RU208798U1

RU208798U1 - COMB PANEL TESTING DEVICE

Info

Publication number: RU208798U1
Application number: RU2021128970U
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Агашкин; Владимир Сергеевич Башкарев; Илья Анатольевич Маркелов
Original assignee: Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва»
Priority date: 2021-10-05
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2022-01-13

Abstract

Полезная модель относится к различным областям промышленности, прежде всего к ракетно-космической и авиационной. В частности, техническое решение относится к области испытания прочности установки (приклеивания) закладных элементов сотовых конструкций космических аппаратов. Устройство для испытания сотовых панелей на отрыв закладных элементов представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из горизонтального основания 8, которое устанавливается на сотовую панель, серводвигателя 1 с редуктором 2 и преобразователя вращательного движения в поступательное линейное, выполненного в виде шарико-винтовой пары 3 с выходным штоком, с кнопками 5 управления перемещением штока «Вверх» и «Вниз». Серводвигатель 1 оснащен функцией позиционера с возможностью определения позиции и угла поворота вала редуктора 2, при этом на штоке установлен тензометрический силоизмерительный датчик 6 и шарниры 7 для крепления к закладным элементам, например, резьбовым вставкам 11 сотовой панели 10. Устройство оснащено ручками оператора 4 для переноски, соединяется кабелями 9 с блоком управления. Техническим результатом полезной модели является создание устройства, позволяющего в широком диапазоне и с высокой точностью создавать усилия для испытания без локальных пластических деформаций обшивки сотовой панели вокруг испытываемой вставки.The utility model relates to various fields of industry, primarily to rocket and space and aviation. In particular, the technical solution relates to the field of testing the strength of the installation (gluing) of embedded elements of honeycomb structures of spacecraft. A device for testing honeycomb panels for detachment of embedded elements is a monoblock structure consisting of a horizontal base 8, which is installed on a honeycomb panel, a servomotor 1 with a gearbox 2 and a rotary-to-translational linear converter made in the form of a ball screw pair 3 with an output rod , with buttons 5 for controlling the movement of the rod "Up" and "Down". The servomotor 1 is equipped with the function of a positioner with the ability to determine the position and angle of rotation of the shaft of the gearbox 2, while the rod is equipped with a strain gauge force sensor 6 and hinges 7 for attaching to embedded elements, for example, threaded inserts 11 of the honeycomb panel 10. The device is equipped with operator handles 4 for carrying , is connected by cables 9 to the control unit. The technical result of the utility model is the creation of a device that allows, in a wide range and with high accuracy, to create forces for testing without local plastic deformations of the honeycomb panel skin around the test insert.

Description

Полезная модель относится к различным областям промышленности, прежде всего к ракетно-космической и авиационной. В частности, техническое решение относится к области испытания прочности установки (приклеивания) закладных элементов сотовых конструкций космических аппаратов (КА).The utility model relates to various fields of industry, primarily to rocket and space and aviation. In particular, the technical solution relates to the field of testing the strength of the installation (gluing) of embedded elements of honeycomb structures of spacecraft (SC).

