РЕЗОНАНСНЫЙ СТЕНД Российский патент 2009 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к области экспериментальной техники и предназначено для проведения прочностных испытаний отсеков лопастей рулевого и несущего винтов вертолетов и винтов самолетов.

Известна конструкция стенда для испытания лопасти несущего винта вертолета, на котором лопасть прикреплялась в горизонтальном положении к колоннаде. На лопасть в нескольких сечениях устанавливались хомуты, по краям которых прикреплялись расположенные в горизонтальной плоскости тросы, обеспечивающие посредством рычагов и грузов растяжение лопасти постоянной силой. В средней зоне хомутов закреплялись тросы, расположенные в вертикальной плоскости, которые посредством роликов, пружины и эксцентрикового механизма обеспечивали многократное нагружение лопасти в плоскости ее наименьшей жесткости. Такая методика испытаний лопастей очень трудоемка, процесс испытаний длительный из-за низкой частоты нагружения лопасти и нецелесообразна по той причине, что для установления ресурса лопасти достаточно испытать только те участки лонжерона, которые могут ограничивать ресурс лопасти: стыки и зоны изменения формы лонжерона (см. Екименков Л.Н. Развитие методики испытаний на усталость лопастей несущих винтов вертолетов. М., Труды ЦАГИ, 2001, с.51).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является резонансный стенд (см. вышеуказанную работу Екименкова Л.Н.), принятый за прототип.

Стенд имеет два упора, шарниры, между которыми устанавливается отсек лонжерона, демпфер, расположенный между тросами, обеспечивающий постоянство растягивающей силы при колебании испытываемой конструкции, тензодинамометр, механический силовозбудитель, вибратор с электроприводом.

Методика испытания отсеков лопастей на стенде состоит из следующих операций. Посредством силовозбудителя лонжерон нагружается растягивающей силой заданной величины. Эксцентриковый вибратор приводится во вращение электроприводом. Скорость вращения вибратора повышается до тех пор, пока она не приблизится к значениям, соответствующим восходящей ветви резонанса испытываемой конструкции. Постоянно увеличивая скорость вращения вибратора с помощью наклеенных тарированных тензодатчиков и тензоаппаратуры, устанавливается связь между амплитудой колебания образца и величиной переменных напряжений в контрольном сечении лонжерона. В процессе испытаний образца с помощью автомата для динамических испытаний (АДИ) поддерживается амплитуда колебания испытываемой конструкции, при которой в зоне контрольного сечения достигается заданная величина амплитуды изгибающих моментов.

Недостатками известного резонансного стенда являются отсутствие автоматического поддержания заданной растягивающей силы испытываемой конструкции, сложность и несовершенство системы управления стендом с помощью АДИ.

Указанные недостатки существенно снижают точность результатов испытаний и надежность стенда. Так, при изменении заданной величины растягивающей силы по причине вытяжки тросов оператор вручную с помощью механического силовозбудителя восстанавливает величину указанной силы. АДИ разработано только для управления стендами такого рода в период несовершенства и недоступности ЭВМ.

Задачей изобретения является создание резонансного стенда нового поколения.

Технический результат заключается в повышении точности испытаний и надежности системы управления стендом путем совершенствования ее структуры и применения современных средств автоматизации.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что резонансный стенд для испытаний конструкций на прочность, содержащий два упора, шарниры, между которыми установлена испытываемая конструкция, тросы с демпфером, обеспечивающие постоянство растягивающей силы при колебании испытываемой конструкции, силовозбудитель натяжения тросов, тензодинамометр, вибратор с приводом вращения, дополнительно содержит блок формирования и контроля на базе ЭВМ и маслонасосную станцию (МНС), а в качестве силовозбудителя натяжения тросов и привода вращения вибратора использованы следящие гидроприводы, при этом гидропривод вибратора включает в себя гидромотор, сервоклапан, соединенный гидролиниями с гидромотором и с МНС, датчик перемещения, соединенный с испытываемой конструкцией, регулятор, электрический выход которого подключен к сервоклапану, а входы - к ЭВМ и к датчику перемещения; гидропривод натяжения тросов включает в себя гидроцилиндр, сервоклапан, соединенный гидролиниями с гидроцилиндром и с МНС, регулятор, электрический выход которого подключен к сервоклапану, а входы - к ЭВМ и к тензодинамометру. Датчик перемещения и тензодинамометр подключены к ЭВМ и к регуляторам через аналого-цифровые преобразователи и полевой шинный интерфейс.

Блок-схема резонансного стенда приведена на чертеже.

