Способ комбинированного торможения объекта испытаний Российский патент 2024 года по МПК G01M7/08 G01N3/32 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности, к испытаниям объектов на воздействие ударных нагрузок, а именно для формирования однополярного двухступенчатого с уменьшенным уровнем второй ступени относительно уровня первой ступени импульса перегрузки при ударных испытаниях.

При испытаниях объектов на воздействие ударных нагрузок объект подвергают воздействию импульса перегрузки заданной формы, который формируют известными способами [Г.С. Батуев, Ю.В. Голубев и др. «Инженерные методы исследования ударных процессов», Москва, 1997 г., разд. 16-20], заключающимися в том, что предварительно разогнанный до необходимой скорости на ударном стенде объект испытаний тормозят специальным тормозным устройством, обладающим соответствующей воспроизводимому импульсу перегрузки силовой характеристикой.

Одной из задач в области испытательной техники является воспроизведение однополярного двухступенчатого с уменьшенным уровнем второй ступени относительно уровня первой ступени импульса перегрузки (далее - двухступенчатый импульс перегрузки), форма которого показана на фиг. 1.

Для решения этой задачи на ударных стендах посредством известных способов необходимо тормозное устройство с соответствующей воспроизводимому двухступенчатому импульсу перегрузки двухступенчатой с уменьшенным уровнем второй ступени относительно уровня первой ступени силовой характеристикой (далее - двухступенчатая силовая характеристика), показанной на фиг. 2 формы.

Из известных тормозных устройств приближающуюся к требуемой двухступенчатую силовую характеристику может обеспечить тормозное устройство ударного стенда [Авторское свидетельство СССР №412512, кл. G01m 7/00, «Тормозное устройство ударного испытательного стенда» заявка 28.06.71 опубл. 25.01.1974 Бюллетень №3. Дата опубликования описания 28.10.1974], содержащее кольцевой резец с внутренней круговой режущей кромкой и вставленный в резец цилиндр с расположенными на цилиндрической поверхности продольными выступами. Тормозное усилие создается в результате срезания резцом продольных выступов с поверхности цилиндра, происходящего при столкновении движущегося объекта испытаний с торцом цилиндра и смещении цилиндра в полость кольцевого резца. Величина силы резания определяется толщиной и шириной срезаемых выступов, изменяя которые можно получить различные уровни нагрузок при смещении цилиндра, то есть можно обеспечить двухступенчатую силовую характеристику. Однако, переход с одного уровня нагрузки на другой, осуществляемый в результате изменения размеров срезаемых выступов цилиндра, из-за специфики процесса резания осуществляется на некотором пути, что искажает получаемую силовую характеристику на границе двух ступеней и соответственно искажает формируемый на объекте испытаний двухступенчатый импульс перегрузки, растягивая во времени процесс перехода с уровня первой ступени на уровень второй ступени. Кроме того, тормозное усилие формируется в узкой кольцевой зоне контакта продольных выступов цилиндра с режущей кромкой резца на сравнительно небольшой (по отношению к поперечному сечению цилиндра) площади, что не позволяет эффективно использовать материал цилиндра для формирования создаваемой силы торможения и ограничивает ее величину. Таким образом, указанные недостатки тормозного устройства при формировании двухступенчатого импульса перегрузки снижают точность воспроизведения формы импульса и ограничивают реализуемые уровни перегрузок.

Известен способ торможения объекта испытаний, используемый в горизонтальном стенде для ударных испытаний [Патент RU №2650099 С1 «Стенд для ударных испытаний высокоскоростных объектов», заявка №2017103039 опубл. 2017.01.30, дата опубликования описания 2018.04.06], содержащим основание с установленными на нем разгонным устройством, выполненным в виде натурного артиллерийского орудия, с испытуемым изделием и тормозным устройством. Тормозное устройство оснащено направляющими, из рельсов, закрепленных на регулируемых опорах с переставными элементами, не менее трех, установленными равномерно относительно оси стенда, внутри которых размещена емкость с инерционной массой, расположенной по траектории движения испытуемого изделия. Инерционная масса состоит из отдельных тормозных элементов, размером, равным калибру испытуемого изделия, располагаемых по закону увеличения плотности, рассчитанному из условия поддержания допустимого значения обратных перегрузок. Стенд снабжен скользящим переходником, расположенным между разгонным и тормозным устройствами, и противооткатным устройством в виде массивного упора.

