), переход с ручного на
автоматическое управление открыва-
нием и закрыванием двери с помощью
электродвигателя и т. п.

Постоянная температура при испы-
тании на пылеустойчивость поддер-
живается включением электроподо-
грева в случае понижения темпера-
туры и охлаждения с помощью проточ-
ной воды, проходящей по специальным
панелям, в случае повышения темпера-
туры выше установленного значения.
Постоянства температурного режима
можно достичь ручным и автоматиче-
ским регулированием.

Для удобства установки испыты-
ваемых изделий стол выдвигается из
камеры. Внутри камеры расположены
датчики температуры и скорости воз-
душно-пылевого потока. Пылевая смесь
вводится при помощи специального до-
затора.

Контроль концентрации пыли.
Упрощенный контроль заключается
в измерении осевшей пыли. Постоян-
ство концентрации пыли в 1 см3 объема
камеры контролируют путем ее опре-
деления через заданные промежутки
времени при помощи измерителя кон-
центрации пыли.

Степень концентрации пыли находят,
определяя ее массу, осевшую в изме-
рителе за заданное время. Предпола-
гают, что концентрация пыли в тече-
ние всего времени испытаний постоян-
на. Вероятность осуществления таких
условий без соответствующего кон-
троля очень мала. Поэтому значительно
точнее метод, позволяющий непрерыв-
но измерять и регистрировать концен-
трацию пыли. Ниже описан электро-
оптический метод, принцип которого
основан на светопроницаемости смеси
пыль—газ. Свет электрической лампы
накаливания проходит через испыта-
тельную камеру со смесью пыль—газ
и попадает на фотоэлемент, подклю-
ченный к гальванометру (рис. 18).

Концентрацию пыли можно опреде-
лить из уравнения

С рх ,п /0 ’	(42)

где р — плотность пыли; 0 — коэффи-
циент «гашения пылью»; X — путь
света в камере; 7, /0 — ток фотоэле-
мента соответственно при запыленном
и чистом воздухе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Даммер А., Гриффин Б. Испытания
радиоэлектронной аппаратуры и мате-
риалов на воздействие климатических и
механических условий/Пер. с англ. М. —
Л.: Энергия, 1965. 567 с.

2.	Защита радиоэлектронной аппара-
туры от влияния климатических усло-
вий/Пер. с нем.; Под ред. Г. Юбиша. М.:
Энергия, 1970. 367 с.

3.	Кальман И. Г. Воздействие факторов
внешней среды на аппаратуру и элементы.
Методы климатических и механических
испытаний. М.: Знание, 1971. 124 с.

4.	Малинский В. Д. Контроль и испыта-
ния радиоаппаратуры. М.: Энергия. 1970.
336 с.

5.	Маслов В. В., Оржаховский М. Л.
Изготовление машиностроительного обо-
рудования для стран с тропическим клима-
том. М.: Машиностроение, 1964. 273 с.

6.	Справочник по надежности. Пер. с англ.
Том 2. М.: Мир, 1970. 304 с.

7.	Чекмарев А. А. Стандартизация элек-
тронных приборов. М.: Энергия, 1977.
175 с.

8.	Фаворский О. Н., Каданер Я. С. Во-
просы теплообмена в космосе. М.: Высшая
школа, 1967. 230 с.

Перечень ГОСТов

В справочнике использованы ГОСТы, действующие и утвержденные на»
1 октября 1982 г.

гост	Страница	гост	Страница
8.001—80	492	9013—59	246
8.002—71	492	9030—75	242, 247, 254, 256
12.1.003—76	420	9031—75	256
12.1.012—78	376, 398. 399	9450—76	265, 266
23.203—78	223	9500—75	256
263—75	258	10180—78	69
270—75	51	13731-68	387
310—76	70	15150—69	462, 463, 466, 468,
882—75	256		474, 475, 477
1050—74	274	16529—70	420
1435—74	268	18837—73	406
1497—73	78	19358—74	420
2789—73	249	20296—81	420
2999—75	254	20304-74	392
4233 — 77	479	20403—75	258, 260
4670—77	261,262, 263	20445-75	420
6613 — 73	478	20497—75	492
7761—75	260	20736—75	389
8905-73	61	23273-78	268
9012—59	242	23677—79	242, 247, 250, 254,
			256
ПРЕДМЕТНЫЙ

