Универсальное нагрузочное устройство Российский патент 2024 года по МПК G01M15/02 G01M15/14 

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к универсальным нагрузочным устройствам, и может быть использовано в машиностроении для испытания деталей, узлов и агрегатов при воздействии различных нагрузок, в частности для испытания валов несущих винтов летательных аппаратов при воздействии растягивающих, изгибающих и крутящих нагрузок.

Известен стенд для испытания образцов содержащий станину, размещенные на ней устройства для нагружения образца соответственно крутящим и изгибающим моментами, и захваты для крепления испытуемого образца (В.В. Клюев «Испытательная техника» М., «Машиностроение», 1082 г., т. 1, стр. 179). В известном техническом решении устройство для нагружения образца крутящим моментом выполнено в виде поворотного гидроцилиндра, соединенного через статор, вращающийся барабан, цилиндрическую вставку и закрепленную на ее торце диафрагму с одним из захватов и кинематически связанного через вал ротора и динамометр с другим захватом. Устройство для нагружения образца изгибающим моментом выполнено в виде маятникового коромысла, шарнирно связанного со станиной. Существенным недостатком известного технического решения являются ограниченные технические возможности, обусловленные невозможностью воспроизведения осевых нагрузок.

Известен стенд для динамических испытаний элементов воздушного винта летательного аппарата, содержащий станину, установленные на ней узлы крепления испытуемого образца, выполненные в виде соответствующих шарнирных узлов, средство нагружения осевой нагрузкой, выполненное в виде гидроцилиндра, средство нагружения изгибающим моментом, выполненное в виде вибровозбудителя поперечных колебаний, и средство закручивания образца (RU 2137108, 1999 г.). Известное техническое решение включает компенсатор изменения осевой нагрузки при изгибе образца, выполненный в виде торсиона, закрепленного на станине перпендикулярно плоскости изгиба и поворотного рычаг и жестко соединенного одним концом с торсионом, а другим концом с соответствующим шарнирным узлом крепления образца. При этом торсион является компенсирующим и нагрузочным элементом, предназначенным для закручивания образца. Существенными недостатками известного технического решения являются ограниченные технические возможности, обусловленные зависимостью линейного перемещения поворотного рычага или угла поворота последнего, а также угла поворота торсиона от амплитуды поперечных колебаний вибровозбудителя и величины осевой нагрузки.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по совокупности существенных признаков и назначению к заявляемому техническому решению является известное силовое нагрузочное устройство, содержащее силовой каркас, выполненный в виде П-образной рамы, вертикальные стенки которой жестко связаны между собой, размещенные на раме опоры, выполненные в виде шариковых и роликовых подшипников, установленный в опорах между вертикальных стенок П-образной рамы вал с фланцем, предназначенным для взаимодействия с испытуемым объектом, силовозбудители, выполненные в виде гидроцилиндров, часть которых установлена параллельно, а часть перпендикулярно оси вала и предназначенных для передачи соответственно осевых и радиальных усилий, и датчики регистрации последних (CN 114088411, 2022 г.). В известном техническом решении силовая рама выполнена в виде коробки, включающей нижнюю П-образную раму, вертикальные стенки которой жестко связаны между собой при помощи соосно установленной втулки и ответной верхней П-образной рамы. Подшипники и вал установлены перпендикулярно вертикальным стенкам П-образной рамы, а осевые и радиальные усилия передаются на вал от соответствующих гидроцилиндров через размещенную на центральной части вала наклонную площадку и упорный подшипник, установленный с возможностью перемещения вдоль оси вала. Гидроцилиндр, установленный перпендикулярно оси вала, предназначен для приложения радиального усилия, обеспечивающего изменение опорной жесткости опоры, выполненной в виде роликового подшипника, изменения собственной частоты вращения вала и выполнения функции чистого сдвига. Существенным недостатком известного технического решения являются невозможность воспроизведения изгибающего и крутящего моментов, которые также воздействуют на вал винта в процессе эксплуатации.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно в создании универсального нагрузочного устройства, обеспечивающего расширение технических возможностей при испытании валов авиационных двигателей.

Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в реализации его назначения, т.е. в создании универсального нагрузочного устройства, обеспечивающего расширение технических возможностей за счет обеспечения возможности проведения испытания при воздействии осевых, изгибающих и крутящих нагрузок.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в универсальном нагрузочном устройстве, содержащем силовой каркас, выполненный в виде П-образной рамы, вертикальные стенки которой жестко связаны между собой, размещенные на раме опоры, выполненные в виде шариковых и роликовых подшипников, установленный в опорах между вертикальных стенок П-образной рамы вал с фланцем, предназначенным для взаимодействия с испытуемым объектом, силовозбудители, выполненные в виде гидроцилиндров, часть которых установлена параллельно, а часть перпендикулярно оси вала и предназначенных для передачи соответственно осевых и радиальных усилий, и датчики регистрации последних, согласно предлагаемому техническому решению, вертикальные стенки П-образной рамы жестко связаны между собой при помощи дополнительной перегородки, расположенной перпендикулярно относительно вертикальных стенок П-образной рамы, вал установлен параллельно вертикальным стенкам П-образной рамы, а универсальное нагрузочное устройство снабжено опорной плитой, направляющими, закрепленными на опорной плите перпендикулярно относительно продольной оси вала, направляющими, закрепленными на дополнительной перегородке П-образной рамы параллельно относительно продольной оси вала, и тяговой плитой, установленной параллельно дополнительной перегородке П-образной рамы, при этом П-образная рама и тяговая плита установлены на соответствующих направляющих опорной плиты и дополнительной перегородки с возможностью возвратно-поступательного перемещения, шариковые подшипники расположены на тяговой плите, роликовые подшипники на дополнительной перегородке, гидроцилиндры, предназначенные для передачи осевых усилий, связаны с тяговой плитой, а гидроцилиндры, предназначенные для передачи радиальных усилий, связаны с дополнительной перегородкой.

Существенность отличительных признаков технического решения подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающих изобретение, позволяет обеспечить решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, заключающегося в реализации ее назначения, т.е. в создании универсального нагрузочного устройства, обеспечивающего расширение технических возможностей при испытании валов авиационных двигателей за счет обеспечения возможности проведения испытания при воздействии растягивающих, изгибающих и крутящих нагрузок.

Изобретение поясняется следующим подробным описанием и иллюстрациями, где:

- на фигуре 1 изображена схема универсального нагрузочного устройства, вид спереди;

- на фигуре 2 изображена схема универсального нагрузочного устройства, вид сверху;

- на фигуре 3 изображено сечение А-А на фиг. 1.

На фигурах 1-3 приняты следующие обозначения:

1 - опорная плита;

2 - П-образная рама;

3 - дополнительная перегородка;

4 - тяговая плита;

5 - роликовые радиальные подшипники;

6 - шариковые радиально-упорные подшипники;

7 - вал;

8 - фланец;

9, 10 - направляющие;

11, 12 - цилиндрические пружины;

13, 14 - гидроцилиндры;

15 - датчики усилий.

Универсальное нагрузочное устройство содержит опорную плиту 1, силовой каркас, выполненный в виде П-образной рамы 2 (см. фиг. 1), вертикальные стенки которой жестко связаны между собой при помощи дополнительной перегородки 3, расположенной перпендикулярно относительно вертикальных стенок П-образной рамы 2. Параллельно дополнительной перегородке 3 установлена тяговая плита 4 (см. фиг. 2). На дополнительной перегородке 3 и на тяговой плите 4 расположены опоры, выполненные соответственно в виде роликовых радиальных подшипников 5 и шариковых радиально-упорных подшипников 6 (см. фиг. 3). В последних параллельно относительно вертикальных стенок П-образной рамы 2 установлен вал 7 с фланцем 8 (см. фиг.2), предназначенным для крепления испытуемого изделия. На опорной плите 1 перпендикулярно продольной оси вала 7 равномерно закреплены четыре направляющих 9, а на дополнительной перегородке 3 параллельно продольной оси вала 7 аналогичным образом закреплены четыре направляющие 10. На направляющих 9 и 10 концентрично расположены соответствующие цилиндрические пружины 11 и 12 (см. фиг. 1, 2). При этом П - образная рама 2 с дополнительной перегородкой 3 установлена на направляющих 9 с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно опорной плиты 1, а тяговая плита 4 установлена на соответствующих направляющих 10 с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно дополнительной перегородки 3. На опорной плите 1 установлены силовозбудители, выполненные в виде гидроцилиндров 13, связанных с основанием П-образной рамы 2 и предназначенных для передачи радиальных усилий, а на дополнительной перегородке 3 установлены силовозбудители, выполненные в виде аналогичных гидроцилиндров 14, связанных с тяговой плитой 4 и предназначенных для передачи осевых усилий. Гидроцилиндры 13 и 14 снабжены соответствующими датчиками 15 регистрации усилий (см. фиг. 2).

Универсальное нагрузочное устройство работает следующим образом.

