Нагружающее устройство для центрифуги Советский патент 1987 года по МПК G01N3/36 

1П

Итобретение отмос-ится к испытл- телыюй технике и может быть ncii(nb- зонано для дистанционной передачи воздействия на испытуемую конструкцию, находящуюся по нращающейся центрифуге.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей при испытаниях конструкций, путем обеспечения нагружения регулируемым периодическим моментом сил.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Нагружающее устройство для центрифуги содержит трубу 1, изогнутую под прямым углом и зaпoлt eннyю жидкостью 2, на торцах трубы установлены силь- фоны 3 и А с глухими днищами 5. Одно из колен трубы 1 закреплено вдоль ос вращения центрифуги, а другое - перпендикулярно этой оси. Центрифуга состоит из осевой части 6, рабочего 7 и компенсационного 8 плечей и каретой 9 и 10. К днищу сильфона 3 прикреплены посредством тяг 11 и 12 упругие элементы 13 и 14, компенсирующие грузы 15 и 16 и демпфирующие элементы 17 и 18, образующие компенсирующие ветви. Все элементы ветвей расположены снаружи трубы 1. Днище 5 сильфона 3 предназначено для передачи усилия и момента сил на испытуемую модель 19, закрепленную в каретке 9 рабочего плеча 7 центрифуги. Точки закрепления М и N тяг 11 и 12 на днище 5 выбраны (фиг. 2) так,что они находятся на секущей, проходящей через центр С тяжести смоченной поверхности днища 5 (левая сторона днища 5 на фиг. 1 и 2), причем точки М и N расположены по разные стороны от центра С на расстояниях соответственно 1, и 1. Центрифуга вращается вокруг вертикальной оси 00 на под- щипниках 20 и 21. Если в центрифуге используется качающаяся каретка 9, то сильфон 3 соединен с трубой 1 отрезком гибкого шланга 22 (фиг. 2), причем тяги 11 и 12 в этом случае выполняются гибкими, например, в виде тросов.

Устройство работает следующим образом .

В исходном положении центрифуга неподвижна. В каретку 9 устанавливают модель 19. К сильфону 4 прикладывают начальное прижимающее усилие.

7212

которое через жидкость 2, сильфон 3 и днище 5 передается на модель 19.

1ри вращении центрифуги центробеж- , ная сила, действующая на жидкость 2 в трубе, стремится переместить днище 5 сильфона 3 вправо (по чертежу). В то же время на грузы 15 и 16 действуют центробежные силы противополож10 ного направления, которые через элементы 13 и 14 и тяги 11 и 12 стремятся переместить днище 5 влево (по чертежу) . Для полной компенсации центробежных сил, действующих со стороны

15 жидкости на днище 5 при любых оборотах вращения центрифуги, необходимо подобрать массы т, и т грузов 15 и 16 из условия равенства нулю суммарных статических сил и статических

0 моментов при отсутствии управляющего усилия на приемном сильфоне 4.

Со стороны жидкости 2 на днище 5 действует центробежная сила

О

F р (2 n)S I hdr о

2 °

0 где р - плотность жидкости;

п - угловая скорость вращения

центрифуги

S - площадь сечения трубы 1; г - расстояние от оси 00 до

днища 3; масса жидкости в трубе 1 от

оси 00 до днища 5. Со стороны грузов 13 и 16 на днище 5 передается усилие противоположного „ направления

F,2 (m,r + )(27п ) ,

где г,,Г2 расстояния от оси вращения центрифуги до центров грузов 15 и 16.

Передаваемый на днище 3 статический момент сил жидкости в трубе 1 равен О, а от грузов 15 и 16

50

55

М (m,r,l,- .)(21Гп)2 .

Статическая компенсация является полной, если F F, и М О, т.е. при условиях:

1

m,r, -- ,j - ,

m,г,1, - ,Ij 0.

