RU2412430C2

RU2412430C2 - Machine for testing screw springs

Info

Publication number: RU2412430C2
Application number: RU2008149466/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Бугаец (RU); Александр Иванович Бугаец; Алексей Федорович Кравченко (RU); Алексей Федорович Кравченко; Евгений Николаевич Потаенко (RU); Евгений Николаевич Потаенко; Станислав Михайлович Чиликов (RU); Станислав Михайлович Чиликов
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2011-02-20
Also published as: RU2008149466A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: machine contains power frame consisting of base, screw columns and movable cross bar, further, machine contains worm reducers of column rotation drive installed in base, also, reducers are conjugated with nuts installed in cross bar, electric engine of worm reducers drive, force sensor with measurement unit, deformation sensor with measurement unit, hydro-cylinder of double action with rod mounted on base coaxially with axle of power frame, intermediate cross bar and stop; additionally, machine contains pump with pressure regulator and gauge. With its one pipeline the pump is connected with the accumulator and an upper cavity of the hydro-cylinder of double action, while with its another pipeline it is connected with an electro-hydraulic servo-valve communicated with a lower cavity of the hydro-cylinder of double action.

EFFECT: upgraded reliability of test results.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике механических испытаний изделий машиностроения, а именно к машинам для испытания винтовых пружин на жесткость и выносливость при циклическом нагружении - машинам для механических испытаний образцов материалов (или изделий) на усталость при циклическом нагружении.The invention relates to techniques for mechanical testing of engineering products, and in particular to machines for testing coil springs for stiffness and endurance under cyclic loading - machines for mechanical testing of samples of materials (or products) for fatigue under cyclic loading.

Известны машины с механическим приводом для оценки упругих характеристик при статических обжатиях и построения зависимостей «нагрузка - деформация», известны также машины для циклических испытаний с гидравлическим приводом деформирования.Machines with a mechanical drive are known for evaluating elastic characteristics during static reductions and constructing load – strain relationships, and machines for cyclic tests with a hydraulic drive of deformation are also known.

Недостатком машин с механическим червячно-винтовым приводом является их низкая частота (mах 10 цикл/мин) нагружения, что практически неприемлемо для циклических испытаний при многоцикловом нагружении из-за низкой производительности. Кроме того, не обеспечивается регулирование амплитуды деформирования в процессе испытаний.The disadvantage of machines with a mechanical worm-screw drive is their low frequency (max 10 cycles / min) of loading, which is practically unacceptable for cyclic tests with multi-cycle loading due to low productivity. In addition, the deformation amplitude is not controlled during testing.

В качестве аналога может быть принята машина с механическим червячно-винтовым приводом на нагрузку до 200 кН: ИР5143-20 производства ОАО «Точприбор» г. Иваново (Каталог «Машины и приборы для механических испытаний», 1998 г.). Другим аналогом является машина с электрогидравлическим приводом производства ООО «НИКЦИМ Точмашприбор»: МИПРЛ-200К для испытания пружин и рессор локомотивов выпуска 2006 г. По методикам циклических испытаний пружина предварительно нагружается статической нагрузкой (деформацией), а затем прикладывается циклическая нагрузка амплитудой 40% от статической (ориентировочно). Таким образом, на возбудитель вибрации при циклическом нагружении действует суммарная нагрузка, в 3,5 раза превышающая амплитуду циклической нагрузки, что требует адекватного увеличения мощности привода циклического нагружения.As an analogue, a machine with a mechanical worm-screw drive for a load of up to 200 kN can be taken: IR5143-20 manufactured by Tochpribor OJSC in Ivanovo (Catalog of Machines and Devices for Mechanical Testing, 1998). Another analogue is a machine with an electro-hydraulic drive manufactured by NIKTSIM Tochmashpribor LLC: MIPRL-200K for testing springs and springs of locomotives manufactured in 2006. According to the cyclic testing methods, the spring is pre-loaded with a static load (deformation), and then a cyclic load with an amplitude of 40% of the static (tentatively). Thus, the vibration exciter under cyclic loading is affected by the total load, 3.5 times the amplitude of the cyclic load, which requires an adequate increase in the drive power of the cyclic loading.