А

Акселерометры пьезоэлектрические удар-
ные — Методы и средства калибровки
360—373

Анализаторы — Примеры проектирования
313, 314
— Технические характеристики 309—313
Аппаратура виброизмерительная — Тре-
бования к ней 386, 387
— Виды испытаний 443, 444
— Воздействие акустического шума 443
— для акустических измерений 416, 417
— Методы проведения испытаний 444
— Механические воздействия 282—286
— Характерные неисправности, вызывае-
мые вибрацией 282, 283

— Цель акустических испытаний 443

Б

Балки сварные двутавровые — Динами-
ческие испытания 332, 333

Блоки опорные конструкции зарубежной
фирмы—Технические характеристики 161

В

Вдавливание 12

Вибростенды зарубежные горизонталь-
ные — Технические характеристики 329
— наклоняемые — Технические характе-
ристики 328

Вибростенды сейсмические отечественные—
Технические характеристики 330

Влажность 14 — абсолютная 14
— относительная 14
Вода морская 15

Воздействия акустические — Характе-
ристики 409, 410
— биологические 16
— климатические 13 — 16
— механические 8—13

Выносливость материала 10
Вязкость ударная 9, 10

Г

Генератор низких частот 454, 455

—_с дискретным спектром.частот 451, 452
— широкополосного спектра частот с элек-
тромеханическим приводом 452

Генераторы акустические нагрузок —

Измеряемые характеристики 455, 456
— синусоидальной вибрации — Принципы
построения 293 — 298
Генераторы синусоидальных сигналов за-
рубежные — Основные технические ха-
рактеристики 294, 295

— отечественные — Основные технические
характеристики 296

Генераторы широкополосных случайных
вибропроцессов многоканальные с ка-
нальными источниками шума на фильтрах
постоянной добротности 304

— с общим источником шума и формиро-
вателем на фильтрах постоянной
добротности 304

— с общим источником шума л формирова-
телем . на фильтрах постоянной по-

' лосы пропускания 304

. — с черезканальным включением двух
источников шума 304

Генераторы широкополосных случайных
вибропроцессов многофункциональные
- ун«версальны^ 304—307 - -	- -1

УКАЗАТЕЛЬ

— одноканальные 304

— Практическая реализация 303—307

Генераторы электропневматические 452—
454

Гидропульсаторы — Коэффициент дина-
мического усиления при непосредствен-
ном возбуждении 167, 168

— объемные — Расчетные формулы для
определения необходимой энерго-
отдачи 164

Гнезда универсальные анкерные — Пара-
метры 158

д

Давление атмосферное 15, 16

— звуковое — Допускаемые уровни 418, 419

Датчики для измерения параметров удара —

Основные технические возможности 348—
356

Детали с антикоррозийными покрытиями
— Влияние температурных условий на
коэффициент трения 204—214

—	латунные — Толщина покрытия пло-
ских поверхностей 200

—	стальные — Толщина покрытий пло-
ских поверхностей 200

Документы нормативные регламентирую-
щие — Допустимые уровни вибрации
399, 400

И

Изгиб 10, 11

Изделия — Климатические исполнения 462

Излом 10

Излучение солнечное 15

Излучения ионизирующие 17

—	электромагнитные 17

Испытания вибрационные — Условия без-
опасности проведения испытаний си-
стем человек—машина 394—403

Испытаний изделий на влагоустойчивость
473-476

Испытания изделий на воздействие
инея 476

—	климатических факторов — Методы соз-
дания требуемых параметров испыта-
ния 485—492

—	пониженного атмосферного давления
479, 480

— росы 476

— солнечного излучения 476, 477

— соляного (морского) тумана 479

Испытания изделий на динамическое воз-
действие пыли 477, 478

— на пыленепроницаемость 478, 479

— на работоспособность при статическом
воздействии пыли 478

Испытания изделий на теплоустойчивость
при транспортировании и хранении
467 — 470

— при эксплуатации 465—467

Испытания изделий на устойчивость к бы-
строму изменению давления 480

Испытания изделий на хладоустойчивость
при транспортировании и хранении 471
— при эксплуатации 470, 471

Испытания изделий на циклическое воздей-
ствие температур 472

Испытания климатические — Общие тре-
бования 462—465

— материалов сравнительные 27 — 29
---механические — рсцовные задачи 18, IV
Испытания на воздействие климатических
факторов — Классификация 461, 462

