Возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду Советский патент 1992 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к возбудителям ударных нагрузок, применяемым в стендах для испытаний изделий на воздействие ударной нагрузки.

Известен возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнениями в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотнением, которое взаимодействуете днищам пневмоцилиндра и образует полость, подключенную к управляемому источнику высокого давления, и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера. Устройство для сброса давления выполнено в виде инерционного клапана, перекрывающего канал, соединяющий полость пневмоцилиндра с атмосферой, и срабатывающего при торможении плунжера-бойка в момент формирования ударного импульса.

VI

Јь vl Ю s| Ю

Недостаток этого возбудителя заключается в том, что клапан срабатывает только после начала взаимодействия плунжера- бойка с испытуемым изделием, вследствие чего удар несколько затягивается по времени. Это не позволяет достичь точного воспроизведения ударных импульсов инерционного типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотнением, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную к источнику управляющего давления и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера-бойка, включающее выполненную с возможностью перемещения в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано из условия ее совмещения с отверстием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка. Втулка выполнена подпружиненной.

Недостатком известного возбудителя является то, что при движении вверх на конечном участке до момента взаимодействия с испытуемым изделием плунжер-боек, перемещая своим буртиком подпружиненную втулку, затрачивает определенную часть энергии на сжатие пружины, которая прямо пропорциональна коэффициенту жесткости пружины и степени ее сжатия. Вследствие этого уменьшается величина ударного импульса, прикладываемого к испытуемому изделию, что снижает эффективность использования энергии возбудителя. Кроме того, при-возвращении плунжера-бойка в исходное положение, после приложения ударного импульса к испытуемому изделию и отскока, его энергия переходит в энергию взаимодействия торцевого уплотнения и днища пневмоцилиндра, что приводит к повышенному износу торцевого уплотнения, а следовательно, к дополнительным затратам на обслуживание возбудителя. Энергия плунжера-бойка при его движении вниз после отскока практически не используется

(если не считать затрат на преодоление сил трения), что также снижает эффективность использования энергии возбудителя. ч Цель изобретения - повышение надежности и эффективности использования энергии возбудителя за счет перераспределения энергии между его элементами.

Поставленная цель достигается тем, что в возбудителе ударной нагрузки к испыта0 тельному стенду, содержащем пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра

5 бургик, снабженный торцевым уплотнением, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную к источнику управляющего давления, и устройство для сбро0 са давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера-бойка, включающее выполненную с возможностью перемещения в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внеш5 ней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано из условия ее

0 совмещения с отверстием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка, плунжер-боек снабжен штифтом, перпендикулярным его оси, на внутренней цилиндрической повер5 хности втулки со стороны, противоположной буртику плунжера-бойка, выполнена осевая выемка Или пазы под штифт, длина которой (которых) выбрана из условия обеспечения перемещения втулки плунжером0 бойком в крайнее нижнее положение, при этом место расположения штифта выбрано из условия возможности перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым изделием и вниз до взаимодей5 ствия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра.

Осевая выемка может быть выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру- бойку, а на ее дне установлена сьемная про0 кладка.

Проведенный патентный поиск показал, что отличительные признаки не являются новыми в науке и технике. Однако в предлагаемом техническом решении они

5 проявляют новое свойство, не совпадающее со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в решениях, известных науке и технике и не равное сумме этих свойств. Это новое свойство, обуславливающее, в свою очередь, новый эффект, заключается в перераспределении энергии между элементами возбудителя за счет того, что, во-первых, потери энергии плунжера-бойка при его движении вверх происходят только лишь на преодоление сил трения между подвижными элементами, во-вторых, уменьшается энергия взаимодействия торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра из- за расхода части энергии плунжера-бойка при его отскоке и движении вниз на совершение полезной работы по перемещению втулки в крайнее нижнее положение.

Таким образом, выявлена новизна причинно-следственной связи отличий и получаемого эффекта, что в соответствии с нормативными актами является необходимым и достаточным условием для признания предлагаемого решения соответствующим критерию существенные отличия.

