СТЕНД ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ Российский патент 1995 года по МПК G01M17/00 

Изобретение относится к ударным испытаниям приборов и устройств на ударопрочность на стадиях проектирования, отработки, промышленного освоения и эксплуатации изделий, например для отработки узлов, агрегатов и конструкций летательных аппаратов.

Известны конструкции стендов для ударных испытаний, использующих в качестве рабочей энергии электрическую энергию и реализующее ее электродинамическим, магнитно-импульсным и электрогидравлическим методами. Такие стенды применяются для воспроизведения сложных видов ударного нагружения высокой интенсивности для имитации тряски, толчков и характеризуются большой грузоподъемностью (свыше 1000 н) .

Недостатком таких стендов является большой уровень электромагнитных помех и энергоемкость способов. Кроме того, магнитопроводы стендов являются одновременно и станиной и наковальной устройств для проведения ударных испытаний, что увеличивает вес и габариты стендов и снижает ресурс конструкции, так как ударная нагрузка воспринимается магнитопроводом. Это затрудняет обеспечение высокой стабильности режимов ударного нагружения, достижение высокой точности воспроизведения формы ударного импульса и снижает производительность испытательного стенда.

Известна конструкция ударного стенда с тормозным устройством, выбранная в качестве прототипа, в которой ударный импульс формируется за счет применения электровязкой жидкости, являющейся источником сил сопротивления для движущегося в ней бойка, соединенного с падающей платформой, на которой устанавливается испытуемое изделие. В качестве направляющих используется сам боек, центрирование которого осуществляется за счет изменения вязкости жидкости в резервуаре, установленном на станине.

Электроды, подключенные к источнику тока, обеспечивают создание электрического поля, напряженность которого вызывает изменение вязкости жидкости, а тем самым формирование закона торможения.

Недостатком такого тормозного устройства является сложность реализации требуемого закона сил сопротивления и достижения достоверного контроля параметров торможения, что затрудняет или исключает возможность автоматизации процесса испытаний. Кроме того, недостатком известной конструкции является необходимость герметичных сосудов, которые служат емкостями для электровязкой жидкости. При многократных испытаниях возникает проблема обеспечения заданного ресурса и надежной работы узлов герметизации стенда. Ввиду того, что свойства электровязкой жидкости зависят от внешних факторов, которые могут изменяться как в процессе работы стенда, так и при его нерабочем состоянии, возникает необходимость регулярного контроля свойств жидкости и введения дополнительных корректирующих устройств, исключающих влияние указанного фактора на точность воспроизведения ударного импульса. Для приведения платформы с объектом в исходное состояние необходим привод.

К недостаткам рассматриваемого тормозного устройства следует отнести низкую эффективность испытаний, так как свойства электровязкой жидкости будут изменяться при прохождении бойка тормозного устройства через ту часть жидкости, которая, вытесняя из рабочей зоны емкости (резервуара), не будет испытывать управляющего воздействия электродов. Таким образом, на весь объем жидкости участвует в процессе создания управляющего воздействия на боек. Кроме того, в таком тормозном устройстве не предусматриваются датчики обратной связи по параметрам движения бойка, что делает невозможным процесс сравнения заданных параметров движения и реализуемых параметров в конкретных условиях испытаний.

Целью изобретения является повышение эффективности.

Это достигается тем, что в конструкции стенда для ударных испытаний установлено устройство с ферромагнитным заполнителем (порошкообразная смесь с подвижным ферромагнитными частицами), находящимися в зазоре между сердечником, связанным с приводным валом, и кольцевой обмоткой, размещенной в корпусе, установленном на выходном валу червячного редуктора. Приводной вал связан с подвижной платформой стенда с помощью зубчатой передачи.

На фиг.1 представлена блок-схема ударного стенда с устройством подъема и торможения платформы и объекта испытаний; на фиг.2 - устройство для обеспечения подъема падающей платформы с испытуемым изделием, последующим освобождением ее от жестких связей и созданием условий для падения и программного торможения (узел I на фиг.1).

Стенд для ударных испытаний (фиг.1) содержит станину 1, подвижную платформу 2 с объектом 3 испытаний, которые закреплены на направляющих штоках 4. От электродвигателя 5 через жестко соединенную муфту 6 и редуктор 7 (понижающая передача) вращающий момент передается на вал 8 и корпус 9 с кольцевой обмоткой 10. Сердечник 11, установленный на приводном валу 12 на подшипниках 13 с зазором 14 в корпусе 9, в котором находится ферромагнитный порошок 15, связан с зубчатой рейкой 16.

Стенд содержит датчик 17 обратной связи по скорости, сигнал которого подается на блок управления (БУ) 18, позволяющий изменять величину тока в кольцевой обмотке устройства 19.

Датчик 20 положения объекта формирует сигнал, соответствующий положению платформы по высоте, для БУ. Стенд имеет устройство 21 (УСП) для сравнения заданного и фактического значения параметров, соответствующих исходному положению платформы и параметров торможения ее при падении. Для обеспечения работы электронных блоков 18 и 21 предусмотрен источник 22 стабилизированного напряжения. На приводном валу сердечника 11 установлено зубчатое колесо 23 для подключения датчика обратной связи по скорости.

Стенд для ударных испытаний работает следующим образом.

