RU2438108C1

RU2438108C1 - Test bench for testing impact devices

Info

Publication number: RU2438108C1
Application number: RU2010126250/28A
Authority: RU
Inventors: Петр Яковлевич Фадеев (RU); Петр Яковлевич Фадеев; Владимир Яковлевич Фадеев (RU); Владимир Яковлевич Фадеев; Леонид Владимирович Городилов (RU); Леонид Владимирович Городилов
Original assignee: Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН)
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: test bench consists of rigid base with stop, and of bed with tested impact device stationary mounted on it and with energy absorber containing hollow step-like piston moving along axis. Two sealed chambers located one above the other are installed in the case of the power absorber. An upper one is partially filled with liquid and compressed gas through channels in the case; it is connected with a lower chamber fully filled with liquid through a circular throttle split - continuously and through a back valve - periodically. The step-like piston moves in this chamber along axis. One end of the piston is constantly inside the chamber, while another one projects outside through a bore in a bottom of the chamber and is directed into a side of a tested device. A needle is secured in a threaded hole of an opposite bottom. Together with this bottom it forms the said throttle split.

EFFECT: simplified design and reduced weight of device.

2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам для исследования работоспособности устройств ударного действия, в частности к ударным стендам.The invention relates to means for studying the operability of percussion devices, in particular to percussion stands.

Известны устройства аналогичного назначения, например а.с. СССР №681158Known devices for a similar purpose, for example A.S. USSR No. 681158

(1970 г.), №905392 (1981 г.). Известен также стенд по а.с. СССР №501133 (1976 г.), включающий станину и энергопоглотитель, содержащий упругую мембрану и цилиндр с расположенным по оси исследуемого устройства поршнем, снабженным дроссельным отверстием.(1970), No. 905392 (1981). A stand is also known for A.S. USSR No. 501133 (1976), including a bed and an energy absorber containing an elastic membrane and a cylinder with a piston located along the axis of the device under study, equipped with a throttle aperture.

Однако данный стенд не имеет устройства для возврата поршня в исходное положение после удара и поэтому позволяет регистрировать только одиночные удары.However, this stand does not have a device for returning the piston to its original position after impact and therefore only single shots can be recorded.

Кроме того, противодействующая удару сила сопротивления, приложенная к поршню, переменна во времени, вследствие того, что площадь дроссельного отверстия не изменяется в процессе испытаний.In addition, the resistance to the shock applied to the piston is variable in time, due to the fact that the area of the throttle hole does not change during the test.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является стенд по а.с.SU №1652463 (1991 г.), выбранный в качестве прототипа. Известный стенд включает жесткое основание с упором, станину с узлом крепления испытуемого устройства, первый упругоэластичный амортизатор, расположенный между станиной и упором жесткого основания, испытуемое устройство с ударником, поглотитель энергии, масса которого больше массы ударника, выполненный в виде имеющей газовую полость вытеснительной камеры, сообщенной посредством соединительных каналов в корпусе поглотителя с закрытой по торцам крышками цилиндрической камерой, в полости которой размещен ступенчатый полый поршень, второй упругоэластичный амортизатор, установленный между станиной и поглотителем энергии. Поглотитель энергии снабжен иглой, имеющей профилированную внешнюю поверхность, установленной в корпусе поглотителя со стороны вытеснительной камеры соосно со ступенчатым полым поршнем с возможностью фиксированного осевого перемещения относительно последнего, при этом ступенчатый полый поршень имеет на внутренней поверхности кольцевой выступ, который образует с внешней профилированной поверхностью иглы первую кольцевую дросселирующую щель при смещении ступенчатого полого поршня в процессе ударного воздействия бойка, а на крышке цилиндрической камеры, расположенной со стороны ступенчатого полого поршня, выполнена кольцевая проточка, которая образует с боковой поверхностью большей ступени ступенчатого полого поршня вторую дросселирующую щель. Кроме того, стенд снабжен ресивером, связанным с газовой полостью вытеснительной камеры. Кроме того, игла имеет осевой канал с размещенным в нем датчиком давления, связанным с регистрирующей аппаратурой.Closest to the technical nature of the claimed is a stand on AS.su No. 1652463 (1991), selected as a prototype. A well-known stand includes a rigid base with a stop, a bed with a fastener for the device under test, a first elastic-elastic shock absorber located between the bed and a stop of a hard base, a test device with a striker, an energy absorber, the mass of which is greater than the mass of the striker, made in the form of a displacement chamber having a gas cavity, communicated by means of connecting channels in the absorber housing with a cylindrical chamber closed at the ends of the covers, in whose cavity a stepwise hollow piston is placed, W swarm elastic shock absorber mounted between the frame and the energy absorber. The energy absorber is equipped with a needle having a profiled outer surface mounted in the absorber housing on the side of the displacement chamber coaxially with the step hollow piston with the possibility of fixed axial movement relative to the latter, while the step hollow piston has an annular protrusion on the inner surface, which forms with the outer profiled surface of the needle the first annular throttling gap when the step hollow piston is displaced during the impact action of the hammer, and on the cover a cylindrical chamber located on the side of the stepped hollow piston, an annular groove is made, which forms a second throttling gap with the side surface of the larger step of the stepped hollow piston. In addition, the stand is equipped with a receiver associated with the gas cavity of the displacement chamber. In addition, the needle has an axial channel with a pressure sensor located in it, connected with the recording equipment.