Сопоставительный анализ результатов, которые могут быть получены при использовании предлагаемого решения и прототипа, позволяет определить положительный эффект всего решения в целом, к которому приводят указанные выше новые свойства, обусловленные, в свою очередь, отличительными признаками, Во-первых, возрастает величина ударного импульса, прикладываемого к испытуемому изделию за счет уменьшения потерь энергии плунжера-бойка (отсутствуют затраты энергии на сжатие пружины) при одинаковом значении давления в торцевой полости и у предлагаемого решения и у прототипа, следовательно, повышается эффективность использования энергии возбудителя. Во-вторых, уменьшается износ торцевого уплотнения за счет расхода части энергии плyнжepa-бoйka при его отскоке и движении вниз на совершение полезной работы по перемещению втулки в крайнее нижнее положение и, вследствии этого, уменьшения энергии взаимодействия торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра. В итоге, повышается эффективность использования энергии отскока плунжера-бойка и надежность в работе,

На чертеже изображен описываемый возбудитель ударной нагрузки.

Возбудитель ударной нагрузки содержит плунжер-боек 1 с буртиком 2 и штифтом 3, пневмоцилиндр 4, в крышке 5 которого размещено устройство для сброса давления из полости А пневмоцилиндра 4, выполненное в виде втулки 6, имеющей кольцевые уплотнения 7, кольцевую канавку 8, каналы 9 и 10, соединяющие проточку 8 с полостью А пневмоцилиндра 4 и осевая выемка 11 под штифт 3 для возможности перемещения

плунжера-бойка 1 со штифтом 3. Буртик 2 и днище пневмоцилиндра 4 образуют полость В, к которой посредством вентиля 12 подсоединен источник управляющего давления

5 (не показан). Полость А пневмоцилиндра 4 подключена через вентиль 13 к источнику высокого давления (не показан) В стенке крышки 5 пневмоцилиндра 4 выполнены отверстия 14 для соединения полости А пнев0 моцилиндра 4 с атмосферой и закреплен штифт 15, служащий для ограничения перемещения втулки 6. Место расположения штифта 3 на плунжере-бойке 1 определяется из условия возможности перемещения

5 плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым изделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра. При этом расстояние С от штифта 3 до верхней части крышки 5 пнев0 моцилиндра 4 должно быть

О А + В,

где А - расстояние, равное ходу плунжера5 бойка 1 из крайнего нижнего положения, при котором торцевое уплотнение буртика 2 плунжера бойка 1 взаимодействует с днищем пневмоцилиндра 4, до взаимодействия буртика 2 плунжера-бойка 1 с втулкой б,

0 находящейся в крайнем нижнем положении;

В - расстояние, равное ходу втулки 6. Длина осевой выемки 11 под штифт 3 определяется из условия обеспечения пере5 мещения втулки 6 плунжером-бойком 1 в крайнее нижнее положение.

Осевая выемка 11 под штифт 3 выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1, а на ее дне установлена

0 съемная прокладка.

Возбудитель ударной нагрузки работает следующим образом.

При открытии вентиля 13 сжатый газ заполняет полость А пневмоцилиндра 4 до

5 заданного давления. После чего открывается вентиль 12, и сжатый газ поступает в полость В. При превышении давления в полости В по сравнению с полостью А плунжер-боек 1 начинает перемещаться и

0 сообщает полости А и В. При расширении сжатого газа плунжер-боек 1 разгоняется и на конечном участке своим буртиком 2 перемещает вверх втулку 6, совмещает кольце- . вую канавку 8 с отверстиями 14 крышки 5 и

5 сообщает полость А пневмоцилиндра 4 с атмосферой. Сжатый газ по каналам 9 и 10 попадает в кольцевую канавку 8 втулки 6 и через отверстия 14 крышки 5 стравливается в атмосферу. После полного сброса давления плунжер-боек 1 под действием сил

Терции производит удар по испытуемому изделию (не показано), при этом удар происходит в тот момент, когда втулка б еще не дошла до крайнего верхнего положения, т.е. до упора в штифт 15, и плунжер-боек 1 отскакивает в противоположном направлении. При движении плунжера-бойка 1 вниз на конечном участке он своим штифтом 3 входит в зацепление через съемную прокладку 16с втулкой 6, перемещая ее в крайнее нижнее положение до упора в штифт 15. При этом плунжер-боек 1 также перемещается в крайнее нижнее положение до взаимодействия его.торцевого уплотнения буртика 2 с днищем пневмоцилиндра 4.

