RU168467U1 - Стенд для ударных испытаний - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к испытательному оборудованию и, в частности, к стендам для ударных испытаний. Стенд содержит, соосно расположенные, подвижный стол, несущий испытуемое изделие, и инерционный блок с наковальней и крешером, смонтированный на фундаменте с помощью надувных эластичных оболочек, разделенных на центральную и периферийную части, каждая из которых связана с единым регулируемым источником сжатого воздуха. Первая часть оболочек связана с атмосферой посредством клапана быстрого выхлопа, электрически управляемого акселерометром, закрепленным на инерционном блоке. Инерционный блок выполнен в виде пакета из отдельных плит, между которыми расположены прослойки из полимерного материала с твердостью не более 55 единиц по Шору. Технический результат: повышение точности воспроизведения сигнала ударного импульса и повышение технологичности конструкции инерционного блока. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к испытательному оборудованию и, в частности, к стендам для ударных испытаний.

Известна конструкция стенда для ударных испытаний, содержащего основание с вертикальными направляющими, на которых размещен стол для установки испытуемого изделия, а также устройство подъема и сброса стола. Кроме того, стенд содержит формирователь ударного импульса, расположенный между столом и основанием, который включает пневматический упругий элемент, выполненный в виде надувной эластичной оболочки. Последняя, содержит набор упругих прокладок, расположенных внутри нее, и эластичную прокладку, закрепленную на воспринимающей удар поверхности оболочки. На основании закреплен полый пуансон, несущий оболочку. Внутренняя полость оболочки может быть сообщены с полостью пуансона через дросселирующий элемент. Подвод газа в оболочку осуществляется через трубопровод от источника давления. В оболочке под прокладкой может быть выполнено отверстие [SU №1486833].

Основным недостатком описанного стенда является конструктивная сложность его основного узла - формирователя ударного импульса, которая отражается на точности воспроизведения параметров последнего. Практически вся конструкция формирователя является совокупностью различного рода упругих систем. Сюда относится, в первую очередь, надувная эластичная оболочка, снабженная дросселем, связывающим ее с пуансоном. Кроме того, в формирователе имеется эластичная прокладка, а также набор упругих прокладок, размещенных внутри оболочки. В данном случае формирователь является мультиколебательной системой и вполне естественным является появление паразитных колебаний отдельных упругих элементов, имеющих место внутри эластичной оболочки при распространении ударной волны и влияющих, таким образом, на интегральную характеристику воспроизводимого ударного импульса, т.е. на его точность. В целом недостатки прототипа являются следствием совмещения в формирователе двух противоречивых функций, с одной стороны - получение ударного импульса со строго заданными параметрами, а, с другой стороны - восприятие и гашение кинетической энергии падающего стола.

Стенд для ударных испытаний, выбранный в качестве прототипа, описан в RU 145751 и лишен недостатков аналога, так как в нем для воспроизведения ударного импульса используются крешеры различной формы и размеров, а также используется инерционный блок специальной конструкции, обладающий значительной массой и пневматическим устройством гашения кинетической энергии ударного импульса.

