СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ Советский патент 2006 года по МПК G01M7/00 

Предлагаемое изобретение относится к области испытаний приборов, предназначенных для регистрации параметров движения грунта в ближней зоне ядерного взрыва, когда действующие перегрузки имеют характер начального импульса с последующим изменением по закону затухающих колебаний. Известны стенды для динамических испытаний, содержащие подвижную платформу с испытуемым объектом. Например, стенд с упругими связями по патенту США №335399 кл. 73-12, или стенды, которые воспроизводят ударную нагрузку путем сбрасывания платформы с испытуемым объектом на неподвижное массовое основание. Такие стенды требуют значительной затраты труда при подготовке эксперимента на подъем платформы и не позволяют в достаточной степени воспроизвести характер нарастания нагрузки, имеющий место при подземных взрывах.

Стенд, например, по патенту Японии №46-5908 кл. 105C1, позволяет создать импульсное воздействие на стол с размещенным на нем испытуемым объектом. При этом, однако, диапазон воспроизводимых перемещений составляет единицы сантиметров, в то время как в грунтах ближней зоны взрыва имеют место перемещения от десятков сантиметров до метров, кроме того, на нем невозможно воспроизвести нагрузку импульсного характера с большой крутизной переднего фронта, что имеет место при подземных взрывах.

Известен стенд для испытания приборов, предназначенных для регистрации параметров движения грунта, вызванного подземным взрывом. Этот стенд содержит корпус-раму с двумя направляющими стойками, на которых размещен подвижный стол для установки испытуемых приборов, упругую подвеску стола с захватами и регистрирующие приспособления. В этом стенде упругая подвеска выполнена в виде горизонтально расположенных амортизационных тросов, регулируемой жесткости, соединенных с подвижным столом,что позволяет расширить диапазон воспроизводимых перемещений без увеличения габаритов стенда в направлении движения стола и действующих нагрузок при воспроизведении характера движения грунта. Этот стенд снабжен механическим подъемным устройством стола, что требует значительной затраты рабочего времени и ручного труда при подготовке эксперимента. Кроме того, изменение нагрузки на этом стенде имеет характер синусоидальной кривой, а необходимо воспроизводить нагрузки импульсного характера с большой крутизной переднего фронта.

Из известных стендов для динамических испытаний наиболее близким по техническому решению является электромеханический стенд, который и выбран в качестве прототипа. Этот стенд содержит корпус-раму с неподвижными стойками, подвижный приборный стол, упругую подвеску стола и силовозбудитель, состоящий из электромагнитного и индукционного силовых приводов. Использование электромагнитного и индукционного силовых приводов позволило воспроизводить нагрузки импульсного характера с большой крутизной переднего фронта, пологим спадом и значительной амплитуды.

Приборный стол этого стенда выполнен в виде жесткого полого короба сложной конструкции, верхняя и нижняя крышки которого усиленные ребрами жесткости, служат опорными поверхностями для приложения воздействующих усилий от электромагнитного и индукционного силовых приводов. Такая конструкция приборной платформы с равнопрочными верхней и нижней крышкой ведет как к увеличению габаритов приборного стола в направлении его движения, ограничивая диапазон воспроизводимых перемещений, так и к возрастанию его веса, уменьшая диапазон воспроизводимых перегрузок при сохранении условий работы силовых приводов.

Испытуемые приборы устанавливаются внутри приборного стола, что ограничивает их габариты внутренней полостью стола и создает неудобство в эксплуатации.

Якорь электромагнитного силового привода связан с приборным столом жестким стержнем, а воздействие с индукционного силового привода на стол передается посредством толкателя-штанги, убираемого с помощью упругого элемента по окончании воздействия, освобождая тем самым пространство для перемещения приборного стола на обратном ходе. Эти элементы совместно с приборным столом увеличивают массу подвижных частей стенда, и при данной величине воздействующего усилия их масса отрицательно сказывается на воспроизведении параметров движения, ограничивая их диапазон.

Целью предлагаемого изобретения является устранение этих недостатков, то есть расширение диапазона воспроизводимых параметров движения (ускорения, перемещения и скорости) за счет снижения веса подвижных частей стенда при сохранении условий работы силовых приводов, упрощение конструкции приборной платформы и обеспечение удобства при установке испытуемых приборов.

Для достижения этой цели электромагнитный силовой привод расположен с нижней стороны корпуса стенда на стойках крепления силовых приводов, якорь электромагнитного силового привода, скрепленный с соединительной штангой приборного стола, служит одновременно толкателем, передающим воздействие со стороны индукционного силового привода на приборный стол, а свободный конец якоря установлен на опорную пяту, соединенную через упругий элемент со стойками крепления силовых приводов и размещенную на разгонном диске индукционного силового привода, причем в диске с направляющим стержнем выполнено сквозное центральное отверстие с диаметром не менее диаметра якоря и соединительной штанги для прохода последних при последующем колебательном движении приборного стола относительно начального положения.