Таким образом, известное устройство содержит жесткое основание с упором, подвижную вдоль оси станину с узлом крепления испытываемого устройства, и установленный на направляющих станины подвижный поглотитель энергии в виде массивного корпуса с катками, внутри которого выполнены постоянно сообщенные между собой вытеснительная камера с газовой полостью и заполненная жидкостью цилиндрическая камера, в которой размещен цилиндр с установленным в его полости ступенчатым поршнем, выступающий наружу меньший по диаметру конец которого взаимодействует с ударником, а на торце другого конца, расположенного в цилиндрической камере, образована коаксиальная расточка с кольцевым выступом на внутренней боковой поверхности, в которую входит неподвижная игла с профилированной боковой поверхностью.Thus, the known device comprises a rigid base with an emphasis, a bed movable along the axis with the attachment unit of the device under test, and a movable energy absorber mounted on the guides of the bed in the form of a massive casing with rollers, inside of which a pressure chamber with a gas cavity is constantly connected to each other and filled a cylindrical chamber in which a cylinder is placed with a step piston installed in its cavity, the protruding outward smaller end of which is interconnected It operates with the hammer, and the other end at an end face disposed in a cylindrical chamber formed by a coaxial bore with the annular projection on the inner lateral surface, which includes a fixed needle with a shaped lateral surface.

Известное устройство предназначено для многоцикловых испытаний ударных устройств с большой энергией удара (50-200 кДж). Для испытания ударных устройств с энергией до 10 кДж применение данного устройства нецелесообразно из-за конструктивной сложности и металлоемкости.The known device is intended for multi-cycle testing of shock devices with high impact energy (50-200 kJ). For testing shock devices with an energy of up to 10 kJ, the use of this device is impractical due to structural complexity and metal consumption.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и значительная масса устройства.A disadvantage of the known device is the design complexity and significant mass of the device.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и снижение массы устройства.The task to which the invention is directed is to simplify the design and reduce the weight of the device.

