СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОДОМКРАТОВ СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ НАГРУЖЕНИЯ

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности, к стендам для испытаний силового гидропневмооборудования, предназначенного для использования на стартовых ракетных комплексах, а более конкретно - для испытаний гидродомкратов различных типоразмеров при натурных условиях нагружения.
В состав некоторых стартовых комплексов (СК) входят опорные фермы, верхняя кабель-мачта и мачта обслуживания. Во время подготовки к старту ракет-носителей эти элементы переводятся из исходного состояния (наклонного) в рабочее (вертикальное) путем поворота вокруг своих осей вращения за счет усилий, создаваемых гидродомкратами. Максимальные усилия, создаваемые гидродомкратами опорных ферм и мачты обслуживания действующих СК, достигают величины порядка 45 тc при величине рабочего хода его плунжера относительно нижней опоры гидродомкрата около 1 м.
Для определения работоспособности созданных гидродомкратов, в том числе и вновь разработанных, необходимо провести их стендовые испытания при натурных условиях нагружения при нормальных температурных условиях (+20°С), а также при температурах +50°С и -50°С.
Известен стенд для испытаний гидродомкратов стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащий вертикальный силовой каркас, на основании, на котором установлены подставки для крепления нижних опор гидродомкратов, при этом на верху каркаса в подшипниковом узле закреплено коромысло, на котором установлены узлы крепления верхних опор гидродомкратов, средство создания усилия нагружения на испытываемый гидродомкрат и гидравлическую систему для подсоединения к гидравлическим полостям гидродомкратов (см. Стенд СМ336. Комплект чертежей №СМ336.С600.ВО, - М., КБОМ, 1972. - с.1-5).
В известном стенде основным элементом, обеспечивающим создание усилия нагружения на испытываемый гидродомкрат, является коромысло с грузами, установленное в подшипниковых узлах на вертикальном силовом каркасе. Стенд позволяет проводить испытания одновременно двух одинаковых гидродомкратов. Для обеспечения испытаний гидродомкратов узлы крепления их верхних и нижних опор закреплены по одну сторону от силового каркаса, соответственно - на коромысле и на подставках, установленных на основании стенда.
Для испытания гидродомкратов на разных концах коромысла устанавливают комплекты грузов (средство нагружения), обеспечивающих заданные инерциальные и моментные характеристики нагружения гидродомкратов. При этом на нижнем конце коромысла закреплен упор, взаимодействующий с замком, обеспечивающим фиксацию коромысла во взведенном положении. Подставки выполнены сменными и разной высоты для обеспечения испытаний гидродомкратов разной номенклатуры.
Испытания гидродомкратов осуществляются следующим образом.
В исходном состоянии коромысло находится в положении, близком к вертикальному, которое обеспечено технологическими гидродомкратами, предварительно установленными на место испытываемых. При этом упор коромысла взаимодействует с замком и коромысло зафиксировано во взведенном положении. После этого технологические гидродомкраты демонтируют, а на их место устанавливают испытываемые гидродомкраты, при этом сначала закрепляют их нижние опоры на подставках. К штуцерам рабочих и штоковых полостей гидродомкратов подстыковывают гидравлическую систему стенда и подают давление рабочей жидкости в соответствующие полости гидродомкратов, после чего их штоки выдвигаются до упора в узлы крепления верхних опор, закрепленных на коромысле.
После открытия замка коромысло освобождается и под воздействием статического момента, создаваемого комплектом грузов, нагружает штоки испытываемых гидродомкратов через верхние опоры; при этом рабочие полости гидродомкратов открывают для слива рабочей жидкости, а штоковые - для всасывания. Под воздействием статического момента, создаваемого комплектом грузов, коромысло поворачивается, перемещая штоки испытываемых гидродомкратов внутрь гидроцилиндров.
После перемещения штоков испытываемых гидродомкратов в крайнее нижнее положение в его рабочие полости подают рабочую жидкость под давлением, а штоковые полости открывают для слива рабочей жидкости, и коромысло под воздействием усилия испытываемых гидродомкратов поворачивается до крайнего верхнего положения штоков испытываемых гидродомкратов.
Далее цикл нагружения повторяется. Испытания гидродомкратов проводятся до 50 рабочих циклов нагружения.
Недостатки известного стенда для испытаний силовых гидродомкратов стартовых комплексов заключаются в следующем:
1. Поскольку известный стенд имеет определенные габариты (был создан для испытаний гидродомкратов, создающих усилие до 20 тc), которые в целом и определяют создание в определенном диапазоне заданных усилий на испытываемое оборудование при сохранении прочности конструкции стенда и его элементов, то он не позволяет испытывать вновь созданные образцы гидродомкратов большой мощности - 45 тс.