При использовании указанного способа в качестве тормозного устройства может быть применено вышеописанное тормозное устройство по АС СССР №412512 с сформированной приближающейся к требуемой двухступенчатой силовой характеристикой и соответственно получен двухступенчатый импульс перегрузки приближающейся к требуемой формы, что позволяет рассматривать этот способ в такой комбинации как наиболее близкий к заявляемому изобретению и принять его в качестве прототипа.

В результате того, что в прототипе применено тормозное устройство по АС СССР №412512 с двухступенчатой силовой характеристикой, прототипу присущи имеющиеся у этого тормозного устройства вышеописанные недостатки - искажение двухступенчатой силовой характеристики на границе двух ступеней, сопровождаемое соответствующим искажением формируемого двухуровневого импульса перегрузки, и ограничение уровней тормозных усилий, сопровождаемое соответствующим ограничением уровней ступеней формируемого двухступенчатого импульса перегрузки, что сужает область применения прототипа.

Технической задачей, решаемой изобретением, является разработка способа комбинированного торможения при испытаниях на ударных стендах, позволяющего воспроизводить на объекте испытаний однополярный двухступенчатый импульс перегрузки.

Техническая задача решается за счет того, что формирование каждой ступени двухступенчатого импульса перегрузки осуществляют отдельным тормозным устройством с постоянным уровнем тормозного усилия, соответствующим уровню воспроизводимой ступени перегрузки, следующим образом.

Предварительно разогнанную на ударном стенде до необходимой скорости платформу с объектом испытаний тормозят тормозным устройством, закрепленным на обращенном к платформе торце имеющей возможность перемещения в направлении удара наковальни, при этом в отличие от прототипа тормозное устройство обладает постоянным уровнем тормозного усилия, соответствующим уровню первой ступени воспроизводимого двухступенчатого импульса перегрузки, возникающего в процессе торможения платформы с объектом испытаний, движение наковальни в направлении удара тормозят на всем пути движения наковальни до ее остановки в момент окончания процесса торможения платформы с объектом испытаний, закрепленным на неподвижном основании, вторым тормозным устройством, имеющем постоянный уровень тормозного усилия, величина которого меньше соответствующего показания первого тормозного устройства и соответствует уровню перегрузки второй ступени воспроизводимого двухступенчатого импульса перегрузки.

Новая совокупность существенных признаков в заявляемом способе позволяет воспроизводить при ударных испытаниях однополярный двухступенчатый импульс перегрузки.

Схема реализации предлагаемого способа показана на фиг. 3.

Предлагаемая схема содержит два тормозных устройства с постоянными уровнями тормозных усилий - тормозное устройство 1 (ТУ1), закрепленное на наковальне 3, имеющей возможность перемещения в осевом направлении, и имеющее более низкий по сравнению с ТУ1 уровень тормозного усилия тормозное устройство 2 (ТУ2), закрепленное на неподвижном основании 4. Названные узлы устанавливаются на ударном стенде в указанной на фиг. 3 последовательности без зазоров. Платформа с объектом испытаний 5 разгоняется на ударном стенде до необходимой скорости и ударяется по ТУ1, в результате чего в ТУ1 и ТУ2 возбуждаются присущие им уровни тормозных усилий, ТУ1 обжимается и воздействует на движущуюся платформу с объектом испытаний 5, которая тормозится с постоянным ускорением, в результате чего на объекте испытаний формируется первая ступень двухступенчатого импульса перегрузки с уровнем n₁, определяемым уровнем тормозного усилия ТУ1 и массой платформы с объектом испытаний 5. Одновременно с начавшимся процессом нагружения объекта испытаний наковальня 3 под воздействием равнодействующей двух действующих на нее с противоположных сторон усилий от ТУ1 и ТУ2, направленной в сторону давящего с меньшим усилием ТУ2, приходит в, сопровождаемое обжатием ТУ2, движение происходящее с постоянным ускорением - наковальня 3 разгоняется в направлении, совпадающим с направлением замедляющегося движения нагружаемой платформы с объектом испытаний 5. С течением времени скорости платформы с объектом испытаний 5 и наковальни 3 выравниваются, в результате чего в момент достижения равенства скоростей прекращаются обжатие ТУ1 и формирование первой ступени двухступенчатого импульса перегрузки (при этом обжатие ТУ2 продолжается) происходит частичное восстановление полученной ТУ1 упругой деформации, сопровождаемое понижением уровня действовавшего на платформу с объектом испытаний 5 и наковальню 3 тормозного усилия ТУ1 и соответствующим понижением формируемого на объекте испытаний уровня перегрузки с n₁ до n₂. В результате уменьшения величины усилия, действующего со стороны ТУ1 на наковальню 3, самостоятельный режим ее равноускоренного движения изменяется на режим, синхронизированный с режимом равномерно замедленного движения платформы с объектом испытаний 5, при котором платформа с объектом испытаний 5 и наковальня 3 движутся как единое целое и на объекте испытаний теперь уже под воздействием тормозного усилия ТУ2 формируется вторая ступень двухступенчатого импульса перегрузки с уровнем П2, определяемым уровнем тормозного усилия ТУ2 и суммарной массой платформы с объектом испытаний 5 и наковальни 3 в сборе с ТУ1. Сместившись синхронно на определенное расстояние с соответствующим обжатием ТУ2 платформа с объектом испытаний 5 и наковальня 3 останавливаются, обжатие ТУ2 прекращается, происходит восстановление упругих деформаций ТУ1 и ТУ2, сопровождаемое исчезновением действовавших при нагружении объекта испытаний тормозных усилий и перегрузок, означающим завершение формирования второй ступени двухступенчатого импульса перегрузки и окончание процесса нагружения объекта испытаний.

