РАЗГОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК G01N3/30 

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - исследование объектов на воздействие импульсных нагрузок.

Для моделирования импульсной нагрузки широкое применение получил ударный способ. Нагружение происходит в результате обмена импульсами подвижного тела (ударника) с неподвижным (исследуемым объектом). Задание импульса необходимой формы и длительности осуществляется за счет подбора кинематических параметров системы и механических свойств материалов взаимодействующих тел. Для обеспечения коротких импульсов используют ударники с малыми толщинами и развитыми поверхностями контакта.

Известно разгонное устройство, патент РФ № 2154793, МПК⁷ F41F 1/00, опубл. 20.08.2000 г., бюл. № 23. Устройство содержит ствол с закрытым торцом и помещенный в ствол метательный заряд со средством его инициирования. В стволе установлено телескопически соединенное с ним подвижное звено с полостью, в которой размещены дополнительный метательный заряд и установленный на глубину, меньшую расчетного рабочего хода подвижного звена, шток со средством инициирования и обтюрирующей обкладкой. Подвижное звено снабжено ограничителем перемещения и установлено с возможностью продольного перемещения относительно ствола и штока, который, в свою очередь, неподвижно закреплен на закрытом торце ствола.

К недостатку данного разгонного устройства относится отсутствие возможности ориентированного перемещения в пространстве ударника.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является установка для высокоскоростных испытаний материалов на растяжение, авторское свидетельство № 796718, МПК³ G01N 3/30, опубл. 15.01.81, бюл. № 2, выбранная в качестве прототипа. Установка содержит ствол, размещенный в нем кольцевой ударник (подвижное звено в виде поршня), средства разгона ударника, установленный на оси ствола стержень (направляющую), один конец которого закреплен на стволе, а другой служит для крепления головки образца, и наковальню, закрепленную на свободной головке образца. Установка снабжена свободно установленной на конце стержня промежуточной наковальней (ударником) с центральным отверстием.

К недостатку установки следует отнести искажение моделируемого импульса вследствие:

- наложения упругих колебаний при взаимодействии ударника и промежуточной наковальни;

- воздействия на ударник, а через него и на промежуточную наковальню, давления сжатого газа средства разгона.

Решаемой технической задачей является создание устройства для исследования объектов на воздействие импульсных нагрузок.

Ожидаемый технический результат заключается в уменьшении искажения моделируемого импульса.

Технический результат достигается за счет использования разгонного устройства, содержащего ствол, размещенный в стволе элемент подвижного звена в виде поршня, средства разгона подвижного звена, установленную по оси ствола направляющую, ударник, размещенный на направляющей снаружи ствола и тормоз продольного перемещения подвижного звена. Торец ствола, в направлении которого перемещается поршень, закрыт и жестко соединен с направляющей, размещенной за пределами ствола. Подвижное звено содержит кольцо, соединенное посредством штанг с поршнем. Кольцо размещено на направляющей между закрытым торцом ствола и ударником и выполнено с возможностью перемещения по направляющей. Торцовая поверхность кольца, обращенная к ударнику, снабжена покрытием из эластичного материала. На боковой поверхности ствола выполнены окна.

Тормоз продольного перемещения подвижного звена может быть выполнен в виде равномерно расположенных по окружности на закрытом торце ствола стаканов с установленными в них втулками из демпфирующего материала с выборками и плунжерами с возможностью контакта последних с поршнем. Плунжеры снабжены коническими выступами, контактирующими с ответными коническими выборками во втулках, при этом продольные оси плунжеров параллельны оси ствола, а торцовые поверхности плунжеров расположены в плоскости, параллельной обращенной к ним торцовой поверхности поршня.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показывает, что заявляемое разгонное устройство отличается от известной установки совокупностью новых конструктивных признаков:

- разгонное устройство дополнительно снабжено тормозом продольного перемещения подвижного звена;

- торец ствола, в направлении которого перемещается поршень, закрыт;

- торец ствола, в направлении которого перемещается поршень, жестко соединен с направляющей, размещенной за пределами ствола;

- подвижное звено содержит кольцо, соединенное посредством штанг с поршнем, при этом кольцо размещено на направляющей между закрытым торцом ствола и ударником и выполнено с возможностью перемещения по направляющей;

- торцовая поверхность кольца, обращенная к ударнику, снабжена покрытием из эластичного материала;

- на боковой поверхности ствола выполнены окна;

- тормоз продольного перемещения подвижного звена выполнен в виде равномерно расположенных по окружности на закрытом торце ствола стаканов с установленными в них втулками из демпфирующего материала с выборками и плунжерами с возможностью контакта последних с поршнем, плунжеры снабжены коническими выступами, контактирующими с ответными коническими выборками во втулках;

- продольные оси плунжеров параллельны оси ствола, а торцовые поверхности плунжеров расположены в плоскости, параллельной обращенной к ним торцовой поверхности поршня.

