Стенд для динамических испытаний изделий Советский патент 1992 года по МПК G01M7/08 

Фиг 7

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к ротационных испытательным стендам для восп роизведения линейных ускорений с высокой интенсивностью нарастания.

Известен стенд для испытания изделий на воздействие импульса ускорения, содержащий платформу с приводом ее вращения, установленный на платформе маятник, ось поворота которого параллельна оси вращения платформы и расположена на её периферии, имеющий возможность вращения стол для крепления испытуемого изделия, установленный в исходном положении по оси вращения платформы, фиксатор для удержания маятника и стола в исходном радиальном положении, установленную на платформе планшайбу с приводом ее вращения, включающим реверсивный двигатель, установленный на платформе, стол размещен на планшайбе, ось, на которой установлен маятник, выполнена в виде винта, в маятнике выполнена навинченная на этот винт гайка, на маятнике закреплен палец, который в исходном положений входит в отверстие, выполненное в планшайбе, при этом длина расположенной в отверстии части пальца не превышает 1/4 шага винта.

Известен стенд дл я дийа К Гич е ских испытаний изделий, содержащий основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, установленную на периферии платформы с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы, планшайбу с приводом ее вращения, включающим двигатель с угловым редуктором и инерционный механизм разгона, установленный на периферии планшайбы с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вращения платформы, стол для закрепления испытуемого изделия, размещенный на планшайбе привод поворота стола, средства фиксации инерционного механизма разгона планшайбы и систему управления, инерционный механизм разгона планшайбы выполнен в виде двух масс, размещенных в радиальных направляющих, выполненных в платформе перпендикулярно оси входного вала углового редуктора, шкива, закрепленного на входном валу этого редуктора в центре платформы, двух гибких тросов, одни концы которых связаны с массами, а вторые закреплены на шкиве, а в конце направляющих на периферии платформы установлены амортизаторы.

Наиболее близким по технической сущности является ротационный испытательный стенд, содержащий установленную на основании с возможностью вращения платформу с приводом ее вращения, установленную на периферии платформы с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вращения платформы,

5 планшайбу, привод поворота планшайбы, включающий установленный на платформе двигатель, связанный трансмиссией с планшайбой, и инерционный механизм, содержащий два груза, устройство управления

10 приводом поворота планшайбы, и установленные на противоположных плечах планшайбы столы для закрепления испытуемого изделия и противовеса с механизмами их поворота, стенд снабжен реверсивным при15 водом перемещения грузов инерционного механизма, которые жестко связаны между собой и размещены в диаметральных направляющих, выполненных на планшайбе, система управления приводом поворота

20 планшайбы включает датчик и задатчик углового положения планшайбы, первый элемент сравнения, ко входам которого подключены упомянутые датчик и задатчик. первый усилитель, подключенный к выходу

25 элемента сравнения и включенный в цепь питания двигателя, датчик отклонения грузов от симметричного положения, второй элемент сравнения, ко входам которого подключены датчик отклонения грузов и выход

30 первого элемента сравнения, и подключенный к выходу второго элемента сравнения, второй усилитель, включенный в цепь питания реверсивного привода перемещения грузов,

35 Недостатком прототипа является большое энергопотребление привода перемещения инерционной массы, поскольку значительная часть энергии привода затрачивается на преодоление центробежных

40 сил, действующих на инерционные массы при углах поворота планшайбы, отличных от 90°.

Целью изобретения является снижение энергоемкости.

45Поставленная цель достигается тем, что

стенд для динамических испытаний изделий, содержащий установленную на основании платформу с приводом ее вращения, планшайбу, установленную на периферии

50 платформы с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вращения платформы, привод поворота планшайбы, включающий установленный на платформе двигатель, связанный с валом планшайбы

55 через угловой редуктор и механизм разгона планшайбы, содержащий инерционную массу, установленную в направляющих, и реверсивный привод, поступательного перемещения инерционной массы, установ- ленные на планшайбе симметрично