2. Кроме того, другим недостатком известного стенда является то, что он представляет собой большое сооружение со следующими габаритами: высота ~7,0 м, размеры в плане 9,5 м × 4,2 м и весом (со сменным технологическим оборудованием) более 65 те. Это в целом усложняет его обслуживание и эксплуатацию. Кроме того, такие габариты стенда делают практически невозможным проведение испытаний гидродомкратов при температурах +50°С и -50°С, которые, как правило, проводятся в климатических камерах.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании стенда для испытаний гидродомкратов стартовых комплексов при натурных условиях нагружения в широком диапазоне заданных усилий нагружения и уменьшение его габаритов.
Эта задача решается тем, что в известном стенде для испытаний гидродомкратов стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащем вертикальный силовой каркас, закрепленный на основании, на котором установлены подставки для крепления нижних опор гидродомкратов, при этом на верху каркаса в подшипниковом узле закреплено коромысло, на котором установлены узлы крепления верхних опор гидродомкратов, средство создания усилия нагружения на испытываемый гидродомкрат и гидравлическую систему для подсоединения к гидравлическим полостям гидродомкратов, согласно полезной модели средство создания усилия нагружения на испытываемый гидродомкрат выполнено в виде испытуемого или технологического гидродомкрата, при этом подставки для крепления нижних опор гидродомкратов размещены с разных сторон силового каркаса, а узлы крепления верхних опор гидродомкратов размещены на консольных участках коромысла, причем на силовом каркасе установлены узлы крепления подпружиненных ограничителей углов поворота гидродомкратов.
Кроме того, на гидродомкратах установлены датчики перемещения штоков, а гидравлическая система стенда содержит емкость с рабочей жидкостью, источник высокого давления в виде насоса, фильтр, предохранительный клапан, датчики давления, регулятор давления, систему управления, ПЭВМ и запорно-регулирующую арматуру и трубопроводы обвязки, при этом электрические выходы датчиков давления, перемещения, регулятора давления и запорно-регулирующей арматуры соединены с системой управления и ПЭВМ, а гидравлические полости гидроцилиндров сообщены трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру с выходом насоса и сливом в емкость, причем регулятор давления установлен на трубопроводе, соединяющем нагнетающие полости гидродомкратов с емкостью, фильтр - на выходе из насоса, а предохранительный клапан - на трубопроводе, соединяющем выход насоса и трубопроводы, нагнетающие рабочую жидкость в гидравлические полости гидродомкратов, с емкостью, при этом датчики давления установлены на трубопроводах подачи-слива рабочей жидкости в подпоршневые полости гидродомкратов.
Схема стенда для испытаний гидродомкратов стартового комплекса при натурных условиях нагружения показана на чертеже.
Стенд имеет жесткое основание 1, в центре которого установлен вертикальный силовой каркас в виде двух вертикальных стоек 2. В верхней части стоек расположены подшипниковые узлы 3, в которых на оси 4 вращается коромысло 5.
Нижние опоры 6 и 7 испытываемых гидродомкратов 8 и 9 крепятся на подставках 10 и 11, установленных на основании 1.
Верхние опоры 12 и 13 гидродомкратов 8 и 9 крепятся к узлам их крепления на консолях коромысла 5.
При этом высота подставок 10 и 11, а также выбор расстояний их установки на основании 1 и узлов крепления верхних опор 12 и 13 на консолях коромысла 5 от стоек силового каркаса 2 определяется для каждой пары гидродомкратов, исходя из параметров их расположения в натурной конструкции.
Возможность испытания на предлагаемом стенде гидродомкратов разной номенклатуры обеспечивается тем, что:
- расстояния от вертикальной оси стенда, проходящей через ось вращения 4, до узлов крепления нижних опор гидродомкратов на подставках 10 и 11 могут изменяться, что достигается выполнением подставок 10 и 11 сменными и разной высоты (это обеспечивает положение гидродомкратов 8 и 9 на стенде, соответствующее натурному);
- расстояния от оси вращения 4 до узлов крепления верхних опор 12 и 13 гидродомкратов на коромысле 5 также может изменяться, что обеспечивается возможностью переноса и крепления узлов 12 и 13 на консолях коромысла 5 (это обеспечивает положения гидродомкратов 8 и 9 на стенде, соответствующие натурным).
Дополнительная фиксация гидродомкратов 8 и 9 относительно стенда обеспечивается штатными подпружиненными ограничителями 14 и 15, имеющими возможность укорачивания/удлинения в ходе испытаний, при этом на силовом каркасе 2 установлены узлы крепления ответных концов подпружиненных ограничителей.
Гидравлическая система стенда содержит емкость 16 с рабочей жидкостью 17, источник высокого давления в виде шестеренчатого насоса 18, фильтр Ф, предохранительный клапан КП, регулятор давления РД с системой управления СУ, запорно-регулирующую арматуру ВН1 - ВН12 и трубопроводы обвязки.