Использование тормоза продольного перемещения подвижного звена позволяет отделить подвижное звено от ударника до соударения последнего с испытываемым объектом и тем самым исключить искажение моделируемого импульса за счет влияния средств разгона.

Выполнение торца ствола закрытым исключает воздействие давления сжатых газов средств разгона на ударник и испытываемый объект, что также снижает искажение моделируемого импульса.

Жесткое соединение направляющей с торцом ствола и ее размещение за его пределами сводит к минимуму колебательный процесс при перемещении ударника по направляющей.

Снабжение подвижного звена кольцом, соединенным посредством штанг с поршнем, при условии, что кольцо размещено на направляющей между закрытым торцом ствола и ударником с возможностью перемещения по направляющей, конструктивно обеспечивает связь элементов подвижного звена, размещенных в стволе и за его пределами.

Снабжение торцовой поверхности кольца, обращенной к ударнику, покрытием из эластичного материала обеспечивает безударную и равномерно распределенную по площади передачу кинетической энергии от подвижного звена ударнику.

Выполнение на боковой поверхности ствола окон предназначено для стравливания газов средств разгона.

Выполнение тормоза продольного перемещения подвижного звена в виде равномерно расположенных по окружности на закрытом торце ствола стаканов с установленными в них втулками из демпфирующего материала с выборками и плунжерами с возможностью контакта последних с поршнем, а также снабжение плунжеров коническими выступами, контактирующими с ответными коническими выборками во втулках, обеспечивает создание тормозного усилия посредством вдавливания конических выступов плунжеров в конические выборки втулок, выполненных из эластичного материала.

Расположение продольных осей плунжеров параллельно оси ствола, а торцовых поверхностей в плоскости, параллельной обращенной к ним торцовой поверхности поршня, обеспечивает одновременное включение в работу всех элементов тормоза, что также снижает искажение моделируемого импульса.

На фиг.1 приведена схема заявляемого разгонного устройства в исходном состоянии, на фиг.2 - поперечное сечение разгонного устройства, на фиг.3-5 - последовательные стадии его работы.

Разгонное устройство состоит из ствола 1, размещенного в стволе элемента подвижного звена 2 в виде поршня 3, средства разгона 4 подвижного звена 2, установленной по оси ствола направляющей 5, ударника 6, размещенного на направляющей снаружи ствола 1, и тормоза 7 продольного перемещения подвижного звена 2. Торец 8 ствола 1, в направлении которого перемещается поршень 3, закрыт и жестко соединен с направляющей 5, размещенной за пределами ствола 1. Подвижное звено 2 дополнительно содержит кольцо 9, соединенное посредством штанг 10 с поршнем 3. Кольцо 9 размещено на направляющей 5 между закрытым торцом 8 ствола 1 и ударником 6 и выполнено с возможностью перемещения по направляющей 5. Торцовая поверхность кольца 9, обращенная к ударнику 6, снабжена покрытием 11 из эластичного материала. На боковой поверхности ствола 1 выполнены окна 12. Тормоз 7 продольного перемещения подвижного звена 2 выполнен в виде равномерно расположенных по окружности на закрытом торце 8 ствола 1 стаканов 13 с установленными в них втулками 14 из демпфирующего материала с выборками 15 и плунжерами 16 с возможностью контакта последних с поршнем 3. Плунжеры 16 снабжены коническими выступами 17, контактирующими с ответными коническими выборками 15 во втулках 14, при этом продольные оси плунжеров 16 параллельны оси ствола 1, а торцовые поверхности плунжеров Б расположены в плоскости, параллельной обращенной к ним торцовой поверхности В поршня 3.

Заявляемое разгонное устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг.1) подвижное звено 2 вдвинуто в ствол 1, а ударник 6, установленный на направляющей 5, прижат к кольцу 9 через покрытие 11 из эластичного материала. Поверхность В поршня 3 и плоскость торцов Б плунжеров 16 тормоза 7 выставлены параллельно путем вворачивания стаканов 13 в закрытый торец 8 ствола 1 на необходимую глубину.

