СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2004 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания изделий на виброударные воздействия.

Известен ударный испытательный стенд, состоящий из основания, закрепленного на фундаменте, рабочего стола с испытуемым изделием, упругого элемента, выполненного в виде предварительно поджатой с торцов упругой полосы и закрепленного своими торцами в устройствах поджатия, установленных на основании, стол с испытуемым изделием закреплен в центральной части упругой полосы симметрично относительно ее торцев. К столу жестко прикреплена серьга. В серьге сделан паз в вертикальном направлении. В паз вставлен палец, который крепится к подвижной части возвратно-поступательного устройства. Длина паза выбрана таким образом, что при выполнении ударного воздействия палец не касался торцов паза. Выполнение упругого элемента в виде пакета из нескольких полос позволяет увеличить толкающую силу упругого элемента (см. патент РФ №2172482, МПК⁷ G 01 M 7/08, G 01 N 3/307, опубл. 20.08.2001).

Недостатком этого ударного стенда является невозможность воспроизведения виброударного режима нагружения, который характеризуется импульсным приложением внешней нагрузки и последующим затуханием возникших колебаний.

Наиболее близким к заявляемому стенду для динамических испытаний изделий является стенд для динамических испытаний изделий, содержащий соударяемую с наковальней платформу, на которой установлена пневматическая камера с отверстием, перекрытым разрушаемой диафрагмой. Устройство для разрушения диафрагмы размещено в камере и выполнено в виде коромысла с соприкасающейся с центром диафрагмы иглой на одном его плече и передвижной массой на другом плече. Над отверстием камеры расположен стол для установки испытуемого изделия, соединенный с платформой посредством упругого элемента. Ударный импульс формируется при соударении платформы с наковальней, а затухающие колебания стола с изделием возбуждаются ударной волной, образующейся при разрушении диафрагмы (см. а.с. СССР №1348686, МПК⁴ G 01 M 7/00, опубл. 30.10.87, Бюл. №40).

Недостатком этого стенда для динамических испытаний изделий является использование для возбуждения затухающих колебаний ударной воздушной волны, образующейся при разрушении с помощью сложного устройства диафрагмы, перекрывающей отверстие из пневматической камеры. Использование в стенде съемных волновода и приемника ударной волны для регулирования параметров воспроизводимых нагрузок еще более усложняет конструкцию и затрудняет подбор режимов нагружения. Кроме того, ударный импульс, формируемый при соударении платформы с наковальней, возбуждает дополнительные нежелательные формы колебания стола с изделием, поскольку последние соединены с платформой посредством упругого элемента.

Задача, решаемая заявляемым изобретения, состоит в разработке стенда, позволяющего проводить исследования работоспособности конструкций, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться воздействию импульсной нагрузки, а в последующем возбужденным ею затухающим знакопеременным квазипериодическим нагрузкам синусоидального вида.

Технический результат, который может быть получен в результате использования заявляемого стенда, состоит в обеспечении импульсного приложения нагрузки к испытываемому изделию и последующего знакопеременного квазипериодического затухающего изменения ее с заданными амплитудно-частотными характеристиками.

Указанная техническая задача решается с помощью стенда для динамических испытаний изделия, содержащего стол с закрепляемым на нем испытуемым изделием, установленный в центральной части связанного с основанием упругого элемента, помещенного в корпус, и источник ударной нагрузки.

От прототипа заявляемый стенд отличается тем, что упругий элемент представляет собой пакет тарельчатых пружин, а стол снабжен двусторонними упорами для упругого элемента и установлен с возможностью продольного перемещения относительно него. Установка двусторонних упоров обеспечивает при деформировании упругих элементов перемещение объекта испытаний (ОИ) в двух взаимно противоположных направлениях. Пакет тарельчатых пружин при малых габаритах и массе может обеспечить по сравнению с мембраной или пластиной, защемленных по краю, высокие уровни нагрузки и значительные перемещения. Так, например, тарельчатая пружина 163 ОСТ В95 1161-73, эскиз которой приведен на фиг.3, имеет практически линейную силовую характеристику (см. фиг.4) во всем допустимом диапазоне ее деформирования до 2 мм (при усилии F₁=3500 кгс деформируется на S₁=0.8 мм, а при усилии F₂=8600 кгс - на S₂=2.0 мм). Кроме того, изменением количества последовательно соединенных пружин в пакете, а также предварительным поджатием пружин в пакете, можно менять в широких пределах амплитудно-частотные характеристики стенда.

