Стенд для испытания ударных устройств Советский патент 1982 года по МПК E02F5/18 G01M19/00 

(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ УДАРНЫХ УСТРОЙСТВ

1

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств, работоспособности и надежности машин ударного действия, а именно к стендам для испытания высокоэнергетических гидропневмомолотов для разрушения скальных пород, негабаритов, слитков цветных металлов и т. д. с энергией удара до 200 кДж.

Известен стенд для испытания пневматических машин ударного действия, содержащий раму с узлом крепления испытываемой машины и блок энергопоглотителя 1.

Однако в данном устройстве удержание испытываемой машины в заданном положении в узле крепления обеспечивается только за счет фрикционных сил.

Блок энергоноглотителя на ра.ме стенда закреплен жестко, а сама рама свободно установлена на плоском основании. Кроме того, при больших энергиях удара рама стенда, свободно установленная на жестком основании, приобретает нежелательное поступательное движение, исключить которое при данном конструктивном решении можно лишь многократным увеличением массы стенда, что нерационально.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является стенд для испытания устройств ударного действия, включающий станину с узлом крепления испытываемого устройства, ис пытываемое устройство с ударником, поглотитель энергии и жесткое основание 2. Недостатком данного стенда является жесткое крепление энергопоглотителя к станине, фиксация испытываемого устройства

10 за счет фрикционных сил, отсутствие крепления станины к основанию, а также низкая надежность и эффективность энергопоглотителя вследствие наличия в последнем упругой мембраны и одного калиброванного отверстия, которое при малых скоростях

рабочего хода не обеспечивает поглошения

энергии. Все это не позволяет использовать

данный стенд для многоцикловых испытаний

устройств с энергией удара до 200 кДж.

Цель изобретения - обеспечение надежности конструкции при многоцикловых испытаниях высокоэнергетических ударных устройств.

Поставленная цель достигается тем, что поглотитель энергии имеет массивный корпус

установленный с возможностью взаимодействия со станиной через упруго-эластичный амортизатор, при этом масса корпуса больше массы ударника испытываемого устройства, а центр тяжести его находится на оси испытываемого устройства.

Г1оглотитель энергии выполнен в виде вытеснительной камеры и штокового цилиндра с подпружиненным поршнем, который сообщен с ней посредством калиброванных отверстий, а объем газовой полости вытеснительной камеры больше объема жидкости, вытесняемой из цилиндра.

Станина снабжена упруго-эластичным амортизатором для взаимодействия с упором жесткого основания, а подпружиненный поршень снабжен наголовником из деформируемого материала.

На фиг. I изображен стенд для испытаний ударных устройств, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 (поглотитель энергии).

Стенд для испытания ударных устройств состоит из свободно установленной на жестком основании 1 станины 2, в кронштейне 3 которой посредством цапф 4 щарнирно закреплено испытываемое устройство 5 с корпусом 6, зафиксированное неподвижно на опоре станины хомутом 7 и болтами 8. На направляющей 9 станины 2 посредством катков 10 с возможностью возвратно-поступательного движения по линии удара устаHOB.ien .массивный корпус 11, контактирующий с упором 12 станины 2 через упруго-jjiacTH4Hbm буфер 13.

Для исключения нежелательных моментных нагрузок оси катков 10 и буфера 13 размещены в плоскости, проходящей через линию удара испытываемого устройства, которая в свою очередь,проходит через центр тяжести массивного корпуса 11 и параллельна направляющим станины 9. В массивном корпусе 11, соосно с линией удара, образована цилиндрическая ка.мера 14 (фиг. 3), заполненная жидкостью, в которой установлен поршень 15 с внутренней выточкой 16 и возвратной пружиной 17. Для снижения жесткости соударения ударника 18 испытываемого устройства с порщнем 15, последний на рабочем торце снабжен быстросменным наголовником 19 из пластически деформируемого материала. В днище 20 ка.меры 14 выполнены регулируемое калиброванное отверстие 21 и дополнительное калиброванное отверстие 22, которыми камера 14 сооб1цается с камерой 23, заполненной жидкостью. Для исключения образования воздушных пробок при заполнении камер 14 и 23 жидкостью, калиброванное отверстие 22 выполнено в верхней части днища 20.

Герметическая полость, образованная камерами 14 и 23, заполняется жидкостью до уровня, определяемого отверстием 24, положение которого выбрано так, чтобы камеры 14 и 23 были заполнены жидкостью.

а над свободной поверхностью последней сохранилась воздушная полость 25, объем которой больше объема жидкости, вытесняемой из камеры 14 при максимальном ходе поршня 15. Для заливки жидкости

служит отверстие 26, а для слива - отверстие 27. На днище 20 камеры 14 выполнен уступ 28, который входит в выточку 16 поршня в конце его рабочего хода.

Передняя часть станины 2 (фиг. 1 и 2) через упруго-эластичный буфер 29 контактирует с упором 30, закрепленным на жестком основании 1. Для удобства обслуживания энергопоглотителя во время работы ударное устройство 5 при снятом хомуте 7 можно поставить в наклонное полбжение поворотом вокруг оси цапф 4.

Стенд работает следующим образом. Нитание ударного устройства 5, испытываемого на стенде, обеспечивает самостоятельный источник энергии, расположенный отдельно от стенда (не показан). Во

время работы ударник 18 (фиг. 1 и 2) совершает возвратно-поступательное движение на длину своего рабочего хода, нанося удары по наголовнику 19 порщня 15.

Во время возвратного хода ударника 18 силы, действующие в ударном устройстве 5, уравновещены, и нагрузки на стенд отсутствуют. Во время рабочего хода ударника 18 в направлении массивного корпуса 11 к корпусу ударного устройства 5, а следовательно, к станине 2 стенда приложена сила

разгона, под действием которой последняя сдвигается в противоположном направлении освобождая буфер 29. Скорост},, сдвига станины определяется соотнощением масс ударника и станины и ее оптимальное значение обеспечивается подбором массы станины 2.