После подачи электрического импульса на воспламенитель 18 одного из средств разгона 4 последний, срабатывая, формирует форс пламени и поджигает пороховой заряд 19. Пороховые газы, перетекая через сопло 20 в запоршневой объем 21 ствола 1, приводят в движение подвижное звено 2 (фиг.3), которое, в свою очередь, разгоняет по направляющей 5 ударник 6. Покрытие 11 из эластичного материала, размещенное на поверхности кольца 9 подвижного звена 2, деформируясь, обеспечивает безударную и равномерно распределенную по площади передачу кинетической энергии от подвижного звена 2 ударнику 6.

Подвижное звено 2, переместившись на величину рабочего хода и дойдя до соприкосновения поверхностью В поршня 3 с торцами Б плунжеров 16 (фиг.4), начинает тормозиться. Одновременно на боковой поверхности ствола 1 начинают открываться окна 12, и осуществляется стравливание пороховых газов из ствола 1.

Ударник 6 (фиг.5), не испытывая сопротивления, продолжает движение по направляющей 5 до встречи с нагружаемым объектом 22. Плунжеры 16, внедряясь коническими выступами 17 во втулки 14, выполненные из демпфирующего материала, например пенопласта, плавно тормозят подвижное звено 2 до полной его остановки.

Подготовка разгонного устройства к последующему запуску заключается в замене втулок 14 и возвращении подвижного звена 2 и ударника 6 в исходные положения без разборки самого разгонного устройства. Последующий запуск разгонного устройства осуществляется от другого средства разгона 4.

Предлагаемое разгонное устройство позволяет уменьшить искажение моделируемого импульса при исследовании объектов на воздействие ударных нагрузок.

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - исследование объектов на воздействие импульсных нагрузок. Технический результат заключается в уменьшении искажения моделируемого импульса. Разгонное устройство содержит ствол, размещенный в стволе элемент подвижного звена в виде поршня, средства разгона подвижного звена, установленную по оси ствола направляющую, ударник, размещенный на направляющей снаружи ствола, тормоз продольного перемещения подвижного звена. Торец ствола, в направлении которого перемещается поршень, закрыт и жестко соединен с направляющей, размещенной за пределами ствола. Подвижное звено содержит кольцо, соединенное посредством штанг с поршнем, кольцо размещено на направляющей между закрытым торцом ствола и ударником и выполнено с возможностью перемещения по направляющей. Торцовая поверхность кольца, обращенная к ударнику, снабжена покрытием из эластичного материала, на боковой поверхности ствола выполнены окна. Тормоз продольного перемещения подвижного звена выполнен в виде равномерно расположенных по окружности на закрытом торце ствола стаканов с установленными в них втулками из демпфирующего материала с выборками и плунжерами с возможностью контакта последних с поршнем, плунжеры снабжены коническими выступами, контактирующими с ответными коническими выборками во втулках. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Разгонное устройство, содержащее ствол, размещенный в стволе элемент подвижного звена в виде поршня, средства разгона подвижного звена, установленную по оси ствола направляющую, ударник, размещенный на направляющей снаружи ствола, отличающееся тем, что дополнительно снабжено тормозом продольного перемещения подвижного звена, торец ствола, в направлении которого перемещается поршень, закрыт и жестко соединен с направляющей, размещенной за пределами ствола; подвижное звено дополнительно содержит кольцо, соединенное посредством штанг с поршнем, кольцо размещено на направляющей между закрытым торцом ствола и ударником и выполнено с возможностью перемещения по направляющей, торцовая поверхность кольца, обращенная к ударнику, снабжена покрытием из эластичного материала, на боковой поверхности ствола выполнены окна.2. Разгонное устройство по п.1, отличающееся тем, что тормоз продольного перемещения подвижного звена выполнен в виде равномерно расположенных по окружности на закрытом торце ствола стаканов с установленными в них втулками из демпфирующего материала с выборками и плунжерами с возможностью контакта последних с поршнем, плунжеры снабжены коническими выступами, контактирующими с ответными коническими выборками во втулках, при этом продольные оси плунжеров параллельны оси ствола, а торцовые поверхности плунжеров расположены в плоскости, параллельной обращенной к ним торцовой поверхности поршня.