УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРУЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ Советский патент 1995 года по МПК G01M5/00 

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано на стендах для прочностных испытаний различных конструкций, например авиационных.

В ходе прочностных статических и усталостных испытаний конструкция нагружается по заданной программе в одной или нескольких точках с помощью электрогидравлических следящих систем. При этом исследуется напряженное состояние, определяется запас прочности и ресурс конструкции.

При длительных усталостных испытаниях порядка нескольких тысяч часов важной является также задача снижения энергетических затрат на проведение испытаний, т. к. мощность экспериментальной установки может достигать значительной величины.

Известно устройство для нагружения конструкций, содержащее усилитель рассогласования, электрогидравлический усилитель, гидродвигатель одностороннего действия и датчик обратной связи. Бесштоковая полость в этом устройстве соединена с отдельным источником гидропитания низкого давления. Это устройство имеет ряд недостатков, в том числе низкий КПД, а также практически неприменимо для знакопеременного нагружения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является многоканальный следящий гидропривод, содержащий источник гидропитания, напорную и сливную магистрали, каналы нагружения, каждый из которых содержит усилитель рассогласования, электрогидравлический преобразователь, одноштоковый гидродвигатель двустороннего действия и датчик обратной связи. Такие устройства универсальны, так как обеспечивают как знакопостоянное, так и знакопеременное нагружение конструкций. Кроме того, они не имеют недостатков, присущих устройствам, описанным выше: низкую точность воспроизведения малых нагрузок, неработоспособность при нагрузках, близких к нулевым, и пр. Однако при симметричном цикле нагружения, наиболее характерном для прочностных усталостных испытаний конструкций, потребление рабочей жидкости от источника гидропитания при выталкивании штока существенно больше, чем при втягивании штока. Разница обусловлена неравенством площадей поршня в штоковой и бесштоковой полостях. Увеличение потребления рабочей жидкости при выпуске штока означает необходимость увеличения располагаемого расхода источника гидропитания, а следовательно, и энергетических затрат.

Целью изобретения является уменьшение энергетических затpат на работу установки. Поставленная цель достигается тем, что установка снабжена гидравлическим переключателем потока жидкости, вход которого связан с напорной магистралью, выход подключен к штоковой полости гидродвигателя, а сигнальная полость подключена к магистрали, связывающей электрогидравлический преобразователь с бесштоковой полостью гидродвигателя.

При такой схеме соединения, включения электрогидропреобразователя и появления давления в бесштоковй полости гидродвигателя, а значит, и в сигнальной полости гидравлического переключателя, последний соединяет штоковую полость гидродвигателя с напорной магистралью источника гидропитания.

При воздействии на испытываемую конструкцию путем втягивания штока гидродвигателя рабочая жидкость в штоковую полость поступает через гидравлический переключатель, минуя электрогидропреобразователь, из бесштоковой полости жидкость вытесняется через электрогидропреобразователь в сливную магистраль. При воздействии же на конструкцию посредством выпускания штока жидкость, вытесняемая из штоковой полости гидродвигателя через гидравлический переключатель вместе с жидкостью, подаваемой источником гидропитания, через электрогидропреобразователь поступает в бесштоковую полость гидродвигателя. Усилие на штоке определяется разностью давлений в полостях гидродвигателя, а так как в штоковой полости давление постоянно, то усилие на штоке однозначно определяется давлением в бесштоковой полости и, если оно при различных аварийных ситуациях станет меньше сигнального давления, на которое настроен гидравлический переключатель, то последний перекрывает доступ рабочей жидкости от напорной магистрали в штоковую полость, предотвращая перегрузку конструкции. В известной установке для обеспечения нагружения с частотой располагаемый расход источника гидропитания Q_из определяется как
Q_из ν ˙ h ˙ S_бш ν ˙ h ˙ S_ш ˙ а, (1) где h ход поршня гидродвигателя,
S_ш площадь поршня в штоковой полости,
S_бш площадь поршня в бесштоковой полости,
а отношение площадей поршня бесштоковой и штоковой полостей.

В данной установке располагаемый расход
Q_пр ν ˙ h ˙ (S_бш S_ш) ν ˙ h ˙ S_ш (а 1) (2) и, следовательно, в раз меньше, так как
. (3)
Следовательно, энергетические затраты в данной установке ниже чем в известной в раз.

