СТЕНД-КАТАПУЛЬТА ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к испытательному оборудованию и, в частности к стендам для ударных испытаний.
Для проведения испытаний на сверхвысокие ускорения используются так называемые стенды-катапульты, особенностью которых является наличие у них ускорителей, позволяющих разгонять изделия до высоких скоростей и получать при последующем ударе ускорения до 10000 g за промежуток времени в доли миллисекунд.
Известна конструкция стенда-катапульты для ударных испытаний (Christian Lalanne, Mechanical Shock, Mechanical Vibration and Shock Analysis, Second edition - volume 2). Несущим элементом стенда-катапульты (далее стенд) является вертикально установленная станина, которая выполнена в форме портала, образованного двумя вертикальными стойками, соединенными сверху траверсой. Станина смонтирована на основании в виде плиты, которая крепится к фундаменту. Между траверсой и основанием расположены две параллельные направляющие штанги, на которых установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ударный стол, предназначенный для размещения испытуемого изделия. На траверсе закреплена цепная лебедка, которая снабжена сцепным устройством для захвата ударного стола при его подъеме в исходное положение. Между стойками на основании установлен инерционный блок, предназначенный для "гашения массой" энергии удара и размещения формирователя импульса (крешера). С ударным столом связан ускоритель, который включает два резиновых каната (банджа), каждый из которых переброшен через блок, закрепленный с возможностью вращения, на нижнем конце стойки станины, при этом один из концов каната связан с ударным столом, а другой - с траверсой.
Работает стенд следующим образом.
Ударный стол с закрепленным на нем испытуемым изделием поднимается в верхнее исходное положение с помощью лебедки, несущей на конце цепи сцепное устройство (сбрасыватель), которое захватывает ударный стол. В это время на инерционном блоке устанавливается формирователь импульса. При подъеме ударного стола в верхнее положение происходит натяжение резинового каната, конец которого связан с ударным столом. Затем сцепное устройство по команде оператора отсоединяется от ударного стола и под действием натянутого резинового каната ударный стол как бы выстреливается в направлении инерционного блока, как из катапульты. Развиваемая ударным столом скорость и ускорение при ударе зависят от силы натяжения резинового каната.
Недостатком описанного стенда является то, что в конечном итоге величина предельной скорости, которую можно получить на стенде, в значительной степени зависит от прочностных свойств резины каната, а также от свойств собственно резины, как материала, который со временем теряет свои свойства, т.е. «стареет». Таким образом, суммируя вышесказанное, недостатком стенда является его ограниченность по величине и диапазону получаемых скоростей при разгоне и ускорений при ударе.
Задачей полезной модели является расширение диапазона и величины, получаемых на стенде ударных ускорений.
Поставленная задача решается за счет того, что в стенде-катапульте для ударных испытаний, содержащем вертикально установленную станину в виде портала, закрепленную на основании и образованную вертикальными стойками и траверсой, которая несет лебедку подъема ударного стола, имеющего возможность перемещения по направляющим штангам, расположенным оппозитно относительно стола и связывающим траверсу с основанием, на котором смонтирован инерционный блок, при этом ударный стол связан с ускорителем, который выполнен в виде совокупности 4-х пневмоцилиндров одностороннего действия, закрепленных на траверсе и взаимодействующих своими штоками с угловыми зонами поверхности ударного стола, а штоковая полость каждого пневмоцилиндра сообщается с наружным пространством, при этом пневмоцилиндры через индивидуальные клапаны давления газа связаны с источником газа высокого давления, выполненным в виде, по меньшей мере, двух ресиверов, каждый из которых размещен в одной из вертикальных стоек станины, в свою очередь, оба ресивера через общий регулятор давления связаны с компрессорной установкой, которая параллельно связана с управляющим распределителем, общим для всех клапанов давления. Шток каждого пневмоцилиндра смонтирован в направляющих втулках, связанных с направляющими штангами.
Технический результат полезной модели состоит в том, что ускоритель, выполненный в виде пневмопривода, обладает большими силовыми возможностями, т.е. способностью перемещать ударный стол с более высокими скоростями и в более широком диапазоне.
На фиг. 1 дано схематичное изображение конструкции предлагаемого стенда-катапульты, а на фиг. 2 - упрощенное 3d-изображение станины и основания стенда.
