RU2159927C2

RU2159927C2 - Stand for investigation of wave processes

Info

Publication number: RU2159927C2
Application number: RU98109476/28A
Authority: RU
Inventors: С.А. Орлов
Original assignee: Научно-производственное объединение прикладной механики
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 2000-11-27

Abstract

FIELD: equipment testing samples for impact actions. SUBSTANCE: stand is intended predominantly for test of shock-proof devices of various materials and for exposure of instruments to impact loads. Threads are made in butt parts of waveguides on side of object for test where inserts are put. Availability of accelerometers, deformation sensors and photogrammetric marks makes it feasible to record various parameters of deformation waves in waveguide before and after test of object. Inserts are removed easily out of waveguides to provide for standard attachment of object of test. Objective of proposal is design of stand for investigation of wave processes in the form of two waveguides. EFFECT: increased authenticity of recording of parameters of deformation wave, diminished distortion of recorded acceleration. 1 cl, 3 dwg

Description

При эксплуатации различных технических систем ударные воздействия являются одним из видов нагружения, от которого необходимо защищать приборы и оборудование. При отработке ударной стойкости оборудования, а также при исследовании волновых процессов в конструкциях применяются различные виды ударных стендов. Например маятникового типа (Батуев Г.С. и др. Инженерные методы исследования ударных процессов стр.25). Действие этих стендов основано на разгоне молота (бойка) до определенной скорости перед соударением с платформой (наковальней), на которой установлен исследуемый объект. Существуют также различные копровые, пневматические и гидравлические стенды (Вибрации в технике т.5 под ред. Генкина М.Д., стр.476-477). Испытание на копровой машине производят сбрасыванием рамы с изделием с определенной высоты, а для испытаний на пневматической машине в полость рабочего цилиндра закачивается воздух, который с помощью поршня поднимает стол с укрепленным изделием. Затем производится переключение подачи воздуха и стол падает вниз. В общем виде в состав ударных стендов входят ударная установка, системы управления и питание, контрольная и измерительная аппаратура, а также различные приспособления. Для исследования более тонких волновых процессов используют, как правило, специальные лабораторные установки. Рассмотрим одну из них (Батуев Г.С. и др. Инженерные методы исследования ударных процессов. - М. : Машиностроение, 1977, стр. 64 - прототип). Лабораторная установка состоит из наковальни, подъемного устройства, вертикально натянутых направляющих струн, между которыми размещается стальной стержень(волновод). Закрепленный в конечном сечении стержня высокочастотный пьезоэлектрический датчик (акселерометр) служит для записи ускорений, кроме того, с помощью специального датчика регистрируется контактная сила. During the operation of various technical systems, impacts are one of the types of loading from which it is necessary to protect instruments and equipment. When working out the shock resistance of equipment, as well as in the study of wave processes in structures, various types of shock stands are used. For example, the pendulum type (Batuev G.S. et al. Engineering methods for studying shock processes p. 25). The action of these stands is based on the acceleration of the hammer (hammer) to a certain speed before impacting with the platform (anvil) on which the object under study is installed. There are also various pile drivers, pneumatic and hydraulic stands (Vibrations in the technique of volume 5, edited by Genkin MD, p. 476-477). The test on a coping machine is performed by dropping the frame with the product from a certain height, and for testing on a pneumatic machine, air is pumped into the cavity of the working cylinder, which raises the table with the reinforced product using a piston. Then the air supply is switched and the table falls down. In general terms, shock stands include a drum set, control systems and power supply, control and measuring equipment, as well as various devices. To study more subtle wave processes, as a rule, special laboratory facilities are used. Consider one of them (Batuev G.S. et al. Engineering methods for studying impact processes. - M.: Mashinostroenie, 1977, p. 64 - prototype). The laboratory setup consists of an anvil, a lifting device, vertically stretched guide strings, between which a steel rod (waveguide) is placed. A high-frequency piezoelectric sensor (accelerometer) fixed in the final section of the rod serves to record accelerations; in addition, contact force is recorded using a special sensor.

Недостатками этой установки является невозможность ее использования для исследования прохождения волны через различные объекты, например амортизаторы, приборы и т.д. При исследовании таких объектов, как правило, необходимо знать параметры волны деформаций и ускорения до устройства и после него. Это позволяет, например, после анализа амплитудно-частотных характеристик воздействия до и после амортизатора оценить эффективность работы этого амортизатора. Кроме того, установка акселерометра на торце волновода приводит к значительному искажению регенерируемых ускорений, т.к. в торцевом сечении за счет отражения от свободной границы ускорение фиксируется удвоенным (скорость набегающей волны V, отраженной -V, ускорение а = (V-(-V))/Δt= 2V/Δt). Кроме того, наличие только одного датчика ускорений и силы существенно снижает достоверность регистрации параметров волны деформаций. The disadvantages of this setup is the inability to use it to study the passage of waves through various objects, such as shock absorbers, instruments, etc. In the study of such objects, as a rule, it is necessary to know the parameters of the deformation and acceleration waves before and after the device. This allows, for example, after analyzing the amplitude-frequency characteristics of the impact before and after the shock absorber to evaluate the performance of this shock absorber. In addition, the installation of an accelerometer at the end of the waveguide leads to a significant distortion of the regenerated accelerations, because in the end section, due to reflection from the free boundary, the acceleration is fixed doubled (the speed of the incident wave V reflected -V, the acceleration a = (V - (- V)) / Δt = 2V / Δt). In addition, the presence of only one acceleration and force sensor significantly reduces the reliability of registration of strain wave parameters.

