УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РОТАЦИОННЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД Российский патент 2004 года по МПК G01N19/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к ротационным установкам с оборудованием для воспроизведения набора воздействий в одном цикле испытаний.

Известен ротационный стенд для испытания приборных устройств на воздействие центробежных перегрузок, см. Самсонов Л.М. Ротационные методы испытаний приборных устройств. - М.: Машиностроение, 1981, с.6 и 7.

Испытательные программы этого стенда ограничены.

Известна ротационная машина с приспособлением для установки испытуемого изделия, с ротором и электроприводом, см. авторское свидетельство СССР 504127 по кл. G 01 M 7/00, опубл. 1976.

Эта ротационная машина используется при испытаниях на вибрацию и на ударные нагрузки.

Известны испытательные установки, содержащие центрифугу, привод. устройства для воспроизведения воздействий, см. Бегларян В.X. Механические испытания приборов и аппаратов. - М.: Машиностроение, 1980, с.177-182.

Эти установки используются при испытаниях на механические нагрузки.

Известен ротационный стенд для испытания изделий, содержащий вращающуюся платформу с испытуемым изделием, см. авторское свидетельство СССР 1775635 по кл. G 01 M 19/00, опубл. 1992.

Этот стенд используется для испытания изделий на воздействие линейных ускорений.

Известен ротационный испытательный стенд, включающий центрифугу, обеспечивающую создание инерционных нагрузок и содержащую основание (статор), ротор с приспособлением для размещения изделий, устройства управления и контроля, см. Клюев В.В. Испытательная техника. - М.: Машиностроение, 1982, Кн. 1, 427 с.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Однако оно обладает рядом недостатков.

У стенда-прототипа испытательные программы ограничены инерционным воздействием, конструктивное выполнение не предусматривает проведения комплексных воздействий, воздействия у прототипа зависят от факторов окружающей среды и носят эпизодический характер, у стенда-прототипа отсутствует оборудование для проведения в одном цикле испытаний набора воздействий.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи расширения испытательных программ с возможностью воспроизведения в одном цикле набора воздействий, увеличение номенклатуры испытательных изделий и повышение надежности эксплуатации стенда.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что универсальный ротационный испытательный стенд, включающий центрифугу, обеспечивающую создание инерционных нагрузок и содержащую основание (статор), ротор с приспособлением для размещения изделий, устройства управления и контроля, содержит устройства имитаций электрических сигналов, ударных, гидравлических, пневматических и механических воздействий, объединенных в единый комплекс, включающий устройство генерирования электрических сигналов, ударный механизм и силовую систему, состоящую из подвижных элементов и неподвижного оборудования. Подвижные элементы с помощью системы регулирования, измерения и контроля формируют давление внешней среды, воздействующее на датчики давления изделий, и с помощью силового цилиндра обеспечивают механическое воздействие. Неподвижное оборудование при наличии систем высокого давления среды и управления реализует автоматическое воздействие. При этом описываемый пример одного из возможных конкретных исполнений устройства основан на использовании воздушной среды с соответствующим использованием пневматики высокого давления. Это не исключает возможность использования других сред для реализации сходного воздействия по своему функциональному принципу. Устройство генерирования электрических сигналов и подвижные элементы силовой системы размещены на роторе и/или статоре и взаимодействуют с ним, привод которого выполнен реверсивным. Ударный механизм и неподвижное оборудование пневмосистемы размещают на основании. При этом ударный механизм может иметь как стационарное, так и раздельное модульное исполнение и поставляться как элемент изделия в целом, так и раздельно, имея модульное исполнение, поскольку выполняемая им функция может задействоваться как в рамках независимого испытания, так и в рамках комбинаторных воздействий остальных элементов испытательного стенда по заданной программе испытаний. Подвижные элементы и неподвижное оборудование соединяют между собой стыковочным узлом, имеющим произвольную форму выполнения, обусловленную лишь конструктивными особенностями конкретного варианта выполнения силовых элементов стенда, всего стенда в целом и коммуникативных средств систем автоматического управления и настройки стенда.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.

В предложенном техническом решении расширение испытательных программ осуществляется за счет воспроизведения в одном цикле имитаций электрических, ударных, гидравлических, пневматических и механических воздействий, при этом устройства для воспроизведения воздействий объединены в единый комплекс. Расширение номенклатуры испытательных изделий осуществляется за счет возможности проведения воздействий в определенной последовательности, выборочно или в любой комбинации в зависимости от типа изделий при наличии устройства генерирования электрических импульсов, ударного устройства и пневмосистемы.

