СТЕНД ДЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ Советский патент 2008 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытаниям изделий, а именно к стендам для вибрационных испытаний изделий при повышенных или пониженных температурах и давлениях.

Известен стенд для испытаний изделий на вибрацию в вакууме [1], содержащий возбудитель колебаний, установленную над ним вакуумную камеру, размещенный в ней стол для закрепления на нем испытуемого изделия, соединенный штоком с возбудителем колебаний, и камеру разгрузки возбудителя колебаний, сообщающуюся с рабочим объемом вакуумной камеры посредством трубопровода, содержащего вентиль-натекатель.

К недостаткам этого стенда относится, во-первых, сложность и специфичность конструкции камеры разгрузки возбудителя колебаний, расположенной в подвижной системе возбудителя колебаний, позволяющей использовать ее в ограниченном числе возбудителей колебаний, конструкции которых допускают установку камеры разгрузки в корпусе возбудителя колебаний; во-вторых, использование трубопровода с вентилем-натекателем, соединяющего камеру разгрузки возбудителя колебаний с рабочим объемом вакуумной камеры, гибкая часть которого в процессе работы совершает колебания вместе с подвижной системой возбудителя колебаний, усложняет конструкцию стенда и снижает его надежность и, в-третьих, конструкция камеры разгрузки возбудителя колебаний не обеспечивает автоматической разгрузки подвижной системы возбудителя колебаний в процессе изменения давления в рабочем объеме вакуумной камеры и требует ручной регулировки давления в камере разгрузки возбудителя колебаний, что ограничивает возможности стенда.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является стенд для вибрационных испытаний изделий в вакууме [2], содержащий термобарокамеру и соосно расположенные возбудитель колебаний, переходник для передачи колебаний пошатываемому изделию и служащие для герметичного соединения стола возбудителя колебаний с термобарокамерой и разгрузки возбудителя колебаний от перепада давления эластичные камеры, полости которых соединены с полостью термобарокамеры, одна из эластичных камер, служащая для разгрузки возбудителя колебаний, содержащая 2 эластичные диафрагмы, одна из которых является компенсирующей, установлена по оси последнего между столом и основанием термобарокамеры и жестко соединена с ними, переходник выполнен в виде симметрично расположенных относительно оси возбудителя колебаний стоек, заключенных в изолирующие эластичные камеры, а концы стоек, находящиеся в термобарокамере, жестко соединены между собой.

Преимуществом этого стенда является возможность осуществления автоматической разгрузки возбудителя колебаний при изменении давления в рабочем объеме термобарокамеры.

Однако надежность этого стенда низка, так как средства герметичного соединения возбудителя колебаний и термобарокамеры, а также камера разгрузки возбудителя колебаний конструктивно сложны, так как состоят из большого количества подвижных элементов. Кроме того, конструкция переходника, выполненного в виде нескольких симметрично расположенных относительно оси возбудителя колебаний стоек, не может обеспечить высокой равномерности вибрации, передаваемой на испытуемое изделие, так как технически невозможно изготовить стойки с одинаковой жесткостью, что в условиях испытаний приводит к искажению вибрационных воздействий в местах крепления испытуемого изделия. Функциональные возможности этого стенда также ограничены, так как при больших амплитудах колебаний объем камеры разгрузки возбудителя колебаний существенно меняется, ввиду ограниченности ее размеров и обусловленных этим малых размеров эластичной диафрагмы, что приводит к колебаниям давления в камере разгрузки, а следовательно, к непостоянству усилия разгрузки возбудителя колебаний, что в конечном счете определяет непригодность этого стенда для вибрационных испытаний изделий в условиях больших амплитуд. Кроме того, переходник не может быть использован для осуществления вибрационных испытаний в горизонтальной плоскости, так как консольное в этом случае расположение камеры разгрузки возбудителя колебаний в условиях воздействия вибрации не обеспечивает совпадение осей действия результирующей усилия разгрузки с геометрической осью возбудителя колебаний, а это, в свою очередь, приводит к возникновению на подвижной системе возбудителя колебаний и, соответственно, в местах крепления испытуемого изделия больших поперечных составляющих колебаний, что недопустимо. Более того, конструкция камеры разгрузки возбудителя колебаний допускает испытания изделий, масса каждого из которых в сумме с массой переходника и стола не превышает допустимую статическую нагрузку на возбудитель колебаний, что ограничивает функциональные возможности стенда.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей стенда.

