Стенд и оборудование для испытаний и измерений VIII

Xan> Как-то так!
Большое спасибо за анализ.

Non-conformist>> ...
Как по мне верхняя схема рабочая только пружины должны иметь ход на два порядка больше чем датчики. А нижняя в реальных условиях нормально точно работать не будет.
Успеха.

Xan> Переводим механику в електричество:
Интересно повернул.

LEVSHA> ... пружины ...
Грузы буду делать, не пружины. Залью полости профилей опорной рамки тестового кардана свинцом.

Сейчас прикинул - доступный к заливке объём свинца добавляет 3 кг, что более чем достаточно. Потому что мотор предполагается с точной тягой; неточная тяга не может считаться штатной, а испытание - состоявшимся. Подстраховку на случай аномально высокой тяги будет осуществлять ограничитель из четырёх болтов М4, пропущенных сквозь полки профилей опорной рамки тестового кардана.

Non-conformist> Грузы буду делать, не пружины. Залью полости профилей опорной рамки тестового кардана свинцом.
Если взять резинку от трусов и закрепить один конец за потолок, а на второй повесить пустую пластиковую бутылку из-под воды. Потом приподнять бутылку и отпустить при падении бутылка немного растянет резинку и хаотически произведет несколько быстро затухающих колебаний вверх в низ. Если в бутылку налить воды, то колебания будут размеренными длительными с низкой частотой и большой амплитудой. А низкочастотные колебания плохо поддаются фильтрации, когда нужно получить много измерений за короткий промежуток времени.
Резинка это датчики вода в бутылке это твой свинец, а первичный импульс переходной процесс выхода на режим двигателя.
Если не прав думаю, физики поправят.

Понятно, что лишняя масса мешает, об этом тут много писали.
Но здесь добавка не такая большая, по сравнению с тем, что уже есть.
И ещё вопрос, что хуже - пружины или масса.

Для решения подобных проблем существуют демпферы. Не совсем понятно к чему этот волнующий воображение импрессионизм с повешенными бутылками, водой и трусами. Я не домохозяйка (на всякий случай).

***
Кстати, насчёт демпферов. Уже дня три кручу в голове идею, формально-логически вроде бы должна работать...

Xan, как тебе такая конструкция: на демпфируемой массе располагается лоханка, в лоханке на (плоской) пружине известной (небольшой) жёсткости подвешен груз (плоская пластина), который может совершать свободные колебания в плоскости, перпендикулярной плоскости пластины-маятника. Лоханка заполнена жидкостью (водой) таким образом, что подвешенная сейсмомасса полностью погружена в эту жидкость.

Насколько эффективным будет такой маятниковый демпфер? Как (хотя бы примерно) должны соотноситься масса погруженного маятника и демпфируемая масса?

Serge77> Но здесь добавка не такая большая, по сравнению с тем, что уже есть.
Тогда нужно немного скорректировать модели.
1. Вариант с грузом – резинка, закрепленная за потолок на которой весит полная бутылка воды.
2. Вариант с пружиной – пару резинок, закрепленные за потолок на котороых весит полу полная бутылка с водой. а к ней закреплена вторая резинка, натянутая к полу.

Serge77> И ещё вопрос, что хуже - пружины или масса.
Я думаю, какая система при работе двигателя попадет в резонанс та и «победит».
Нужен демпфер.

ЛЕВША - что-то напрягаешь потихоньку... Рискуем уйти на второй круг (с мягким посылом за горизонт). Какая-то несовместимость у нас. Виноват, но из песни слова не выкинешь.

Non-conformist> ЛЕВША - что-то напрягаешь потихоньку...
Ну, тогда вам к доктору.

Не обижайся и не хами - я тебе ещё не хамил. Попытаюсь пояснить: сперва "уплывшие на килограмм" весы - в то время, когда уже процентов на девяносто всё устаканилось, оформилось и воплотилось в металле. К чему, зачем? Ну уплыли у тебя весы (чему масса причин - зачем всё сводить к датчикам) - так нафига эту свою какашку вот именно сейчас под ноги класть? Предупредить? О чём? Потом про резинки с бутылками, как вчера родившемуся рассказываешь... Потом анализ схемы в три слова, типа "работать не будет", в то время как я и сам уже понял, что она работать не будет, и хотел именно что внятно услышать - почему...

Так вот по малой какашке набирается кучка какой-то фигни, которая реально мешает нормальному общению. Извини, если излишне резко высказываю - уж как умею мягко стараюсь. ((

Non-conformist> должны соотноситься масса погруженного маятника и демпфируемая масса?

Берёшь массу и жёсткость конструкции, получаешь круговую частоту w = sqrt(k / m).
Отклоняешь, скажем, на A = 1 мм и пусть колеблется.
Из w и амплитуды A получаешь линейную скорость v = w * A
А из упругости и амплитуды получаешь силу F = k * A
И вот из скорости и силы получаешь вязкость = F / v

Например у тебя 10 кг и жесткость 507 кГ / мм = 5000000 СИ
w = sqrt(5000000 / 10) = 707
v = 0.001 * 707 = 0.707
F = 5000000 * 0.001 = 5000
Вязкость = 5000 / 0.707 = 7070 — при скорости 1 м/с сила сопротивления должна быть 7070 Н = при скорости 1 мм/с сила 0.7 кГ.