— на гармоническую вибрацию 384, 385
— на растяжение 10

— на сжатие 10

— Рекомендуемое совмещение видов испы-
— таний 464

Испытания на случайную вибрацию 385,
386 — Имитаторы динамических харак-
теристик тела человека 391, 392

Испытания на удар 408, 409 — Методика
проведения испытаний систем человек—
машина 408, 409

Испытания при длительном статическом
нагружении 22, 23

— при кратковременном нагружении 19, 20
при циклическом нагружении 23—27

Испытания средств защиты человека от
ударных перегрузок 409

— ударные — Методы проведения 334 —
337 — Средства испытаний 337—348

К

Камеры вакуумные 516—519

—	солнечного излучения зарубежного
производства 509

Камеры тепла зарубежного производства
497

—	отечественного производства 496

Камеры термоудара зарубежного произ-
водства 503

Камеры тумана зарубежного производ-
ства 520

—	отечественного производства 520

Камеры холода 493 — сундучкового типа
494, 495

Категории размещения изделий 463

Классификация методов испытания мате-
риалов и изделий на воздействие клима-
тических факторов 461—465

Комплексы виброиспытательные для вос-
произведения реальной эксплуатацион-
ной вибрации 323—327

Комплексы виброиспытательные для ими-
тации вибрации с автоматическим управ-
лением 318—320

—	с ручным управлением 315—318

Комплексы виброиспытательные — Ос-
новное назначение и принципы построе-
ния 291, 292

— Структурная схема 292, 293

— универсальные 320, 321

Контакт твердых {тел пластический 192, 193

—	упругий насыщенный 192

Коэффициенты сухого трения скольжения
для плоских поверхностей дюралюминие-
вых, стальных и латунных деталей с раз-
личными сочетаниями покрытий. 202
— с антикоррозионными покрытиями
198-204

—	с покрытиями различной твердости 202

Коэффициенты сухого трения скольжения
для плоских поверхностей стальных
изделий без покрытия в зависимости
от числа скольжений поверхностей и
параметров шероховатости трущихся
пар 205

—	с покрытиями в зависимости от числа
скольжений поверхностей и параметров
шероховатости трущихся пар 204

Коэффициенты сухого трения скольжения
при нагреве для различных сочетаний
покрытий и материалов трущихся пар
206

— при охлаждении трущихся пар из стали
& 0 различными покрытиями 207

Коэффициенты трения скольжения криво-
линейных поверхностей с антикорро-
зийными покрытиями 214—222

— плоских поверхностей с термостойкими
покрытиями 210—212

— плоской и сферической поверхностей
деталей с различными антикоррозий-
ными покрытиями 213, 214

Коэффициенты трения скольжения при
взаимодействии даралюминиевой ци-
линдрической поверхности со стальной
плоской поверхностью с различными
покрытиями 219

— дюралюминиевых цилиндрических по-
верхностей с различными покрытиями
222

— различных сочетаний стальных и латун-
ных цилиндрических поверхностей
с различными покрытиями 220

— стальной цилиндрической и латунной
плоской поверхностей с различными
покрытиями 218, 219

— стальных цилиндрических и плоских
поверхностей с различными покрытиями
216, 217

— сферической и дюралюминиевой ци-
линдрической поверхностей с различ-
ными покрытиями 216

— сферической и цилиндрической поверх-
ностей 215

— цилиндрических верхних дюралюми-
ниевых и нижних стальных и латунных
поверхностей с различными покры-
тиями 221

— цилиндрических верхних стальных,
латунных и нижних'дюралюминиевых
поверхностей с различными покрытиями
221

Коэффициенты трения скольжения при
нагревании и последующем охлаждении
стальных поверхностей с различными
покрытиями после механической обра*
ботки 209

Коэффициенты трения скольжения при
охлаждении и последующем нагревании
в герметичных условиях стальных по-
верхностей после механической обра-
ботки при различных покрытиях 208
— стальных поверхностей после механи-
ческой обработки при различных по-
крытиях 208

Коэффициенты трения скольжения сталь-
ных поверхностей с различными терми-
ческими покрытиями 213

Кручение 11

М

Машина для испытаний материалов на
трение и износ с замкнутым контуром
232, 233

— образцов при изгибе — Динамические
схемы 140—142

Машина для определения фрикционной
теплостойкости материалов 233, 234

Машина резонансная с эксцентриковым
возбудителем колебаний и прямым же-
стким нагружением образца — Силовая
схема 32