Предлагаемое техническое решение позволяет частично устранить описанные выше недостатки. Заявлен стенд для исследования волновых процессов, состоящий из устройства для ударного нагружения, волновода и установленного в торцевой части акселерометра, второго волновода, объекта испытаний, причем в торцевых частях волноводов со стороны объекта испытаний установлены вкладыши, изготовленные в виде стаканов. Предлагаемое решение отличается тем, что в торцевых частях волноводов со стороны объекта испытаний выполнена резьба, с помощью которой в волноводы устанавливают стаканы, причем стаканы изготовлены на ножке, причем внешняя поверхность ножек и внутренняя поверхность стаканов имеют резьбу одного диаметра и шага, которые равны диаметру и шагу резьб в волноводах, при этом внутренние диаметры стаканов и волноводов равны и внешние диаметры стаканов и волноводов равны, а материалы, из которых изготовлены стаканы и волноводы эдентичны, причем в торцевой части стаканов выполнены фланцы с установленными на них акселерометрами, а к фланцам через резьбовое или болтовое соединение подстыкован объект испытаний, при этом на волноводах и на внешних сторонах стаканов установлены датчики деформаций и фотограмметрические метки. The proposed solution allows to partially eliminate the above disadvantages. A test bench for researching wave processes is declared, consisting of a device for impact loading, a waveguide and an accelerometer installed in the end part, a second waveguide, a test object, and inserts made in the form of glasses are installed in the end parts of the waveguides from the test object side. The proposed solution is characterized in that a thread is made in the end parts of the waveguides from the side of the test object, with the aid of which glasses are installed in the waveguides, the glasses being made on the leg, the external surface of the legs and the inner surface of the glasses having a thread of the same diameter and pitch, which are equal to the diameter and the threads in the waveguides, while the inner diameters of the glasses and waveguides are equal and the external diameters of the glasses and waveguides are equal, and the materials from which the glasses and waveguides are made are identical, and in the end part of the cups has flanges with accelerometers installed on them, and the test object is docked to the flanges through a threaded or bolt connection, and strain gauges and photogrammetric tags are installed on the waveguides and on the outer sides of the cups.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг. 1,2,3 показан стенд, и волноводы, 2 тензодатчики, 3 стаканы, 4 объект испытаний (на фиг. 3 амортизатор 7ВШ60/15), 5 источник ударного воздействия, 6 фотограмметрические метки, 7 акселерометры, 8 фланец, 9 резьба на внутренней поверхности стакана, 10 резьба на внешней поверхности ножки. The essence of the proposed solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1,2,3 shows the stand, and waveguides, 2 strain gauges, 3 glasses, 4 test object (in Fig. 3 shock absorber 7ВШ60 / 15), 5 source of shock, 6 photogrammetric labels, 7 accelerometers, 8 flange, 9 thread on the internal the surface of the glass, 10 thread on the outer surface of the legs.