Стенд содержит основание 1, на котором закреплена вертикальная станина 2, образованная двумя параллельно установленными вертикальными стойками 3, представляющими собой профильные трубы. Верхние концы стоек 3 связаны между собой с помощью траверсы 4, упрощенно представляющей собой раму, опирающуюся на стойки 3 (фиг. 2). Между траверсой 4 и основанием 1 смонтированы две направляющие штанги 5, параллельные друг другу, на которых установлен ударный стол 6, несущий испытуемое изделие 7. На траверсе 4 размещена лебедка подъема ударного стола 6, представленная двумя барабанами 8 с намотанными на них канатами 9. Во вращение барабаны 8 приводятся с помощью мотор-редуктора 10, с которым связаны общим валом 11. Концы канатов 9 снабжены подхватами 12, взаимодействующими с нижней поверхностью ударного стола 6 при его подъеме. Между стойками 3 размещен инерционный блок 13, предназначенный для "гашения" удара и установки на нем крешера 14 и опирающийся на основание 1 через пневматические подушки 15. В инерционном блоке 13 выполнено два отверстия 16 для размещения в них подхватов 12 перед катапультированием ударного стола 6. Особенностью стенда является конструкция ускорителя (катапульты), основу которого составляют четыре пневмоцилиндра 17, связанные своими торцами с элементами конструкции траверсы 4 и размещенные на ней так, как это показано на фиг. 2. Штоки 18 пневмоцилиндров 17 свободно упираются в верхнюю поверхность ударного стола 6 и взаимодействуют с ним в рабочем положении, т.е. в процессе катапультирования. Пневмоцилиндры 17 выполнены в виде стаканов с открытой штоковой полостью 19, при этом сами штоки 18 установлены в направляющих втулках 20, связанных со штангами 5. Пневмопривод стенда содержит источник газа в виде компрессора 21, который посредством пневмомагистралей (магистрали) связан с пневматической аппаратурой, включающей ресивер 22, после которого одна магистраль связывает общий управляющий распределитель 23 и индивидуальные для каждого пневмоцилиндра клапаны давления 24, в свою очередь, соединяющие эти пневмоцилиндры и источники газа высокого давления, выполненные в виде ресиверов 25 большой емкости, размещенные во внутренних полостях профильных труб стоек 3, являющихся защитными кожухами для случая непредвиденного разрушения ресиверов 25. Другая магистраль через регулятор давления 26 связывает источник газа (компрессор 21) с ресиверами 25. Конструкция стенда предусматривает наличие тормозов у ударного стола 6, удерживающего его в верхнем «взведенном» положении, т.е. готового к пуску. Разработанная тормозная система является функционально самостоятельным объектом оригинальной конструкции, поэтому ни в описании, ни на чертежах не показана.
Работает стенд-катапульта следующим образом. Перед началом испытаний ударный стол 6 поднимают в верхнее положение по направляющим штангам 5 вместе с закрепленным на нем испытуемым изделием 7. Подъем осуществляется с помощью канатной лебедки на подхватах 12. В этом положении ударный стол фиксируется с помощью тормозов. В процессе своего перемещения стол 6 перемещает поршни пневмоцилиндров 17 в крайнее положение. На основании 1 устанавливают необходимый для испытаний формирователь импульсов 14. В ресиверах 25 устанавливают необходимое, как правило, высокое давление газа. Затем включают лебедку и опускают подхваты 12 в отверстия 16 инерционного блока 13. Этим заканчиваются подготовительные к пуску работы. Оператор, воздействуя на управляющий распределитель 23, подает сжатый газ на все клапаны давления 24, открывая их все одновременно. Сжатый газ из ресиверов 25 через клапаны 24 поступает в пневмоцилиндры 17 в ударном режиме, т.е. с высокой скорость, что определяется низким аэродинамическим сопротивлением соответствующей магистрали. Одновременно отключаются тормоза. Под высоким давлением в пневмоцилиндрах 17 поршни через штоки 18 передают усилие на ударный стол 6, выстреливая им в направлении инерционного блока 13, где происходит взаимодействие ударного стола 6 с крешером 14. Измерение и обработка полученного ударного импульса не является предметом настоящей полезной модели и поэтому не описывается. Возврат ударного стола 6 в верхнее положение для проведения очередного испытания осуществляют с помощью лебедки с использованием подхватов 12.