относительно оси ее вращения столы для закрепления испытуемого изделия и противовеса, привод поворота столов и систему управления приводом планшайбы, включающую задатчик и датчик углового положе- ния планшайбы, соединенный с их выходами первый элемент сравнения, первый усилитель, вход которого соединен с выходом первого элемента сравнения, а выход - с двигателем, двухполярный датчик положения инерционной массы, соединенный с его выходом и выходом первого элемента сравнения второй элемент сравнения, выход которого соединен со входом второго усилителя, соединенного выхо- дом с реверсивным приводом перемещения инерционной массы, снабжен балкой, на которой размещен механизм разгона планшайбы, установленной на периферии платформы с возможностью поворота отно- сительно оси вращения платформы и ориен- тированной в исходном положении поперечно плоскости, проходящей через ось ее поворота и ось вращения платформы, размещенными на платформе ограничите- лями угла поворота балки, и мультипликатором, связывающим валы балки и планшайбы, реверсивный привод включает установленный на инерционной массе реверсивный двигатель с редуктором, и зубча- тую рейку, закрепленную на балке вдоль нее, и зацепленное с рейкой зубчатое колесо, установленное на выходном валу редуктора, ограничители углового перемещения балки установлены в положении, обеспечи- вающем поворот балки от исходного положения в пределах ±6°, расстояние между осями платформы и планшайбы больше длины плеча балки не менее чем в 15 раз.

На фиг. 1 показан вид сбоку на стенд для динамических испытаний; на фиг.2 - вид сверху на инерционный механизм разгона планшайбы; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг 3; на фиг. 5 - расчетная схема инерционного механиз- ма разгона планшайбы; на фиг 6 - структурная схема системы управления приводами планшайбы и каретки

Стенд содержит установленную на основании с возможностью вращения плат- форму 1 с приводом 2, снабженную противовесом 3, и установленную на ее периферии с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы, планшайбу 4 в виде балки. Планшайба 4 снабжена приводом 5, установленным на платформе 1 и связанным с ней посредством углового конического редуктора 6. На диаметрально противоположных плечах планшайбы 4 симметрично

относительно оси ее вращения установлены столы 7 и 8 для закрепления испытуемого изделия 9 и противовеса 10 соответственно, снабженные механизмами 11 и 12 их поворотов с общим приводом 13, закрепленным на планшайбе.

На периферии платформы 1 с возможностью поворота установлена балка 14, ось 15 поворота которой параллельна оси платформы, вдоль балки диаметрально установлены направляющие 16, в направляющих 16 установлена каретка 17, снабженная индивидуальным приводом 18 перемещения, закрепленным внутри каретки 17. Привод 18 снабжен редуктором (на чертежах не показан) и введен во взаимодействие с зубчатой рейкой 19, закрепленной вдоль ба.лки 14, посредством шестерни 20, закрепленной на выходном валу редуктора На оси 15 балки выполнена шестерня 21, посредством многоступенчатого цилиндрического мультипликатора 22, связанная с валом планшайбы На платформе 1 установлены ограничители 23 углового перемещения балки 14, обеспечивающие ее повороты на величину не более ± 6°.

Приводы планшайбы 4 и каретки 17 снабжены системой управления (фиг 6), включающей задатчик 24 и датчик 25 углового положения планшайбы 4, установленный на ее валу (на чертежах не показан), соединенный с их выходами первый элемент 26 сравнения,усилитель 27 привода 5 планшайбы, к выходу которого подключен привод 5 планшайбы 4, двуполярный датчик 28 линейного положения каретки на балке (на чертежах не показан), и соединенный с выходом первого элемента 26 сравнения и выходом датчика 28 линейного положения каретки второй элемент 29 сравнения, выход которого соединен со входом усилителя 30 привода каретки, подключенного к приводу 18 каретки.

Съем и передача измерительной и управляющей информации осуществляется посредством токосъемника, выполненного на валу планшайбы.

Стенд работает следующим образом.

Испытуемое изделие 9 и его противовес 10 закрепляются на столах 11 и 12 соответственно. Планшайба 4 ориентируется таким образом, чтобы изделие 9 находилось на оси вращения платформы 1. При этом балка 14 расположена перпендикулярно плоскости, проходящей через оси вращения платформы и балки, каретки 17 находится на оси вращения балки 14. Этому положению каретки соответствует нулевой сигнал датчика 25 ее линейного положения на балке. Соответственно при перемещении каретки от

оси балки в ту или другую сторону изменяется знак выходного сигнала датчика 25 положения каретки.