Повышение надежности эксплуатации стенда осуществляется за счет согласованного и надежного взаимодействия подвижных элементов и неподвижного оборудования пневмосистемы, за счет выполнения привода ротора и/или статора реверсивным, позволяющим позиционирование ротора относительно основания (статора), за счет неподвижного закрепления ударного механизма, поставляемого и выполняемого совместно со стендом или раздельно по модульному принципу, на основании, а также за счет размещения устройства генерирования электрических сигналов на роторе.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - структурная схема центрифуги;
на фиг.2 - схема размещения конструктивных элементов центрифуги;
на фиг.3 - схема размещения пневмосистемы при испытании изделий с инерционным и гидравлическим воздействием;
на фиг.4 - схема размещения пневмосистемы при испытании изделий с гидравлическим и механическим воздействиями.

Универсальный ротационный испытательный стенд содержит:
центрифугу 1;
ротор 2;
основание (статор) 3;
консоли (ротора 2) 4;
вал (ротора 2) 5;
устройство генерирования электрических импульсов (на роторе 2) 6;
поворотный стол (на одном конце консоли 4) 7;
приспособление для испытуемого изделия (на столе 7) 8;
противовес (на одном конце консоли 4) 9;
корпус (для основания 3) 10;
опоры (для корпуса 10) 11;
трансформатор 12;
реверсивный привод (ротора 2) 13;
подвижные элементы пневмосистемы 14;
неподвижное оборудование пневмосистемы 15;
электродвигатель (привода 13) 16;
ударный механизм 17;
систему воздуха высокого давления (для пневмосистемы 15) 18;
систему управления (для пневмосистемы 15) 19;
пневмоцилиндр (для пневмосистемы 14) 20;
чеку (испытуемого изделия) 21;
систему регулирования, измерения и контроля (для пневмосистемы 14) 22;
датчик давления (в системе 22) 23;
распределитель давления (в системе 22) 24;
распределитель давления на пневмоцилиндр 20 (в системе 22) 25;
распределитель давления на входную полость гидростата изделия (в системе 22) 26;
дроссель управления работой чеки 21 (в системе 22) 27;
датчик положения чеки 21 (в системе 22) 28;
стыковочный узел (для пневмосистемы 14 и 15) 29;
устройство фиксации крыла центрифуги 1 30.

Ротационный стенд содержит центрифугу 1 с ротором 2 и основанием (статором) 3. Вращающийся в горизонтальной плоскости ротор 2 имеет симметричные консоли 4, между которыми закреплен верхний конец вертикального вала 5, который выполнен полым и имеет переменное сечение. На роторе 2 установлено устройство генерирования электрических сигналов 6, а на конце одной из консолей 4 размещен поворотный стол 7 для установки приспособления 8 с испытуемым изделием. К концу другой консоли 4 крепится противовес 9 (см. фиг.2, 3).

Основание (статор) 3 состоит из корпуса 10, форма которого не является функционально значимой, закрепленного в трех опорах 11. В нижней части корпуса 10 установлен силовой вращающийся трансформатор 12, который служит для бесконтактной подачи электропитания на приборы и аппаратуру центрифуги 1. К одной из опор 11 крепится электродвигатель 16 привода 13 (см. фиг.2).

Привод 13 ротора 2 выполнен реверсивным, что обеспечивает реализацию режимов позиционирования ротора 2 для выполнения имитаций гидравлических, механических и ударных воздействий на испытуемое изделие. Имитацию гидравлических и механических воздействий осуществляет пневмосистема. Пневмосистема содержит подвижные элементы 14 и неподвижное оборудование 15. Неподвижное оборудование пневмосистемы 15 состоит из системы воздуха высокого давления 18, например баллонов высокого давления, устройств дозаправки баллонов, и из системы управления 19, например устройств, регистрирующих срабатывание изделия, контрольных приборов (манометров) и органов управления оборудованием 18. Неподвижное оборудование 15 размещено на основании 3.

Имитацию ударных воздействий осуществляет ударный механизм 17. Ударный механизм 17 также размещен на основании 3 в рамках демонстрации его возможного исполнения стационарно в рамках всего стенда (см. фиг.1, 2).

Подвижные элементы силовой системы 14 содержат пневмоцилиндр 20 в качестве одного из возможных вариантов обеспечения регулируемого силового воздействия и систему регулирования, измерения и контроля 22. Шток пневмоцилиндра 20 соединен с чекой 21 (является необязательным элементом) испытуемого изделия. Система 22 включает датчик давления 23, контролирующий состояние источника сжатого воздуха; распределитель 24, перекрывающий доступ сжатого воздуха к датчику 23; распределитель 25, управляющий работой пневмоцилиндра 20; распределитель 26, управляющий работой изделия; дроссель 27 и датчики положения 28, регистрирующие перемещение штока пневмоцилиндра 20.

