Узел соединения элементов поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета

Полезная модель относится к области вертолетостроения, а именно к испытательным установкам для испытаний топливной системы вертолета на соответствие нормам летной годности винтокрылых аппаратов транспортной категории.
Из уровня техники известен стенд для испытания на механическую вибрацию (CN 210464859 U, 2020), содержащий испытательный стенд, вибростол, фиксирующее основание, шатунное устройство, опорный стержень, основание и двигатель, первую цепь, первый подшипник, второй подшипник, третий подшипник, вторую цепь, четвертую передачу, первый вал и второй вращающийся вал; четыре опорных стержня неподвижно соединенных с верхней частью основания, а фиксирующее основание жестко соединено с верхней частью опорного стержня, фиксирующее основание внутренне жестко соединено с двигателем, левая сторона двигателя жестко соединена с первым подшипником, первый подшипник снабжен соответствующей первой цепью, соответствующий второй подшипник предусмотрен на левом конце первой цепи, третий подшипник предусмотрен за вторым подшипником, второй подшипник и третий подшипник внутренними частями жестко соединены с первым вращающимся валом, правая сторона двигателя снабжена вторым вращающимся валом, второй вращающийся вал жестко соединен с четвертым подшипником, четвертый подшипник снабжен согласованной второй цепью, другой конец второй цепи согласован с третьим подшипником, первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом, оба конца которых жестко соединены с шатунным устройством, причем нижняя часть четырех шатунных устройств жестко соединена с фиксирующим основанием, а все четыре шатунных устройства шарнирно прикреплены к верхней части вибростола, при этом испытательный стенд жестко соединен с верхней частью вибростола.
Известен также стенд для испытаний топливно-масляных агрегатов летательных аппаратов (SU 1360363, 2006), содержащий станину с поворотной относительно вертикальной оси платформой для размещения испытуемого агрегата, электромеханический привод платформы и соединяемый с входным и выходным штуцерами испытуемого агрегата гидравлический контур, включающий насос, бак, теплообменник, фильтр, датчик предельного давления, расходомер. Поворотная платформа выполнена П-образной формы и установлена в подшипниках станины с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, при этом в гидравлический контур включены приводной центробежный воздухоотделитель, датчик предельной температуры и установленный перед насосом индикатор сплошности потока, кроме того, под поворотной платформой установлен поддон, соединенный трубопроводом через дополнительный фильтр с баком, между трубопроводом, соединяющим поддон с баком, и нагнетательной линией гидравлического контура включен трубопровод с соленоидным клапаном, электрически связанным с датчиком предельного давления, при этом привод воздухоотделителя электрически соединен с двигателем насоса, а его воздухоотвод подключен к трубопроводу, соединяющему поддон с баком.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является оборудование для испытания авиационных масляных баков на качание и вибрацию (CN 205719462 U, 2016), содержащее независимую рабочую систему вибрации, в том числе: стол с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении, или, в некоторых случаях - электромагнитного вибростола в виде горизонтального подвижного стола, причем горизонтальный подвижный стол жестко соединен с подвижными частями стола с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении; оборудование также содержит независимо работающую систему качания, имеющую серводвигатель, установочную монтажную раму для установки испытываемого масляного бака, которая неподвижно закреплена на столе с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении или на поверхности стола с горизонтальным направлением перемещения, также монтажная рама может быть установлена на приводной серводвигатель для вращательного движения вокруг оси качания. Кроме того, два конца монтажной рамы масляного бака связаны с подшипником через вращающийся вал, при этом подшипник установлен в опорном гнезде подшипника, которое неподвижно установлено на столе с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении или на поверхности стола с горизонтальным направлением перемещения через монтажный кронштейн подшипника так, что ось вращающегося вала совпадает с осью качания.
Приведенные выше аналоги, в том числе ближайший аналог, сложны по конструкции и не решают проблемы повышения надежности работы подшипниковых узлов, воспринимающих всю нагрузку при проведении испытаний топливной системы вертолета на качание, в том числе проблему повышения стойкости конструкции к деформации.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является повышение надежности работы узла соединения элементов (рам), образующих поворотную платформу, при испытаниях топливной системы вертолета в соответствии с Авиационными правилами.
Техническим результатом от использования полезной модели является повышение надежности работы заявленного узла соединения внутренней и внешней рам поворотной платформы, достигаемое, в том числе, за счет обеспечения возможности взаимного перемещения внутренней и внешней рам, совместного вращения вокруг оси поворотной платформы с компенсацией взаимных перекосов, возникающих в результате погрешностей, которые могут появиться при изготовлении деталей поворотной платформы, неточностей при их сборке и стыковки друг с другом, при одновременном создании условий для более равномерного распределения нагрузки на части внешней рамы и внутренней рам и повышения точности при сборке.