Для решения поставленной задачи сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известного стенда для испытания ударных устройств (устройств ударного действия), содержащего жесткое основание с упором, контактирующую с упором через упругоэластичный буфер подвижную станину с неподвижно закрепленными на ней испытываемым ударным устройством и поглотителем энергии, содержащим подвижный вдоль оси полый ступенчатый поршень с кольцевым выступом с выступающим наружу концом, другой конец которого размещен в полости, заполненной жидкостью, согласно изобретению в корпусе поглотителя энергии размещены две расположенные одна над другой герметичные камеры. Верхняя, частично заполненная жидкостью и сжатым газом, камера по каналам в корпусе через кольцевую дроссельную щель - постоянно и через обратный клапан - периодически сообщена с целиком заполненной жидкостью нижней камерой с подвижным в ней вдоль оси ступенчатым поршнем, один конец которого постоянно размещен внутри камеры, а другой конец, выступающий наружу через расточку в днище камеры, обращен в сторону испытуемого устройства. При этом в резьбовом отверстии противолежащего днища закреплена игла, совместно с данным днищем образующая упомянутую дроссельную щель.To solve this problem, the essence of the invention lies in the fact that, in contrast to the known stand for testing percussion devices (percussion devices), which contains a rigid base with a stop, a movable bed in contact with the stop through an elastic band with a tested shock device and absorber fixed to it energy containing a hollow step piston movable along the axis with an annular protrusion with an outward protruding end, the other end of which is placed in a cavity filled with liquid According to the invention in case the energy absorber has two arranged one above the other airtight chamber. The upper chamber, partially filled with liquid and compressed gas, through channels in the housing through an annular throttle slot — constantly and through a non-return valve — is periodically communicated with a completely filled liquid lower chamber with a stepped piston moving along it along the axis, one end of which is constantly located inside the chamber, and the other end, protruding outward through a bore in the bottom of the chamber, faces toward the device under test. In this case, a needle is fixed in the threaded hole of the opposite bottom, together with this bottom forming the aforementioned throttle gap.

Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в упрощении устройства и уменьшении его массы.The technical result that can be obtained by using the invention is to simplify the device and reduce its mass.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлен общий вид испытательного стенда, на фиг.2 представлен поглотитель энергии в разрезе.Figure 1 presents a General view of the test bench, figure 2 presents the energy absorber in the context.

Стенд состоит (см. фиг.1) из станины 1, на которой жестко закреплены испытываемое ударное устройство 2 и поглотитель энергии 3. Станина 1 подвижно установлена на жестком основании 4, имеющем выступ 5. Между торцом станины 1 и упомянутым выступом 5 основания 4 установлен упругоэластичный амортизатор 6.The stand consists (see Fig. 1) of a frame 1, on which the tested percussion device 2 and energy absorber 3 are rigidly fixed. The frame 1 is movably mounted on a rigid base 4 having a protrusion 5. Between the end of the frame 1 and the said protrusion 5 of the base 4 is installed elastic shock absorber 6.

На фиг.2 представлен поглотитель энергии 3 в разрезе. В нижней части корпуса 7 поглотителя энергии 3 выполнена расточка 8, в направляющих которой подвижно вдоль оси установлен пустотелый поршень 9 с кольцевым выступом 10 в средней части. Один конец поршня 9 выступает наружу, а его другой конец входит в соосную с расточкой 8 вытеснительную камеру 11, в глухом днище которой размещены обратный клапан 12 с пружиной 13 и снабженная резьбой игла 14 с осевым сквозным отверстием 15, посредством которого заполненная жидкостью вытеснительная камера 11 сообщается с датчиком давления 16, закрепленным на торце иглы 14.Figure 2 presents the energy absorber 3 in the context. A bore 8 is made in the lower part of the housing 7 of the energy absorber 3, in the guides of which a hollow piston 9 is installed movably along the axis with an annular protrusion 10 in the middle part. One end of the piston 9 protrudes outward, and its other end enters the displacement chamber 11, coaxial with the bore 8, in the blind bottom of which there is a check valve 12 with a spring 13 and a threaded needle 14 with an axial through hole 15, through which the liquid-filled displacement chamber 11 communicates with a pressure sensor 16 mounted on the end of the needle 14.

Кроме того, вытеснительная камера 11 через отверстие 17, дроссельную кольцевую щель между боковыми поверхностями этого отверстия и иглы 14, по каналам 18, 19 и 20 сообщается с верхней камерой 21, заполненной жидкостью до уровня, определяемого отверстием 22. Свободный объем верхней камеры 21 заполнен сжатым до заданного давления газом.In addition, the displacement chamber 11 through the hole 17, the throttle annular gap between the side surfaces of this hole and the needle 14, through the channels 18, 19 and 20 communicates with the upper chamber 21 filled with liquid to the level determined by the opening 22. The free volume of the upper chamber 21 is filled compressed to a given pressure gas.