Для реализации заданных параметров воспроизводимого импульса перегрузки (см. фиг. 1) параметры схемы испытаний:

- масса наковальни в сборе с ТУ1 - m_н,

- скорость разгона платформы с объектом испытаний - V₀,

- уровни усилий обжатий ТУ1, ТУ2 - P_T1, P_T2 соответственно,

- величины тормозных путей ТУ1, ТУ2 - S_T1, S_T2 соответственно должны назначаться в соответствии с нижеприведенными формулами:

где m₀ - масса платформы с объектом испытаний, k - безразмерный коэффициент, включающий в себя длительности и уровни первой и второй ступеней двухступенчатого импульса перегрузок.

где а₀₁, а₀₂ - ускорение платформы с объектом испытаний при формировании первой и второй ступеней двухступенчатого импульса перегрузок,

где g=9.81 м/с² - ускорение свободного падения;

где а_н1 - ускорение наковальни при формировании первой ступени двухступенчатого импульса перегрузок,

где а_н2 - ускорение наковальни при формировании второй ступени двухступенчатого импульса перегрузок,

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям объектов на воздействие ударных нагрузок, а именно для формирования однополярного двухступенчатого с уменьшенным уровнем второй ступени относительно уровня первой ступени импульса перегрузки при ударных испытаниях. Сущность: предварительно разогнанную на ударном стенде платформу с объектом испытаний тормозят тормозным устройством, закрепленным на обращенном к платформе торце имеющей возможность перемещения в направлении удара наковальни. Тормозное устройство обладает постоянным уровнем тормозного усилия, соответствующим уровню первой ступени воспроизводимого двухступенчатого импульса перегрузки, возникающего в процессе торможения платформы с объектом испытаний. Движение наковальни в направлении удара тормозят на всем пути движения наковальни до ее остановки в момент окончания процесса торможения платформы с объектом испытаний, закрепленным на неподвижном основании, вторым тормозным устройством, имеющим постоянный уровень тормозного усилия, величина которого меньше соответствующего показателя первого тормозного устройства и соответствует уровню второй ступени воспроизводимого двухступенчатого импульса перегрузки. Технический результат: возможность воспроизводить на объекте испытаний однополярный двухступенчатый импульс перегрузки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ комбинированного торможения объекта испытаний для формирования однополярного двухступенчатого с уменьшенным уровнем второй ступени относительно уровня первой ступени импульса перегрузки при ударных испытаниях, заключающийся в том, что предварительно разогнанную на ударном стенде платформу с объектом испытаний тормозят тормозным устройством, закрепленным на обращенном к платформе торце имеющей возможность перемещения в направлении удара наковальни, отличающийся тем, что тормозное устройство обладает постоянным уровнем тормозного усилия, соответствующим уровню первой ступени воспроизводимого двухступенчатого импульса перегрузки, возникающее в процессе торможения платформы с объектом испытаний движение наковальни в направлении удара тормозят на всем пути движения наковальни до ее остановки в момент окончания процесса торможения платформы с объектом испытаний, закрепленным на неподвижном основании вторым тормозным устройством, имеющим постоянный уровень тормозного усилия, величина которого меньше соответствующего показателя первого тормозного устройства и соответствует уровню второй ступени воспроизводимого двухступенчатого импульса перегрузки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину массы наковальни с закрепленным на ней тормозным устройством устанавливают из соотношения:

m_н=km₀

где m_н - масса наковальни с закрепленным на ней тормозным устройством, m₀ - масса платформы с объектом испытаний, k - безразмерный коэффициент, включающий в себя длительности и уровни первой и второй ступеней двухступенчатого импульса перегрузок.