МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СЕРВОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТИСЕЙСМИЧЕСКИХ ГИДРОАМОРТИЗАТОРОВ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ
SERVOHYDRAULIC TESTING MACHINE FOR EVALUATION OF OPERATING CHARACTERISTICS OF ANTISEISMIC HYDRAULIC SHOCK ABSORBERS OF ATOMIC REACTORS

Известен ряд машин как зарубежного, так и российского производства для проверки эксплуатационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов. Их достоинства и недостатки перечислены в описании к изобретению «Машина испытательная гидравлическая», патент №2535531, которая является ближайшим прототипом заявляемой машины и может быть принята за аналог.
К недостаткам конструкции аналога можно отнести:
1. Малая гидравлическая жесткость основного силового гидроцилиндра, не позволяющая проводить исследования гидроамортизаторов (ГА) к восприятию динамических нагрузок с высокой частотой нагружения.
2. В режиме проверки силы сопротивления, создаваемой ГА на холостом ходу, смещение штока ГА из одного положения в другое с малой скоростью осуществляется с помощью малого гидроцилиндра при запертых гидрозамками полостях основного силового гидроцилиндра. Такая схема обуславливает величину хода малого цилиндра не менее хода штока исследуемого ГА и наличие в схеме двух гидрозамков.
3. Конструктивно сложная и неудобная в работе муфта включения и выключения из силовой цепи основного гидроцилиндра, гидроцилиндра малых сил и датчика силы.
Это вносит дополнительные требования к конструкции и качеству рамы, удорожающие ее изготовление.
Этих недостатков лишена заявляемая машина.
На прилагаемом рисунке (фиг. 1), изображена заявляемая машина, включающая в себя следующие узлы:
- нагружающее устройство, содержащее: основание 1, неподвижную траверсу 2, жестко связанную с основанием колоннами 3, силовой гидроцилиндр 4, работающий на предельной нагрузке, с корпусом 5 и плунжером 6, имеющий рабочие гидравлические уплотненные полости «А» и «В», жестко скрепленный с основанием при помощи резьбового кольца 7, подвижную траверсу 8, сопряженную с колоннами 3 через антифрикационные втулки 9, датчик силы 10, жестко соединенный с траверсой болтами, резьбовой стержень 11, скрепленный с траверсой 8 с помощью резьбы и проходящий внутри плунжера 6, гайки 12 и 13, с помощью которых стержень 11 скрепляется и раскрепляется с плунжером 6, датчик перемещения 14 плунжера 6 относительно корпуса гидроцилиндра 5, направляющую 15, предохраняющую плунжер 6 от проворота относительно корпуса гидроцилиндра 5, датчик перемещения 16 подвижной траверсы 8, захват 17, жестко скрепленный с датчиком силы 10 шпилькой 18, шток 19, подвижно сопряженный в осевом направлении с неподвижной траверсой 2 через гидростатический подшипник 20, скрепленный с траверсой 2 гайкой 21, захват 22, скрепленный со штоком 19 резьбой, поперечину 23, скрепленную с траверсой 2 колонками 24, короткоходовой гидроцилиндр малых сил 25 с плунжером 26, закрепленным в поперечине гайкой 27, датчик малых сил 28, скрепленный со штоком 19 с помощью корпуса 29 и с плунжером 26 шпилькой 30, датчик перемещения 31 плунжера 26 относительно корпуса цилиндра 25, направляющую 32, предохраняющую плунжер 26 от проворота, упорную гайку 33 с рукояткой 34, служащую для включения и выключения из силовой цепи нагружающего устройства гидроцилиндра малых сил 25 и датчика малых сил 28, гайки 35, 36, 37, 38, 39 и 40 для выборки в силовой цепи гидроцилиндра 4 люфта между скрепляемыми деталями при работе машины в циклическом режиме с переходом через ноль, распределительную плиту 41, скрепленную с корпусом 5 гидроцилиндра 4, и исследуемый гидроамортизатор 42, закрепляемый в захватах 17 и 22;
- насосную установку 43 с предохранительным клапаном 44, обеспечивающую функционирование нагружающего устройства;
- сервоклапан 45, обеспечивающий подачу рабочей жидкости в полость «В» силового гидроцилиндра и установленный на распределительной плите 41 силового гидроцилиндра;
- сервоклапан 46, обеспечивающий подачу рабочей жидкости в полости гидроцилиндра малых нагрузок 25;
- систему управления 47, обеспечивающую режимы испытаний ГА и измерение результатов испытаний.
