СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ ГИДРОДОМКРАТОВ-ТОРМОЗОВ СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ НАГРУЖЕНИЯ

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности, к стендам для испытаний силового гидропневмооборудования при натурных условиях нагружения, предназначенного для использования на стартовых ракетных комплексах, и может быть использована при испытаниях гидродомкратов-тормозов (ГДТ) различных типоразмеров, а также гидробуферов, пневмогидроамортизаторов, демпферов и гидродомкратов средней мощности с ходом плунжера до 600 мм.
В состав некоторых стартовых комплексов входят нижние кабельные мачты (НКМ) и устройства направляющие (УН). Во время старта эти элементы отводятся от ракеты-носителя, поворачиваясь относительно своих осей вращения под действием вращающего момента от собственного веса, что обеспечивает уменьшение воздействия высокотемпературных струй работающих двигателей на элементы конструкции и штатное оборудование, установленное на этих элементах. Приведение НКМ и УН в рабочее положение из исходного и защита от ударных нагрузок на конечных участках их перемещения при отводе от ракеты-носителя обеспечивается ГДТ, которые снижают пиковые значения воздействия усилия за счет поглощения и рассеивания энергии рабочей жидкостью. Угловые скорости поворота отводимых от ракеты элементов стартового комплекса к моменту прихода их в исходное положение снижаются до безопасных для этих элементов величин благодаря взаимодействию их с ГДТ, работающим в режиме торможения. Максимальные усилия, создаваемые ГДТ НКМ и УН, достигают значений порядка 10…22,4 тс при величине рабочего хода подвижной части ГДТ относительно опоры 268-575 мм и максимальной скорости ее перемещения 0,48-0,94 м/с. Принцип действия ГДТ НКМ и УН одинаковый, а конструкции их отличаются друг от друга в основном - габаритами. Рабочее положение ГДТ в стартовом комплексе - горизонтальное.
Технические условия на испытания ГДТ предусматривают проведение испытаний ГДТ на циклическое нагружение в режиме подъема/опускания и на динамическую нагрузку в режиме торможения.
Известен стенд для испытаний ГДТ стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащий нагружающее ГДТ устройство в виде маятника, представляющего собой рычаг, установленный с возможностью вращения на горизонтальной оси, закрепленной на раме, размещенной на основании стенда, при этом на рычаге закреплена корзина со сменными грузами, которая соединена с узлом отклонения маятника, а к верхней части рычага прикреплен дополнительный рычаг, на периферийном конце которого размещена вторая корзина со сменными грузами, при этом продольные оси рычагов совпадают (см. патент РФ на полезную модель №107296, МПК F15B 19/00, 2011 г.)
Установка дополнительного рычага со второй корзиной и грузами позволяет существенно увеличить момент инерции маятника с одновременным уменьшением его статического момента за счет приближения центра тяжести маятника к его оси вращения. Масса дополнительных грузов и расстояние от оси вращения маятника до центра тяжести дополнительного рычага в сборе с корзиной и грузами соизмеримы с соответствующими значениями для основного рычага с корзиной и грузами.
Указанный стенд обеспечивает проведение испытаний существующих типоразмеров ГДТ при условиях нагружения, близких к натурным, в соответствии с Техническими условиями на испытания. Вместе с тем для обеспечения проведения испытаний ГДТ стартового комплекса космодрома Восточный требуются такие сочетания момента инерции и статического момента нагружающего устройства, которые стенд в имеющейся конфигурации обеспечить не может. В частности, для обеспечения натурных условий нагружения существующий максимальный момент инерции маятника необходимо увеличить в 1,48 раза, что может быть достигнуто только за счет увеличения массы грузов в дополнительной корзине, поскольку ресурс увеличения массы грузов в существующем конструктивном исполнении нижней основной корзины исчерпан. Увеличение массы грузов в верхней дополнительной корзине приведет к существенному снижению величины статического момента и, как следствие, к качественному различию характеристик стендового и натурного нагружения, что недопустимо.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании стенда для испытаний ГДТ стартовых комплексов широкой номенклатуры, обеспечивающего натурные условия нагружения при минимальных доработках известного стенда.