В авиационной и космической технике всё более широкое применение находят трехслойные сотовые конструкции - сотовые панели (СП). Трехслойная сотовая конструкция состоит из двух тонких обшивок (несущих слоёв), между которыми размещается относительно легкий и менее прочный сотовый заполнитель, обеспечивающий совместную работу несущих слоев. Закладные элементы (как правило, резьбовые вставки), установленные (вклеенные) в такую конструкцию, предназначены для крепления оборудования, кабелей, волноводных сетей и соединения СП между собой. СП в составе конструкции КА и отдельно проходят полный цикл квалификационных и приемочных испытаний. Он включают в себя механические испытания закладных элементов. Единственный существующий на данный момент способ обнаружить скрытый дефект (непроклей) на вставках – это «испытание на вырыв». К испытуемой вставке прикладывается некоторое тянущее усилие на определенное время испытания, при этом вставка считается прошедшей испытание, если не произошло смещение вставки по линии приложения нагрузки (как правило, перпендикулярно к плоскости СП).In aviation and space technology, three-layer honeycomb structures - honeycomb panels (SP) are increasingly used. A three-layer honeycomb structure consists of two thin skins (carrier layers), between which a relatively light and less durable honeycomb core is placed, which ensures the joint operation of the carrier layers. Embedded elements (as a rule, threaded inserts) installed (pasted) into such a structure are designed to fasten equipment, cables, waveguide networks and connect the joint venture to each other. The SP as part of the spacecraft design and separately undergo a full cycle of qualification and acceptance tests. It includes mechanical testing of embedded elements. The only currently existing way to detect a hidden defect (non-glue) on inserts is a “pull test”. A certain pulling force is applied to the tested insert for a certain test time, while the insert is considered to have passed the test if the insert has not been displaced along the line of application of the load (as a rule, perpendicular to the plane of the joint venture).

Из предшествующего уровня техники известны устройства для создания нагрузок при механических испытаниях.Devices for creating loads during mechanical tests are known from the prior art.

Так, например, известна Машина испытательная универсальная сервогидравлическая для механических испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие, изгиб и малоцикловую усталость при растяжении-сжатии (патент RU2678935C1), включающая нагружающее устройство, содержащее основание, два гидроцилиндра, закрепленных на верхней плоскости основания симметрично относительно оси нагружающего устройства, траверсу, скрепленную со штоками гидроцилиндров, два захвата для закрепления испытуемых образцов, датчик силы, датчик перемещения, а также насосную установку, содержащую насос высокого давления, клапан предохранительный, гидрораспределители для управления захватами, компенсатор давления и сервоклапан для управления гидроцилиндрами (нагружением образца). For example, a universal servo-hydraulic testing machine for mechanical testing of material samples for tension, compression, bending and low-cycle fatigue in tension-compression (patent RU2678935C1) is known, including a loading device containing a base, two hydraulic cylinders fixed on the upper plane of the base symmetrically about the axis loading device, a traverse fastened to the rods of hydraulic cylinders, two grippers for fixing the test samples, a force sensor, a displacement sensor, as well as a pumping unit containing a high-pressure pump, a safety valve, hydraulic distributors for grip control, a pressure compensator and a servo valve for controlling hydraulic cylinders (loading sample).

К недостаткам вышеуказанного устройства можно отнести массогабаритные характеристики конструкции, вследствие использования гидросистемы (два гидроцилиндра на общей траверсе со шлангами гидротрактов).The disadvantages of the above device include the weight and size characteristics of the design, due to the use of a hydraulic system (two hydraulic cylinders on a common traverse with hydraulic hoses).

Известна полезная модель Устройство бесконтактного измерения деформации (патент RU165020U1), содержащее каретку и детектирующее устройство, на вертикальной цилиндрической направляющей со снабженной крепежными элементами для крепления к станине испытательного прибора расположены две имеющих возможность вертикального перемещения вдоль оси направляющей, а в качестве детектирующего устройства использована цветная видеокамера, связанная с персональным компьютером проводом, ко второй каретке привернуты плита с источником подсветки. К недостаткам приведенного технического решения можно отнести отсутствие непосредственного датчика усилия в механизме растяжения и необходимость нанесения предварительно меток, по которым посредством видеокамеры будет осуществляться оценка деформации испытуемого объекта.Known utility model Device for non-contact measurement of deformation (patent RU165020U1), containing a carriage and a detecting device, on a vertical cylindrical guide with fasteners for fastening to the frame of the test device, there are two capable of vertical movement along the axis of the guide, and a color video camera is used as a detecting device , connected to a personal computer by a wire, a plate with a backlight source is screwed to the second carriage. The disadvantages of the given technical solution include the absence of a direct force sensor in the tension mechanism and the need to apply pre-marks, according to which the deformation of the test object will be assessed by means of a video camera.