Стенд включает основание, выполненное в виде железобетонного короба с квадратной открытой частью. На основании установлено устройство гашения ударного импульса (далее инерционный блок), состоящее из стальной плиты квадратной формы, связанной ниже с армированным бетонным массивом. Инерционный блок снабжен рядом сквозных отверстий, четыре из которых расположены по периферии блока в его углах, а два других отверстия выполнены в центральной зоне. Во всех отверстиях расположены однотипные надувные, эластичные оболочки. Они заключены между съемными крышками и опорами в виде цилиндров, частично помещенных в отверстия, и опирающихся на основание, при этом между нижней частью блока и основания имеется зазор по величине, несколько превышающий ход блока под действием ударной нагрузкой. На стальной плите установлена цилиндрическая наковальня, на которой в процессе испытаний, располагается устройство для формирования ударного импульса в виде крешера. Наковальня размещается на центре тяжести инерционного блока, в котором имеется два дополнительных (кроме шести названных) отверстия для вертикальных штанг, служащих направляющими для, установленного с возможностью перемещения, стола, несущего испытуемое изделие. Механизмы подъема и сброса стола на чертежах не показаны. Пневматическая система инерционного блока, помимо периферийных и центральных оболочек, включает источник сжатого воздуха в виде компрессора, кинематически связанного с электрическим двигателем. Компрессор через ресивер и регуляторы давления посредством трубопроводов связан с оболочками, образуя две самостоятельные пневматические системы - периферийную и центральную, отделенные от ресивера двумя кранами. Обе системы снабжены датчиками для измерения давления в оболочках. В систему, охватывающую периферийные оболочки, встроен клапан быстрого выхлопа типа VXFA22AAA, связывающий их с атмосферой и электрически управляемый акселерометром, закрепленным на поверхности стальной плиты инерционного блока. На наружном торце стенок короба закреплены упоры, ограничивающие перемещение блока вверх.

Работает стенд для ударных испытаний следующим образом.

Стол, с закрепленным на нем испытуемым изделием, по штангам выводится устройством подъема и сброса в верхнее крайнее положение. Электродвигателем приводится в действие компрессор, который наполняет сжатым воздухом ресивер. Давление и количество воздуха в ресивере должно быть таковым, чтобы обеспечить в оболочках обеих, упомянутых выше, пневматических систем различные давления. Так, в центральной системе давление в обеих оболочках должно создавать силу, несколько превышающую вес инерционного блока, включая вес наковальни и крешера. Под действием этой силы инерционный блок поджимается к упорам. В периферийной пневматической системе давление воздуха в четырех оболочках должно обеспечивать полное гашение кинетической энергии удара падающего стола, что вызовет некоторое «проседание» инерционного блока и выход его из контакта с упорами. Давление сжатого воздуха в оболочках центральной пневматической системы будет менее давления сжатого воздуха, чем в оболочках периферийной системы. Давление воздуха в центральной системе определяется несложным расчетом, а в периферийной системе -опытным путем. Параметры воздуха подаваемого с помощью кранов из ресивера в обе пневматические системы контролируются с помощью соответствующих регуляторов и датчиков давления. После заполнения сжатым воздухом оболочек обеих пневматических систем, при соблюдении условий, оговоренных выше, стол сбрасывается и, скользя по штангам, взаимодействует с крешером, воспроизводя, таким образом, ударный импульс с заданным передним фронтом. Естественно, что кинетическая энергия падающего стола трансформируется в потенциальную энергию дополнительно сжатого воздуха в оболочках обеих пневматических систем. Для нейтрализации значительной доли потенциальной энергии сжатого воздуха в оболочках периферийной системы по команде с акселерометра открывается клапан быстрого выхлопа и давление в этих оболочках падает до уровня атмосферного. Инерционный блок в этом случае не подвергается действию каких-либо сил со стороны оболочек периферийной системы, т.е. отсутствует, так называемая, отдача, а значит и, в значительной мере, сопровождающие ее паразитные колебания, влияющие на точность воспроизведения ударного импульса. Таким образом, инерционный блок, потерявший энергию возврата, ложится на две оболочки центральной системы, которые медленно его поднимают до контакта с упорами. Командой для сброса давления из оболочек периферийной пневматической системы через клапан быстрого выхлопа является момент изменения знака ускорения на противоположный на акселерометре, имеющий место при взаимодействии стола с крешером, а значит и с инерционным блоком. После сброса давления в оболочках клапан быстрого выхлопа автоматически закрывается.