Указанный технический результат достигается за счет того, что узел соединения элементов поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета, содержит подшипниковый узел со сферическим подшипником, расположенным в полости корпуса подшипникового узла и установленным на общей оси элементов поворотной платформы - на пальце, изготовленном из легированной конструкционной стали и связывающем элементы поворотной платформы - внешнюю и внутреннюю рамы. Внешняя и внутренняя рамы выполнены из профилей и листовых деталей из стали одной и той же марки (из одинакового материала) для исключения разного термического расширения соединяемых рам. При этом внутренняя рама безлюфтово установлена внутри внешней рамы путем фиксации положения пальца в подшипниковом узле посредством втулки и стакана, прикрепленного болтами к наружному торцу пальца. Внешняя рама снабжена плитой распределения нагрузки, соединенной с корпусом подшипникового узла. Палец (общая ось внешней и внутренней рам) выполнен с внешним фланцем, причем палец снабжен собственной фигурной плитой (плитой пальца), образованной плоской частью, соединенной с внутренней рамой, и цилиндрической частью, соединенной с внешним фланцем пальца. Внутренняя рама в зоне соединения с плитой пальца снабжена плитой распределения нагрузки, через которую проходит соединение плоской части плиты пальца с внутренней рамой. Плита распределения нагрузки внешней рамы имеет более протяженные размеры в горизонтальном направлении, т.е. вправо и влево от места крепления корпуса подшипникового узла, что, во-первых, обеспечивает более равномерное распределение нагрузки от подшипникового узла, а во-вторых, является местным подкреплением балки внешней рамы в зоне установки подшипникового узла и увеличивает ее жесткость. Сферический подшипник подшипниковой опоры создает поддержку для пальца (общей оси элементов поворотной платформы), имеет минимальный коэффициент трения и допускает угловое смещение (качание). Палец, жестко связанный с внутренней рамой, удерживает внутреннее кольцо подшипника, которое вследствие своей конструкции может смещаться (качаться) относительно внешнего кольца, жестко связанного через корпус подшипникового узла с внешней рамой.
Плита пальца выполнена с ребрами, направленными на 15° в каждую сторону от вертикальной оси симметрии, проходящей через центральную ось пальца, при этом плита пальца выполнена с лапами крепления, посредством которых плита пальца соединена с внутренней рамой, а также плита пальца выполнена с кольцевым выступом, входящим в отверстие внутренней рамы. Это обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на внутреннюю раму и, кроме того, увеличивает стойкость конструкции к деформации при штатных наклонах внутренней рамы вправо и влево на 15° в каждую сторону.
Для снижения величины погрешностей при установке пальца на раме и, как следствие, снижения величины погрешностей при сборке внешней и внутренней рам, исключения перекосов при монтаже, палец выполнен с двумя центрирующими буртами, при этом диаметр бурта, дальнего от внешнего фланца пальца, меньше, чем диаметр бурта, расположенного ближе к внешнему фланцу пальца, что упрощает установку пальца в плите.
Корпус подшипникового узла образован двумя соединенными между собой технологическими винтами корпусами: внешним и внутренним, между которыми образована полость для размещения и фиксации в ней сферического подшипника. Это позволяет собирать подшипниковый узел как отдельный компонент в удобном для сборки месте, что обеспечивает более качественную сборку и в целом упрощает процесс сборки поворотной платформы. Для повышения надежности соединения внутреннего и внешнего корпусов при перемещении собранного узла от места сборки к месту установки на объект предусмотрены технологические винты, имеющие потайную головку. Внешний корпус подшипникового узла выполнен с кольцевым выступом для крепления на нем защитного кожуха. Защитный кожух позволяет предохранить сферический подшипник от грязи.
На внешнем корпусе подшипникового узла установлена пресс-масленка, а внутри подшипникового узла, в его внешнем корпусе, образованы канавки подачи смазки, а также образована полость распределения смазки вокруг подшипника. Такое выполнение позволяет бесперебойно подводить смазку к внешнему кольцу сферического подшипника.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 - общий вид поворотной платформы с установленным на ней объектом испытаний;
На фиг.2 - вид сверху на поворотную платформу с установленным на ней объектом испытаний;
На фиг.3 - вид на поворотную платформу с установленным на ней объектом испытаний вдоль оси вращения;
На фиг.4 - вид сбоку на поворотную платформу с установленным на ней объектом испытаний;
На фиг.5 - общий вид поворотной платформы с установленным на ней объектом испытаний;
На фиг.6, 7, 8 - фрагмент поворотной платформы с подшипниковым узлом;
На фиг.9 - палец;
На фиг.10 - вертикальные пластины усиления в зоне установки подшипникового узла;
На фиг.11 - корпус подшипникового узла;
На фиг.12 - разрез фрагмента поворотной платформы в зоне расположения подшипникового узла.