Известно Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций (патент RU2580337C1), содержащее корпус с размещенным в нем приводом и жестко закрепленную на нем металлическую раму с основанием, захватами для испытуемого образца и тензодатчиками, при этом один из захватов жестко закреплен на раме, а второй установлен на основании посредством двух пневмоцилиндров с возможностью обеспечения приложения вертикальной нагрузки и крутящего момента на испытуемый образец, а тензодатчики размещены на подвижном захвате и испытуемом образце. К недостаткам приведенного технического решения относится необходимость определенного расположения и закрепления испытуемого объекта в захватах рамы, что лишает конструкцию устройства универсальности при разных габаритах испытуемого объекта, как и способ измерения деформации, методом сравнения показаний тензодатчиков, размещенных на подвижном захвате и испытуемом образце.It is known Device for testing three-dimensional box structures (patent RU2580337C1), containing a housing with a drive placed in it and a metal frame rigidly fixed on it with a base, grips for the test sample and strain gauges, while one of the grips is rigidly fixed to the frame, and the second is mounted on base by means of two pneumatic cylinders with the possibility of providing the application of vertical load and torque on the test sample, and the strain gauges are placed on the movable grip and the test sample. The disadvantages of the above technical solution include the need for a certain location and fixation of the test object in the grips of the frame, which deprives the design of the device of universality for different dimensions of the test object, as well as the method of measuring deformation by comparing the readings of strain gauges placed on the movable grip and the test sample.

Известно устройство, описанное в изобретении Способ определения механических характеристик стержней из полимерных композитных материалов и устройство для его реализации (патент RU 2451281C1). Устройство содержит горизонтальное основание, установленные на нем подвижную с возможностью горизонтального перемещения шарнирную опору и неподвижный силоизмерительный узел, включающий неподвижно закрепленную на основании вертикальную стойку, снабженную в верхней части шарниром с подвешенным на нем кронштейном, на котором со стороны, обращенной к подвижной опоре размешена неподвижная шарнирная опора, а с противоположной - нагружающий наконечник, контактирующий с силоизмерительным датчиком, размещенным на вертикальной стойке, причем гнезда для установки образца в подвижной и неподвижной шарнирных опорах, нагружающий наконечник и силоизмерительный датчик (размещены на одной линии), подвижная опора снабжена нагружающим механизмом, например электродвигателем с редуктором, а между подвижной опорой и силоизмерительным узлом установлены датчики измерения стрелы прогиба и радиуса кривизны.A device described in the invention is known. Method for determining the mechanical characteristics of rods made of polymer composite materials and a device for its implementation (patent RU 2451281C1). The device comprises a horizontal base, mounted on it a movable hinged support with the possibility of horizontal movement and a fixed force-measuring unit, including a vertical stand fixedly fixed on the base, provided in the upper part with a hinge with a bracket suspended on it, on which, from the side facing the movable support, a fixed a hinged support, and on the opposite side - a loading tip in contact with a force-measuring sensor placed on a vertical stand, moreover, the sockets for installing the sample in the movable and fixed hinged supports, the loading tip and the force-measuring sensor (placed on the same line), the movable support is equipped with a loading mechanism, for example, an electric motor with a gearbox, and sensors for measuring the deflection and radius of curvature are installed between the movable support and the force-measuring unit.

Достоинством аналога является наличие силоизмерительного датчика и использование в качестве нагружающего механизма – электродвигателя с редуктором. К недостаткам приведенного технического решения относится малая универсальность, из-за необходимости установки испытуемого объекта между подвижной и неподвижной опорами, так как нагружение происходит со стороны подвижной опоры, а силоизмерительный датчик устанавливается на неподвижной опоре с другой стороны объекта испытания.The advantage of the analogue is the presence of a force-measuring sensor and the use of an electric motor with a gearbox as a loading mechanism. The disadvantages of the above technical solution include low versatility, due to the need to install the object under test between the movable and fixed supports, since the loading occurs from the side of the movable support, and the load cell is installed on the fixed support on the other side of the test object.