Эта задача решается тем, что в известном стенде для испытаний в режиме торможения гидродомкратов-тормозов стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащем нагружающее ГДТ устройство в виде маятника, представляющего собой рычаг, установленный с возможностью вращения на горизонтальной оси, закрепленной на раме, размещенной на основании стенда, при этом на рычаге закреплена корзина со сменными грузами, которая соединена с узлом отклонения маятника, а к верхней части рычага прикреплен дополнительный рычаг, на периферийном конце которого размещена вторая корзина со сменными грузами, при этом продольные оси рычагов совпадают, согласно полезной модели он снабжен пневмоприводом, содержащим закрепленный на раме с возможностью вращения в вертикальной плоскости пневмоцилиндр, шток которого шарнирно соединен с нижним рычагом маятника, при этом его рабочая полость соединена с газовым аккумулятором давления.
При этом газовый аккумулятор давления выполнен в виде емкости высокого давления, частично заполненной рабочей жидкостью, газовая полость которой соединена с рабочей полостью пневмоцилиндра трубопроводом, на котором установлены регулируемый дроссель, запорный орган и манометры, при этом трубопровод соединен через запорный орган с источником газа высокого давления и через второй регулируемый дроссель - с дренажом, а жидкостная полость - трубопроводом с установленными на нем расходомером, обратным клапаном, насосом, фильтром и запорными органами с резервуаром, заполненным рабочей жидкостью, при этом емкость высокого давления соединена трубопроводом слива рабочей жидкости через запорный орган с резервуаром.
На чертеже изображен стенд для испытаний в режиме торможения ГДТ стартовых комплексов при натурных условиях нагружения.
Основным элементом стенда, обеспечивающим нагружение испытываемого ГДТ 1, является маятник 2, установленный с возможностью вращения в подшипниковых узлах 3, закрепленных на горизонтальных балках портала 4, смонтированного на основании стенда 5. ГДТ 1 установлен на стенде в горизонтальном положении, что соответствует его положению в натурной конструкции, и соединен с гидравлической системой, выполненной, например, по патенту РФ на полезную модель №125277, МПК F15B 19/00, 2013 г.(на чертеже условно не показана). Маятник 2 выполнен в виде рычага 7, оборудованного бойком 6, закрепленным с возможностью перемещения в вертикальной плоскости в обеспечение требуемых кинематических условий нагружения ГДТ 1 различных типоразмеров. На нижней части рычага 7 закреплена корзина 8 с грузами 9. На верхней части рычага 7 жестко закреплен дополнительный рычаг 10, на периферийном конце которого размещена вторая корзина 11 с грузами 12, при этом продольные оси рычагов 7 и 10 совпадают. Вес грузов 9 и 12 в корзинах 8 и 11 определяется требуемыми параметрами нагружения испытываемого ГДТ. Стенд снабжен лебедкой (на чертеже условно не показаны), свободный конец троса которой соединен с замком 13 корзины 8. Лебедка предназначена для отклонения маятника 2, изменения его угла отклонения и удержания его в этом положении. Фиксация плунжера ГДТ 1 в требуемом положении осуществляется регулируемой по длине тягой 14. Тяги 15 обеспечивают подъем и фиксацию корзины 8 с грузами 9 относительно рычага 7.
На колоннах портала стенда закреплен пневмоцилиндр 16 с возможностью вращения в вертикальной плоскости, шток которого шарнирно соединен с нижним рычагом 7 маятника 2, при этом его рабочая полость соединена с газовым аккумулятором давления 17.
Аккумулятор давления 17 выполнен в виде емкости высокого давления, частично заполненной рабочей жидкостью, газовая полость которой соединена с рабочей полостью пневмоцилиндра трубопроводом 33, на котором установлены регулируемый дроссель 20, запорный орган 21 и манометры 30 и 31, при этом трубопровод 33 соединен с источником газа высокого давления (на чертеже условно не показан) через запорный орган 22 и через второй регулируемый дроссель 19 - с дренажом, а жидкостная полость - трубопроводом с последовательно установленными на нем расходомером 29, насосом 26, фильтром 27, запорными органами 23, 25 и обратным клапаном 28 с резервуаром 18, заполненным рабочей жидкостью. Резервуар 18 соединен через запорный орган 24 с емкостью высокого давления 17 трубопроводом слива рабочей жидкости. Шток пневмоцилиндра 16 шарнирно прикреплен к нижнему рычагу 7 маятникового нагружающего устройства.
При реальной конфигурации стенда момент от усилия пневмоцилиндра 16 компенсирует недостаточность величины статического момента маятника 2 для обеспечения натурных условий нагружения ГДТ 1 при испытании в режиме торможения.