На кольцевую обмотку 10 подается ток и ферромагнитный заполнитель 15 под влиянием возбуждаемого электромагнитного поля превращается в студнеобразную массу, частицы которой прижимаются к поверхности сердечника 11 и корпуса 9 с кольцевой обмоткой 10. Одновременно включается электродвигатель 5 и создаваемый им крутящий момент М_дпередается через муфту 6, редуктор 7, устройство 19 на зубчатую рейку 16 и платформа поднимается на заданную высоту, которая контролируется датчиком угла поворота 20 и определяется режимами испытаний.

Затем электродвигатель 5 отключается и кольцевая обмотка 10 обесточивается. Подвижная платформа падает, скорость ее движения контролируется датчиком 17, а отклонения ее от номинальных режимов, определяемое в блоке УСП, устраняются подачей электрического сигнала от блока БУ на кольцевую обмотку 10, что и обеспечивает создание регулируемого момента М_у. При этом корпус 9 с обмоткой 10 не вращаются и дают возможность получить момент сопротивления.

Исключение влияния подвижных частей двигателя 5 и других элементов передачи момента Мд до устройства 19 на процесс обеспечения заданного ударного импульса достигается использование самотормозящей червячной передачи.

Величина крутящего момента, передаваемая устройством 19, равна:
M_y = f_c ˙q ˙Sc˙ r_c, кГсм, где S_c - рабочая поверхность сердечника, участвующая в передаче момента, см²;
r_c - радиус сердечника, см;
f_c -коэффициент сцепления (f_c ≈0,1...0,3);
q = (В/5000)2, кг/см²;
В - магнитная индукция, Гс.

Изменяя магнитную индукцию в соответствии с законом управления параметрами подвижной платформы, формируется управляющий момент для параметров движения падающей платформы, обеспечивающих эффективность испытаний, расширение функциональных возможностей ударного стенда и автоматизацию всего комплекса работ. Такая конструкция стенда для ударных испытаний позволяет обеспечивать высокую стабильность и воспроизводимость режимов испытательной нагрузки за счет контроля и регулирования по отклонениям параметров ударного нагружения, обеспечить широкой и регулируемый диапазон воспроизводимых ударов, бесступенчатую регулировку скорости падения платформы, изменение длительности, амплитуды и формы удара.

Стенд отличается достаточной производительностью и адаптацией к изменяющимся режимам работы в процессе доводки изделий и встраивается в автоматизированные процессы управления, регистрации, обработки и отображения результатов испытаний.

Конструкция стенда проста и компактна, способы преобразования энергии и ее источники, накопление и хранение ее являются общепринятыми. Ферромагнитный порошок находится в замкнутом не изменяемом во времени объеме. Устройство торможения совмещено с механизмом подъема падающей платформы. Существенно расширяются функциональные возможности ударных стендов, обеспечивается аварийная защита и соответствующая реакция на неисправности оборудования.

Допустимая температура нагрева ферромагнитного порошка, сердечника и корпуса определяется теплоемкостью используемых материалов и их тепловым расширением, а также отсутствием или применением принудительного охлаждения.

Применение предлагаемого стенда для ударных испытаний позволяет обеспечить процесс управления и регулирования параметрами удара, улучшить показатели точности результатов испытаний, что важно при решении общих задач технической диагностики изделий в автоматизированных производствах, и тем самым достичь высокого качества выпускаемой продукции при удовлетворении требований надежности.

Одновременно это создает предпосылки для снижения количества испытаний и устранения недостоверности в оценках работоспособности объектов испытаний, снижения количества брака по причинам отказов из-за воздействия внешних механических факторов, повышения эффективности производства, упрощения ремонтных и регламентных работ с испытательным оборудованием.

Изобретение относится к ударным испытаниям приборов и устройств на удароустойчивость и ударопрочность. Цель изобретения - повышение эксплуатационных возможностей и точности воспроизведения ударной нагрузки. Это достигается тем, что в конструкции ударного стенда, содержащего тормозное устройство, согласно изобретению установлен корпус с ферромагнитным заполнителем 15, находящимся в зазоре между сердечником 11, связанным с приводным валом и кольцевой обмоткой 10, которая размещена в корпусе 9, установленном на выходном валу червячного редуктора. При этом на приводном валу установлены датчики 10 обратной связи по скорости и положению объекта испытаний, сигналы с которых поступают в электронный блок сравнения параметров движения для обеспечения заданной точности воспроизведения режимов работы и формирования требуемых параметров движения платформы стенда. 2 ил.

СТЕНД ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ, содержащий станину с направляющими, подвижную платформу, закрепленную на направляющих и предназначенную для размещения объекта испытаний, блок регулировки скорости движения платформы, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и повышения точности воспроизведения ударного воздействия, он снабжен датчиком положения объекта, последовательно соединенными источником стабилизированного напряжения и блоком управления, блоком сравнения параметров движения, блок регулировки скорости движения платформы выполнен в виде кинематически связанных электродвигателя, редуктора, корпуса, содержащего сердечник, размещенный на приводном валу с зазором, кольцевую обмотку, размещенную с зазором относительно сердечника и зубчатое колесо, размещенное на приводном валу, и зубчатой рейки, связанной с подвижной платформой, датчик положения объекта соединен с зубчатым колесом корпуса и вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с кольцевой обмоткой корпуса, соединенной с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с электродвигателем, третий выход - с входом блока сравнения параметров движения, выход которого соединен с четвертым входом блока управления, в зазорах корпуса размещен ферромагнитный порошок.