Рассмотрим прохождение волны деформаций через амортизатор. От источника ударного воздействия 5 передается некоторый импульс P(t) . Проходя по волноводу 1, он создает деформации, регистрируемые тензодатчиками 2. При подходе к стакану 3 импульс из-за практически полного акустического контакта, т.к. ударные жесткости (ρcF) стакана и волновода равны (здесь ρ - плотность, с - скорость звука в материале, F - площадь поперечного сечения), а материал волновода и стакана идентичен, площади равны в силу равенства внутренних и внешних диаметров волноводов и стаканов. Таким образом, волна деформаций проходит через стык между волноводом и стаканом без отражения. Размер фланца определяется в первую очередь размерами установленных на нем акселерометров (фиг. 2) или стыковочными размерами объекта испытаний (фиг.3). Погрешность измерения ускорений, вносимая толщиной фланца, приблизительно соответствует частоте с/2δ (где с - скорость звука в материале, δ - толщина фланца). Более низкие частоты регистрируются практически без искажений. При необходимости через фланец 8 стакан 3 может состыковываться с объектом испытаний (например, амортизатором) либо через резьбовое соединение (фиг.2, где амортизатор вворачивается в стакан), либо через болтовое соединение (фиг.3, когда во фланце выполняются отверстия, обеспечивающие штатное крепление амортизатора к фланцу). Возможность свободного монтажа и демонтажа стакана позволяет выполнять его любой конфигурации, обеспечивая установку объекта испытаний с соблюдением условий его штатной эксплуатации (предварительное поджатие, вид крепления и т.д.). Это особенно важно в случаях, когда возникает необходимость неоднократного демонтажа объекта испытаний. Например при исследовании демпфирующих свойств амортизаторов приходится менять демпфирующие элементы, подбирая наиболее эффективные. Наличие на корпусе стакана фотограмметрических меток и тензодатчиков позволяет определить деформации амортизатора при прохождении через него волны деформаций (тензодатчик регистрирует параметры волны деформаций, а взаимное смещение меток показывает деформации амортизатора). Consider the passage of a deformation wave through a shock absorber. From the shock source 5, a certain impulse P (t) is transmitted. Passing along waveguide 1, it creates deformations recorded by strain gauges 2. When approaching glass 3, the impulse is due to almost complete acoustic contact, because impact stiffness (ρcF) of the cup and the waveguide are equal (here ρ is the density, c is the speed of sound in the material, F is the cross-sectional area), and the material of the waveguide and the cup is identical, the areas are equal due to the equality of the internal and external diameters of the waveguides and cups. Thus, the deformation wave passes through the joint between the waveguide and the glass without reflection. The size of the flange is determined primarily by the dimensions of the accelerometers installed on it (Fig. 2) or by the docking dimensions of the test object (Fig. 3). The measurement error of the accelerations introduced by the thickness of the flange approximately corresponds to the frequency c / 2δ (where c is the speed of sound in the material, δ is the thickness of the flange). Lower frequencies are recorded with virtually no distortion. If necessary, through flange 8, glass 3 can dock with the test object (for example, a shock absorber) either through a threaded connection (Fig. 2, where the shock absorber is screwed into the glass) or through a bolted connection (Fig. 3, when openings are provided in the flange that provide regular fixing the shock absorber to the flange). The possibility of free mounting and dismounting of the glass allows it to be performed in any configuration, ensuring the installation of the test object in compliance with the conditions of its normal operation (preliminary tightening, type of fastening, etc.). This is especially important in cases where it becomes necessary to repeatedly dismantle the test object. For example, when studying the damping properties of shock absorbers, it is necessary to change the damping elements, selecting the most effective ones. The presence of photogrammetric marks and strain gauges on the cup body makes it possible to determine the shock absorber deformations when a deformation wave passes through it (the strain gauge registers strain wave parameters, and the mutual displacement of the marks indicates shock absorber strains).

Зная дополнительно параметры ударного воздействия, можно построить, например, петлю гистерезиса для конкретного амортизатора. Knowing additionally the parameters of the impact, it is possible to build, for example, a hysteresis loop for a specific shock absorber.

Пример практического использования. An example of practical use.

Данное устройство было использовано при определении демпфирующих свойств амортизатора 7ВШ60/15. При испытаниях использовались (фиг. 1, 3) два стальных волновода (трубы) диаметром 90 мм и толщиной стенок 5 мм, длиной 4 м, вывешанные на тросах длиной 4,5 м. Длина вкладыша 120 мм, при этом ножка составляла 40 мм, толщина фланца 20 мм, высота 25 мм. Во фланцах были выполнены четыре отверстия под болт М8. На фланцах устанавливались по два акселерометра АВС 052. На волноводы и стаканы наклеивались тензодатчики КФ4 с базой 10 мм и фотограмметрические метки. Регистрация взаимных смещений меток проводилась с помощью стробоскопической камеры АФА 42. В процессе испытаний проводилась неоднократная замена вкладышей (металлорезина, сталь, бронза,текстолит). По результатам измерений и анализу амплитудно-частотных характеристик, полученных до и после аммортизатора, давалось заключение об эффективности работы амортизатора. This device was used to determine the damping properties of the 7VSh60 / 15 shock absorber. In the tests we used (Figs. 1, 3) two steel waveguides (tubes) with a diameter of 90 mm and a wall thickness of 5 mm, a length of 4 m, hung on cables of 4.5 m length. The liner length was 120 mm, while the leg was 40 mm, flange thickness 20 mm, height 25 mm. Four holes for the M8 bolt were made in the flanges. Two ABC 052 accelerometers were installed on the flanges. KF4 strain gauges with a base of 10 mm and photogrammetric labels were glued to the waveguides and glasses. Recording of the mutual displacements of the marks was carried out using an AFA 42 stroboscopic camera. In the process of testing, the inserts were repeatedly replaced (metal rubber, steel, bronze, textolite). According to the results of measurements and analysis of the amplitude-frequency characteristics obtained before and after the shock absorber, a conclusion was made on the effectiveness of the shock absorber.

Claims

A stand for studying wave processes, consisting of a device for impact loading, a waveguide and an accelerometer installed in the end part, a second waveguide, a test object, and in the end parts of the waveguides from the test object side there are inserts made in the form of glasses, characterized in that in the end parts of the waveguides from the side of the test object are made thread, with which glasses are installed in the waveguides, and the glasses are made on the leg, the outer surface of the legs and the inner the surface of the glasses have threads of the same diameter and pitch and are equal to the diameter and the pitch of the threads in the waveguides, while the internal diameters of the glasses and waveguides are equal and the external diameters of the glasses and waveguides are equal, and the materials from which the glasses and waveguides are made are identical, and in the end part cups are made flanges with accelerometers mounted on them, and the test object is docked to the flanges through a threaded or bolt connection, while strain gauges and photos are installed on the waveguides and on the outer sides of the cups ammetric marks.