Объем воздушной полости аккумулятора давления 17 регулируется за счет изменения объема жидкости в жидкостной полости, которое обеспечивается насосом 26 для увеличения объема жидкости или сливом ее в емкость 18 самотеком через запорные органы 23 и 24 для уменьшения объема жидкости.
Работа запорных органов 21-25, дросселей 19 и 20, насосом 26 и срабатыванием замка 13 осуществляется по командам ПЭВМ (на чертеже условно не показана).
Стенд для испытаний в режиме торможения ГДТ стартовых комплексов при натурных условиях нагружения работает следующим образом.
В исходном положении трос лебедки соединен с замком 13 корзины 8. В жидкостной полости аккумулятора давления 17 содержится расчетный объем рабочей жидкости. Дроссель 19 открыт.В корзинах 8 и 11 закреплено расчетное количество грузов 9 и 12, обеспечивающее соответствие момента инерции маятника 2 натурному объекту (УН, НКМ). Испытываемый ГДТ 1 подключен к гидравлической системе. Плунжер ГДТ 1 зафиксирован в рабочем положении тягой 14. Маятник 2 опирается бойком 6 на подушку ускорительной головки ГДТ 1, обеспечивая тем самым начальное поджатие ускорительной головки и плунжера ГДТ 1, соответствующее начальному поджатию в натурной конструкции.
С помощью гидравлической системы (на чертеже условно не показана) в рабочую полость ГДТ 1 подают рабочую жидкость, под давлением которой плунжер ГДТ 1 выдвигается и через ускорительную головку и боек 6 воздействует на маятник 2, отклоняя его. При этом шток пневмоцилиндра 16 выдвигается, а провисающий трос при движении маятника 2 с корзиной 8 по часовой стрелке наматывается на лебедку. При достижении плунжером ГДТ 1 крайнего выдвинутого положения маятник 2 фиксируется в этом положении за счет натяжения троса. Закрывается дроссель 19. Гидросистема стенда (на чертеже условно не показана) переключается на слив рабочей жидкости из рабочей полости ГДТ 1 в расходный бак гидравлической системы. Давление внутри рабочей полости ГДТ 1 падает до атмосферного, и под действием возвратной пружины плунжер перемещается внутрь кожуха ГДТ 1 в предударное положение, вытесняя рабочую жидкость из рабочей полости ГДТ 1 в расходный бак. При этом между бойком 6 маятника 2 и подушкой ускорительной головки ГДТ 1 образуется зазор, равный зазору в натурной конструкции.
Далее открывают запорный орган 21, дроссель 20 и запорный орган 22, заполняя воздухом высокого давления рабочую полость пневмоцилиндра 16 и газовую полость аккумулятора давления 17 до расчетного уровня давления в рабочей полости пневмоцилиндра 16, контролируя уровень давления по показаниям манометра 31. По достижении требуемой величины давления закрывается запорный орган 21. Далее давление в газовой полости аккумулятора давления 17 повышают до расчетного значения, контролируя уровень давления по показаниям манометра 30, после чего закрывают запорный орган 22.
После этого подают команду на замок 13, который освобождает трос, и, одновременно с этим, выдают команду на открытие запорного органа 21. После этого маятник 2 под действием статического момента и момента от усилия пневмоцилиндра 16 поворачивается с ускорением в подшипниковых узлах 3. Боек 6 рычага 7 ударяет по подушке ускорительной головки ГДТ 1 и происходит его силовое нагружение.
При компьютерном управлении пневмогидросистемой требуемый уровень давления в рабочей полости пневмоцилиндра 16 обеспечивается за счет открытия/закрытия дросселей 19 и 20 по командам ПЭВМ постоянно в процессе нагружения.
При необходимости угол поворота маятника 2 перед проведением испытания ГДТ 1 в режиме торможения может быть изменен с помощью лебедки и троса. Указанное действие позволяет добиться равенства изменения потенциальных энергий маятника 2 с пневмоприводом и защищаемого объекта (УН, НКМ) при их повороте на стенде и в натурной конструкции соответственно.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет проводить достоверную оценку работоспособности гидродомкратов-тормозов, входящих в состав модернизированных существующих и перспективных стартовых комплексов, при их испытании в режиме торможения на действующем стенде при минимальных его доработках.