Такая компоновка составных элементов стенда позволяет выполнить приборный стол в виде плоской платформы с одной стороны поверхностью, воспринимающей действующее усилие со стороны как электромагнитного, так и индукционного силовых проводов, что в 3÷4 раза уменьшает габариты приборного стола в направлении его движения, в 2÷2,5 раза снижает его вес, за счет исключения верхней крышки и жестких боковых стенок стола при сохранении его прочности, соответственно уменьшается вес подвижных частей стенда, и обеспечивает удобство при установке испытуемых приборов. Снижение веса подвижных частей и габарита приборного стола в направлении его движения, при сохранении условий работы силовых приводов и прочих равных условиях, ведет к расширению диапазона воспроизводимых параметров движения (ускорения, перемещения, скорости).

Таким образом, поставленная цель достигнута в результате нового технического решения, которое заключается в следующем:

- электромагнитный силовой привод размещен под приборным столом;

- якорь электромагнитного привода является одновременно толкателем индукционного силового привода;

- на разгонном диске индукционного силового привода размещена опорная пята;

- якорь установлен на опорную пяту, связанную упругим элементом со стойками;

- разгонный диск и направляющий стержень индукционного силового привода выполнены с отверстием, диаметром не менее диаметра якоря.

Только благодаря наличию всех перенесенных признаков в их конструктивно-фунциональной взаимосвязи возможно получение указанного положительного эффекта.

Заявляемый стенд имеет, в отличие от прототипа, один конструктивный элемент, передающий воздействие на приборный стол одновременно как с электромагнитного, так и с индукционного силовых приводов, тогда как в прототипе для передачи воздействия от двух силовозбудителей установлено два передающих элемента. В результате предложенного технического решения (то есть вследствие изменения взаиморасположения электромагнитного силового привода и приборного стола) стало возможным снизить массу подвижных частей стенда (за счет изменения конструкции приборного стола, исключения одного толкателя и выполнения отверстия в разгонном диске и его направляющем стержне индукционного силового привода).

Отсутствие хотя бы одного из указанных отличительных признаков сделает устройство неработоспособным, либо не обеспечит достижение положительного эффекта, что обосновывает необходимость всех указанных отличительных признаков.

На фиг.1, 2 изображен общий вид электромеханического стенда. Стенд включает корпус 1, выполненный в виде рамы, неподвижные направляющее стойки 2, подвижный приборный стол с соединительной штангой 3, электромагнитный силовой привод 4, состоящий из катушки с обмоткой, заключенной в корпус, и якоря 5, выполненного из ферромагнитного материала, скрепленного с соединительной штангой приборного стола 6, изготовленной из антимагнитного материала, индукционный силовой привод 7, установленный на опорной плите 8 и содержащий катушку с обмоткой, заключенную в корпус, и разгонный диск 9, скрепленный с направляющим стержнем 10, стойки крепления силовых приводов 11, опорную пяту 12, связанную через упругий элемент 13 со стойками крепления силовых приводов. Подвижный приборный стол 3, выполненный в виде плоской платформы с ребрами жесткости, имеет подшипниковые узлы, обеспечивающие перемещение стола по направляющим стойкам 2 на всем диапазоне воспроизводимых перемещений без перекосов и заеданий. Стол связан с упругой подвеской, состоящей из восьми наклонно расположенных блоков амортизационных тросов 14, регулируемой жесткости с помощью узлов натяжения 15 и путем изменения числа тросов в блоках.

Питание силовых приводов импульсного действия производится от накопителя энергии, например батареи конденсаторов через коммутирующий элемент. Схема управления питанием силовых приводов позволяет производить как одновременное срабатывание электромагнитного и индукционного силовых приводов, так и каждого в отдельности. Импульсный характер изменения нагрузки на испытуемый прибор обусловлен формой разрядного тока в обмотках катушек силовых приводов.

Электромагнитный силовой привод 4, представляющий собой длинноходовой электромагнит, жестко закрепленный на стойках крепления силовых приводов, позволяет осуществить на приборный стол 3 с испытуемым прибором 16 силовое воздействие большой длительности с пологим спадом. При протекании разрядного тока в обмотке катушки привода магнитный поток рассеивания, идущий от якоря, взаимодействует с разрядным током в витках обмотки, вследствие чего якорь перемещается, передавая воздействия через соединительную штангу на приборный стол.