Эта цель достигается тем, что в стенде для испытаний изделий, содержащем термобарокамеру, герметично соединенную с соосно расположенными возбудителем колебаний, переходником, служащим для передачи колебаний испытуемому изделию, располагаемому в термобарокамере, и камерой разгрузки возбудителя колебаний с двумя диафрагмами, одна из которых является компенсирующей, при этом полость камеры разгрузки возбудителя колебаний сообщена с рабочим объемом термобарокамеры, камера разгрузки возбудителя колебаний жестко и герметично закреплена на корпусе термобарокамеры, а переходник выполнен в виде полого жесткого элемента, проходящего через камеру разгрузки возбудителя колебаний, при этом часть корпуса термобарокамеры, заключенная между местом крепления камеры разгрузки возбудителя колебаний к корпусу термобарокамеры и переходником, содержит эластичную диафрагму, а переходник герметично и последовательно соединен с тремя диафрагмами, причем компенсирующая диафрагма расположена между двумя другими, а камера разгрузки возбудителя колебаний сообщается с рабочим объемом термобарокамеры через полость переходника, при этом герметичная полость, заключенная между камерой разгрузки возбудителя колебаний и корпусом термобарокамеры, образует объем дополнительной разгрузочной камеры, которая снабжена приспособлением для подключения источника внешнего давления.

Указанные средства позволяют повысить надежность стенда благодаря существенному упрощению его конструкции и сокращению до минимума числа деталей, подвергающихся воздействию вибрации; кроме того, функциональные возможности стенда существенно расширяются благодаря обеспечению возможности приведения испытаний изделий, массы которых превышают допустимые статические нагрузки на возбудитель колебаний, испытаний изделий в горизонтальной плоскости при горизонтальном сочленении термобарокамеры с возбудителем колебаний и проведения испытаний с большими амплитудами смещения переходника от его нейтрального положения, что, в случае замены возбудителя колебаний на возбудитель ударов, позволяет проводить и ударные испытания изделий в вакууме, причем операция замены возбудителей колебаний или ударов проста и не требует каких-либо существенных доработок переходника.

Сущность изобретения заключается в упрощении конструкции стенда и обеспечении возможности проведения вибрационных или(и) ударных испытаний изделия в вакууме в вертикальной и горизонтальной плоскостях, причем массы изделий не ограничены допустимой статической нагрузкой на возбудители вибрационных или (и) ударных нагрузок. Это достигается уменьшением количества подвижных деталей, введением дополнительной разгрузочной камеры, сообщающейся с внешними источниками давления, и расположением камеры разгрузки возбудителя колебаний и дополнительной разгрузочной камеры снаружи переходника соосно с ним.

Заявителю неизвестны технические решения, содержащие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.

На чертеже схематично изображен один из вариантов конструкции предлагаемого стенда.

Стенд содержит термобарокамеру 1, возбудитель колебаний 2, переходник 3, выполненный в виде полого жесткого элемента, корпус которого внешним по отношению к термобарокамере торцем жестко и герметично соединен с возбудителем 2, а другим торцем, расположенным в рабочем объеме термобарокамеры, жестко соединен со столом 4, на котором крепится испытуемое изделие 5. Часть корпуса 6 рабочего объема термобарокамеры 1, примыкающая к переходнику 3, выполнена в виде герметичной эластичной диафрагмы 7, герметично соединенной с переходником 3. Жесткий корпус 8 камеры разгрузки 9 возбудителя колебаний герметично и жестко закреплен на корпусе 6 рабочего объема термобарокамеры, а эластичные компенсирующая диафрагма 10 и диафрагма 11 камеры 9 разгрузки возбудителя колебаний герметично закреплены по внешним периметрам в корпусе 8, а по внутренним периметрам - на переходнике 3, причем полость камеры 9 разгрузки возбудителя колебаний сообщается с рабочим объемом термобарокамеры через отверстие 12 и 13 и полость переходника 3. Кроме того, стенд содержит герметичную камеру 14, которая является дополнительной разгрузочной камерой, служащей для разгрузки возбудители колебаний 2 при испытаниях изделий, массы которых превышают допустимую статическую нагрузку на возбудитель колебаний 2. Дополнительная камера 14 снабжена приспособлением 15 с вентилями 16 и 17, один из которых предназначен для соединения камеры 14 с атмосферой, а другой - для подключения камеры 14 к внешнему источнику давления, отличного от атмосферного.