Например, вода из шприца с иголкой примерно так выдавливается.
Но у шприца ещё и сухое трение есть, а конструкция должна быть без него.
Может, отвёртка в трубке, заполненной несвежей эпоксидкой.

*

Что касается датчиков и пружин с предыдущей страницы, то пружины — очень правильный вариант, если их упругость на 2...3 порядка больше упругости датчика.

К сожалению я практически ничего не понял из предложенных тобой формул. Давай попробуем зайти с другой стороны...

Беру кардан с датчиками и свинцовым пригрузом, цепляю к нему килограмма четыре пепелацного груза, перерезаю ниточку, смотрю частоту и кол-во периодов свободных колебаний. Не удовлетворяюсь картиной.

Варю из шинки толщиной 2..3 мм жёсткую лоханку подходящих геометрических размеров (примерно 250 х 80 х40), беру плоскую пружину (или две-три витых цилиндрических), беру свинцовый брусок, чтобы он с неким зазором помещался в изготовленную лохань. Закрепляю брусок на плоской пружине, пружину закрепляю на стенке лохани. Жёстко закрепляю (привариваю) лохань маятникового демпфера к опорной раме тестового кардана. Делаю второй такой же демпфер, закрепляю с другой стороны тестового кардана. Заливаю оба демпфера водой. Снова цепляю к кардану те же четыре килограмма пепелаца, снова перерезаю ниточку, смотрю разницу в переходных процессах.

Вот как-то так. Что говорит твоя интуиция/расчёт? Будет ли такая система эффективно гасить колебания переходного процесса? Какое примерно соотношение должно быть между массами погруженных маятников и массой кардана с пепелацем? Или какие-то другие соотношения нужно принять во внимание (зазор, вязкость жидкости, етс.)? Описанная конструкция может работать со свинцовой пластиной-маятником массой около полутора килограммов.

В качестве жидкости сильно желательно использовать воду мокрую обыкновенную. Потому что она немаркая, широко распространена, дёшева, и не меняет своей вязкости в зависимости от окружающей температуры.

Не могу поддерживать разговор на уровне формул - не позволяет образование. ((

Xan> Что касается датчиков и пружин с предыдущей страницы, то пружины — очень правильный вариант, если их упругость на 2...3 порядка больше упругости датчика.
Насколько правильный, настолько имхо непрактичный с кухонно-бытовой точки зрения. Нужны подходящие пружины, нужно точить посадочные места, упоры. Возможно появятся проблемы микрозатираний, дополнительных невоспроизводимых гистерезисов... Очень не хочется со всем этим возиться.

Non-conformist> Насколько правильный, настолько имхо непрактичный с кухонно-бытовой точки зрения. Нужны подходящие пружины, нужно точить посадочные места, упоры. Возможно появятся проблемы микрозатираний, дополнительных невоспроизводимых гистерезисов... Очень не хочется со всем этим возиться.

Можно просто привязать резинкой от трусов. Несколько витков даст нужную силу. А упругость резинки гораздо больше упругости датчиков.
Ну, резинка от трусов — это как раз мой подход: некрасиво, не эстетично, "и вообще так не делают", но работает и задачу решает.

Теперь понятно.

Xan> ... если их упругость на 2...3 порядка больше упругости датчика.
Я прочитал эту фразу так, что пружины должны быть в тысячу раз более жёсткими, чем датчик. И был немало озадачен. Путаюсь в терминах. ((

Резинки не буду использовать, потому что налаживать буду при комнатной температуре, а юзать скорее всего на огороде зимой. Хочется оставить минимум наладки на холоде/морозе. В идеале - только электронику, чтобы ещё и механика под ногами не путалась. Поэтому максимум, что вижу пригодным в конструкции - металл и вода. Неметаллы не катят.

Кстати, насчёт воды... Уже боясь показаться назойливым - что ты можешь сказать по поводу предложенного маятникового демпфера? И самое главное - как думаешь, будет ли он вообще нужен? По-моему он вообще будет лишним...

Non-conformist> Кстати, насчёт воды... Уже боясь показаться назойливым

Оторвали от компа на целый день, заставили работать!

Non-conformist> И самое главное - как думаешь, будет ли он вообще нужен? По-моему он вообще будет лишним...

Ну я пытаюсь физический смысл формул про демпфер показать.
Когда груз колеблется с некоторой амплитудой на пружинке, на него со стороны пружинки действует сила. Чтоб подавить колебания, надо на груз действовать силой, сдвинутой по фазе на 90 градусов. Чтоб подавить колебания быстро, надо чтоб эта сила была по величине (амплитуде) примерно равна силе пружины.
Поэтому силу F = k * A нужно приравнять силе вязкости А = вязкость * v, где v — скорость груза.
То есть, зная массу и жёсткость пружины легко вычисляется необходимая вязкость.

