Электродинамический стенд для испытания изделий на воздействие многократных ударных нагрузок Советский патент 1993 года по МПК G01H17/00 

Система управления содержит входной блок, связанный с датчиком верхнего положения, с распределительным блоком, количества которых определяются условиями испытаний, с задатчиком числа испытаний, с ключом, который через усилитель связан с коммутатором, распределительный блок связан ч§рез дополнительные блоки управления с плоским индуктором и блоком управления, расположенным в силовом преобразователе, в свою очередь каждый из дополнительных блоков управления содержит накопитель энергии, заряд которых осу- ществляется зарядным устройством с помощью контактора, и для передачи запасенной энергии от накопителя к плоскому индуктору служит тиристорный ключ, работой которого управляет распределительный блок посредством сигнала через усилитель и тиристорный оптрон, так же в дополнительном блоке управления установлена цепочка, служащая для подачи команды Разгон на катушку, которая состоит из последовательно связанных с собой интегратора, компаратора и усилителя. Между диамагнитной пластиной и проводящим стаканом установлено диэлектрическое кольцо для исключения влияния друг на друга электромеханических систем плоского индуктора и катушки, и между диамагнитной пластиной и плоским индуктором на крышке установлен упругий элемент для избежания удара диамагнитной пластины о плоский индуктор. Пластина для срабатывания датчика верхнего положения установлена на проводящем стакане, который служит для срабатывания датчика нижнего положения. При увеличения скорости разгона платформы с испытуемым изделием повышается пиковое значение воспроизводимой ударной нагрузки.

При разряде конденсаторных батарей на индуктор возникает импульсное электромагнитное поле, формируемое индуктором. Диамагнитная пластина представляет собой электромагнитный экран. Между индуктором и электромагнитным экраном образуется плоская волна, которая, падая на экран, отражается практически полностью (преломленная волна в экране отсутствует), вследствие чего электромагнитное поле не проникает внутрь экрана (Е 0 и Н 0 - напряженности электрическая и магнитная) благодаря резко выраженному поверхностному эффекту. В результате наложения падающей и отраженной волн образуется результирующая волна. Именно место узел волны Е и пучность волны Н. Это приводит к появлению силы взаимодействия между индуктором и дйаэлементом-экраном. Эта сила направлена на отталкивание друг от друга индуктора и диазлемента. Так как индуктор неподвижен, то в движение приводится диаэлемент. Наличие диаэлемента в непосредственной близости от индуктора (порядка 0,0001 м) приводит к тому, что значение индуктивности экранированного индуктора меньше собственного значения без учета экрана. Удержание в заданном положении штока обеспечивается неподвижной катушкой, установленной в магнитопроводе, взаимодействующей с проводящим стаканом, установленным на штоке до тех пор, пока сила, действующая

со стороны индуктора, не станет равной максимальному значению . В этот момент меняется полярность питаемого напряжения неподвижной катушки и осуществляется ее дальнейший разгон. Для определения

начальной скорости используют второй закон Ньютон а, и от характеристики импульс- ноп силового воздействия переходит к характеристике ускорения, а следовательно, к скорости. Дальнейший разгон осуще

ствляется неподвижной катушкой путем втягивания проводящего стакана. Уравнения движения штока имеют вид

V V0 + Saidt + dt . S V0t + SSaidt + dt2/2

где V0 и V - скорости испытуемого изделия в начальном и конечном положениях; ai ускорение при разгоне, осуществляемом неподвижной катушкой; g - ускорение свободного падения; S - пройденный путь из верхнего до нижнего положения; t - время разгона.

Значение скорости V0 при высокоинтенсивном воздействии, создаваемом плоским индуктором, оказывается на порядок больше значения Saidt + gt. Следовательно, обеспечивается повышение испытательных

нагрузок за счет увеличения скорости разгона, в частности начальной скорости разгона. На фиг, 1 изображен электродинамический стенд для испытаний изделий на воздействие многократных ударных нагрузок;

на фиг. 2 - система управления электродинамическим стендом; на фиг. 3 - графики работы стенда х f(t) - ускорения испытуемого изделия и х f(t) - скорости испытуемого изделия.