— статическая для испытаний на круче-
ние — Силовые схемы 137—140

— холодильная — Осушение воздуха пу-
тем охлаждения ниже температуры точки
росы 485

Машины высокочастотные резонансные
с электромагнитным возбудителем коле-
баний отечественного производства
Основные технические характеристики
130

— дисковые для испытания материалов на
трение и износ 234—240

— для испытания материалов на стойкость
к абразивному износу 228 — 231

Машины для испытания на растяжение-
сжатие простые 30
— универсальные 30

Машины для испытания на усталость
возбуждением — Динамические схемы
36-38

Машины для определения контактно-
фрикционной усталости материалов 228
— шероховатости поверхностей трения 227
— фрикционных характеристик 226, 227
Машины испытательные, оснащаемые сим-
метричными двусторонними цилиндрами
в различных агрегатных комплексах —
Параметры рам 98—102

— скоростные — Технические характе-
ристики 107, 111 — 113

— с механическим приводом — Силовые
схемы 31, 35, 36

— универсальные с гидравлическим на-
гружением — Силовые схемы 32, 37,
38

Машины разрывные для испытания полу-
фабрикатов, определения параметров
хрупкого разрушения 86—89 — Тех-
ническая характеристика 86—88

— для стандартных испытаний материалов
78, 81 — 83, 86 — Техническая характе-
ристика 79—81

— с рычажно-маятниковым силоизмерите-
лем — Схемы 40—42 — Техническая ха-
рактеристика 42—47

— с электронными силоизмерителями —
Схемы 42, 47 — 51, 57 — Техническая
характеристика 52 — 56

Машины с гидравлическим приводом 145 —
181 — Классификация 58,	59 — Об-

ласть применения 58 — Состав машин 58
— с инерционным механическим возбуди-
телем колебаний и эластичным косвен-
ным возбуждением динамической на-
грузки — Силовые схемы 35, 38

Машины с магнитострикционным возбуди-
телем колебаний 133—136 — Основные
технические характеристики 135
— приводом 188, 189

Маширы с механическим приводом 142—
145 — Техническая характеристика 143,
144

— с симметричными двусторонними ци-
линдрами отечественного производ-
ства — Характеристики 105

— электродинамическими возбудителями
колебаний 131 — 133 — Техническая ха-
рактеристика 132, 133

— с электродинамическим приводом 185—
188

— с электромагнитными возбудителями
колебаний 116 — 131 — Основные пара-
метры 117, 120

Машины с электромагнитным возбужде-
нием колебаний для испытания на из-
гиб и кручение — Техническая характе-
ристика 186

— на усталость и с эластичным. возбуж-
дением нагрузки — Силовые схемы 33 —
35, 38

Машины с электромагнитным приводом
181—185 — Техническая характери-
стика 183, 184

Машины универсальные 89—107 — с под-
вижным столом зарубежного производ-
ства — Основные характеристики 91

— уникальные 113—116 — Основные пара-
метры 114

Места рабочие человека-оператора — До-
пустимые уровни вибрации 401, 402
— системы человек—машина — Общие
—требования к допустимым уровням
шума 417—420

— Спектральные плотности виброускоре-
ния 380, 381

Метод Бринелля 242 — 246

— Виккерса 254 — 258

Метод испытаний аппаратуры с разруше-
нием конструкции 290, 291

— качающийся частотой вибрации 287, 288

— на полигармоническую вибрацию 288

— на узкополосную случайную вибрацию
289, 290

— на фиксированных частотах вибрации
286, 287

—	на широкополосную случайную вибра-
цию 288, 289

Метод многокомпонентных испытаний 290
— Роквелла 246—254 — Выбор шкал в за-
висимости от материала 248

—	Супер-Роквелла 246—254

—	ускоренных испытаний на вибропроч-
ность и виброустойчивость 290

Методы акустических испытаний 414, 415
— вибрационных испытаний 379

Методы для измерения твердости динами-
ческие 267—272

—	неразрушающие 272—276

—	резины и пластмасс 258—265

Методы измерения и контроля шума ма-
шины 415, 416

Методы определения параметров контактно-
фрикционной усталости материалов 225
— шероховатости поверхностей трения
224, 225