Отсуда массы

При подаче на сильфон 4 статическое усилие передается без искажения снльфону 3 в результате компенсации статических центробежных сил и моментов, приложенных к днищу 5. Если же прикладывают периодическое переменное давление, то оно также передается на модель, однако при этом проявляется реакция двух компенсирующих ветвей с противоположных сторон днища 5. Каждая из ветвей обладает импедансом (приведенной комплексной жесткостью), зависящим от частоты прикладываемого давления, массы грузов 15 и 16, жесткости К, или К упргого элемента 13 и 14 и вязкости f, или W демпфирующего элемента 17 или 18.

m , СО - J ь) -г,

. 1 Шх + К, J

ач,

m

,0,- JU-Z,

Ч ч L

К-лК-п

Поскольку в общем случае Z, Z или 1 , Ij , к днищу 5 оказывается приложенным не только динамическое усилие, но и динамический момент

Mj (ZJ, - ZJ,) Х„,

где Хд - амплитуда колебаний центра днища 5 сильфона 3 (точка С на фиг.2 Как видно из этого выражения, для того, чтобы передаваемый днищем 5 сильфона 3 периодический момент сил бьш отличен от нуля, необходимо соблюдение следующего условия:

Z,l, Z,l,

т.е. произведение импеданса на плечо действия ветви должно быть различным для обеих ветвей. Анализ показывает.

что наибольшее раз.чичие имиедансов ветвей возникает, когда только для одной из компенсирую1Г(их ветвей выполняется условие резонанса:

1 }±У:г- о Kf

10

IB-Z- L - п К

к,.

й

0

0

При этом условии эффективность передачи момента Р)аибольшая. В общем случае даже при равенстве плеч (1, Ц) и масс (т, т) возникает динамический момент сил из-за различия жесткостей (К, К). Изменяя жесткости элементов 13 и 14, массы грузов 15 и 16, вязкости элементов 17 и 18 или величины плеч I, и 1, можно регулировать величину передаваемого на модель 19 динамического момента. , Динамический момент равен нулю только в случае т,1, . К,, К,, ,

. ь 1 1-1

Применение гидропередачи позволяет проводить испытания в центрифуге моделей при сложном сочетании объемных и поверхностных сил, а также моментов сил, что обеспечивает возможность испытаний конструкций как на действие постоянной силы тяжести, так и одновременно на воздействие переменных сил и моментов. Следовательно, расщиряются возможности применения центрифуги для испытания моделей при проведении исследований

методом центробежного моделирования.

0

Формула изобретения

Нагружающее устройство для центрифуги, содержащее трубу, изогнутую

5 под прямым углом и заполненную жидкостью, сильфоны с глухими днищами, установленные на торцах трубы, и первую компенсирующую ветвь, выполненную в виде тяги, одним концом заQ крепленной на днище одного из силь фонов, и последовательно соединенных с другим ее концом упругого элемента, груза и демпфирующего элемента, и расположенную вдоль оси одного из

g колен трубы в плоскости, проходящей через эту ось и перпендикулярной оси другого колена, отличающее- с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, оно

снабжено второй компенсирующей ветвью выполненной и расположенной идентично первой, концы тяг обеих ветвей закреплены в диаметрально противоположных точках днища сильфона, расстояния от которых до центра днища,

жесткости ynpyi Hx тлементон, массы грузов и нязкости демпфирующих элементов компенсирующих ветвей выбраны таким образом, что по меньшей мере один из этих параметров различен для каждой ветпи.

Изобретение может быть использовано для дистанционной передает воздействия на испытуемую конструкцию, находящуюся в центрифуге. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей при испытания: конструкций цутем обеспечения нагру- жения регулируемым периодическим моментом сил. Труба 1 изогнута под прямым углом и заполнена жидкостью 2, Ца торцах трубы 1 установлены силь- фоны 3 и 4 с глухими днищами 5. На одном из днищ 5 закреплены компенсирующие ветви, состоящие из последовательно соединенных упругих элементов 13, грузов 15 и демпфирующих элементов 17. При вращении центрифу- Г и центробежная сила, действующая на жидкость 2 в трубе 1, стремится переместить днище 5 сильфона 3 в сторону, а центробежные силы, действующие на грузы 15, стремятся переместить днище 5 сильфона 3 в противоположную сторону. Цри неравенстве масс грузов 15, а также жесткостей упругих элементов 13 и вязкостей демпфирующих элементов 17 на днище 5 создается момент, передаваемый испытываемой модели 19. 2 ил. (Л ю и

J5

ТЗ

16 / 12

/

11

/ /

Н

Фиг. 2

Составитель Б.Грабов Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Сердюкова

Заказ 4121/39Тираж 776Подписное

ВНИ11ПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Е.Рошко