Электродинамический стенд содержит основание 1, магнитопровод 2, в котором с помощью уплотнителя 4 установлена катушка 3, крышку 7, установленную на магнитопроводе 2, в которой -с помощью уплотнителя 6 установлен плоский индуктор

, стол 9 для крепления испытуемого издеия 8, связанной со штоком 10, на котором становлены диамагнитная пластина 13 и проводящий стакан 11, разъединенные между собой диэлектрическим кольцом 14, атчики верхнего 1.6 и нижнего 17 положений стола 9, упругий амортизатор, выполненный в виде пневмапружины 18 с регулируемой величиной давления воздуха. Между плоским индуктором 5 и диамагнитной пластиной 13 на крышке установлен упругий элемент 15 во избежание удара пластины об индуктор во время движения штока 10 вверх, датчики 16 и 17 выполнены фотоэлектрическими, первый срабатывает при входе пластины 12, закрепленной на проводящем стакане 11 в зазор (не показан), второй срабатывает при входе стакана 11 в другой зазор (вход в зазор стакана 11 показан штрихпунктирной линией). Рабоой стенда управляет система управления, содержащая входной блок 19, связанный с атчиком верхнего положения, содержащая входной блок 19, связанный сдатчиком вер- хнего положения 16 с распределительным блоком 27, с задатчиком числа испытаний 20, с ключом 21, который через усилитель 22 связан с коммутатором 24. В свою очередь распределительный блок 27 связа-н через блок 25 управления с плоским индуктором 5 и с блоком 31 управления. Для питания катушки 3 служит силовой преобразователь 28, включающий в себя стабилизированный источник тока 29, блок коммутации 30, рабоой которого управляет блок 31 управления, связанный с датчиком нижнего положения 17. Входной блок 19 содержит соединитель, выполненный на усилителе DA1 и элементах R1, R2VVD1 и инвертор DD1. Задатчик числа испыт-аний 20 представляет собой счетчик импульсов, работающий в режиме вычитания. Ключ 21 выполнен на элементе И DD2.

Блок 25 управления содержит накопитель энергии, собранный на конденсаторных батареях C1...Ci/N, заряд которых осуществляется зарядным устройством 26 с помощью контакторэ KV1, Для передачи запасенной энергии от конденсаторных батарей к плоскому индуктору 5 служит тиристорный ключ VS1, работой которого управляет сигнал, получаемый от распределительного блок.а 27 через усилитель DA3 и тиристорный оптрон AD1. Для включения катушки 3 в режим Разгон служит цепочка блока 25 управления, состоящая из интеграла, собранного на усилитель DA5 и элементов R10, С2, компаратора DA6 и усилителя DA7. Количество блоков управления определяется спецификой проведения испытаний и может быть равным 16 и более. Для увеличения блоков 25 управления необходимо увеличить количество распределительных блоков 27.

5Стенд работает следующим образом.

Перед началом проведения испытаний в задатчик числа испытаний 20 заносится число испытаний N и заряжаются конденсаторные батареи С 1...Q/N во всех блоках 25

0 управления, Далее от силового преобразователя 28 на катушку 3 подается сигнал Подьем. В результате взаимодействия катушки 3 с проводящим стаканом 11 возникает подъемная сила, благодаря которой

5 шток 10, а вместе с ним стол 9 и испытуемое изделие 8 поднимаются вверх с постоянным ускорением (моменты времени ti, t2 на фиг. 3). Подъем осуществления до тех пор, пока пластина 12, закрепленная на стакане 11, не

0 войдет в зазор и не произойдет срабатывание датчика верхнего положения 16. В момент срабатывания датчика верхнего положения 16 fe) сигнал от него поступает во входной блок 19, на выходе которого по5 является сигнал Логическая единица, который поступает в задатчик числа испытаний 20, где заданное число испытаний N уменьшается на единицу. На выходе задатчика числа испытаний 20 появляется

0 сигнал Логическая единица. Сигнал Логической единицы с входного блока 19 и задатчика числа испытаний 20 поступают на входы ключа 21, состояние которого становится таким: х1 х2 1, в результате чего на.