Ударная нагрузка осуществляется за счет потенциальной энергии сжатых пружин, освобождаемой посредством разрывного элемента, соединенного со столом. Разрывной элемент, особенно из хрупкого материала, может в большей степени обеспечить импульсный характер начального воздействия на ОИ по сравнению с ударным воздействием, приходящим на ОИ от упругого элемента после соударении платформы с наковальней, как в прототипе.

Стенд снабжен упором, закрепленным на основании и взаимодействующим с разрывным элементом. Установка этого упора позволяет строго ограничить начальное деформирование пружин, а, следовательно, и уровень нагрузки на столе с ОИ, и воспринимать избыточную нагрузку, необходимую для разрушения разрывного элемента.

Кроме разрывного элемента ударная нагрузка может создаваться источником кинетической энергии, например, в виде падающего груза. Использование энергии падающего груза для формирования начального импульса нагрузки позволяет обеспечить необходимую для некоторых случаев испытаний нулевую скорость начального движения ОИ. Варьированием высоты падения груза можно менять максимальное значение нагрузки на ОИ.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен заявляемый стенд для динамических испытаний изделий в разрезе, использующий для создания ударного импульса нагрузки потенциальную энергию пружин, освобождаемую при разрушении разрывного элемента.

На фиг.2 изображен заявляемый стенд для динамических испытаний изделий в разрезе, использующий для создания ударного импульса нагрузки кинетическую энергию падающего груза.

На фиг.3 изображен эскиз тарельчатой пружины 163 ОСТ В95 1161-73.

На фиг.4 приведена силовая характеристика тарельчатой пружины 163 ОСТ В95 1161-73.

Стенд для динамических испытаний изделий, использующий для создания начального импульса нагрузки потенциальную энергию сжатых пружин, освобождаемую при разрушении разрывного элемента (см. фиг.1), состоит из закрепляемого на основании 6 корпуса 3, в котором размещается упругий элемент в виде пакета тарельчатых пружин 4. Внутри пакета пружин 4 с возможностью продольного перемещения относительно его и с упором на внутренние пояса верхней и нижней в пакете пружин устанавливается стол 1 с ОИ 2. Стол снабжен двусторонними упорами 9 и 10 с изменяемым положением их между собой. Изменением расстояния Δ₂ между упорами 9 и 10 на столе 1 и Δ₁ между упором 5, закрепленным на основании 6, и корпусом 3 можно обеспечивать зазоры или разную степень предварительного поджатия пружин в пакете и тем самым регулировать амплитудно-частотные характеристики квазипериодических колебаний нагрузки на ОИ 2. Для задания деформации пружин 4, необходимой для получения требуемого максимального значения нагрузки на ОИ 2, используется закрепляемый на основании 6 упор 7, в который упирается головка разрывного элемента 8. При этом упор 7 воспринимает нагрузку, избыточную для требуемого деформирования пружин 4, но необходимую для разрушения разрывного элемента 8.

В стенде для динамических испытаний изделий в примере выполнения, приведенном на фиг.2, для вывода стола 1 из нейтрального положения и создания начального импульса нагрузки на ОИ 2 используется кинетическая энергия падающего на стол 1 с некоторой высоты h груза 12. Изменением высоты сброса h груза 12 и жесткостью прокладки 11 между столом 1 и грузом 12 можно регулировать амплитуду нагрузки на ОИ 2 и интенсивность ее нарастания в начальный момент нагружения.