Подвижные элементы пневмосистемы 14 размещены на роторе 2 и/или статоре взаимодействуют с ним.

Имитацию электрических сигналов осуществляет устройство генерирования электрических сигналов 6. Устройство 6 также размещено на роторе 2 (см. фиг. 1, 4).

Подвижные элементы 14 и неподвижное оборудование 15 пневмосистемы соединены между собой стыковочным узлом 29. Для ориентирования крыла центрифуги 1 стенд содержит устройство фиксации 30 (см. фиг.1, 3, 4).

На универсальном ротационном стенде проводят испытания изделий при воспроизведении инерционный, электрических, гидравлических, механических и ударных воздействий. В одном цикле испытаний воздействия создают в определенной последовательности. Для ряда изделий существуют ограничения по времени создания одного воздействия относительно предшествующего. У других изделий электрические воздействия проводят в процессе действия гидравлических или инерционных нагрузок.

Подлежащее испытанию изделие крепят в сменном приспособлении 8 и устанавливают на поворотном столе 7, размещенном на одной из консолей 4 ротора 2. Поворотный стол 7 обеспечивает изменение ориентации испытуемого изделия при необходимости создания в одном и том же цикле испытаний инерционных нагрузок во взаимно противоположных направлениях. Привод 13 обеспечивает имитацию требуемого инерционного воздействия (перегрузки) на изделие. При воспроизведении инерционных воздействий основными режимами работы привода 13 являются разгон и торможение ротора 2 с кратковременным и гарантированным достижением скорости требуемой перегрузки. Кроме того, привод 13 обеспечивает позиционирование (подвод) ротора 2 в определенное положение относительно статора 3. Позиционирование необходимо для выполнения имитаций гидравлических, пневматических, механических и ударных воздействий на испытуемое изделие. Для реализации режимов позиционирования ротора 2 и для самоориентации (разворота) изделия привод 13 ротора 2 выполнен реверсивным.

Для обеспечения имитаций электрических, гидравлических, механических и ударных воздействий на центрифуге 1 устанавливают дополнительное оборудование.

Имитацию гидравлических, пневматических и механических воздействий осуществляют с помощью пневмосистемы 14 и 15. При этом описываемый пневматический принцип действия силовой системы не ограничивает возможное использование других сред, вызывающих и/или передающих силовые воздействия.

В качестве одного из возможных режимов работы описываемого устройства воздух нагнетают при помощи компрессора в ресивер системы воздуха высокого давления 18 до давления 800 кПа. Автоматическую работу компрессора обеспечивает регулятор давления системы 19, который останавливает двигатель по достижении максимального давления и запускает компрессор, когда давление достигает минимального уровня (примерно на 200 кПа меньше максимального). Объем ресивера 25 литров. Это позволяет проводить не менее 20 циклов испытаний без дополнительной подкачки воздуха. Давление в ресивере визуально контролируют по манометрам, а сигнал с датчика давления 23 позволяет контролировать состояние источника сжатого воздуха и его готовность к проведению цикла испытаний в автоматическом режиме.

При испытании изделий с воспроизведением инерционных и гидравлических воздействий приспособление 8 устанавливают на одном конце консоли 4, при этом на другом конце 4 размещают противовес 9 (см. фиг.3).

При испытании изделий с воспроизведением гидравлических и механических воздействий приспособление 8 устанавливают в центральной части консоли 4, поскольку изделие не подвергают инерционным воздействиям. Для проведения этих испытаний стенд содержит пневмосистему 14 и 15, которая содержит две последовательные работающие цепи, одна из которых позволяет формировать пневматическое давление в диапазоне 50-200 кПа, воздействующее на мембраны гидростатов изделий, а другая обеспечивает перемещение штока пневмоцилиндра 20 и требует давления 310-380 кПа для создания механического усилия. Распределитель 26 управляет работой первой цепи и обеспечивает подачу давления 60 кПа в надмембранную полость гидростата и последующую выдержку давления в течение 20 с. При подаче давления 310-380 кПа в пневмоцилиндр 20 распределитель 26 перекрывает пневматическую цепь гидростата. Распределитель 25 управляет работой второй цепи и обеспечивает подачу давления 310-380 кПа в пневмоцилиндр 20, когда необходимо выдернуть чеку 21 и перекрыть цепь при воздействии на гидростат изделия. Дроссель 27 позволяет регулировать время выдергивания чеки 21, а датчики положения 28 контролируют перемещение штока пневмоцилиндра 29, а следовательно, и расстояние, на которое выдвигается чека 21. Распределители 24, 25, 26, датчик давления 23, дроссель 27 и датчики положения 28 объединены в систему регулирования, измерения и контроля 22 подвижных элементов силовой пневмосистемы 14 (см. фиг.1, 4).