Предлагаемая машина содержит механический червячно-винтовой привод статического нагружения и электрогидравлический привод циклического нагружения. В рабочем пространстве силовой рамы устанавливаются последовательно 2 пружины, одна из которых опирается на основание, вторая на подвижную траверсу, при этом вторые концы пружин опираются на промежуточную траверсу, жестко соединяемую со штоком гидроцилиндра циклического нагружения электрогидравлической системой после установки испытываемых пружин. Затем механическим приводом деформируются пружины на заданную величину (шток гидроцилиндра свободно плавающий), после чего система гидравлического привода воспроизводит циклическое возвратно-поступательное движение штока цилиндра с промежуточной траверсой с заданной амплитудой, не воспринимая статической составляющей нагрузки на пружины.The proposed machine contains a mechanical worm-screw drive of static loading and an electro-hydraulic drive of cyclic loading. In the working space of the power frame, 2 springs are installed sequentially, one of which rests on the base, the second on the movable cross-arm, while the second ends of the springs rest on the intermediate cross-arm, rigidly connected to the rod of the hydraulic loading cylinder by the electro-hydraulic system after installing the tested springs. Then, the springs are deformed by a mechanical drive by a predetermined amount (the hydraulic cylinder rod is freely floating), after which the hydraulic drive system reproduces the cyclic reciprocating movement of the cylinder rod with an intermediate traverse with a given amplitude, without perceiving the static component of the spring load.

В качестве второго варианта исполнения машина для испытания винтовых пружин снабжена гидропульсатором, представляющим собой бесклапанный рекуперативный насос циклической подачи рабочей жидкости параллельно с электрогидравлической системой в рабочий цилиндр машины. В результате повышаются экономичность испытаний и производительность при незначительном (за счет рекуперативности гидропульсатора) увеличении мощности привода.As a second embodiment, the coil spring testing machine is equipped with a hydro-pulsator, which is a valveless recuperative pump for cyclic supply of the working fluid in parallel with the electro-hydraulic system in the working cylinder of the machine. As a result, the test economy and productivity are increased with a slight (due to the regenerativeness of the hydro-pulsator) increase in drive power.

На чертеже схематично изображен предмет изобретения. Машина включает силовую раму 1, состоящую из основания 2, винтовых колонн 3 и подвижной траверсы 4 с резьбовыми гайками, установленные в основании червячные редукторы 5 привода вращения винтовых колонн, сопряженных с резьбовыми гайками траверсы 4, двигатель 6 привода червячных редукторов 5, электрический датчик силы 7 с блоком 8 измерения силы сжатия испытываемых пружин (25 и 26), датчик деформации 9 с блоком измерения 10, закрепленный на основании соосно с осью силовой рамы гидроцилиндр 11 двухстороннего действия со штоком 12, промежуточной траверсой 13, сопряженной со штоком 12 и зафиксированной стопором 14, гидропневматический аккумулятор 15, насос 16 с регулятором давления 17, соединенный трубопроводом 18 с аккумулятором 15 и цилиндром 11, а трубопроводом 19 с электрогидравлическим сервоклапаном 20, который трубопроводом 21 соединен со второй полостью цилиндра 11, и с манометром 22 для контроля давления насоса.The drawing schematically shows the subject of the invention. The machine includes a power frame 1, consisting of a base 2, screw columns 3 and a movable crosshead 4 with threaded nuts, worm gears 5 mounted on the base of the rotary drive of helical columns coupled to the threaded nuts of the crosshead 4, a motor 6 of the worm gear drive 5, an electric force sensor 7 with a unit 8 for measuring the compression force of the tested springs (25 and 26), a deformation sensor 9 with a unit for measuring 10, a double-acting hydraulic cylinder 11 with a rod 12, an intermediate traverse, coaxially mounted with the axis of the power frame th 13, coupled to the rod 12 and fixed by the stopper 14, a hydropneumatic accumulator 15, a pump 16 with a pressure regulator 17, connected by a pipe 18 to the battery 15 and a cylinder 11, and a pipe 19 with an electro-hydraulic servo valve 20, which pipe 21 is connected to the second cavity of the cylinder 11 , and with a pressure gauge 22 for monitoring the pressure of the pump.

Кроме того, как вариант исполнения, машина для испытания винтовых пружин содержит гидропульсатор 23, насосная гидравлическая полость которого соединена трубопроводом 24 с трубопроводом 21 подачи рабочей жидкости в гидроцилиндр.In addition, as an embodiment, the machine for testing coil springs comprises a hydraulic pulsator 23, the pumping hydraulic cavity of which is connected by a pipe 24 to a pipe 21 for supplying a working fluid to the hydraulic cylinder.

На схеме машины изображены испытываемые пружины 25 и 26.The machine diagram shows the tested springs 25 and 26.