Заявляемая машина работает следующим образом:
Из магистрали высокого давления насосной установки 43 рабочая жидкость подается на вход сервоклапана 45, управляющего гидроцилидром 4, на вход сервоклапана 46, управляющего гидроцилиндром 25, в полость «А» гидроцилиндра 4 и в гидростатический подшипник 20.
В полости «А» гидроцилиндра 4 поддерживается постоянное давление с помощью клапана 44, полость «В», у которой площадь в два раза больше площади полости «А», управляется сервоклапаном 45 по принципу «подача-слив». При равенстве давлений в полостях создается максимальная нагрузка, направленная в одну сторону, при давлении в полости «В», близком к нулю - максимальная нагрузка, направленная в другую сторону.
Продольная гидравлическая жесткость гидроцилиндра 4 регулируется путем смещения плунжера 6 относительно корпуса 5 и достигает максимального значения при минимальном объеме рабочей жидкости в полости «В».
Гидроцилиндр 25 - короткоходовой, двухсторонний, служащий для управления штоком 19 при работе машины в режиме определения сил сопротивления, создаваемых ГА на холостом ходу, а также для поверки датчика малых сил 28.
Гидростатический подшипник 20 служит для снятия сил трения на штоке 19 при передаче силы, прилагаемой гидроцилиндром 4 к ГА и к датчику малых сил 28.
Упорная гайка 33 имеет два положения: крайнее правое, при котором гидроцилиндр 25 и датчик силы 28 выключаются из силовой цепи нагружающего устройства путем фиксации штока 19 между упорными гайками 33 и 39, и крайнее левое, при котором между корпусом гидростатического подшипника 20 и гайкой 33 образуется зазор ~ 4 мм для включения гидроцилиндра 25 и датчика силы 28 в силовую цепь нагружающего устройства. Упорная гайка 33 поворачивается в одну и другую сторону с помощью рукоятки 34.
Работа машины испытательной сервогидравлической для исследования эксплуатационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов в режиме определения силы сопротивления, создаваемой ГА на холостом ходу при малых скоростях перемещения.
Подготовительные операции:
- гайки 38 и 39 скрепляются между собой и с захватом 22;
- шток 19 смещается гидроцилиндром 25 влево до упора гайки 39 в торец гидростатического подшипника;
- гайка 33 рукояткой 34 поворачивается в крайнее левое положение, в результате между торцом гайки и торцом корпуса гидростатического подшипника образуется зазор ~ 4 мм;
- шток 19 смещается гидроцилиндром 25 вправо на 2 мм, образуя зазор по 2 мм между гайками 33 и 39 и корпусом гидростатического подшипника 20;
- захват 17 устанавливается гидроцилиндром 4, управляемым сервоклапаном 45 по перемещению, в положение, соответствующее расстоянию между крепежными элементами исследуемого ГА. При требуемом смещении захвата 17, большем, чем величина хода плунжера 6, для установки захвата 17 в нужное положение используется возможность плунжера 6 смещаться относительно стержня 11 при отпущенных гайках 12 и 13.
Например, при смещении в сторону увеличения рабочего пространства необходимо проделать следующие операции:
- плунжер 6 после смещения захвата 17 на величину хода находится в крайнем правом положении;
- гайка 12 свинчивается по резьбовому стержню 11 на величину хода плунжера 6;
- плунжер 6 смещается серваклапаном 45 влево упора в гайку 12, при этом стержень 11 остается неподвижным;
- гайка 13 свинчивается по резьбовому стержню 11 до упора в торец плунжера 6;
- плунжер 6 смещается серваклапаном 45 вправо вместе с резьбовым стержнем 11, траверсой 8 и захватом 17 до необходимой величины или до конца хода плунжера 6, после чего операции повторяются до тех пор, пока захват 17 будет установлен в нужное положение.
После установки необходимого пространства исследуемый ГА закрепляется в захватах 17 и 22 при среднем положении поршня ГА;
- плунжер 6 устанавливается сервоклапаном 45 в среднее положение и скрепляется со стержнем 11 гайками 12 и 13.
Работа
Гидроцилиндром 4, управляемым сервоклапаном 45 с обратной связью по датчику перемещения 14, шток ГА перемещается из одного крайнего положения в другое, при этом цилиндр 25, управляемый сервоклапаном 46 с обратной связью по датчику перемещения 31, поддерживает положение захвата 22, сохраняя зазоры между гайками 33 и 39 и корпусом гидростатического подшипника 20 в пределах 2 мм, а датчик силы 28 измерят величину силы сопротивления ГА на холостом ходу.
