Vibrační systémy

Vibrační systémy představují moderní zařízení určená pro řízené generování mechanických vibrací a simulaci podmínek, kterým jsou výrobky vystaveny během provozu. Používají se zejména pro vibrační zkoušky komponent, konstrukčních celků, elektronických zařízení, automobilových dílů a dalších průmyslových výrobků.

Pomocí vibračních systémů lze ověřovat mechanickou odolnost, životnost, konstrukční pevnost, rezonanční frekvence nebo chování výrobků při působení reálných provozních vibrací. Zkoušky se provádějí podle mezinárodních norem, například DIN, ISO, IEC, MIL nebo ASTM.

Vibrační systém se skládá z těchto hlavních částí:

řídící systém,
výkonový zesilovač,
budič vibrací (shaker),
chladící a pomocné jednotky,
mechanické rozšíření (kluzné stoly, head expandéry).

Princip funkce vibračního systému

Základním prvkem vibračního systému je elektrodynamický vibrační budič (shaker), jehož princip fungování je podobný jako u reproduktoru.

Pohyb vibračního stolu vzniká působením elektrického proudu procházejícího cívkou v magnetickém poli. Síla, která pohybuje mechanickou částí budiče, je přímo úměrná:

velikosti elektrického proudu v cívce,
magnetické indukci,
délce vodiče nacházejícího se v magnetickém poli.

Změnou velikosti elektrického proudu lze přesně řídit velikost generovaných vibrací – tedy především zrychlení, rychlost a amplitudu kmitání.

Konstrukce budiče vibrací

Vibrační budiče se skládají především z:

magnetického systému (stator),
pohyblivé části (armatura),
systému polohování a izolace,
interních chladících okruhů.

U menších vibračních systémů se magnetické pole vytváří pomocí permanentních magnetů, což umožňuje kompaktní konstrukci a snadnou přenositelnost.

Větší stacionární systémy využívají zpravidla elektromagnetické systémy, které umožňují dosažení vyšších sil a větších zatížení.

Maximální dosažitelné zrychlení závisí především na:

síle vibračního budiče,
hmotnosti pohybující se části,
vlastnostech testovaného vzorku,
frekvenčním rozsahu zkoušky.

Při nízkých frekvencích bývá limitujícím parametrem především dráha pohybu (zdvih) nebo rychlost vibrací, zatímco při vyšších frekvencích je omezením maximální dosažitelné zrychlení a vlastní rezonanční frekvence pohyblivé části.

Řízení vibračních zkoušek

Pro správné provedení vibrační zkoušky je nutné udržovat přesně definovanou úroveň vibrací v celém požadovaném frekvenčním rozsahu.

Samotný vibrační budič nemá zcela rovnoměrnou frekvenční charakteristiku a při určitých frekvencích mohou vznikat vlastní rezonance systému. Stejně tak může vlastní rezonance vykazovat i testovaný výrobek.

Proto se používá zpětnovazební řízení vibrací, které průběžně porovnává skutečnou hodnotu vibrací měřenou snímačem s požadovanou nastavenou hodnotou a automaticky upravuje řídicí signál.

Řídicí systém vibračního zařízení obvykle obsahuje:

generátor vibračního signálu,
snímač vibrací (akcelerometr),
měřicí a vyhodnocovací jednotku,
řídicí zesilovač.

Díky tomu lze provádět přesné zkoušky při konstantním zrychlení, rychlosti nebo amplitudě v definovaném frekvenčním rozsahu.

Výkonové zesilovače vibračních systémů

Nedílnou součástí vibračního systému je výkonový zesilovač, který dodává potřebný elektrický výkon vibračnímu budiči.

Vibrační systémy mohou pracovat v různých režimech řízení:

Napěťové řízení

Napěťové řízení využívá výkonové zesilovače s nízkou výstupní impedancí a je nejčastěji používaným způsobem řízení při standardních vibračních zkouškách.

Výhodou je:

snadnější regulace vibrací,
stabilní provoz v širokém frekvenčním rozsahu,
vhodnost pro většinu aplikací.

Proudové řízení

Proudové řízení umožňuje přesnější řízení síly generované vibračním budičem a využívá se především v aplikacích, kde je vibrační systém používán jako zdroj síly nebo při speciálních zkouškách bez klasické zpětné vazby.

Oblasti použití vibračních systémů

Vibrační systémy nacházejí uplatnění v mnoha průmyslových a výzkumných oblastech:

automobilový průmysl – testování komponent vozidel, elektroniky a konstrukčních dílů,
letecký a kosmický průmysl – kvalifikační a životnostní zkoušky zařízení,
elektrotechnický průmysl – testování desek plošných spojů, senzorů a elektronických zařízení,
strojírenství – ověřování pevnosti a odolnosti mechanických dílů,
výzkumné laboratoře a univerzity – analýza dynamického chování konstrukcí.