Описанная машина работает следующим образом. Перед началом испытаний стопор 14 демонтирован, промежуточная траверса 13 снимается со штока 12 и находится вне зоны установки испытываемых пружин 25 и 26. Пружина 25 устанавливается на основание 2 соосно с гидроцилиндром 11. Шток 12 под действием системы гидропривода, управляемой сервоклапаном 20, выводится из зоны установленной на основании 2 пружины 25, траверса 13 устанавливается на штоке 12 и фиксируется с ним стопором 14. Затем пружина 26 устанавливается на траверсу 13 при поднятой траверсе 4 с датчиком силы 7, после чего подвижная траверса 4 по вращаемым редукторами 5 колоннам 3 смещается вниз, сжимая обе пружины (при свободно плавающем штоке 12) на заданную величину, контролируемую либо датчиком деформации (9, 10), либо датчиком силы (7, 8) в соответствии с методикой конкретных испытаний. При этом подвижная траверса 4 остается неподвижной. Далее в работу включается система гидропривода. А именно, рабочая жидкость насосом 16 по трубопроводу 18 поступает в гидроаккумулятор 15 и в верхнюю полость гидроцилиндра 11, а также по трубопроводу 19 к сервоклапану 20 и через него по трубопроводу 21 в нижнюю полость гидроцилиндра, площадь которой вдвое больше площади верхней аккумуляторной полости цилиндра. Электрогидравлический сервоклапан формирует циклический реверсивный поток рабочей жидкости, подаваемый в нижнюю полость гидроцилиндра и сбрасываемый из него по трубопроводу 21, вызывая возвратно-поступательное движение штока 12 и связанной с ним промежуточной траверсы 13 и испытываемых пружин. Такое решение исключает гидропривод от затрачивания мощности на поддержание постоянной статической нагрузки на испытываемые пружины.The described machine operates as follows. Before the test, the stopper 14 is removed, the intermediate crosshead 13 is removed from the rod 12 and is outside the installation area of the tested springs 25 and 26. The spring 25 is installed on the base 2 coaxially with the hydraulic cylinder 11. The rod 12 is removed from the zone under the action of the hydraulic drive system controlled by the servo valve 20 installed on the base 2 of the spring 25, the yoke 13 is installed on the rod 12 and fixed with a stopper 14. Then the spring 26 is installed on the yoke 13 when the yoke 4 is raised with a force sensor 7, after which the movable yoke 4 is rotated by direct reduction gears 5 column 3 is shifted downward, compressing both springs (when freely floating rod 12) by a predetermined value, or controlled deformation sensor (9, 10) or a force sensor (7, 8) in accordance with the specific test procedure. In this case, the movable crosshead 4 remains stationary. Next, the hydraulic drive system is included in the work. Namely, the working fluid is pumped through the pipe 18 to the hydraulic accumulator 15 and into the upper cavity of the hydraulic cylinder 11, as well as through the pipe 19 to the servo valve 20 and through it through the pipe 21 to the lower hydraulic cylinder cavity, the area of which is twice the area of the upper cylinder accumulator cavity. The electro-hydraulic servo valve generates a cyclic reverse flow of the working fluid supplied to the lower cavity of the hydraulic cylinder and discharged from it through the pipe 21, causing the reciprocating movement of the rod 12 and the associated intermediate crosshead 13 and the tested springs. This solution eliminates the hydraulic drive from wasting power to maintain a constant static load on the tested springs.

Как второй вариант исполнения машины для испытания винтовых пружин предлагается введение в ее состав гидравлического пульсатора 23 - известное устройство для генерирования циклического реверсивного потока в гидравлической магистрали подачи рабочей жидкости в исполнительный рабочий цилиндр. Благодаря рекуперативности принципа пульсаторного возбуждения циклических нагрузок при испытаниях упругих изделий, в частности пружин, при сравнительно малых затратах энергии обеспечивается высокая динамичность, т.е. большие деформации и высокие частоты, что очень существенно при испытаниях длинноходовых пружин, например вагонных, локомотивных, и при этом за счет одновременного испытания двух пружин в идентичных условиях (при полном равенстве нагрузок и деформаций) повышается достоверность результатов испытаний.As a second embodiment of a coil spring testing machine, it is proposed to introduce a hydraulic pulsator 23 into its composition, a known device for generating a cyclic reverse flow in a hydraulic line for supplying a working fluid to an executive working cylinder. Due to the regenerative nature of the principle of pulsatory excitation of cyclic loads when testing elastic products, in particular springs, with relatively low energy costs, high dynamism is provided, i.e. large deformations and high frequencies, which is very important when testing long-spring springs, for example, car, locomotive, and at the same time, due to the simultaneous testing of two springs under identical conditions (with full equality of loads and deformations), the reliability of the test results increases.

Claims

1. A machine for testing helical springs, including a power frame consisting of a base, helical columns and a movable traverse, worm gears of a column rotation drive coupled to nuts installed in the traverse, a worm gear drive electric motor, a force sensor with a measuring unit, a deformation sensor with a measuring unit, characterized in that it further comprises a double-acting hydraulic cylinder fixed to the axial axis of the power frame and equipped with a rod, an intermediate traverse and a st a support, a pump with a pressure regulator and a manometer, while the pump is connected by one pipe to the battery and the upper cavity of the double-acting hydraulic cylinder, and the second pipe is connected to the electro-hydraulic servo valve, which is connected to the lower cavity of the double-acting hydraulic cylinder.

2. The machine according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped (as a second embodiment) with a hydraulic pulsator of a cyclic reverse fluid supply to the working cylinder.