При открытом обратном клапане 12 вытеснительная камера 11 с верхней камерой 21 сообщается как через вышеупомянутые каналы 18, 19 и 20, так и через отверстие 23. Для заполнения верхней камеры 21 жидкостью и сжатым газом служат снабженное пробкой отверстие 24 и кран 25. Уплотнение 26 служит для предотвращения утечек жидкости из камер 11 и 21 поглотителя энергии.With the non-return valve 12 open, the displacement chamber 11 communicates with the upper chamber 21 both through the aforementioned channels 18, 19 and 20, and through the opening 23. To fill the upper chamber 21 with liquid and compressed gas, a stopper 24 and a valve 25 are used. The seal 26 serves to prevent fluid leakage from the chambers 11 and 21 of the energy absorber.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В исходном положении поршень 9 под действием давления сжатого газа на его торец, расположенный в камере 11, занимает крайнее правое (по чертежу) положение, упираясь кольцевым выступом 10 в днище расточки 8. Обратный клапан 12 под действием пружины 13 прижат к глухому днищу вытеснительной камеры 11, исключая сообщение последней по отверстиям 23 с верхней камерой 21. При этом вытеснительная камера 11 сообщается с верхней камерой 21 через отверстие 17, кольцевую дроссельную щель между отверстием 17 и иглой 14 по каналам 18, 19 и 20. Датчик давления 16 сообщен с полостью вытеснительной камеры 11 отверстием 15.In the initial position, the piston 9 under the pressure of the compressed gas on its end located in the chamber 11, occupies the extreme right (according to the drawing) position, abutting the annular protrusion 10 in the bottom of the bore 8. The check valve 12 under the action of the spring 13 is pressed against the deaf bottom of the displacement chamber 11, excluding the last connection through the openings 23 with the upper chamber 21. In this case, the displacement chamber 11 communicates with the upper chamber 21 through the hole 17, an annular throttle gap between the hole 17 and the needle 14 through channels 18, 19 and 20. The pressure sensor 16 is in communication with Lost displacement chamber 11 opening 15.

Совершая рабочий ход, боек испытуемого ударного устройства 2 в конце своего хода наносит удар по торцу поршня 9, выступающего из поглотителя энергии 3 наружу. В результате взаимодействия с бойком поршень 9 приходит в движение и его противоположный конец входит в полость камеры 11, вытесняя из нее жидкость в верхнюю камеру 21 через кольцевую дроссельную щель.Making a working stroke, the striker of the tested percussion device 2 at the end of its stroke strikes the end of the piston 9, protruding out of the energy absorber 3. As a result of interaction with the striker, the piston 9 comes into motion and its opposite end enters the cavity of the chamber 11, forcing liquid out of it into the upper chamber 21 through the annular throttle slit.

Вследствие большого гидравлического сопротивления упомянутой щели в вытеснительной камере 11 возрастает давление жидкости, в соответствии с выражением:Due to the large hydraulic resistance of the aforementioned gap in the displacement chamber 11, the liquid pressure increases, in accordance with the expression:

где: υ_ж - скорость истечения жидкости через щель;where: υ _w - the rate of fluid flow through the gap;

γ - плотность жидкости;γ is the fluid density;

g - ускорение силы тяжести.g is the acceleration of gravity.

Скорость истечения жидкости через щель в свою очередь определяется соотношением:The rate of fluid flow through the gap is in turn determined by the ratio:

где: υ_n - скорость движения поршня 9;where: υ _n - the speed of the piston 9;

F_n - площадь сечения поршня;F _n is the cross-sectional area of the piston;

F_щ - площадь щели.F _u - the area of the gap.

Под действием упомянутого давления происходит поглощение кинетической энергии поршня 9 и его торможение до полной остановки.Under the influence of the mentioned pressure, the kinetic energy of the piston 9 is absorbed and braked to a complete stop.