Методы определения твердости — Клас-
сификация 241, 242
— фрикционных констант материалов

222—224

Механика разрушения при однократном
нагружении 21, 22

Муфты диафрагменные — Технические
характеристики 175

Н

Нагрузки вибрационные 12

—	от линейных ускорений 13

—	применяемые для измерения твердости
по методам Бринелля, Роквелла, Вик-
керса 243

—	ударные 12, 13

О

Оборудование вибрационное 388, 389

Оборудование для испытаний изделий и
материалов на воздействие влажности
503 — 512

—	морского (соляного) тумана 519 — 521
— песка и пыли 521

—	пониженного атмосферного давления
515-519

—	солнечного излучения 512—515

—	температуры 492 — 503

Оборудование для испытания на пылеза-
щищенность 521

—	Испытания в боксе 444

Опоры — Техническая характеристика 174

Осадки 15

Отрыв 10
п

Параметры удара в зависимости от ха*
рактеристик и высоты падения ударника
366

Пары трущиеся при взаимодействии ци-
линдрических и плоских поверхностей
200

— с плоской поверхностью контакта —
^Прикладываемые нагрузки 197

Передачи стендовых установок с двухмас-
сной системой гидромеханические — Ди-
намические параметры 170, 171

Плиты крепежные — Техническая харак-
теристика 174

— силовые зарубежных фирм — Техниче-
ские характеристики 160

Поверхности контакта — Виды 199

Погрешности формирования заданного
энергетического спектра — Анализ 321 —
323

Покрытия гальванические 196

— защищающие металл от механических
повреждений 196

—	медные — Твердость 198

—	никелевые — Твердость 198

—	оловянные — Пористость 197 — Твер-
дость 198

— фосфатные — Твердость 197, 198

— хромовые — Твердость 197, 198

— электрохимические 196

Порталы — Техническая характеристика
162

Пояса земли климатические — Средние
значения основных характеристик 461

Предел выносливости 10

—	пропорциональности условный 8 —
физический 8

—	прочности 9

—	текучести условный 9 — физический 9

—	упругости условный 8 — физический 8

Прессы для испытания конструкций 70,
71, 73, 74—78 — Техническая характе-
ристика 72

Прессы для стандартных испытаний ма-
териалов 59 — 62, 64, 68—70 — Техни-
ческая характеристика 62, 65—67

— на изгиб строительных материалов и
изделий — Техническая характери-
стика 145—14,8

Приборы Бринелля 242 — 246

— Виккерса 254—258 .

— для измерения микротвердости 265 —
267

Приборы для измерения твердости дина-
мические 267 — 272

— зарубежных фирм 276—281

— неразрушающие 272—276

— резины и пластмасс 258—265

Приборы Роквелла 246—254

— Супер-Роквелла 246—254

Примеси в воздухе 15

Приспособления монтажные 347, 348

Прочность к воздействиям 8

Пульсаторы высокочастотные зарубежного
производства — Параметры 123

Пыль естественная 15

— техническая 15

Р

Разрушение путем среза 11

С

Системы испытаний на случайную вибра-
цию разомкнутые 383

— контроля шума 456—460

Системы управления гармоническими виб-
рациями разомкнутые 383
— испытаниями при гармоническом воз-
буждении замкнутые 383, 384
— многоканальных систем нагружения
стендовых установок стабилизаторные
151 — 153

— одномерной широкополосной вибрацией
замкнутые 384

Системы человек—машина — Акустиче-
ский комфорт 410—414

Сопротивление разрушению 9

— срезу истинное 12

Средства защиты человека от ударных пере-
грузок 407, 408

—'индикации результатов виброиспыта-
ний 314, 315

Среды специальные 16, 17

Срез 10

Стенд ударный электродинамический, ос-
нованный на возбуждении мощного
электромагнитного поля — Техническая
характеристика 344

Стенды вибрационные 346, 347

— многоцелевые 392—394 — зарубеж-
ного производства 395, 396

секционные — Техническая характери-
стика 150, 151

Стенды ударные механические 346

— пневматические 344, 345

— специальные 347

— электрогидравлические 345, 346

— электродинамические — Основные тех-
нические характеристики 342—удар-
ные 342—344'