Стенд, изображенный на фиг.1, работает следующим образом. При воздействии на разрывной элемент 8 нагрузки Р в указанном на фиг.1 направлении пакет пружин 4 сжимается между упором 10 и упором 5 до тех пор, пока верхняя головка разрывного элемента 8 не придет в соприкосновение с упором 7. Последующее увеличение нагрузки Р, действующей на разрывной элемент 8, приведет к разрушению разрывного элемента 8 и под воздействием запасенной в пакете пружин 4 потенциальной энергии, стол 1 с ОИ 2, начнет перемещаться вверх, приобретая кинетическую энергию. Миновав нейтральное положение, стол 1 с ОИ 2 за счет приобретенной кинетической энергии сжимает пакет пружин 4, находящийся уже между нижним упором 9 на столе 1 и корпусом 3, и тем самым тормозится, а в пакете пружин 4 опять накапливается потенциальная энергия. После перехода кинетической энергии стола 1 с ОИ 2 в потенциальную энергию сжатых пружин 4 стол 1 с ОИ 2 начинает двигаться в обратном направлении. Так, на стенде повторяются циклы перехода потенциальной энергии в кинетическую и, наоборот. После диссипации всей начальной потенциальной энергии пакета пружин 4 на трение в системе затухающая знакопеременная нагрузка на стол 1 с ОИ 2 перестанет действовать.

Работа стенда, изображенного на фиг.2, отличается от ранее описанного только тем, что на стол 1 с ОИ 2, находящихся в начальный момент времени в нейтральном положении, падает с высоты h груз 12. Жестко или через прокладку 11 его кинетическая энергия передается столу 1 с ОИ 2 и они приобретают некоторую скорость. Под воздействием движущегося с приобретенной скоростью стола с ОИ происходит деформирование пружин в пакете 4 между упором 5, закрепленным на основании 6, и упором 10 на столе 1. Это приводит к накоплению в пакете пружин 4 потенциальной энергии. После перехода всей кинетической энергии движущихся стола 1 с ОИ 2 в потенциальную энергию сжатых пружин стол 1 с ОИ 2 останавливаются и начинается движение вверх с последующим сжатием пакета пружин между упором 9 на столе 1 и корпусом 3. Т.е. происходит циклическое нагружение ОИ 2 затухающей знакопеременной нагрузкой, как это было описано ранее.

Для виброударного нагружения конструкций, габариты которых не позволяют размещать их внутри упругого элемента, как это изображено на фиг.1 и 2, закрепление ОИ можно вынести за пределы упругого элемента.

Использование предлагаемого изобретения позволит проводить исследования работоспособности конструкций, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться воздействию импульсной нагрузки, а в последующем возбужденных ею затухающих знакопеременных квазипериодических нагрузок синусоидального вида.

Изобретение относится к стендам для испытания изделий на виброударные воздействия. Стенд для динамических испытаний изделий содержит стол для закрепления испытуемого изделия, установленный в центральной части связанного с основанием упругого элемента, и средство создания ударной нагрузки, при этом упругий элемент представляет собой пакет тарельчатых пружин, заключенный в корпус, а стол снабжен двусторонними упорами для упругого элемента с изменяемым положением и установлен с возможностью продольного перемещения относительно него. Средством создания ударной нагрузки может являться как разрывной элемент, соединенный с рабочим столом, так и падающий груз. Стенд может быть снабжен упором, закрепленным к основанию и взаимодействующим с разрывным элементом. Данное изобретение позволяет проводить испытания конструкций затухающими знакопеременными квазипериодическими нагрузками синусоидального вида. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Стенд для динамических испытаний изделий, содержащий стол для закрепления испытуемого изделия, установленный в центральной части связанного с основанием упругого элемента, и средство создания ударной нагрузки, отличающийся тем, что упругий элемент представляет собой пакет тарельчатых пружин, заключенный в корпус, а стол снабжен двусторонними упорами для упругого элемента с изменяемым положением и установлен с возможностью продольного перемещения относительно него.2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что средством создания ударной нагрузки является разрывной элемент, соединенный с рабочим столом.3. Стенд по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен упором, закрепленным к основанию и взаимодействующим с разрывным элементом.4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что средством создания ударной нагрузки является падающий груз.