Индукционный силовой привод 7 позволяет осуществить на приборный стол 3 силовое воздействие с крутым фронтом нарастания, быстрым спадом и малой длительности. Принцип работы его основан на взаимодействии индуцированных в разгонном диске 9 токов с переменным магнитным полем разрядного тока в катушке привода, для чего разгонный диск 9 выполнен из материала с высокой электропроводностью. При этом диск 9, скрепленный с направляющим стержнем 10, с размещенной на нем опорной пятой 12, движется в направлении от обмотки привода, передавая воздействие через опорную пяту 12 и якорь 5 с соединительной штангой 6 на приборный стол с испытуемым прибором 16. Перемещение разгонного диска 9 ограничено упором на направляющем стержне 10, приборный стол после остановки разгонного диска продолжает движение по инерции. При этом опорная пята 12 посредством упругого элемента 13 отводится в сторону, освобождая центральное отверстие в диске 9 с направляющим стержнем 10 для прохода якоря 5 с соединительной штангой 6 на обратном ходе приборного стола.

Одновременное срабатывание электромагнитного и индукционного силовых приводов позволяет осуществить на приборный стол силовое воздействие с крутым фронтом нарастания, значительной амплитуды, пологим спадом и воспроизвести характер изменения нагрузки близкий к наблюдаемому в грунте при прохождении сейсмических волн взрыва.

Движение приборного стола после прекращения действия нагрузки определяется характеристиками упругой подвески.

Определения истинного характера движения приборного стола с испытуемым прибором осуществляется различными датчиками параметров движения, установленными непосредственно на стенде.

В организации-заявителе разработан и изготовлен стенд, в котором предложенное техническое решение позволило уменьшить массу подвижных частей до 2,8 кг, в то время как на стенде по схеме прототипа с теми же силовыми приводами она составляет 4,5 кг.

Источником питания служит конденсаторная батарея общей емкостью 4·10^-3 ф, напряжение заряда до 1000 В.

Ниже приведены результаты лабораторных испытаний стенда в сравнении с данными стенда по схеме прототипа соответственно при одинаковых условиях работы силовых приводов, энергии источника питания 2000 дж. и прочих равных условиях.

При работе электромагнитного силового привода получены следующие максимальные амплитудные параметры движения: по ускорению 75 ед. "g" и 42 ед. "g", по скорости 12,8 м/с и 10 м/с, по размаху колебаний 0,48 м и 0,35 м; при работе индукционного силового привода: по ускорению 105 ед. "g" и 80 ед. "g", по скорости 12,5 м/с и 10,5 м/с, по размаху колебаний 0,45 м и 0,38 м, соответственно для стенда по предлагаемому техническому решению и стенда по схеме прототипа.

Результаты испытаний подтверждают достижение поставленной цели - расширение диапазона воспроизводимых параметров движения вследствие уменьшения веса подвижных частей при сохранении условий работы силовых приводов, что обеспечивается предлагаемой компоновочной схемой в совокупности с другими конструктивными отличиями.

С учетом положительного эффекта, заложенного в предлагаемом техническом решении, в организации-заявителе разработан и в настоящее время изготовлен электромеханический стенд с максимальными расчетными амплитудными значениями параметров движения по перегрузкам до 500 ед. "g", по скорости до 20 м/с, по размаху колебаний до 2 м.

Электромеханический стенд для испытания приборов, регистрирующих параметры движения грунта, вызванного воздействием сейсмовзрывных волн, включает в себя корпус-раму с неподвижными стойками, на которых размещен подвижный приборный стол для испытуемых приборов. Также содержит упругую подвеску приборного стола и силовозбудитель, состоящий из электромагнитного силового привода, якорь которого скреплен с приборным столом, и индукционного силового привода. Электромагнитный силовой привод расположен под приборным столом на стойках крепления силовых приводов. Якорь электромагнитного силового привода служит одновременно толкателем индукционного силового привода. Якорь установлен на опорную пяту, связанную через упругий элемент со стойками крепления и размещенную на разгонном диске индукционного силового привода. В разгонном диске и его направляющем стержне выполнено сквозное отверстие диаметром не менее диаметра якоря электромагнитного силового привода. Технический результат - расширение диапазона воспроизводимых параметров движения за счет уменьшения массы подвижных частей стенда при сохранении условий работы силовых приводов и обеспечения удобства при установке испытуемых приборов. 1 ил.

Стенд для динамических испытаний изделий, содержащий направляющие на направляющих подвижный стол для крепления испытуемых изделий, упругую подвеску подвижного стола и силовозбудитель в виде индукционного силового привода с разгонным диском и электромагнитного силового привода, якорь которого жестко связан со столом, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона испытательных нагрузок путем уменьшения массы подвижных частей стенда, он снабжен расположенными по одну из сторон стола стойками для крепления индукционного и электромагнитного приводов и расположенной на разгонном диске индукционного привода опорной пятой, связанной посредством упругого элемента со стойками, при этом якорь электромагнитного привода установлен на опорной пяте, а в разгонном диске выполнено отверстие для прохода через него якоря электромагнитного привода при обратном ходе стола.