На чертежах позициями обозначено:
1 - поворотная платформа;
2 - основание поворотной платформы;
3 - приводы движения;
4 - монтажная рама для установки объекта;
5 - объект испытаний (авариестойкая топливная система - АСТС);
6 - ось поворота платформы;
7 - подшипниковый узел;
8 - плита распределения нагрузки внешней рамы;
9 - нижняя балка внутренней рамы;
10 - верхняя балка внутренней рамы;
11 - короткая стенка внешней рамы;
12 - внешняя рама;
13 - внутренняя рама;
14 - плита пальца;
15 - плита распределения нагрузки внутренней рамы;
16 - палец;
17 - стойка стенки внутренней рамы;
18 - раскос стенки внутренней рамы;
19 - внешний фланец пальца;
20 - цилиндрическая часть плиты пальца;
21 - лапы крепления плиты пальца;
22 - ребра плиты пальца;
23 - радиусы перехода на пальце;
24 - центрирующие бурты пальца;
25 - пластины усиления;
26 - пресс-масленка;
27 - кольцевой выступ корпуса подшипникового узла;
28 - внутренний корпус подшипникового узла;
29 - внешний корпус подшипникового узла;
30 - стакан;
31 - подшипник;
32 - втулка;
33 - болт крепления пальца на плите пальца;
34 - канавка для подачи смазки;
35 - полость для распределения смазки;
36 - технологический болт;
37 - кольцевой выступ на конце плиты пальца;
38 - гарантированный зазор между торцом пальца и внутренней поверхностью стакана.
Поворотная платформа 1 (фиг.1-5) предназначена для установки на нее объекта испытаний 5 и представляет собой конструкцию, поворотную относительно горизонтальной оси и состоящую из двух рам - внешней 12 и внутренней 13. Объектом испытаний 5 является авариестойкая топливная система вертолета (АСТС), включающая в себя размещенные в топливных контейнерах (элементах каркаса) вертолета топливные баки и внутри - и внебаковые монтажи. Конструкция испытательной установки с упомянутой поворотной платформой 1 позволяет совершать испытания АСТС при изменениях положения ее компонентов по крену и тангажу как раздельно, так и одновременно.
Поворотная платформа 1 закреплена на основании 2 через ось поворота 6 (фиг.3-5) и при испытаниях на крен или тангаж может приводиться в движение приводами 3 движения.
Жесткое основание 2 служит опорой поворотной платформы 1 и состоит из стальных профилей. На внешней раме 12 установлены подшипниковые узлы со сферическими подшипниками 31 (фиг.12). Внешняя рама 12 и внутренняя рама 13 выполнены из стальных профилей и стальных листовых деталей.
Узел соединения внешней рамы 12 и внутренней рамы 13 поворотной платформы 1 содержит:
плиту 8 распределения нагрузки внешней рамы 12;
плиту 15 распределения нагрузки внутренней рамы 13;
плиту 14 оси - пальца 16 (далее - плита 14 пальца);
ось - палец 16 (далее - палец 16);
подшипниковый узел 7 со сферическим подшипником 31.
Функцией плит 8, 14 и 15 распределения нагрузки является распределение сосредоточенных нагрузок, приходящих от пальца 16 и подшипникового узла 7 на растянутые области соответствующих балок внешней рамы 12 и внутренней рамы 13.
Плита 8 распределения нагрузки внешней рамы распределяет нагрузку за счет своей существенной протяженности вправо и влево от места расположения подшипникового узла 7, а также выполняет функцию конструктивного элемента, увеличивающего жесткость балки внешней рамы 12 в зоне установки подшипникового узла 7. Плита 15 распределения нагрузки внутренней рамы 13 для эффективного распределения нагрузки конструктивно соединена не только с самой верхней балкой внутренней рамы 13, но и с ее раскосами 18 и стойкой 17. Плита 14 пальца вследствие наличия ребер 22 и лап крепления 21 также выполняет функцию распределения нагрузки. Расположение ребер 22 плиты 14 пальца под наклоном 15 градусов в каждую сторону от вертикальной оси симметрии, проходящей через центральную ось пальца 16, дополнительно увеличивает стойкость конструкции к деформации при штатных наклонах внутренней рамы 13 вправо и влево на 15° в каждую сторону. Кроме того, на конце плиты 14 пальца имеется кольцевой выступ 37 (см. фиг.12), посредством которого осуществляется центровка плиты 14 пальца в отверстии внутренней рамы 13 и, как следствие, обеспечивается более точная установка пальца на внутренней раме 13. Повышение точности установки плиты 14 пальца на внутренней раме 13 позволяет снизить величины погрешностей при сборке рам 12 и 13.