Энергия плунжера-бойка 1 в момент взаимодействия с испытуемым изделием равна

для прототипа Е пл ЕПл - Етр ЕПруж, (1) для предлагаемого технического решения Епл Етр,(2)

где Епл - энергия плунжера-бойка I после его разгона, обусловленная величиной давления в полости В;

Етр - энергия, затрачиваемая на преодоление сил трения между подвижными элементами;

Епруж - энергия, затрачиваемая на сжатие пружины при движении плунжера-бойка 1 вверх.

Из сравнения (1) и (2) видно, что и при одном и том же значении давления в полости В, у предлагаемого технического решения величина ударного импульса больше чем у прототипа, т.к. Е пл, а следовательно выше и эффективность использования энергии возбудителя. Кроме того, повышается точность воспроизведения ударных импульсов за счет устранения погрешностей, обусловленных частичным демпфированием ударных импульсов пружиной.

Энергия плунжера-бойка 1 при его движении вниз после приложения ударного импульса к испытуемому изделию и отскока от него равна

для прототипа Е пл отс ЕЧу + Етр, (3)

для предлагаемого технического решения .отс Е Ч.у + Етр + Евт. (4) где Ету - энергия взаимодействия торцевого уплотнения буртика 2 плунжера бойка 1 с днищем пневмоцилиндра 4;

Евт - энергия, затрачиваемая на совершение полезной работы по перемещению втулки б в крайнее нижнее положение.

Из сравнения (3) и (4) видно, что при использовании прототипа энергия .отс полностью, за исключением затрат на преодоление сил трения между элементами Етр переходит в Е ту, что приводит к повышенному износу торцевого уплотнения. При-использовании предлагаемого технического решения определенная часть .отс затрачивается на совершение полезной работы Евт, вследствие чего повышается и

эффективность использования энергии отскока и снижаются нагрузки на торцевое уплотнение за счет уменьшения ЕЧу до , что в свою очередь, повышает надежность и приводит к снижению дополнительных затрат на обслуживание возбудителя.

Для уменьшения трения, возникающего между плунжером-бойком 1 и втулкой 6 при движении относительно друг друга, осевая выемка 11 под штифт 3 выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1. При этом частично уменьшается ЕТр на А Етр и из (2) видно, что возрастает величина ударного импульса. Поскольку, как видно из (4), с уменьшением Етр должна увеличиваться , То для того, чтобы этого не происходило на дне осевой выемки установлена съемная прокладка 16, через которую штифт 3 при перемещении плунжера-бойка 1 вниз воздействует на втулку 6. Тогда (4) можно

переписать в виде

.отс Е Чу + (Етр - Д Етр) + Евт + Епр, (5)

где Епр - энергия, поглощаемая съемной

прокладкой 16.

Выполнение осевой выемки 11 цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1 и установка на ее дне съемной прокладки 1 б позволяют получить более высокое значение показателей эффективности и надежности.

От использования изобретения можно ожидать получения экономического эффекта, заключающегося в снижении дополнительных затрат на обслуживание и повышении эффективности использования энергии возбудителя, а также улучшения удобства в эксплуатации за счет повышения надежности в работе.

Для доведения заявляемого технического решения до промышленного образца необходимо провести полный цикл проектирования.

Формула изобретения

1. Возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмо- цилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотнением, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную к

источнику управляющего давления, и устройство для сброса давления в пневмоци- линдре после разгона плунжера-бойка, включающее выполненную с возможностью перемещения в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано из условия ее совмещения с отверстием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности использования энергии за счет перераспределения энергии между его элементами, плунжер-боек снабжен штифтом, перпендикулярным его оси, на внутренней цилиндрической поверхности втулки со стороны, противоположной буртику плунжера-бойка, выполнена осевая выемка или пазы под

штифт, длина которой (которых) выбрана из условия обеспечения перемещения втулки плунжером-бойком в крайнее нижнее положение, при этом место расположения штифта выбрано из условия возможности

перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым изделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра.

2. Возбудитель по п.1, отличающийся тем, что осевая выемка выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку, а на ее дне установлена съемная прокладка.

Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является повышение надежности возбудителя ударной нагрузки и повышение эффективности использования энергии за счет ее перераспределения между элементами возбудителя. Возбудитель содержит плунжер-боек (1) с буртиком (2) и штифтом (3), пневмоци- линдр (4), в крышке (5) которого размещено устройство для сброса давления из полости (А) пневмоцилиндра, выполненное в виде втулки (6), имеющей кольцевые уплотнения