В качестве ближайшего аналога-прототипа выбрана полезная модель Стенд для испытания многослойных панелей (патент RU 77436 U1). Стенд состоит из основания, в котором размещен привод, содержащий электродвигатель с двумя выходными валами, двух колонн, жестко закрепленных на основании, двух червячно-винтовых домкратов, соединенных муфтами с электродвигателем, подвижной траверсы с закрепленными в ней винтами, верхней неподвижной траверсы, жестко закрепленной к колоннам, датчиков силы, один из которых установлен на верхней неподвижной траверсе, а другой – на подвижной траверсе снизу по центру машиныAs the closest analogue-prototype, a utility model of a Bench for testing multilayer panels (patent RU 77436 U1) was chosen. The stand consists of a base in which a drive is placed, containing an electric motor with two output shafts, two columns rigidly fixed to the base, two worm-screw jacks connected by couplings to the electric motor, a movable traverse with screws fixed in it, an upper fixed traverse rigidly fixed to the columns, force sensors, one of which is installed on the upper fixed traverse, and the other on the movable traverse from the bottom in the center of the machine

Кроме этого, общим недостатком рассмотренных выше технических решений является то, что в них не предполагается достаточная минимизация деформации испытываемого изделия. Напротив, главной задачей аналогов является пластическая деформация изделия, для определения механических иди физических характеристик изделия. In addition, a common disadvantage of the technical solutions discussed above is that they do not assume sufficient minimization of the deformation of the product under test. On the contrary, the main task of analogues is the plastic deformation of the product, to determine the mechanical or physical characteristics of the product.

Для заявленной полезной модели выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: устройство, содержащее горизонтальное основание, силоизмерительный узел с силоизмерительным датчиком, снабжённое нагружающим механизмом - электродвигателем с редуктором.For the claimed utility model, the following essential features common with the prototype have been identified: a device containing a horizontal base, a force-measuring unit with a force-measuring sensor, equipped with a loading mechanism - an electric motor with a gearbox.

Техническими проблемами, на решение которых направлено заявленное техническое решение, являются низкие надёжность, точность и информативность процесса испытания, а также пластические деформации объекта испытаний.The technical problems to be solved by the claimed technical solution are low reliability, accuracy and information content of the testing process, as well as plastic deformation of the test object.

Техническим результатом полезной модели является создание устройства, позволяющего в широком диапазоне и с высокой точностью создавать усилия для испытания без локальных пластических деформаций обшивки СП вокруг испытываемой вставки.The technical result of the utility model is the creation of a device that allows, in a wide range and with high accuracy, to create forces for testing without local plastic deformations of the SP skin around the test insert.

Указанные проблемы решаются за счет того, что в заявленной полезной модели предлагается устройство для испытания сотовых панелей, предназначенное для испытаний на отрыв закладных элементов панелей, содержащее горизонтальное основание, силоизмерительный датчик, электродвигатель с редуктором. В устройство введен преобразователь вращательного движения в поступательное линейное, выполненный в виде шарико-винтовой пары с выходным штоком, с кнопками управления перемещением штока («Вверх» и «Вниз»), при этом на штоке установлен тензометрический датчик и шарниры для крепления к закладным элементам сотовой панели, а в качестве электродвигателя выступает серводвигатель с функцией позиционера, с возможностью определения угла поворота вала редуктора.These problems are solved due to the fact that the claimed utility model proposes a device for testing honeycomb panels, designed for tear testing of embedded elements of panels, containing a horizontal base, a force sensor, an electric motor with a gearbox. A converter of rotational motion into translational linear motion is introduced into the device, made in the form of a ball screw pair with an output rod, with buttons for controlling the movement of the rod ("Up" and "Down"), while a strain gauge and hinges for fastening to embedded elements are installed on the rod honeycomb panel, and a servomotor with a positioner function acts as an electric motor, with the ability to determine the angle of rotation of the gearbox shaft.