Фланец 8 вала 7 соединяется с соответствующим фланцем испытуемого изделия, например несущего вала (на чертеже не показан) вертолета. При подаче давления в гидроцилиндры 14 тяговая плита 4 перемещается по соответствующим направляющим 10. В результате через вал 7 осуществляется воздействие на испытуемый объект осевыми нагрузками. Аналогичным образом, при подаче давления в гидроцилиндры 13 П-образная рама 2 с дополнительной перегородкой 3 перемещается по соответствующим направляющим 9 и через вал 7 осуществляется воздействие на испытуемый объект радиальными нагрузками. Величина прикладываемых усилий в процессе испытаний регистрируется при помощи соответствующих датчиков 15 усилий. При снятии нагрузок П-образная рама 2 с дополнительной перегородкой 3 и тяговая плита 4 возвращаются в исходное положение под воздействием соответствующих цилиндрических пружин 11 и 12. При этом возможно осуществление испытаний при совместном воздействии осевых и радиальных усилий, и кручения.

Таким образом, снабжение универсального нагрузочного устройства опорной плитой с закрепленными на ней направляющими, перпендикулярными относительно продольной оси вала, направляющими, закрепленными на дополнительной перегородке П-образной рамы параллельно относительно продольной оси вала, и тяговой плитой, установленной параллельно дополнительной перегородке П-образной рамы, размещение последних на соответствующих направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения, установка шарикового подшипника на тяговой плите, роликового подшипника на дополнительной перегородке, связь гидроцилиндров, предназначенных для передачи осевых усилий, с тяговой плитой, а гидроцилиндров, предназначенные для передачи радиальных усилий, с дополнительной перегородкой, позволяет создать универсальное нагрузочное устройство, обеспечивающее расширение технических возможностей за счет возможности проведения испытания при воздействии осевых, изгибающих и крутящих нагрузок.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для испытания валов несущих винтов летательных аппаратов при воздействии растягивающих, изгибающих и крутящих нагрузок. Универсальное нагрузочное устройство содержит П-образную раму 2, вертикальные стенки которой жестко связаны между собой при помощи дополнительной перегородки 3. На П-образной раме 2 параллельно вертикальным стенкам в соответствующих опорах, выполненных в виде роликовых 5 и шариковых 6 подшипников, установлен вал 7 и силовозбудители, выполненные в виде гидроцилиндров 13, 14. Универсальное нагрузочное устройство снабжено опорной плитой 1 с направляющими 9, перпендикулярными продольной оси вала 7, и направляющими 10, закрепленными на дополнительной перегородке 3 параллельно продольной оси вала 7, и тяговой плитой 4, параллельной дополнительной перегородке 3 П-образной рамы 2. П-образная рама 2 и силовая плита установлены на соответствующих направляющих 9, 10 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Шариковые подшипники 6 расположены на тяговой плите 4, роликовые подшипники 5 на дополнительной перегородке 3, гидроцилиндры 13, 14 связаны соответственно с тяговой плитой 4 и с дополнительной перегородкой 3. Универсальное нагрузочное устройство обеспечивает возможность проведения испытания при воздействии осевых, изгибающих и крутящих нагрузок. 3 ил.

Универсальное нагрузочное устройство, содержащее силовой каркас, выполненный в виде П-образной рамы, вертикальные стенки которой жестко связаны между собой, размещенные на раме опоры, выполненные в виде шариковых и роликовых подшипников, установленный в опорах между вертикальных стенок П-образной рамы вал с фланцем, предназначенным для взаимодействия с испытуемым объектом, силовозбудители, выполненные в виде гидроцилиндров, часть которых установлена параллельно, а часть перпендикулярно оси вала и предназначенных для передачи соответственно осевых и радиальных усилий, и датчики регистрации последних, отличающееся тем, что вертикальные стенки П-образной рамы жестко связаны между собой при помощи дополнительной перегородки, расположенной перпендикулярно относительно вертикальных стенок П-образной рамы, вал установлен параллельно вертикальным стенкам П-образной рамы, а универсальное нагрузочное устройство снабжено опорной плитой, направляющими, закрепленными на опорной плите перпендикулярно относительно продольной оси вала, направляющими, закрепленными на дополнительной перегородке П-образной рамы параллельно относительно продольной оси вала, и тяговой плитой, установленной параллельно дополнительной перегородке П-образной рамы, при этом П-образная рама и тяговая плита установлены на соответствующих направляющих опорной плиты и дополнительной перегородки с возможностью возвратно-поступательного перемещения, шариковые подшипники расположены на тяговой плите, роликовые подшипники на дополнительной перегородке, гидроцилиндры, предназначенные для передачи осевых усилий, связаны с тяговой плитой, а гидроцилиндры, предназначенные для передачи радиальных усилий, связаны с дополнительной перегородкой.