По завершении исследования цилиндр 25 смещает шток 19 до упора гайки 39 в корпус гидростатического подшипника, и гайка 33, поворотом до упора в корпус гидростатического подшипника, выключает цилиндр 25 и датчик силы 28 из силовой цепи нагружающего устройства.
Работа машины испытательной сервогидравлической для исследования эксплуатационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов в режиме определения восприятия ГА динамической нагрузки с высокой частотой циклического нагружения.
Подготовительные операции.
- захват 17 устанавливается цилиндром 4 в положение минимального рабочего пространства;
- в захватах 17 и 22 закрепляется контрольный образец, рассчитанный на предельную нагрузку машины;
- цилиндром 4 к образцу прикладывается растягивающая нагрузка, на 10…15% превышающая предельную;
- подтягиваются гайки 35, 36, 37, 38, 39 и 21, выбирая люфт между сопрягаемыми деталями;
- образец разгружается и нагружается сжимающей нагрузкой на такую же величину;
- подтягиваются гайки 40 между основанием 1 и траверсой 2, выбирая люфт между колоннами и основанием 1 и траверсой 2;
- машина разгружается, образец снимается, и устанавливается исследуемый ГА способом, описанным в предыдущем разделе;
- при среднем положении штока ГА, плунжер 6 при отпущенной гайке 12 устанавливается в левое положение на расстоянии не более 5…10 мм от упора в конце хода, обеспечивающее в полости «В» максимальную продольную жесткость и, соответственно, минимальные потери на сжимаемость при высокой частоте циклического нагружения, после чего скрепляется со стержнем 11 гайками 12 и 13;
- гидроцилиндром 4 шток ГА смещается вправо до упора и нагружается растягивающей нагрузкой, на 10…15% превышающей предельную, подтягивается гайка 12, выбирается люфт между плунжером 6 и стержнем 11, после чего шток ГА возвращается в среднее положение.
Работа
- динамическая нагрузка с высокой частотой циклического напряжения задается гидроамортизатору цилиндром 4, при этом датчик силы 10 и датчик перемещения 14 выдают сигналы системе управления для обработки и измерения;
- в режимах статического нагружения заявляемая машина работает при средних положениях штока ГА и плунжера 6.
Сущность изобретения заключается в следующем.
1. У аналога и других известных машин, предназначенных для проверки гидроамортизаторов атомных реакторов, шток исследуемого ГА и плунжер силового гидроцилиндра жестко связны между собой и не могут смещаться один относительно другого в процессе подготовки к исследованию.
Силовой гидроцилиндр у этих машин двухстороннего действия с двумя управляемыми полостями. При такой конструкции гидроцилиндра жесткая связь штока ГА и плунжера силового гидроцилиндра вполне оправдана.
В конструкцию нагружающего устройства заявляемой машины введен резьбовой стержень, помещенный внутри плунжера гидроцилиндра по свободной посадке и одним концом жестко, с помощью резьбы, связанный с подвижной траверсой 8, сочлененной с датчиком силы 10 и активным захватом 17.
Плунжер скрепляется с резьбовым стержнем с помощью двух гаек по торцам плунжера и может смещаться относительно стержня при отпущенных гайках.
У заявляемой машины силовой гидроцилиндр работает по схеме дифференциального: в полости с меньшей площадью поддерживается постоянное давление, а в управляемой полости гидравлическая жесткость регулируется путем изменения объема рабочей жидкости, т.е. при установлении минимального объема потери на сжимаемость рабочей жидкости сводятся к минимуму и появляется возможность определять восприятие ГА динамической нагрузки с высокой частотой циклического нагружения при оптимальном расходе насосной установки, т.е. машина приобретает дополнительную новую функцию.
2. В режиме проверки силы сопротивления, создаваемой ГА на холостом ходу при малых скоростях перемещения, изменена схема работы машины (см. раздел «Работа машины в режиме определения силы сопротивления, создаваемой ГА на холостом ходу при малых скоростях перемещения»), что упростило конструкцию, а именно:
- цилиндр малых сил стал короткоходовым и, соответственно, уменьшились датчик перемещения, направляющая от проворота и шток гидростатического подшипника;
- в схеме машины отсутствуют два управляемых гидрозамка;
- упростилась схема выключения из силовой цепи нагружающего устройства гидроцилиндра и датчика малых сил как конструктивно, так и по удобству в работе.