Регулируя ширину щели путем осевого перемещения иглы 14 посредством резьбы, можно заданным образом изменять давление жидкости в вытеснительной камере 11, тем самым изменяя действующую на поршень 9 и находящийся в контакте с ним боек противодействующую силу. После остановки боек испытуемого устройства совершает холостой ход в обратном направлении, освобождая поршень 9, который под действием давления газа в верхней полости 21 возвращается в исходное положение. При этом между полостями 21 и 11 возникает перепад давления жидкости, вследствие чего открывается обратный клапан 12 и жидкость поступает в нижнюю камеру не только через упомянутую щель, но и по отверстиям 23, имеющим значительно большую площадь сечения.By adjusting the width of the slit by axial movement of the needle 14 by means of a thread, it is possible to change the fluid pressure in the displacing chamber 11 in a predetermined manner, thereby changing the reaction force acting on the piston 9 and the contact force in contact with it. After stopping the strikers of the device under test, it idles in the opposite direction, releasing the piston 9, which, under the action of gas pressure in the upper cavity 21, returns to its original position. In this case, a difference in fluid pressure occurs between the cavities 21 and 11, as a result of which the check valve 12 opens and the fluid enters the lower chamber not only through the aforementioned slot, but also through the openings 23 having a significantly larger cross-sectional area.

При соударении бойка с поршнем 9 такая же по величине сила торможения действует и на станину 1 устройства. Под действием этой силы станина 1 с установленным на ней ударным устройством 2 и поглотителем энергии 3 перемещается в направлении движения бойка, сжимая упругоэластичный амортизатор 6, установленный между торцом станины 1 и выступом 5 основания 4.When the striker strikes with the piston 9, the same amount of braking force acts on the frame 1 of the device. Under the action of this force, the frame 1 with the percussion device 2 installed on it and the energy absorber 3 moves in the direction of movement of the striker, compressing the elastic-elastic shock absorber 6 mounted between the end face of the frame 1 and the protrusion 5 of the base 4.

Вследствие этого на торце станины 1 возникает противодействующая реакция, под действием которой она затормаживается и останавливается. В этот момент амортизатор 6 максимально сжат. Под действием упругой силы сжатого амортизатора станина стенда возвращается в исходное положение. Вследствие малой жесткости амортизатора 6 сила, действующая на упор 5 основания, в несколько раз меньше силы, возникающей в месте соударения бойка и поршня 9. Благодаря этому стенд может быть размещен даже на лабораторном столе.As a result of this, an opposing reaction occurs at the end of the bed 1, under the influence of which it brakes and stops. At this moment, the shock absorber 6 is compressed as much as possible. Under the action of the elastic force of the compressed shock absorber, the stand bed returns to its original position. Due to the low stiffness of the shock absorber 6, the force acting on the support 5 of the base is several times less than the force arising at the point of impact of the hammer and piston 9. Due to this, the bench can even be placed on the laboratory bench.

Таким образом, применение изобретения позволит упростить конструкцию стенда и уменьшить его массу. При этом улучшаются условия труда и эксплуатации стенда, а также удобство работы. Стенд пригоден для многоцикловых испытаний устройств ударного действия как в производственных, так и в лабораторных условиях.Thus, the application of the invention will simplify the design of the stand and reduce its weight. At the same time, the working conditions and operation of the stand, as well as the convenience of work, are improved. The stand is suitable for multi-cycle testing of impact devices in both production and laboratory conditions.

Claims

A stand for testing impact devices, including a rigid base with a stop, a bed with a tested shock device and an energy absorber fixed on it, containing a hollow step piston movable along the axis, characterized in that two sealed chambers are located one above the other in the energy absorber housing , the upper of which, partially filled with liquid and compressed gas, is periodically communicated through channels in the housing through an annular throttle slit - continuously and through a non-return valve and with the bottom chamber, which is completely filled with liquid, with a step piston movable along it along the axis, one end of which is constantly placed inside the chamber, and the other end, protruding outward through the bore in the bottom of the chamber, faces the device under test, while in the threaded hole of the opposite bottom is fixed a needle, together with this bottom forming the aforementioned throttle gap.