Техническая сущность и принцип действия предложенной полезной модели поясняются чертежами, на которых The technical essence and principle of operation of the proposed utility model are illustrated by drawings, in which

на фиг.1 - общий вид моноблока, установленный на сотовой панели, figure 1 - General view of the monoblock mounted on a honeycomb panel,

на фиг.2 - общий вид системы управления, figure 2 - General view of the control system,

на фиг.3 - вид интерфейса на экране панели оператора при управлении в автоматизированном режиме,figure 3 - view of the interface on the screen of the operator panel when controlled in automated mode,

на фиг.4 - вид интерфейса на экране панели оператора при управлении в ручном режиме.figure 4 - view of the interface on the screen of the operator panel when controlled in manual mode.

Устройство для испытания сотовых панелей на отрыв закладных элементов представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из горизонтального основания 8, которое устанавливается на сотовую панель, серводвигателя 1 с редуктором 2 и преобразователя вращательного движения в поступательное линейное, выполненного в виде шарико-винтовой пары 3 с выходным штоком, с кнопками 5 управления перемещением штока «Вверх» и «Вниз». Серводвигатель 1 оснащен функцией позиционера, с возможностью определения позиции и угла поворота вала редуктора 2, при этом на штоке установлен тензометрический силоизмерительный датчик 6 и шарниры 7 для крепления к закладным элементам, например, резьбовым вставкам 11 сотовой панели 10.A device for testing honeycomb panels for detachment of embedded elements is a monoblock structure consisting of a horizontal base 8, which is installed on a honeycomb panel, a servomotor 1 with a gearbox 2 and a rotary-to-translational linear converter made in the form of a ball screw pair 3 with an output rod , with buttons 5 for controlling the movement of the rod "Up" and "Down". The servomotor 1 is equipped with a positioner function, with the ability to determine the position and angle of rotation of the gear shaft 2, while the rod is equipped with a strain gauge force sensor 6 and hinges 7 for fastening to embedded elements, for example, threaded inserts 11 of the honeycomb panel 10.

Устройство оснащено ручками оператора 4 для переноски, соединяется кабелями 9 с блоком управления, исполненным в виде настольного шкафа 12, с расположенными в нем, центральный процессором 14, частотным преобразователем 15 для управления серводвигателем 1 и панелью оператора 13, выполненной с интуитивно понятным человеко-машинным интерфейсом. The device is equipped with operator handles 4 for carrying, it is connected by cables 9 to the control unit, made in the form of a desktop cabinet 12, with a central processor 14, a frequency converter 15 for controlling the servomotor 1 and an operator panel 13, made with an intuitive man-machine interface. interface.