Управление испытаниями, сбор измерительной информации и контроль параметров при испытании осуществляется ПЭВМ. Перемещения штоков гидродомкратов 8 и 9 относительно их корпусов измеряются датчиками перемещений ДП1 и ДП2; измерение давления в рабочих полостях испытываемых гидродомкратов 8 и 9 осуществляется с помощью датчиков давления ДД1 и ДД2, электрические выходы которых заведены в ПЭВМ.
Запорно-регулирующая арматура ВН1 - ВН12, обеспечивающая необходимые режимы работы пневмогидравлической системы, управляется и контролируется ПЭВМ (электрические связи между арматурой и ПЭВМ условно не показаны).
Стенд обеспечивает проведение следующих испытаний гидродомкратов:
1. Испытания двух одинаковых гидродомкратов, из которых один работает в режиме торможения, а второй - в режиме подъема. Это основной режим испытаний, поскольку обычно гидродомкраты на испытания приходят партиями из нескольких штук.
2. Испытания одного гидродомкрата, при этом в качестве нагружающего гидродомкрата используется имеющийся технологический гидродомкрат. Указанные испытания проводятся в том случае, когда число гидродомкратов в партии нечетное; при этом имеющийся технологический гидродомкрат по мощности должен быть не менее испытываемого.
3. Испытания одного гидродомкрата, при этом в качестве нагружающего устройства используются два имеющихся технологических гидродомкрата, обеспечивающих заданные усилия нагружения. Указанные испытания проводятся в случае, когда число гидродомкратов в партии нечетное, а испытываемый гидродомкрат по мощности превосходит имеющийся технологический.
Исходное положение элементов и систем стенда: гидродомкраты 8 и 9 (оба испытываемые и одинакового типоразмера) с датчиками перемещений ДП1 и ДП2 установлены на стенде и зафиксированы относительно силового каркаса с помощью ограничителей 14 и 15. Гидродомкраты 8 и 9 подсоединены к гидросистеме и их полости заполнены рабочей жидкостью. Штоки испытываемых гидродомкратов 8 и 9 утоплены в гидроцилиндры. Коромысло 5 стенда зафиксировано относительно силового каркаса 2 с помощью специальных упоров (на чертеже условно не показаны) в горизонтальном положении. Запорно-регулирующая арматура находится в закрытом состоянии, а регулятор давления РД закрыт. Насос 18 выключен. В ПЭВМ загружена программа управления испытаниями и регистрации измерительной информации, а также функция изменения давления рабочей жидкости в рабочей полости гидродомкрата 8 или 9 по перемещению штока испытываемого гидродомкрата.
Подготовка элементов стенда и систем к испытанию гидродомкратов.
Программа ПЭВМ выдает команду на открытие вентилей ВН1, ВН7, ВН11 и ВН12. После их открытия включается двигатель насоса 18, и рабочая жидкость через открытый вентиль ВН1 по трубопроводу начинает поступать в рабочую полость гидродомкрата 9. Давление в рабочей полости гидродомкрата 9 повышается, и его шток перемещается вверх, выдавливая рабочую жидкость из штоковой полости по трубопроводу через открытые вентили ВН7 и ВН12 в емкость 16. При касании головки штока гидродомкрата 9 рабочей поверхности верхней опоры 13 насос 18 выключается, вентили ВН1 и ВН7 закрываются. Момент касания определяется визуально или по показаниям датчика перемещения ДП2.
Далее аналогичная операция производится с гидродомкратом 8 и в этом случае открываются (с последующим закрытием) вентили ВН2 и ВН8.
Далее упоры коромысла 5 освобождают его от фиксации относительно силового каркаса 2.
Затем программа ПЭВМ выдает команду на открытие вентилей ВН2, ВН7, ВН8 и ВН9. После их открытия включается двигатель насоса 18 и рабочая жидкость через открытый вентиль ВН2 начинает поступать в рабочую полость гидродомкрата 8. Шток гидродомкрата 8 выдвигается, выдавливая из штоковой полости рабочую жидкость по трубопроводу через открытые вентили ВН8 и ВН12 в емкость 16. Одновременно шток гидродомкрата 8 воздействует на коромысло 5, заставляя его поворачиваться по часовой стрелке. При этом правый конец коромысла 5 через верхнюю опору 13 давит на шток гидродомкрата 9, повышая давление в рабочей полости. Рабочая жидкость при этом выдавливается по трубопроводу через открытый вентиль ВН9 и регулятор давления РД в емкость 16. Регулятор давления РД при этом поддерживает заданное давление в рабочей полости гидродомкрата 9, усилие от которого превышает весовую нагрузку от подвижных частей гидродомкрата 9 и статический момент коромысла 5. В штоковую полость гидродомкрата 9 рабочая жидкость поступает самотеком по трубопроводу через открытые вентили ВН7 и ВН12.