Включается система управления приводами планшайбы 4 и каретки. Поскольку сиг- нал с задатчика 24 углового положения планшайбы равен нулю, планшайба находится в положении, соответствующем нулевому сигналу датчика 25 ее углового положения, то на выходе первого элемента 26 сравнения присутствует нулевой сигнал. Поэтому привод 18 каретки 17 принудительно устанавливает последнюю в положение, соответствующее нулевому сигналу датчика линейного положения каретки, т.е. на оси балки 14. Платформа 1 плавно раскручивается приводом 2 до расчетной угловой скорости. При этом балка 14 уравновешена, центробежные силы, действующие на нее взаимно компенсируются, а следовательно, балка не оказывает влияния на планшайбу.

По сигналу задатчика углового, положения 24 планшайбы 4 последняя начинает совершать программные повороты, обеспечивая расчетное изменение радиуса враще- ния изделия 9.

При этом поскольку система управления функционирует по отклонению, на выходе первого элемента 26 сравнения присутствует сигнал рассогласования, Этот сигнал является задающим для привода каретки 17. В зависимости от знака этого сигнала в (фиг. 6) привод 18 перемещает каретку 17 относительно оси балки к периферии. При этом на каретку 17 действует центробежная сила, которая стремится повернуть балку 14 относительно ее оси, что равносильно созданию на (или приложению к) валу балки крутящего момента. Этот крутящий момент посредством передаточного звена (мультипликатора) 22 передается планшайбе. Величина крутящего момента определяется расстоянием центра масс каретки относительно оси балки, а знак оттого, на каком плече находится каретка.

При программном изменении углового положения планшайбы изменяется радиус вращения испытуемого изделия. Изменением радиуса вращения испытуемого изделия воспроизводят абсолютное ускорение, дей- ствующее в его расчетной точке. Ориентацией изделия 9 относительно вектора абсолютного ускорения посредством поворотов на столе 7, получают требуемые проекции вектора абсолютного ускорения на взаимно перпендикулярные оси, связанные с изделием. Таким образом, в зависимости от ошибки отработки углового положения планшайбы генерируется дополнительный крутящий

момент значительной величины, действующий согласно с основным приводом 5 планшайбы. Амплитуда дополнительного крутящего момента пропорциональна величине ошибки отработки углового положения планшайбы. Это позволяет увеличить интенсивность нарастания (спада) воспроизводимых линейных ускорений в течение всего времени испытания.

Рассмотрим расчетную схему устройства (фиг. 5), где Oi, 02 - оси вращения платформы и планшайбы соответственно; R - расстояние между осями Oi и 02, х - расстояние от оси вращения балки 02 до центра масс каретки (инерционной массы); М - положение центра масс каретки (инерционной массы).

Предположим, что центр масс каретки размещен на расстоянии х от оси балки, при этом крутящий момент на валу балки

Мкр Fyxcos(a + fi),(1)

где Fy - центробежная сила, действующая на центр масс каретки;

ее - угол поворота балк.и;

/ -угол между прямыми ОЮ2 и OiM.

Fy о I m,(2)

где CD -угловая скорость платформы;

I - расстояние от оси платформы до центра масс каретки;

m - масса каретки.

Для схемы, показанной на фиг. 5а,

I- cosl- L -.a-O.

(3) Тогда с учетом (1)-(3)

Мкр uirV R2 + х2 . т- х . И .. или Р ,V R + х

МКр m-x-R.(4)

При й) m 2 кг; х 0,1 м; R 2 м Мкр 402- 2 - 0,1 - 2 б40Н-м. Углы поворота балки из расчета ± 6° и параметры R х выбраны из условия минимизации боковой составляющей реакции направляющих балки. При тех же параметрах (фиг. 5а) боковая составляющая реакции балки

F6 Fy sin p,(5)

где sin 1 Х+Х2 .