Устройство работает следующим образом: нижняя часть шарнира 7 устанавливается в резьбовую вставку СП, устройство посредством ручек 4 позиционируется таким образом, чтобы шарниры 7 и тензиометрический датчик 6 располагались над испытываемой резьбовой вставкой СП. Оператор предварительно «фиксирует» устройство в выбранном положении, нажатием одной из кнопок управления 5 «Вверх», задав некоторое усилие натяжения на шарнирах 7 и датчике натяжения 6. Далее на панели оператора 13 блока управления (БУ) 12 задаются исходные параметры для проведения испытания: задаваемое усилие, время выдержки, скорость набора усилия (см.Фиг3 и Фиг4.). Происходит программный набор требуемого усилия, требуемая по времени испытания выдержка, затем происходит сброс усилия до усилия «фиксации», ранее заданного оператором. Далее оператор нажатием одной из кнопок управления 5 «Вниз» на ручке оператора 4 ослабляет натяжение на шарнирах 7 и датчике натяжения 6, отсоединяет шарнир от резьбовой вставки и переставляет устройство для испытания следующей резьбовой вставки.The device operates as follows: the lower part of the hinge 7 is installed in the threaded insert SP, the device is positioned by means of handles 4 so that the hinges 7 and the tensiometric sensor 6 are located above the tested threaded insert SP. The operator preliminarily “fixes” the device in the selected position by pressing one of the control buttons 5 “Up”, setting some tension on the hinges 7 and the tension sensor 6. Next, on the operator panel 13 of the control unit (CU) 12, the initial parameters for testing are set: the set force, the exposure time, the rate of force gain (see Fig. 3 and Fig. 4.). The program set of the required force occurs, the exposure required for the test time, then the force is reset to the “fixation” force previously set by the operator. Next, the operator, by pressing one of the control buttons 5 "Down" on the operator's handle 4, loosens the tension on the hinges 7 and the tension sensor 6, disconnects the hinge from the threaded insert and rearranges the device for testing the next threaded insert.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет не допустить локальных пластических деформаций обшивки СП вокруг испытываемой вставки за счет того, что помимо программного задания требуемого усилия с панели оператора и времени его приложения для каждого конкретного вида резьбовой вставки, в БУ вводится реакция привода - снижение скорости при подходе к заданному усилию, а также предусмотрен сброс величины усилия при возникновении перехода от зоны упругой деформации испытуемой вставки к зоне пластической деформации. Такой переход характерен изменением величины измеряемого усилия для каждого типа испытаний, каждого типа вклеиваемых вставок. Эти параметры для каждого типа вставки задаются и записываются в память центрального процессора. Необходимое усилие создается приводом устройства, при этом измеряются и могут быть заданы ограничения, как по прикладываемому усилию, так и по пройдённому рабочим органом расстоянию, определяемому функцией позиционера. В БУ имеется функция удержания – нулевая скорость с фиксацией достигнутого усилия. Если ранее заданное и зафиксированное усилие не меняется в течение необходимого времени испытания, то данная вставка считается прошедшей испытание. Если же вставка начинает сдвигаться – происходит её смещение по линии приложения усилия, сигнал с тензометрического датчика меняется, БУ сбрасывает усилие до нуля и выдает сигнал о начавшейся деформации.Thus, the proposed utility model makes it possible to prevent local plastic deformations of the casing of the joint venture around the tested insert due to the fact that in addition to programming the required force from the operator panel and the time of its application for each specific type of threaded insert, the drive response is introduced into the control unit - a decrease in speed at approach to a given force, as well as a reset of the force value when a transition occurs from the elastic deformation zone of the tested insert to the plastic deformation zone. Such a transition is characterized by a change in the magnitude of the measured force for each type of test, each type of pasted inserts. These parameters for each type of insertion are set and recorded in the memory of the central processor. The required force is generated by the drive of the device, while the limits are measured and can be set, both in terms of the applied force and the distance traveled by the working body, determined by the function of the positioner. The control unit has a hold function - zero speed with fixation of the achieved force. If the previously set and fixed force does not change during the required test time, then this insert is considered to have passed the test. If the insert starts to move, it shifts along the force application line, the signal from the strain gauge changes, the control unit resets the force to zero and gives a signal about the deformation that has begun.

Так как предлагаемое устройство позволяет выявить «выров» вставки на начальной стадии, при этом не происходит значительной локальной деформации СП вокруг вставки, что позволяет выполнить ремонт: демонтировать непрошедшую испытание вставку и вклеить в это место другую вставку.Since the proposed device makes it possible to identify the "hole" of the insert at the initial stage, there is no significant local deformation of the joint venture around the insert, which makes it possible to perform repairs: dismantle the insert that has not passed the test and paste another insert into this place.

Claims

Device for testing honeycomb panels, intended for testing the detachment of embedded elements of panels, containing a horizontal base, a force-measuring sensor, an electric motor with a gearbox, characterized in that it contains a converter of rotational motion into translational linear motion, made in the form of a ball screw pair with an output rod , with buttons for controlling the movement of the rod, while a strain gauge and hinges are installed on the rod for fastening to embedded elements of the honeycomb panel, and a servo motor with the function of determining the angle of rotation of the gearbox shaft acts as an electric motor.