Стенд содержит два упора 1, шарниры 2, между которыми устанавливается испытываемая конструкция 3, вибратор 4, тросы с демпфером 5, тензодинамометр 6, гидроцилиндр 7, гидромотор 8, датчик перемещения 9, ЭВМ 10, маслонасосную станцию, (МНС) 11, сервоклапаны 12 и 13, регуляторы 14 и 15, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 16 и 17. Датчик перемещения 9 механически соединен с испытываемой конструкцией 3, а его электрический выход через АЦП 16 и полевой шинный интерфейс соединен с входом регулятора 15 и с ЭВМ 10. Второй вход регулятора 15 через полевой шинный интерфейс подключен к ЭВМ 10. Гидромотор 8 механически соединен с вибратором 4 и гидролиниями с сервоклапаном 12, выход и вход которого гидролиниями соединены с МНС 11. Электрический вход сервоклапана 12 подключен к выходу регулятора 15.

Гидроцилиндр 7 гидролиниями соединен с сервоклапаном 13, выход и вход которого соединены гидролиниями с МНС 11. Электрический вход сервоклапана 13 подключен к выходу регулятора 14, входы которого соединены с тензодинамометром 6 и с ЭВМ 10. Тензодинамометр через АЦП 17 подключен к ЭВМ 10.

Резонансный стенд работает следующим образом. От ЭВМ 10 на входы регуляторов 14 и 15 по полевому шинному интерфейсу подаются сигналы задания величины усилия натяжения тросов 5 и величины амплитуды колебания испытываемой конструкции 3. На входы регуляторов также поступают сигналы обратной связи: на регулятор 15 - с датчика перемещения 9, на регулятор 14 - с тензодинамометра 6, где указанные сигналы алгебраически суммируются с сигналами задания. Разность этих сигналов (сигналы рассогласования) с регулятора 14 поступает на управление сервоклапаном 13, осуществляющим дроссельное регулирование гидроцилиндра 7, а с регулятора 15 - на управление сервоклапаном 12, осуществляющим дроссельное регулирование гидродвигателя 8. Гидропитание к сервоклапанам 12 и 13 поступает от МНС 11.

С помощью гидроцилиндра 7 поддерживается заданное усилие натяжения тросов (нагружение испытываемой конструкции 3 растягивающей силой), а с помощью гидромотора 8 поддерживается скорость вращения вибратора, при которой достигается заданная величина амплитуды колебания испытываемой конструкции.

Информация об усилии натяжения тросов и величине амплитуды колебаний испытываемой конструкции поступает в ЭВМ 10 по полевому шинному интерфейсу от тензодинамометра 6 и датчика перемещения 9 через АЦП 17 и 16 соответственно.

Таким образом, благодаря применению следящих гидроприводов и управляющей ЭВМ обеспечивается высокая точность задания и поддержания усилия натяжения тросов и амплитуды колебания испытываемой конструкции, что способствует повышению точности испытаний.

Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано для проведения испытаний отсеков лопастей рулевого и несущего винтов вертолетов и винтов самолетов на прочность. Стенд содержит устройство для закрепления испытываемой конструкции из двух упоров с шарнирами, вибратор, следящие гидроприводы для растяжения конструкции и вращения вибратора, маслонасосную станцию, ЭВМ. Выбором скорости вращения вибратора с помощью следящего гидропривода устанавливается заданная величина амплитуды колебания испытываемой конструкции в зоне контрольного сечения и соответственно амплитуды предельных напряжений в этом сечении. Технический результат заключается в повышении точности испытаний и надежности системы управления стендом. 1 ил.

Резонансный стенд для испытаний конструкций на прочность, содержащий два упора, шарниры, между которыми установлена испытываемая конструкция, тросы с демпфером, обеспечивающие постоянство растягивающей силы при колебании испытываемой конструкции, силовозбудитель натяжения тросов, тензодинамометр, вибратор с приводом вращения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок формирования и контроля программы на базе ЭВМ и маслонасосную станцию (МНС), а в качестве силовозбудителя натяжения тросов и привода вращения вибратора использованы следящие гидроприводы, при этом гидропривод вибратора включает в себя гидромотор, сервоклапан, соединенный гидролиниями с гидромотором и с МНС, датчик перемещения, соединенный с испытываемой конструкцией, регулятор, электрический выход которого подключен к сервоклапану, а входы - к ЭВМ и к датчику перемещения; а гидропривод натяжения тросов включает в себя гидроцилиндр, сервоклапан, соединенный гидролиниями с гидроцилиндром и с МНС, регулятор, электрический выход которого подключен к сервоклапану, а входы - к ЭВМ и к тензодинамометру, причем датчик перемещения и тензодинамометр подключены к ЭВМ и к регуляторам через аналого-цифровые преобразователи и полевой шинный интерфейс.