По достижении плунжером гидродомкрата 8 крайнего выдвинутого положения, а плунжером гидродомкрата 9 - крайнего нижнего насос 18 выключается, вентили ВН2, ВН7, ВН8 и ВН9 закрываются. Это положение элементов стенда и гидродомкратов является исходным для начала испытаний на циклическое нагружение.
На первом этапе цикла гидродомкрат 9 испытывается на рабочую нагрузку в режиме подъема штока, а гидродомкрат 8 - на рабочую нагрузку в режиме опускания штока, при этом необходимое усилие на штоках гидродомкратов обеспечивается давлением рабочей жидкости в гидродомкрате 8. Величина давления в гидродомкрате 8 регулируется регулятором давления РД по показаниям датчика давления ДД2 согласно введенному в ПЭВМ закону изменения усилия подъема гидродомкрата 9 по перемещению его штока, измеряемому датчиком перемещения ДП2.
Программа ПЭВМ выдает команду на открытие вентилей ВН1, ВН7, ВН8 и ВН10. После их открытия включается двигатель насоса 18, и рабочая жидкость через вентиль ВН1 начинает поступать в рабочую полость гидродомкрата 9. Шток гидродомкрата 9 выдвигается, выдавливая из штоковой полости рабочую жидкость по трубопроводу через открытые вентили ВН7 и ВН12 в емкость 16. Одновременно шток гидродомкрата 9 через верхнюю опору 13 воздействует на коромысло 5, заставляя его поворачиваться против часовой стрелки. При этом левый конец коромысла 5 через верхнюю опору 12 давит на шток гидродомкрата 8, повышая давление в рабочей полости. Рабочая жидкость выдавливается по трубопроводу через открытый вентиль ВН10 и регулятор давления РД в емкость 16. Регулятор давления РД при этом поддерживает давление в рабочей полости гидродомкрата 8 по показаниям датчика давления ДД2 согласно введенному в ПЭВМ закону изменения усилия подъема гидродомкрата 9 по перемещению его штока, измеряемому датчиком перемещения ДП2. В штоковую полость гидродомкрата 8 рабочая жидкость поступает самотеком по трубопроводу через открытые вентили ВН8 и ВН12.
Первый этап цикла заканчивается при достижении штоком гидродомкрата 9 крайнего выдвинутого положения. При этом шток гидродомкрата 8 занимает крайнее нижнее положение. Окончание первого этапа цикла нагружения определяется по показаниям датчика перемещения ДП2.
На втором этапе цикла гидродомкрат 8 испытывается на рабочую нагрузку в режиме подъема штока, а гидродомкрат 9 - на рабочую нагрузку в режиме опускания штока, при этом необходимое усилие на штоках гидродомкратов обеспечивается давлением рабочей жидкости в гидродомкрате 9. Величина давления в гидродомкрате 9 регулируется регулятором давления РД по показаниям датчика давления ДД1 согласно введенному в ПЭВМ закону изменения усилия подъема гидродомкрата 8 по перемещению его штока, измеряемому датчиком перемещения ДП1. Испытания проводятся таким же образом, как и на первом этапе цикла.
Второй этап цикла заканчивается при достижении штоком гидродомкрата 8 крайнего выдвинутого положения. При этом шток гидродомкрата 9 занимает крайнее нижнее положение. Окончание второго этапа цикла нагружения определяется по показаниям датчика перемещения ДП1.
Число полных циклов нагружения испытуемых гидродомкратов повторяется в соответствии с заданным количеством в Технических условиях на испытания.
Защита испытательного и испытываемого оборудования в процессе нагружения обеспечивается тем, что максимальное выдвижение штока испытываемого гидродомкрата ограничено ходом штоков нагружающего гидродомкрата и наоборот, а величина максимального давления в рабочей полости испытываемого гидродомкрата ограничена предохранительным клапаном КП, расположенным на нагнетательной магистрали гидравлической системы.
Таким образом, использование полезной модели обеспечивает в процессе испытания гидродомкратов условия нагружения, соответствующие натурным в широком диапазоне усилий нагружения. Обслуживание и эксплуатация предложенного стенда характеризуется минимумом подготовительных и установочно-монтажных работ, выполняемых в удобных для обслуживающего персонала условиях. Габариты стенда для испытаний существующих моделей гидродомкратов с ходом плунжера до 1 м составляют: высота 2500 мм; длина 2400 мм; ширина 800 мм; общий вес в пределах 4 тс, что позволяет проводить испытания гидродомкратов непосредственно в климатических камерах тепла и холода при температурах +50°С и -50°С.