Ре 2-40 0,1

0,1

«8Н. (6)

V4 -1-0,01

Силу такой величины вполне может преодолеть маломощный электродвигатель с встроенным редуктором. Для получения крутящих моментов большей амплитуды может быть использован привод другого типа, например гидравлический. Планшайба 4

поворачивается в диапазоне 0-120° поэтому при передаточном отношении мультипликатора 10 угол поворота балки составит 12° (диапазон изменения углов поворота балки ±6°), При такие параметрах рабочих эле- ментов стенда в исходном положении балка повернута относительно прямой, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси вращения платформы и балки, а угол ± 6°,

Вследствие принятых углов поворота планшайбы упоры на платформе установлены для обеспечения поворотов балки на углы ± 6° и необходимы для обеспечения надежной работы стенда.

Размещение балки перпендикулярно прямой, проходящей через оси вращения платформы и балки, позволяет наиболее полно использовать силы реакции от взаимодействия инерционной массы и балки для генерации крутящего момента. Рациональ- ный выбор диапазона углов поворота балки ( ± 6°), а также использование мультипликатора и упоров позволяет уменьшить боковую составляющую реакции балки.

Таким образом, предложенный инерци- онный привод планшайбы позволяет получать крутящие моменты значительной амплитуды обоих направлений, плавно изменяющиеся от нуля до максимального значения в зависимости от положения инерционной массы на балке,и уменьшить энергоемкость стенда.

Формула изобретения

1. Стенд для динамических испытаний изделий, содержащий установленную на ос- новании платформу с приводом ее вращения, планшайбу, установленную на периферии платформы с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вращения платформы, привод поворота планшайбы, включающий установленный на платформе двигатель, связанный с валом, планшайбы через угловой редуктор и механизм разгона планшайбы, содержащий инерционную массу, установленную в на- правляющих, и реверсивный привод поступательного перемещения инерционной массы, установленные на планшайбе симметрично относительно оси ее вращения столы для закрепления испытуемого изделия и противовеса и привод поворота столов и систему управления приводом планшайбы, включающуюзадатчик и датчик углового положения планшайбы, соединенный с их выходами первый элемент сравнения, первый усилитель, вход которого соединен с выходом первого элемента сравнения, а выход - с двигателем, двуполярный датчик положения инерционной массы, соединенный с его выходом и выходом первого элемента сравнения, второй элемент сравнения, выход которого соединен с входом второго усилителя, соединенного выходом с реверсивным приводом перемещения инерционной массы, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости, он снабжен балкой, на которой размещен механизм разгона планшайбы, установленной на периферии платформы с возможностью поворота относительно оси вращения платформы и ориентированной в исходном положении поперечно плоскости, проходящей через ось ее поворота и ось вращения платформы, размещенными на платформе ограничителями угла поворота балки, и мультипликатором, связывающим валы балки и планшайбы.

2.Стенд по п. 1,отличающийся тем, что реверсивный привод включает установленный на инерционной массе реверсивный двигатель с редуктором и зубчатую рейку, закрепленную на балке вдоль нее. и зацепленное с рейкой зубчатое колесо, установленное на выходном валу редуктора.

3.Стенд поп. 1,отличающийся тем, что ограничители установлены в положении, обеспечивающем поворот балки от исходного положения в пределах ± 6°.

4.Стенд попп. 1-3,отличающийся тем, что расстояние между осями платформы и планшайбы больше длины плеча балки не менее чем в 15 раз.

А

Изобретение относится к технике испытаний изделий на воздействие линейных ускорений с высокой интенсивностью нарастания и обеспечивает снижение энергоемкости стенда. В стенде для динамических испытаний изделий передний фронт воспроизводимого ускорения формируете разгоном планшайбы 4, установленной на вращающейся платформе 1 с возможностью вращения вокруг оси, параллельной оси вращения платформы, с помощью инерционного механизма разгона. Последний включает инерционную массу в виде каре - ки 17 и реверсивный привод ее поступательного перемещения. Механизм разгона размещен на балке 14, установленной на периферии платформы с возможностью поворота в пределах ± 6° относительно оси, параллельной оси вращения платформы. Балка ориентирована в исходном положении поперечно плоскости, проходящей через ось ее поворота и ось вращения платформы. Валы балки и платформы связаны мультипликатором. 3 з,п. ф-лы, 6 ил. Сл 45

А-А

20 f7 16

м

00

Ж

#А

W

Ъ

Фиг. 6