В зависимости от величины суммарной массы переходника 3, стола 4, испытуемого изделия 5 и величины давления в рабочем объеме термобарокамеры 1 относительно атмосферного стенд работает следующим образом.

При величине суммарной массы переходника 3, стола 4 и испытуемого изделия 5, не превышающей допустимую статическую нагрузку на возбудитель колебаний, трубопровод 15 соединяет дополнительную разгрузочную камеру с атмосферой. Когда давление в рабочем объеме термобарокамеры 1 изменяется относительно атмосферного давления снаружи на величину ΔР, то на такую же величину изменяется давление внутри переходника 3 и в камере 9 разгрузки возбудителя колебаний. Уравнения сил в системе СИ, действующих на подвижную систему возбудителя колебаний, имеют следующий вид:

при значении ΔР меньше атмосферного

9.81(m₃+m₄+m₅)-ΔP(F₃+F₇+F₁₁-F₁₀)=0;

при ΔР больше атмосферного

9.81(m₃+m₄+m₅)+ΔP(F₃+F₇+F₁₁+F₁₀)=0;

где ΔР - давление в рабочем объеме термобарокамеры 1, Н·м^-2;

F₃ - площадь переходника 3 в плоскости диафрагмы 11, м²;

F₇, F₁₀, F₁₁ - площади эластичных диафрагм, соответственно 7, 10, 11;

m₃, m₄, m₅ - массы, соответственно, переходника 3, стола 4, испытуемого изделия 5, кг.

За положительное принято направление от термобарокамеры к возбудителю колебаний. Из этих уравнений следует, что площадь компенсирующей диафрагмы 10 определяется выражением

причем в числителе перед вторым слагаемым берется знак "-", если ΔP меньше, и знак "+", если ΔР больше атмосферного давления.

При горизонтальном соединении термобарокамеры 1 с возбудителем колебаний 2 массы m₃, m₄ и m₅ не действуют на возбудитель колебаний и уравнения сил имеют вид

при ΔР меньше атмосферного

-ΔP(F₃+F₇+F₁₁-F₁₀)=0;

при ΔР больше атмосферного

ΔP(F₃+F₇+F₁₁-F₁₀)=0,

а площадь компенсирующей диафрагмы 10 определяется соответственно выражением:

F₁₀=F₃+F₇+F₁₁.

При величине суммарной массы переходника 3, стола 4 и испытуемого изделия 5, превышающей допустимую статическую нагрузку на возбудитель колебаний, во время установки испытуемого изделия 5 на стол 4 в неработающей термобарокамере 1 для разгрузки возбудителя колебаний используется дополнительная разгрузочная камера 14, для чего один из вентилей 16 или 17 закрывают, а другой соединяют с внешним источником пониженного давления ΔР' (на чертеже не показан). При работе термобарокамеры 1, когда давление в ней устанавливается меньше атмосферного, уравнения сил в зависимости от соотношения давлений в рабочем объеме термобарокамеры 1 и в дополнительной разгрузочной камере 14 имеют вид

при ΔР'>ΔР

9,81(m₃+m₄+m₅)-ΔP(F₃+F₁₁)=ΔP'(F₇-F₁₀)-ΔP(F₇-F₁₀),

откуда давление в дополнительной разгрузочной камере 14 определяется выражением

при ΔP'<ΔP

9,81(m₃+m₄+m₅)-ΔP(F₃+F₁₁)=-ΔP'(F₁₀-F₇)+ΔP(F₁₀-F₇),

откуда давление в дополнительной разгрузочной камере 14 определяется выражением

Когда давление в термобарокамере больше атмосферного, уравнения сил в зависимости от соотношения давлений в рабочем объеме темобарокамеры 1 и в дополнительной разгрузочной камере 14 имеют вид

при ΔР'>ΔР

9,81(m₃+m₄+m₅)+ΔP(F₃+F₁₁)=ΔP'(F₇-F₁₀)-ΔP(F₇-F₁₀),

откуда давление в дополнительной разгрузочной камере 14 определяется выражением

при ΔР'<ΔР

9,81(m₃+m₄+m₅)+ΔP(F₃+F₁₁)=ΔP'(F₇-F₁₀)-ΔP(F₇+F₁₀),

откуда давление в дополнительной разгрузочной камере 14 определяется выражением:

Из формул ясно, что при постоянных параметрах конструкции переходника 3 и разгрузочных камер 9 и 14 и при любых соотношениях давлений в рабочем объеме термобарокамеры 1 и атмосферного любая величина суммарной массы системы "переходник 3 - стол 4 - испытуемое изделие 5" может быть скомпенсирована изменением лишь одного параметра - давления Р' в дополнительной разгрузочной камере 14.