Конструкция инерционного блока, с введенным в него усовершенствованием в виде двухконтурной пневматической системы, охватывающей управляемые надувные эластичные оболочки, обеспечивает эффективное гашение кинетической энергии ударного импульса, повышая точность его воспроизведения. Особенно это относится к периферийной пневматической системе, управляемой клапаном быстрого выхлопа по сигналу акселерометра, расположенного на инерционном блоке. Проведенные испытания стенда-прототипа подтвердили ожидаемые результаты. Вместе с тем, в процессе эксперимента было отмечено, что регистрируемый сигнал ударного импульса сопровождается дополнительными колебаниями малой амплитуды, которые накладываются на основной сигнал в виде обертона, делая его несколько «размытым» и менее четким. Предположительно, причиной появления высокочастотных гармоник является стальная плита квадратной формы плохо связанная с армированным бетонным массивом и вызывающая при ударе своеобразный «дребезг», который реализуется в виде высокочастотных гармоник на основном сигнале, что можно отнести к снижению точности воспроизведения ударного импульса. Другим негативным фактором, характеризующим стенд-прототип, является его низкая технологичность, которая выражается в сложности процесса изготовления собственно инерционного блока из монолитного бетона с массой, достигающей 10-12 тонн, а также в большой трудоемкости его транспортировки и монтажа на месте установки стенда в связи с монолитностью конструкции и значительными габаритами.

Таким образом, задачей полезной модели является повышение точности воспроизведения сигнала ударного импульса и повышение технологичности конструкции инерционного блока.

Поставленная задача достигается за счет того, что в стенде для ударных испытаний, включающем, соосно расположенные, подвижный стол, несущий испытуемый прибор, и инерционный блок с наковальней и крешером, смонтированный на основании с помощью надувных эластичных оболочек, разделенных на центральную и периферийную части, каждая из которых связана с единым регулируемым источником сжатого воздуха, при этом первая часть оболочек связана с атмосферой посредством клапана быстрого выхлопа, электрически управляемого акселерометром, закрепленным на инерционном блоке, который выполнен в виде пакета из отдельных плит, между которыми расположены прослойки из полимерного материала с твердостью не более 55 единиц по Шору. В качестве материала верхней плиты используется сталь для остальных плит может быть использована сталь, бетон или чугун, а в качестве полимерного материала - полиуретан.

Технический результат полезной модели состоит в повышении точности воспроизведения ударного импульса и упрощении технологи изготовления инерционного блока за счет многослойной конструкции, а также в упрощении транспортировки и монтажа на месте установки стенда.

На чертежах представлены: схематичное изображение конструкции стенда для ударных испытаний (фиг. 1), график, отображающий вид ударного импульса на стенде-прототипе (фиг. 2а) и на стенде предлагаемой конструкции (фиг. 2б).

Стенд для ударных испытаний включает фундамент 1 в виде железобетонного короба с прямоугольной открытой частью. На фундаменте 1 установлен инерционный блок 2 (далее блок 2), снабженный опорами 3 в виде цилиндров, которые частично входят в сквозные полости соответствующей формы поперечного сечения блока 2, упираясь там в надувные эластичные оболочки, которые, в свою очередь, упираются в съемные крышки 4, расположенные на поверхности блока 2. Обобщая сказанное, можно считать, что блок 2 опирается на фундамент 1 посредством вышеназванных оболочек. Следует отметить, что предлагаемая конструкция стенда имеет опорную конструкцию, предназначенную для гашения кинетической энергии удара, аналогичную опорной конструкции стенда-прототипа, т.е. она снабжена, как и последний, периферийной и центральной пневматическими системами, обслуживающими соответствующие надувные эластичные оболочки, через которые блок 2 опирается на фундамент 1. Как и у стенда-прототипа обе пневматические системы заявляемого стенда связаны с источником сжатого воздуха пневматическими магистралями, в которые включены регуляторы и датчики давления. При этом периферийная пневматическая система связана с атмосферой с помощью клапана быстрого выхлопа, электрически управляемого акселерометром, расположенным на блоке 2. Одинаковые элементы обоих вариантов стендов, за исключением тех, которые способствуют раскрытию сущности полезной модели, на чертеже (фиг. 1) не показаны. Далее, в блоке 2 имеется пара сквозных противоположно расположенных отверстий для вертикальных штанг 5, связанных с фундаментом 1 и являющихся направляющими для перемещения подвижного стола 6, несущего испытуемое изделие 7. Механизм подъема и сброса стола 6 на чертеже не показан. Стол 6 и блок 2 имеют общую вертикальную геометрическую ось симметрии 8, проходящую через центры тяжести обоих устройств. По оси 8 на блоке 2 расположена наковальня 9, несущая крешер 10, задающий закон ударного импульса. Собственно блок 2 выполнен в виде пакета из отдельных плит 11, материалом которых может быть сталь, чугун или бетон. Плиты 11 отделены друг от друга прослойками 12, выполненными из полимерного материала, в частности, полиуретана с твердостью по Шору не более 55 единиц. Исходное положение, т.е. перед проведением испытаний, блок 2 занимает, упираясь в упоры 13, связанные с фундаментом 1.