Вязкость[Н/(м/с)] = sqrt(m[кг] * k[Н/м])

После чего, собрав какую-нибудь конструкцию демпфера, можно у этого демпфера измерить вязкость — потянуть его с заданной силой и измерить скорость его перемещения под действием этой силы.
И сразу будет видно, получилась ли конструкция правильной.

То есть, только измерив массу и жесткость можно уже отдельно от конструкции стенда делать демпфер и проверять, подойдёт ли он.
Ну и чисто бытовой опыт и интуиция могут сразу подсказать, какие конструкции не подойдут. Именно зная, при какой скорости какая должна быть сила сопротивления (вязкости).

Ну я же пытаюсь научить ловить рыбу!

Значение вязкости сделанного демпфера могут отличаться на полпорядка от вычисленного, это мало повлияет. Плюс-минус лапоть — не страшно.

Но важно, чтоб у демпфера была жёсткость не меньше, чем у стенда.
И масса небольшая.

Лучше всего, чтоб были две пластины или две коаксиальные трубки, между которыми находится вязкая жидкость. (Вода для этого подходит плохо, так как её вязкость маленькая и зазоры должны быть слишком тонкие.)
Задавшись жидкостью и, соответственно, её вязкостью, можно сразу расчитать геометрию демпфера.

То есть, можно измерить массу подвижной части стенда, измерить частоту его колебаний (это надёжнее, чем пытаться измерить жесткость), вычислить необходимую вязкость, выбрать жидкость, вычислить геометрию демпфера, и сразу сделать подходящий демпфер. Без множества попыток и регулировок.

Xan> выбрать жидкость, вычислить геометрию демпфера

Во-первых, о терминах
Обычно говорят "вязкость жидкости". Но при этом подразумевается "удельная вязкость жидкости". Потому что когда говорят про свойства вещества, то эти свойства всегда "удельные".
А вот параметр, который характеризует устройство, он уже не удельный. И для демпфера этот параметр "вязкость".
Так же как у пружины "упругость", а у материала пружины правильно говорить "удельная упругость".
Но слово "удельный" принято опускать.

Попробовал посчитать вот для такой конструкции ("негерметичный поршень"), когда поршень заставляет двигаться жидкость в зазоре между поршнем и цилиндром гораздо быстрее, чем движется сам поршень:

Тут ещё не показано то, что должно центровать поршень, чтоб зазор был примерно одинаковый везде. Но это каждый может придумать в разных вариантах. Кроме того, при смещении поршня к одной из стенок, вязкость демпфера меняется не очень сильно, при полном смещении она уменьшается всего в полтора раза. Вязкость жидкости от температуры может меняться гораздо сильнее, так что проблема с центровкой незначительна.

А вот формула для расчёта вязкости такого демпфера:

Вязкость[Н/(м/с)] = 4 * pi * R² * L * nu / d²

где R — радиус поршня, L — длина поршня, nu — вязкость жидкости, d — зазор между поршнем и цилиндром.

Пример:
Радиус поршня = 5 мм, длина = 100 мм, зазор = 0.1 мм, вязкость жидкости = 1 (касторка при 20 градусах)

4 * pi * 0.005² * 0.1 * 1 / 0.0001² = 3141

Это довольно близко к тому примеру, что был несколькими постами выше.

Как-то так!

Serge77> подай 5 или 9 Вольт. С остальных двух измеряй сигнал в милливольтах при разной нагрузке на датчик. Выкладывай данные.
Вот проверил.
Данные получились такие.
0-0
722г-1мВ
1870г-2мВ
3036г-3мВ
4210г-4мВ
5402г-5мВ

Костян1979> Вот проверил.

Нулевая точка выпадает из линейной зависимости. Ты её измерял или просто написал? Может быть вольтметр показывал отрицательное напряжение? Или может ты измерял в режиме переменного тока?

Без нулевой точки отличная линейность.

Serge77> Нулевая точка выпадает из линейной зависимости. Ты её измерял или просто написал? Может быть вольтметр показывал отрицательное напряжение? Или может ты измерял в режиме переменного тока?
Нет замерял правильно на постоянном токе.
У меня вольтметр не показывает меньше нежели 1мВ. , установка на нем 2000 мВ. может из за этого?

Попробуй измерить другим прибором. Скорее всего датчик в порядке, а проблема в приборе.

Serge77> Попробуй измерить другим прибором. Скорее всего датчик в порядке, а проблема в приборе.

Серж я тупанул, замеры делал на мА.
Вот правильные замеры.
0-0,1
712-1,3
1614-2,0
3129-3,0
4026-4,0
5070-5,1
6179-6,1
7034-7,2

Костян1979> Вот правильные замеры.

Получилось кривее.
Попробуй покалибровать несколько раз, посмотри, изменяются ли данные, подставляй их в таблицу, смотри на график.