Предлагаемый стенд по сравнению с прототипом имеет более простую конструкцию и обладает более широкими функциональными возможностями, так как позволяет независимо от допустимых статических нагрузок на возбудитель вибрационных или(и) ударных воздействий осуществлять испытания на воздействие вибрационных или(и) ударных нагрузок в условиях повышенного или пониженного давления в термобарокамере изделий любых масс в вертикальной или горизонтальной плоскостях, причем в качестве источника вибрационных или(и) ударных нагрузок может быть использован возбудитель с любым типом привода. Кроме того, использование предлагаемого стенда может обеспечить получение в народном хозяйстве значительного экономического эффекта.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №945706 кл. G01 7/00 (прототип).

2. Авторское свидетельство СССР №1019249 кл. G01 7/00 (аналог).

Изобретение относится к испытаниям изделий, а именно к стендам для вибрационных испытаний изделий при повышенных или пониженных температурах и давлениях. Сущность: стенд содержит основание, установленные на нем вибровозбудитель и барокамеру. В барокамере размещен стол для крепления испытуемого изделия. Через отверстие в днище барокамеры проходит переходник, соединяющий подвижную часть вибровозбудителя со столом. Эластичный герметизирующий элемент соединяет переходник с днищем барокамеры. Кроме того, стенд содержит устройство для разгрузки вибровозбудителя от перепада давления и веса подвижной системы с испытуемым изделием. Устройство для разгрузки включает в себя камеру, сообщенную с барокамерой, и трубопровод с вентилем для сообщения камеры с атмосферой и для подключения ее к источнику давления, отличного от атмосферного. При этом камера устройства разгрузки вибровозбудителя размещена между подвижной частью вибровозбудителя и днищем барокамеры и включает жесткий корпус, который закреплен на днище барокамеры и охватывает переходник и две параллельные эластичные диафрагмы. Переходник имеет полость, сообщенную с полостью барокамеры. Одна полость камеры сообщена через полость переходника с полостью барокамеры. Другая полость камеры соединена с упомянутым трубопроводом. Герметизирующий элемент, соединяющий переходник с днищем барокамеры, выполнен в виде диафрагмы, а площадь диафрагмы, разделяющей камеру, больше площади других упомянутых диафрагм. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей. 1 ил.

Стенд для вибрационных испытаний изделий, содержащий основание, установленные на нем вибровозбудитель и барокамеру, размещенный в барокамере стол для крепления испытуемого изделия, проходящий через отверстие в днище барокамеры переходник, соединяющий подвижную часть вибровозбудителя со столом, эластичный герметизирующий элемент, соединяющий переходник с днищем барокамеры, и устройство для разгрузки вибровозбудителя от перепада давления и веса подвижной системы с испытуемым изделием, включающее камеру, сообщенную с барокамерой, и трубопровод с вентилями для сообщения камеры с атмосферой и для подключения ее к источнику давления, отличного от атмосферного, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, камера устройства для разгрузки вибровозбудителя размещена между подвижной частью вибровозбудителя и днищем барокамеры и включает жесткий корпус, который закреплен на днище барокамеры и охватывает переходник, и две параллельные эластичные диафрагмы, герметично соединяющие корпус с переходником, переходник имеет полость, сообщенную с полостью барокамеры, одна полость камеры, находящаяся между диафрагмами со стороны вибровозбудителя, сообщена через полость переходника с полостью барокамеры, другая полость камеры соединена с упомянутым трубопроводом, при этом герметизирурщий элемент, соединяющий переходник с днищем барокамеры, выполнен в виде диафрагмы, а площадь диафрагмы, разделяющей камеру, больше площади других упомянутых диафрагм.