По причине того, что палец 16 имеет некую длину и является по своему расположению и функционированию в своем роде консолью, в нем возникают увеличенные по своей величине изгибные напряжения, поэтому в качестве материала для изготовления пальца 16 использована легированная конструкционная сталь. Палец 16 устанавливается на свою плиту 14 посредством имеющегося у него внешнего фланца 19 (см. фиг.8 и 9) и закрепляется с помощью болтов, вворачиваемых в резьбовые отверстия, выполненные в цилиндрической части 20 плиты 14 пальца. Для исключения возможности возникновения концентратора напряжений в местах перехода геометрии пальца 16 с одного диаметра на другой, выполнены соответствующей величины радиусы перехода 23 (см. фиг.8): радиусный переход с внешнего диаметра пальца (место упора торца втулки 32) на фланец 19 пальца и радиусный переход с внешнего диаметра пальца на его цилиндрическую поверхность, предназначенную для установки сферического подшипника 31.
Для обеспечения более точной центровки в плите 14 на конце пальца, входящего в плиту 14, выполнены два центрирующих бурта 24 (см. фиг.9). При этом для облегчения процесса установки пальца 16 в плите 14 пальца, диаметр бурта 24, дальнего от фланца 19 пальца, первым заходящего в посадочное отверстие плиты 14, меньше, чем диаметр бурта 24, расположенного ближе к фланцу 19 и заходящего вторым в посадочное отверстие плиты 14 пальца.
Подшипниковый узел представляет собой два соединенных между собой технологическими винтами 36 с потайной головкой прямоугольных корпуса: внешний 29 и внутренний 28 (см. фиг 11 и 12). Наличие технологических винтов 36 обусловлено наличием возможности предварительной подсборки подшипникового узла 7 в единый узел, что, в свою очередь, позволяет упростить общий процесс сборки поворотной платформы 1 путем укрупнения ее компонентов и уменьшения общего количества деталей, входящих в ее состав и предотвращения возможного «рассыпания» подсобранного узла в процессе его транспортировки от места сборки к месту установки. Наличие у каждого из технологических винтов потайной головки позволяет выполнять установку подшипникового узла на плиту распределения нагрузки 8 всей его поверхностью, без применения каких-либо промежуточных элементов. Внешний корпус 29 подшипникового узла 7 выполнен с кольцевым выступом 27 для крепления на нем защитного кожуха, функция которого - защита подшипника 31 от загрязнения.
Геометрия внутренних поверхностей указанных корпусов 28 и 29 подшипникового узла 7 выполнена таким образом, что, будучи соединенными, они образуют внутри полость для размещения и фиксации в этой полости сферического подшипника 31 (см. фиг.12). Для обеспечения смазки подшипника 31 в процессе его обслуживания, на внешнем корпусе 29 подшипникового узла 7 установлена пресс-масленка 26, а внутри подшипникового узла 7 в его внешнем корпусе 29 путем соответствующих сверления и расточки образованы две канавки 34 подачи смазки и полость 35 распределения смазки вокруг сферического подшипника 31 (см. фиг 12), что обеспечивает подвод смазки непосредственно к смазочным отверстиям, выполненным в наружном кольце подшипника. Наличие полости 35 позволяет подшипнику занимать любое положение (вокруг своей оси) по отношению к месту расположения пресс-масленки 26.
С целью усиления зоны установки подшипникового узла на внутренней раме 13 установлены вертикальные пластины усиления 25 (см. фиг 10).
Для фиксации продольного положения пальца 16 в подшипниковом узле 7 использованы втулка 32 и стакан 30 (см. фиг 12). Втулка 32 расположена между внутренним кольцом подшипника 31 и буртом пальца 16 у радиуса перехода 23, а стакан 30 крепится болтами к наружному торцу пальца 16.
Учитывая тот факт, что внешняя 12 и внутренняя 13 рамы выполнены из одного и того же материала (Сталь 3) и термические расширения у них имеют одинаковые величины, нет необходимости усложнять конструкцию, создавая компенсаторы указанных расширений. По этой причине установка внутренней рамы 13 во внешней 12 выполнена безлюфтовой, для чего торец стакана 30 прижат к внутреннему кольцу подшипника 31, внутреннее кольцо подшипника 31 прижато к втулке 32, а втулка 32 - к внешнему диаметру пальца 16 у радиуса перехода 23. Для обеспечения гарантированного прижатия указанных элементов между торцом пальца и внутренней поверхностью стакана 30 имеется гарантированный зазор 38 (см. фиг 12).
В настоящее время устройство узла соединения элементов поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета находится на стадии изготовления.