Способ определения энергии удара машины ударного действия и стенд для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК E02F5/18 G01M19/00 

С ХЧ XN X X Vx XN Ч

Фиг.1

тор величины тока. Стержень-волновод 2 выполнен по меньшей мере из двух соединенных между собой частей. Одна из них имеет выступ, а другая - гнездо для размещения выступа. Стержень 2 прижимается к корпусу М 1 механизмом для прижима в виде пневмоцилиндра 11, ход штока 12 которого м.б. большим хода штока 9 силового

цилиндра 10. При подаче сжатого воздуха в цилиндр 10 шток 9 двигает верхний полуцилиндр 8, обжимая при этом корпус М 1, фиксируя ее от продольного перемещения. Реле времени включает электропневматический клапан 18, подавая сжатый воздух в М 1, которая начинает работать, создавая ударные импульсы 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам и стендам для испытания пневматических машин ударного действия. Цель - упрощение измерений по определению энергии удара при одновременном повышении их точности и стабильности. Испытуемую машину (М) 1 устанавливают на стенд. Определяют энергию удара М 1 попродольней деформации поперечного сечения жесткого стержня-волновода 2 от удара, который наносят по нему инструментом. Сначала наносят удар с тарированной силой и определяют величину потерь энергии в системе М 1 - стержень-волновод 2 путем замера продольной деформации поперечного сечения стержня-волновода 2. Затем осуществляют второй удар, при котором измеряют максимальное значение продольной деформации поперечного сечения стержня-волновода 2. При этом энергию удара М 1 определяют по повторному удару с учетом потери энергии в системе М 1 - тензодатчик 3 как произведение квадрата максимального значения продольной деформации стержня-волновода 2 на величину потерь энергии. Ударный импульс воспринимается тензодатчиком 3 и передается через усилитель 5 на регистра(Л С

Изобретение относится к способам испытаний и стендам для испытания пневматических машин ударного действия, преимущественно пневмоударников.

Цель изобретения -упрощениеизмерений по определению энергии удара при одновременном повышении их точности и стабильности.

На фиг. 1 представлена схема определения энергии удара машины ударного действия - пневмопробойника; на фиг.2 и 3 - стенд для определения энергии удара пневмопробойника.

Согласно способу определения энергии удара испытуемая машина 1 ударного действия прижимается силой Р к жесткому стержню-волноводу 2, выполненному, например, из металла. К стержню-волноводу 2 прикреплен гензодатчикЗ, который прово дами 4 соединен с измерительным приспособлением в виде усилителя 5 тензометра и регистратора 6 величины тока (фиг.2), являющимися фактически индикаторами энергии и частоты ударов.

Сущность способа определения энергии удара машин ударного действия, например пневмопробойников, заключается в обеспечении контакта корпуса испытуемой машины 1 с жестким (металлическим) стержнем-волноводом 2, на который передают волну деформации от ударного импульса и замеряют продольную деформацию поперечного сечения стержня-волновода 2. Волна деформации распространяется от одного торца стержня-волновода 2 (по которому произведен ударный импульс) к другому. При этом деформация е определяется по формуле

.,

где V0 - начальная скорость соударения;

а-скорость распространения волны деформации в стержне (величина а является

константой для каждого материала и равна, например, для стали 5700±100 м/с).

Энергия удара удар ой машины определяется из выражение

А

m VJ5

где лп - масса ударника ; V0 - скорость ударника в момент соударения.

Подставляя значение Ј, получают

, где

„2

К

m a

const.

В зависимости от контакта инструмента, которым является корпус машины 1, со стержнем-волноводом 2 энергия передается от испытуемой машины 1 к стержню-волповоду 2 с большей или меньшей потерей. Для компараторного метода это не имеет никакого значения (важно, чтобы поджим был одинаковым). Для нахождения абсолютного значения необходимо экспериментально определить величину потерь энергии b зависимости от силы поджатия,

Для определения потерь в системе машина - стержень целесообразно осуществить сначала один удар с известной

энергией удара, т.е. с тарированной силой, и по замеренной деформации определить потери в системе (величину К), а затем при повторном ударе по деформации и величине К определить численное значение энергии

удара.