Значительным достоинством слоистой конструкции инерционного блока является то, что в процессе его производства не требуется рихтовка и механическая обработка по плоскостям, в частности, стальных плит. Т.е. в данном случае может быть использован катаный стальной лист нормальной точности. Не требуется дополнительная механическая обработка и для литых плит из чугуна или бетона. Такой результат является следствием того, что полимерный материал заполняет пространство между плитами, обеспечивая монолитность конструкции инерционного блока.

Работа на предлагаемом стенде для ударных испытаний, с точки зрения последовательности операций, действия и взаимодействия отдельных узлов и механизмов не отличается от аналогичных, описанных выше для стенда-прототипа. Особенностью является лишь получаемый результат. Если на стенде-прототипе график, отображающий ударный импульс (фиг. 2а), имеет высокочастотную гармонику 14 то, как показали испытания на стенде содержащем блок 2 новой конструкции, аналогичный сигнал (фиг. 2б) свободен от высокочастотной гармоники, при этом амплитуда воспроизводимого ускорения на обоих стендах практически осталась неизменной. Таким образом, получен более «чистый» (точный) сигнал свободный от влияния некоторых конструктивных параметров, понимание сути которых носит пока эмпирический характер. Так, сложно объяснить влияние прослоек из полиуретана именно с твердостью не более 55 единиц по Шору на получаемое качество воспроизведения ударного импульса, как и не ясно влияние соотношения толщины плит и прослоек, что оказывается, как показал эксперимент, важным для достижения конечного, положительного результата.

Существенным результатом предлагаемого усовершенствования является то, что блок 2 относится к сборочным единицам, т.е. имеется возможность его изготовления из отдельных плит соответствующего материала, что значительно упрощает процесс изготовления и сборки стенда на месте его установки. В этом случае нет необходимости изготавливать и обрабатывать монолит (10-12 тонн) в качестве инерционного блока, как это делается традиционно на специализированном предприятии с последующей его транспортировкой к месту сборки стенда.

Claims (5)

1. Стенд для ударных испытаний, включающий, соосно расположенные, подвижный стол, несущий испытуемое изделие, и инерционный блок с наковальней и крешером, смонтированный на фундаменте с помощью надувных эластичных оболочек, разделенных на центральную и периферийную части, каждая из которых связана с единым регулируемым источником сжатого воздуха, при этом первая часть оболочек связана с атмосферой посредством клапана быстрого выхлопа, электрически управляемого акселерометром, закрепленным на инерционном блоке, отличающийся тем, что инерционный блок выполнен в виде пакета из отдельных плит, между которыми расположены прослойки из полимерного материала с твердостью не более 55 единиц по Шору.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что плиты выполнены из стали.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что плиты выполнены из чугуна.

4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что плиты выполнены из бетона.

5. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала использован полиуретан.

Images