Значение а для применяемых гидродвигателей находится в пределах 1,5-4. Средняя величина коэффициента а может быть принята равной двум.

Таким образом, энергетические затраты в данном гидроприводе ниже, чем в известном в среднем в два раза.

На чертеже представлена схема установки для нагружения конструкций при прочностных испытаниях.

Установка содержит источник гидропитания 1, напорную 2 и сливную 3 магистрали. Каналы нагружения, каждый из которых представляет собой электрогидравлическую следящую систему с обратной связью и содержит гидрокран 4 на напорной магистрали 2, усилитель рассогласования 5, электрогидропреобразователь 6, одноштоковый гидродвигатель двустороннего действия 7, соединенный через датчик обратной связи 8 с объектом нагружения 9. Бесштоковая полость 10 гидродвигателя 7 связана с выходом электрогидропреобразователя 6 и через переливной клапан 11 со сливной магистралью 3. Штоковая полость 12 через гидравлический переключатель потока жидкости 13 подключена к напорной магистрали 2. Сигнальная полость 14 переключателя 13 связана с бесштоковой полостью 10.

Установка работает следующим образом. В исходном состоянии, когда объект нагружения 9 разгружен и давление в обеих полостях гидродвигателя 7 равно нулю, гидравлические переключатели 13 закрыты. Каналы нагружения включаются в работу путем открытия гидрокранов 4, через которые рабочая жидкость от источника гидропитания 1 подается на электрогидропреобразователи 6 и переключатели 13. При этом на выходе каждого электрогидропреобразователя 6, а следовательно, и в сигнальной полости 14 возникает давление рабочей жидкости, под действием которого переключатель 13 открывается и соединяет напорную магистраль 2 со штоковой полость 12 гидродвигателя 7. После этого канал нагружения готов к работе.

На входы усилителей рассогласования 5 подаются входные программные сигналы и каждый канал работает как следящая система с обратной связью по нагрузке. Изменение усилия на штоке гидродвигателя 7 достигается регулированием давления в бесштоковой полости 10 посредством электрогидропреобразователя 6.

При движении штока гидродвигателя 7 в сторону уборки подача рабочей жидкости в штоковую полость 12 осуществляется через гидравлический переключатель 13, а из бесштоковой полости рабочая жидкость вытесняется и через электрогидропреобразователь 6 поступает в сливную магистраль 3.

При движении штока гидродвигателя 7 в сторону выпуска рабочая жидкость подается в бесштоковую полость 10 через электрогидропреобразователь 6, на вход которого поступает как рабочая жидкость из напорной магистрали 2, так и вытесняемая из штоковой полости 12. Поскольку давление в штоковой полости 12 является постоянным, усилие на штоке гидродвигателя 7 практически однозначно определяется давлением в бесштоковой полости 10, поэтому настройка пружин гидравлического переключателя 13 и переливного клапана 11 на предельные допустимые значения обеспечивает защиту объекта нагружения 9 от аварийной перегрузки при движении штока гидродвигателя 7 как на выпуск, так и на уборку. При этом пружина золотника 13 настраивается по допустимому минимуму давления, а переливного клапана по максимуму.

Как видно из описания работы установки, существенным является уменьшение расхода рабочей жидкости, потребляемой от источника гидропитания при выпуске штока гидродвигателя за счет использования энергии рабочей жидкости, вытесняемой из штоковых полостей, т.е. вытесняемая рабочая жидкость не дросселируется, а через переключатель потока жидкости подается на вход электрогидропреобразователя под таким же давлением, как и в напорной магистрали. Снижение расхода жидкости, потребляемого от источника гидропитания, эквивалентно снижению энергетических затрат, необходимых для работы силовых установок источника гидропитания.

УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРУЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ, содержащая источник гидропитания с напорной и сливной магистралями, связанный через электрогидравлический преобразователь с гидродвигателем, на непроходном штоке которого установлен датчик обратной связи, и усилитель рассогласования, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат на работу установки, она снабжена гидравлическим переключателем потока жидкости, вход которого связан с напорной магистралью, выход подключен к штоковой полости гидродвигателя, а сигнальная полость подключена к магистрали, связывающей электрогидравлический преобразователь с бесштоковой полостью гидродвигателя.