Для уменьшения силы воздействия на тензодатчик 3 его целесообразно закрепить в конце стержня-волновода 2. В этом случае часть энергии теряется в теле самого стержня-волновода 2. Подбирая соответствующий материал, геометрию стержня-волновода 2, можно повысить диссипацию энергии в теле стержня-волновода 2. Диссипация энергии (ее потеря в окружающую среду) пропорциональна квадрату частоты колебаний. В то время, как период колебаний зависит от длины стержня 2, меняя его длину, можно увеличить (уменьшить) диссипацию.

Ударный импульс (первый) воспринимается тензодатчиком 3 и передается через усилитель 5 на регистратор величины тока. Отразившись от торца стержня-волновода 2, волна деформации идет назад, где вновь, отразившись, возвращается. При каждом возвращении энергия уменьшается. Однако на тензодатчик 3 каждый раз воздействует определенная сила, возникшая уже от колебаний волн деформации в стержне-волноводе 2. От этих воздействий можно защитить тензодатчик 3, повышая диссипацию энергии в стержне-волноводе 2. Первый (ударный) импульс пройдет практически без потерь (менее 1 %).

При установке тензодатчика 3 в передней части стержня-волновода 2 (фиг.2) можно подобрать длину последнего такой, чтобы отраженный or другого конца импульс не пришел к тензодатчику 3 до того момента, пока не пройдет прямой импульс. В этом случае можно замерить величину импульса (по его площади), что резко повышает точность измерений.

При установке на конце стержня-волновода 2 (фиг.1) тензодатчика 3 на последний действует меньший импульс из-за диссипации энергии, однако он фиксирует и отраженную волну. Лучший вариант определяется производственными условиями.

Стенд для определения энергии удара пневмопробойника содержит станину 7, на которую устанавливается испытуемая машина 1 ударного действия. Станина может быть выполнена в виде желоба. Сверху имеется приспособление для крепления испытуемой машины 1 в виде второго полуцилиндра 8 (подвижный), который связан со штоком 9 силового цилиндра 10. В передней части установлен датчик, выполненный в виде стержня-волновода 2, к которому прикреплен тензодатчик 3, связанный проводами 4 с усилителем 5 (фиг.2) и импульсным (пиковым) вольтметре, являющимся регистратором величины тока. Стержень-волновод 2 прижимается к корпусу испытуемой машины 1 механизмом для прижима корпуса машины в виде пневмо- цилиндра 11, ход штока 12 которого может быть большим хода штока 9 силового цилиндра 10, В систему управления работой стенда входит реле 13 давления, установленное в воздушной магистрали 14, два трехходовых

5 вентиля 15 и 16, электропневматические клапаны 17 и 18 с реле 19 и 20 времени.

Стержень-волновод 2 выполнен составным по меньшей мере из двух частей 21 и 22. Одна из частей, например 22, выполнена

0 с гнездом 23, другая - с выступом 24, причем выступ 24 установлен в гнезде 23 с натягом по боковым поверхностям. Для повышения точности измерений между стержнем-волноводом 2 и станиной 7 может быть уста5 новлена эластичная пластина (не показана).

Стенд работает следующим образом. Испытуемую машину 1 устанавливают на станине 7, ложе которого выполнено в виде желоба. Затем включают подвод воздуха к магистрали 14. При установлении в сети номинального давления срабатывает реле 13 давления, которое соединяет цилиндр 10 с магистралью 14, Трехходовой

вентиль 15 предварительно установлен в положение, когда с магистралью соединяется верхняя камера. При подаче в эту камеру сжатого воздуха шгок 9 двигает верхний полуцилиндр 8, обжимая при этом корпус

0 испытуемой машины 1, фиксируя ее от продольного перемещения. После чего реле 20 времени включает электропневматический клапан 18, подавая сжатый воздух в испытуемую машину 1, которая начинает рабо5 тать, создавая ударные импульсы. При этом стержень-волновод 2 с тензодатчиком 3 не контактирует с корпусом испытуемой машины 1. Проработав таким образом некоторое время, устанавливается стабиль0 ный режим работы (обычно переход от неустановившегося режима работы к установившемуся происходит после 5-7 циклов).