5 выходе ключа 21 появляется сигнал Логи- ческая единица, который усиливается усилием 22, поступает в коммутатор 24. Происходит срабатывание контактора KV , который замыкает свой нормально разо0 мкнутые контакты KV ф (все контакты KV/u замкнуты). Одновременно с подачей сигнала Логическая единица с выходного блока 19 на задатчик числа испытаний 20 и 21 этот сигнал поступает в распределитель5 ный блок 27, в результате чего на первом выходе элемента блока DD4 появляется сигнал Логическая единица, который через усилитель DA3 и тиристорный оптрон AD1 . подает управляющий импульс на включение

0 тиристора 1. Тиристор VS1 отпирается и конденсаторные батареи Ci,i,..Ci,N разряжаются на плоский индуктор 5. В результате взаимодействия плоского индуктора 5 с диамагнитной пластиной 13 появляется сила,

5 действующая со стороны индуктора на шток и направленная вниз, В процессе разряда конденсаторных батарей на индуктор 5 действующая сила возрастает. Удерживание в верхнем положении штока 10 обеспечивается взаимодействием катушки 3 со стаканом

11 до тех пор, пока действующая сила со стороны индуктора 10 не будет максимальной. .Определение времени этого момента осуществляется аналитически и реализовано на элементах DA5;, R10, С2, DA6, VD2. С момента подачи сигнала Логическая единица от распределительного блока 27 в блок 25 начинает работать интегратор, время интегрирования, а также входное напря жение UBX компаратора DA6 определяются временем нарастания силы, действующей со стороны индуктора 5 на диамагнитную пластину 13 до максимального значения (момента , фиг. 3). В момент, когда сила станет равной максимальному значению (т.4, фиг. 3) срабатывает компаратор DA6 и через усилитель в блок 31 управления поступает с игнал, в результате которого меняется полярность питаемого напряжения катушки 3, т.е. подается команда на катушку 3 Разгон. Разгон стола 9 осуществляется на всем пути его движения до амортизатора (t4-ts, фиг. 3). Перед соударением стола 9 с амортизатором 18 стакан входит в рабочий зазор датчика нижнего положения 17, в результате чего сигнал с датчика 17 поступает в блок 31 управления и катушка 3 обесточивается (ts, фиг, 3). Заданное динамическое воздействие на испытуемое изделие 8 обеспечивается за.счет удара платформы 9 об амортизатор 18 (tg-t, фиг, 3). С момента начала разгона стола 9 пластина 12, закрепленная на стакане 11, входит из зазора датчика верхнего пояожения 16, в результате чего на выходе входного блока появляется сигнал Логический ноль, который поступает в распределительный блок 27 и на выходе которого устанавливается сигнал Логический ноль. В результате чего происходит отключение конденсаторных батарей от индуктора 5. В этот момент на выходе элемента D.D5 появляется управляющий сигнал Логическая единица и через усилитель DA4 срабатывает контактор KV1, который своими нормально разомкнутыми контактами KV1 подключают конденсаторные батареи к зарядному устройству 26, обеспечивая тем самым их подзарядку. Через время, пропорциональный степени рассеивания энергии и амортизатора, от силового преобразователя 28 в катушку 3 подается сигнал Подъем и процесс работы повторяется. В связи с тем, что время зарядки конденсаторных батарей намного превышает время, необходимое на подъем штока в верхнее положение, на индуктор 3 будет разряжаться конденсаторные батареи блока 25 управления, соединенные со вторым выходом элемента DD4 распределительного блока

27, далее - третьим, четвертым и т.д. В момент, когда число в задатчике числа испыта- -ний 20 станет равным нулю, на выходе ключа 21 установится сигнал Логический

5 нуль, который отключает контактор RV0 и система управления электродинамическим стендом полностью отключается, контакты KV0 разомкнуты).