В момент удара.по наголовнику 19 (фиг.З) порщня 15, последний, разгоняясь, движется совместно с ударником 18, сжимая пружину 17 и вытесняя жидкость через отверстия 21 и 22 в камеру 23. При этом воздущная полость 25 заполняется. Отверстия 21 и 22, действуя как гидравлическое сопротивление, препятствуют перетоку жидкости через днище 20, вследствие чего на порщне 15 и ударнике 18 возникает сила, соверщающая работу против движения. За счет этого часть

5 кинетической энергии ударника затрачивается на преодоление гидравлического сопротивления и поглощается жидкостью, переходя в тепло. При этом порщень 15 и ударник 18 движутся замедленно. Одновременно под действием давления в камере 14 массивный корпус II приходит в ускоренное движение, и в определенный момент его скорость сравнивается со скоростью совместного движения ударника 18 с поршнем 15. Тогда перемещение поршня 15 относительно

5 массивного корпуса 11 становится равным нулю и переток жидкости через отверстия 21 и 22 прекращается. С этого момента ударник 18, порщень 15 и массивный корпус 11 движутся совместно, сжимая упруго-эластичный буфер 13 (фиг. 1), вследствие чего на упоре 12 станины 2 возникает сила, вызывающая замедление движения массивного корпуса 11 и ускорение движения станины 2 вперед в направлении упора 30. В момент максимального сжатия буфера 13 скорости движения станины 2 и массивного корпуса 11 сравниваются, и весь стенд с закрепленным на нем ударным устройством, как одно целое движется вперед, сжимая упруго-эластичный буфер 29. При этом на упоре 30 возникает сила, движение станины 3 замедляется и в момент максимального сжатия буфера 29 прекращается. На этом процесс удара заканчивается, и за счет упругих сил буфера 29 стенд возвращается в исходное положение. При последующем возврате ударника 18 за счет упругих сил сжатия пружины 17 (фиг. 2 и 3) и буфера 13, порщень 15 и массивный корпус 11 также возвращаются в исходное положение. При этом жидкость из камеры 23 через калиброванные отверстия 21 и 22 вновь поступает в камеру 14. Так как скорость взвода ударника 18 на порядок меньще скорости его рабочего .хода, то сопротивление обратному перетоку жидкости ничтожно. Далее цикл работы повторяется.

Давление жидкости в камере 14 пропорционально квадрату скорости ударника 18 и с уменьщением последней быстро снижается, вследствие чего эффективность поглощения энергии удара в энергопоглотителе падает.

Для улучщения эффективности работы энергопоглотителя уступ 28 днища 20 в конце хода поршня 15 входит в выточку 16 и небольщой объе.м жидкости в ней с отверстие.м 21 отсекает от остального значительно больщего объема камеры 14. За счет этого, в конце хода когда скорость порщня 15 мала, вытеснение жидкости из камеры 14 в камеру 23 происходит в основном по калиброванному отверстию 22, размер которого значительно меньще, чем размер калиброванного отверстия 21. В результате давление жидкости в камере 14 повыщается, что обеспечивает достаточную эффективность работы энергопоглотителя в конце удара. Варьируя раз.мером регулируе.мого отверстия 21, можно в щироких пределах менять его гидравлическое сопротивление и, следовательно, жесткость соударения ударника 18 с порщнем 15, имитируя тем самым различные условия работы ударного устройства.

Из предлагаемого следует, что энергия удара устройства, установленного на стенде, расхОд уется на нагрев жидкости во внутренней полости камеры 14 массивного корпуса 11, сообщение скорости массивному корпусу и стенду в целом и на последующее сжатие буферов 13 и 29. При этом часть энергии удара, преобразуемая в тепловую энергию жидкости, полностью утилизируется.

Динамические нагрузки на станину 2 и упор 30 основания 1 определяются кинетической энергией массивного корпуса 11 и стенда в целом. Упомянутая кинетическая энергия равна энергии удара испытываемого

устройства за вычето.м энергии, израсходованной на нагрев жидкости во внутренней полости камеры 14 массивного корпуса 11. Чем меньше по величине указанная разность энергий, тем ниже нагрузки на элементы

стенда, тем проще и надежнее становится его конструкция.

Соударение массивного корпуса 11 с ударником 18 за счет гидравлического поглотителя энергии, носит характер мягкого удара, при кото|юм конечная скорость массивного корпуса после соударения, и следовательно, его кинетическая энергия определяются законом сохранения количества движения системы.

В стенде для испытании ударных стройств за счет размещении энергопоглотителя в массивном корпусе, подвижно.м относительно станины, основная часть энергии удара испытываемого устройства переходит

в тепло во внутренней полости массивного корпуса, а остаток энергии мал и за счет подвижности станины на основании пог.пощается упругими буферами 13 и 29 при малых динамических нагрузках на элементы стенда, что обеспечивает возможность многоцикловых испытаний на нем устройств.

Формула изобретения

конструкции ири многоцикловых испытаниях высокоэнергетических ударных устройств, поглотитель энергии имеет массивный корпус установленный с возможностью взаимодействия со станиной через упруго-эластичный амортизатор, при это.м масса корпуса больте массы ударника испытывае.мого устройства, а центр тяжести его находится на оси испытываемого устройства.

с подпружиненным порщнем, который сообщен с ней посредством калиброванных отверстий, а объем газовой полости вытеснительной камеры больше объема жидкости, вытесняемой из цилиндра.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что станина снабжена упруго-эластичным а.мортизатором для взаимодействия с упором жесткого основания.