Затем срабатывает реле 19 времени,

5 включающее электропневматический клапан 17. Предварительно трехходовой вентиль 16 устанавливается в положение, когда шток 12 должен двигаться в сторону испытуемой машины 1. Сжатый воздух поступает

0 в пневмоцилиндр 11, который двигает шток 12 вперед и тем самым сдвигает стержень- волновод 2 с тензодатчиком 3, прикрепленным к последнему, к корпусу испытуемой машины 1. Стержень-волновод 2 леремеща5 ется по направляющим (не показаны). Ударный импульс идет по стержню-волноводу 2 в виде волны деформации. Тензодатчик 3 фиксирует продольную деформацию поперечного сечения стержня-волновода 2. Ре0 гистрируя величину деформации е , по формуле определяют энергию удара. Показания приборов могут быть отградуированы и непосредственно в энергию. При использовании испульсного (пикового) вольтмера

последний фиксирует только максимальное значение импульсного напряжения, т.е. именно ударного импульса, а не последующих колебаний отраженных волн деформаций. По периодичности пиковых напряжений определяют частоту ударов.

Стенд позволяет работать и в другом режиме. При подаче сжатого воздуха в магистраль постепенно поднимается его давление. Когда давление становится номинальным, например 6 кгс/см2, реле 13 давления соединяет магистраль 14 с пнев- моцилиндрами, которые выдвигают штоки 9 и 12. В силу того, что ход штока 9 меньше хода штока 12, сначала испытуемая машина 1 обжимается полуцилиндром 8, а затем уже стержень-волновод 2 прижимается к испытуемой машине 1, она при подаче сжатого воздуха в машину 1 начинает создавать ударные импульсы,

Реле времени, установленное между тензодатчиком 3 и усилителем 5 (не показано), включает цель тензодатчик 3 - усилитель 5 спустя некоторое время, когда неустановившийся режим работы сменяет- ся установившимся. Затем другое реле вре- мени, установленное между реле 13 давления и магистралью 14 (не показано), обеспечивает работу всей системы в заданной продолжительности. По количеству циклов за известный промежуток времени определяют частоту ударов. Можно определить и стабильность показаний волы метра, шкала которого может быть градуирована в показаниях, характеризую- щих энергию.

Составной стержень-волновод 2 обеспечивает затухание колебаний волны деформации, что позволяет более точно определять энергию удара, так как в мень- шей степени влияет деформация от предшествующего удара на результат замера. Кроме того, тензодатчик 3 и сама испытуемая машина 1 в меньшей степени подвержена нагрузкам. При ударе по стержню-волноводу 2 продольная волна деформации, идущая от торцовой контактной поверхности одной части 1 стержня к другой, переходит в сдвиговую волну, которая по поверхности контакта (боковая поверхность выступа 24 и гнезда 23), передается на другую часть 22 стержня-волновода 2 и затем переходит в продольную волну деформации, идущей по другой 22 части стержня-аолновода 2 до его торца, где., отражаясь, возвращается назад опять, переходя в сдвиговую и продольную. При этом происходит потеря энергии на поверхности контакта. Экспериментально достигнуто затухание колебаний в

40 раз по отношению к сплошному стержню-волноводу.

В первом указанном случае стенд используется для определения работоспособности испытуемых машин по сравнению их энергетических показателей, во втором случае - только для замера абсолютных значений энергетических параметров испытуемых машин,

Формула изобретения

измерительное приспособление выполнено в виде регистра величины тока и усилителя, которые последовательно соединены с тен- зодатчиком,

Фие.

Фиг.З

2423