Описываемые режимы не ограничивают возможность использования или выполнения устройства в самом широком диапазоне конкретных значений, позволяющих в совокупности реализовать имитацию различных реальных внешних воздействий на испытуемый объект.

При испытании изделий с воспроизведением ударных воздействий используют специальный ударный механизм 17. Изделие устанавливают на приспособление 8 и проводят ударную имитацию механизмом 17, при этом ударные воздействия не передаются на другие элементы центрифуги 1 и на ее оборудование во избежание их деформации и разрушения. Позиционирование изделия перед ударным воздействием осуществляют с помощью поворотного стола 7 ротора 2. Ударный механизм 17 установлен на опоре 11 основания 3 и закреплен под углом 45^o к горизонту (см. фиг.1, 2). При этом возможно несколько возможных конструктивных исполнений.

При испытании изделий с имитацией электрических сигналов используют устройство генерирования электрических сигналов 6, установленное на роторе 2 и взаимодействующее с разъемами, выполненными на приспособлении 8. Устройство 6 осуществляет генерирование электрических импульсов с заданными извне параметрами напряжений, токов и длительностей на различную активную нагрузку (см. фиг.1).

При испытании изделий, когда одним из видов воздействий является инерционная перегрузка, воспроизводимая с помощью центробежных сил, перед стыковкой (узлом 29) пневмосистемы 14 и 15 крыло центрифуги 1 ориентируют и закрепляют неподвижно с помощью устройства фиксации 30 (см. фиг.4).

В предложенном ротационном испытательном стенде использованы конструктивные узлы, элементы, приборы и оборудование, широко применяемые в испытательной технике, что обуславливает, по мнению заявителя, ее соответствие критерию "промышленная применимость".

Использование заявленного технического решения позволяет:
- расширить испытательные программы за счет объединения устройств для реализации различного рода имитаций в единый комплекс;
- увеличить номенклатуру испытательных изделий за счет устройств, позволяющих проводить любые воздействия отдельно или в комбинации в зависимости от типа изделия;
- улучшить процесс работы цепи "привод - ротор" за счет выполнения привода реверсивным.

Изобретение относится к установкам для воспроизведения набора воздействий в одном цикле испытаний. Универсальный ротационный испытательный стенд содержит центрифугу, обеспечивающую создание инерционных нагрузок и содержащую основание (статор), ротор с приспособлением для размещения изделий, устройства управления и контроля. Стенд также содержит устройства имитаций электрических сигналов, ударных, гидравлических, пневматических и механических воздействий, объединенных в единый комплекс, включающий устройство генерирования электрических сигналов, ударный механизм и пневмосистему, состоящую из подвижных элементов и неподвижного оборудования, подвижные элементы с помощью системы регулирования, измерения и контроля формируют давление внешней среды, воздействующее на датчики давления изделий, и с помощью силового цилиндра обеспечивают механическое воздействие, неподвижное оборудование при наличии систем высокого давления среды и управления реализует автоматическое воздействие, при этом устройство генерирования электрических сигналов и подвижные элементы пневмосистемы размещены на роторе, привод которого выполнен реверсивным, и/или статоре и взаимодействуют с ним. Данное изобретение решает задачу расширения испытательных программ с возможностью воспроизведения в одном цикле набора воздействий, увеличения номенклатуры испытательных изделий и повышения надежности эксплуатации стенда. 4 ил.

Универсальный ротационный испытательный стенд, включающий центрифугу, обеспечивающую создание инерционных нагрузок и содержащую основание (статор), ротор с приспособлением для размещения изделий, устройства управления и контроля, отличающийся тем, что стенд содержит устройства имитаций электрических сигналов, ударных, гидравлических, пневматических и механических воздействий, объединенных в единый комплекс, включающий устройство генерирования электрических сигналов, ударный механизм и пневмосистему, состоящую из подвижных элементов и неподвижного оборудования, подвижные элементы с помощью системы регулирования, измерения и контроля формируют давление внешней среды, воздействующее на датчики давления изделий, и с помощью силового цилиндра обеспечивают механическое воздействие, неподвижное оборудование при наличии систем высокого давления среды и управления реализует автоматическое воздействие, при этом устройство генерирования электрических сигналов и подвижные элементы пневмосистемы размещены на роторе, привод которого выполнен реверсивным, и/или статоре и взаимодействуют с ним.