Стойки — Технические характеристики 162
Схема действия ударной перегрузки и ее
предельно допустимые значения для че-
ловека, зафиксированного в кресле пле-
чевыми и поясными ремнями 404
— проведения испытаний на воздействие
линейных перегрузок 423

Сужение относительное 9

Т

Таблица перевода единиц твердости по
Роквеллу в единицы твердости по Су-
пер-Роквеллу 251

Тахометры с генератором переменного
тока 435, 436

— постоянного тока 434, 435

Твердомеры Виккерса — Обязательные
основные операции по проверке при вы-
пуске из производства, ремонте, эксплуа-
тации и хранении 256

— для испытания материалов зарубежного
производства — Основные технические
характеристики 277—280

Твердость металлов 9

Тела твердые — Внешнее трение 190

— Износ 193, 194 — абразивный 194

— с антикоррозийными покрытиями —
Трение 194 — 198

— Схема контактирования 191
Температура 13, 14

Термобаровлагокамеры зарубежного про-
изводства 506—508, 514, 516

— Кондиционирование воздуха 484, 485

— Основные характеристики 504,	505

Термобарокамеры — Основные характе-
ристики 509
— отечественного производства 514
Термокамеры зарубежного производства
498—500
— Основные характеристики 492
— отечественного производства 497
— Уравнение энергетического баланса
480-484

Туман морской 15

Токосъемники 436—442

У

Удар в системах человек—машина 403—406
Удлинение относительное 9

Усилители предварительные для пьезо-
электрических ударных акселерометров
354—356

Установки акустические лабораторные
444 — 450

— гидропульсаЦионные знакопеременные
зарубежного производства — Техниче-
ская характеристика 95, 96

Установки гидропульсационные односто-
роннего действия зарубежного произ-
водства — Основные технические ха-
рактеристики 92

— отечественного производства — Техни-
ческие характеристики 93

Устойчивость к воздействиям 8

Устройства для измерения удара — Пара-
метры 356 — Различные виды 356—360
— электромагнитные с различными вытал-
кивающими катушками — Максималь-
ные ударные ускорения и длительность
ударных импульсов 369

Устройства для испытания материалов на
молекулярный износ 231, 232

— для определения триботехнических ха-
рактеристик при коррозионном износе 231

Ф

Фланцы крепежные — Технические ха-
рактеристики 175

X

Характеристики динамические тела чело-
века — Определение 379—383

Хромирование матовое 197

Ц

Центрифуги зарубежного производства —
Технические данные 441

— Классификация 425—427

— отечественного производства — Техни*
ческие данные 438—440

Центрифуги с поворотными столами 427—
434 — Испытания изделий при воздей-
ствии перегрузок с заданным временем
их нарастания 428—431

— Исследование режимов движения по-
воротной платформы 431—433

— программные — Методика расчета 433,
434

Центрифуги — Требования к разработке
и изготовлению 422—425

Цилиндры поворотные — Технические ха-
рактеристики 173

Ч

Человек-оператор — Влияние виброакус-
тических воздействий 375

— Контроль вибрации на рабочих ме-
стах 389, 390

— Методы экспериментального исследова-
ния и контроля состояния 377, 378

— Области частот вредного влияния виб-
рации 377

Ш

Шум акустический 13

Э

Элементы агрегатных комплексов, входя-
щих в состав стендового оборудования,
выпускаемого зарубежными фирмами
154, 155

Эффект микрофонный 12, 13

ИБ № 3384

Г. С. Батуев, А. С. Больших, А. 3, Воробьев и др.

Испытательная техника

Справочник в 2-х книгах

КН. 1

Редакторы: И. С. Форстен, И. И. Лесниченко
Художественный редактор С. С. Водчиц
Технический редактор Ф. П. Мельниченко
Корректоры И. М. Борейша иО. Е. Мишина
Оформление художника Ю. И. Артюхова

Сдано в набор 28.01.82. Подписано в печать 04.11.82. Т-16386.
Формат бОХЭСРДв- Бумага типографская Хч 2. Гарнитура лите-
ратурная. Печать высокая. Усл. печ. л, 33,0. Уч.-изд. л. 46,65
Тираж 25 000 экз. Заказ 38. Цена 2 р. 60 к.	*

Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машино-
строение», 107076, г. Москва, Стромынский пер., д. 4

Ленинградская типография № 6 ордена Трудового Красного
Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга»
им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государствен-
ном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной
торговли. 193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 19.