Используемый в системе цифровой

0 принцип управления .обеспечивает достаточно .высокое быстродействие выполняемых операций. Таким образом, предложенный электродинамический стенд для испытания изделий на воздействие мно5 гократных ударных нагрузок позволяет повысить диапазон испытательных нагрузок за счет увеличения скорости разгона. Формула-изобретения-- Электродинамический стенд для испы0 таний изделий на воздействие многократных ударных нагрузок, содержащий основание, магнитопровод с катушкой, стол для крепления испытуемого изделия, связанный со штоком, фотоэлектрические дат5 чи иверхнего и нижнего положений стола, упругий амортизатор, выполненный в виде пневмопружины с регулируемой величиной давления воздуха, пластину для срабатывания датчика верхнего пол ожения, силовой

0 преобразователь для питания катушки, включающий в себя стабилизированный;ис- точник тока и блок коммутации, систему управления, связанную с датчиком нижнего положения, отличающийся тем,что,

5 с целью расширения диапазона испытательных нагрузок за счет увеличения скоро- , сти. разгона платформы с изделием, он снабж.ен установленным в крышке стенда .на ма г н ито про воде с помощью уплотнителя

0 плоским индуктором, установленным на - штоке проводящим стаканом, предназначенным для срабатывания датчика, и диамагнитной пластиной, диэлектрическим кольцом, установленным между диамагнит5 ной пластиной и проводящим стаканом, упругим элементом, установленным между плоским индуктором и диамагнитной пластиной, установленной на проводящем ста- . кане пластиной для срабатывания датчика

0 верхнего положения, система управления выполнена в виде соединенных последовательно входного блока, задатчика числа испытаний, ключа, усилителя и коммутатора, последовательно соединенных распредели5 тельного блока первого, второго блоков управления и силового преобразователя, вход распределительного блока соединен с выхо- . дом входного блока, распределительный блок связан с плоским индуктором.

Использование: изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания изделий на воздействие многократных ударных нагрузок. Сущность: электродинамический стенд для испытаний изделия на воздействие многократных воздействий позволяет расширить диапазон испытательных нагрузок за счет увеличения скорости платформы с изделием. Стенд содержит основание 1, магнито- провод2, в котором с помощью уплотнителя 4 установлена катушка 3, крышку 7, установленную на матнитопроводе 2, в которой с Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания изделий на воздействие многократных ударных нагрузок. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования воспроизводимых многократных ударных нагрузок за счет увеличения скорости разгона платформы с испытуемым изделием. помощью уплотнителя 6 установлен плоский индуктор 5, стол 9 для крепления испытуемого изделия 8, связанный со штоком 10, на котором установлены диамагнитная пластина 13 и проводящий стакан 11, разъединенные между собой диэлектрическим кольцом 14, датчики верхнего 16 и нижнего 17 положений стола 9, упругий амортизатор, выполненный в виде пневмопружины 18 с регулируемой величиной давления воздуха, Между индуктором 5 и диамагнитной пластиной 13 на крышке установлен упругий элемент 15. Работой стенда управляет система управления, содержащая входной блок 19, связанный с датчиком верхнего 16 положения, с распределительным блоком 27, с задатчиком числа испытаний 20, с ключом 21, который через усилитель 22 связан с коммутатором 24. В свою очередь, .распределительный блок 27 связан через блок 25 управления с плоским индуктором бис блоком 31 управления. Для питания катушки 3 Служит силовой преобразователь 28, включающий в себя стабилизированный источник тока 29, блок коммутации 30, работой которого управляет блок 31 управления, связанный с датчиком нижнего 17 положения. 3 ил. Указанная цель достигается тем, что в крышке стенда, установленной на магнито- проводе, с помощью уплотнителя установлен плоский индуктор, который связан с системой управления, обеспечивающий высокоинтенсивное воздействие на диамагнитную пластину, установленную на штоке, на котором установлен проводящий стакан, взаимодействующий с катушкой для осуществления операций Подъем и Разгон. tv fe 00 о ы юQS