Устройство разгонное пневматическое
PNEUMATIC ACCELERATING DEVICE

Изобретение относится к экспериментальной механике и испытательной технике, а именно к исследованию высокоскоростных ударных явлений, и может быть использован в качестве метательной установки для проведения экспериментов по ударно-волновому нагружению боеприпасов и других изделий.
Для детального исследования области перехода от упругого к пластическому формированию и кинетическому зарождению откольных разрушений в материалах необходимо управлять скоростью соударения ударника с исследуемым образцом с высокой степенью точности.
Известна пневматическая установка для ударных испытаний [п. РФ №2023246, МПК (1990.01) G01M 7/00, приор. 03.05.1990 г., опубл. 15.11.1994 г.], содержащая ресивер (камеру высокого давления), ствол, с размещенным в нем ударником (метаемым объектом), диафрагма (клапан), отделяющая внутренние полости ресивера и ствола. Установка также содержит электродетонатор, линию подрыва, формирователь импульса подрыва, держатель и подрываемый заряд, выполненный в виде полос пленочного ВВ, закрепленных на диафрагме вдоль ее радиусов.
Недостатками известной установки являются: отсутствие возможности произвести разрыв диафрагмы регламентируемым усилием (давлением), поэтому невозможно воспроизвести силу ударного импульса на ударник (метаемый объект) точно и одинаково несколько раз. Кроме того процесс раскрытия диафрагмы может сопровождаться отрывом фрагментов, которые, воздействуя на ударник и ствол, снижают достоверность результатов. Наличие взрывчатого вещества требует расходных взрывчатых материалов, может быть разрушительным, приводит к большим колебаниям значений измеряемых параметров.
Известен ударный стенд, описанный в изобретение под названием «Способ испытания объекта на одиночный удар» [п. РФ №2267107, МПК7 G01M 7/08, приор. 20.01.2004 г., опубл. 27.12.2005 г.], содержащий ствол на поверхности которой установлен датчик давления (прибор для измерения давления), сообщенный через сквозное отверстие в стенке ствола с его внутренней полостью, камеру высокого давления, форкамеру, каретку с объектом (узел крепления испытуемого образца) и датчики ускорения (скорости). Ствол закреплен на рельсе при помощи упора. Каретка состоит из поршня, толкателя, платформы и башмаков, с помощью которых каретка скользит по рельсу. Объект зафиксирован на платформе каретки. Форкамера состоит из перфорированного стакана, перфорированной трубки, крышки, порохового заряда, порохового воспламенительного заряда, тонкой бумаги, перекрывающей отверстия, кольцевого бумажного пыжа, прижимающего заряд в стакане.
Недостатками стенда являются использование пороха для создания давления газа в камере высокого давления, сжигаемого в форкамере. Пиротехнический удар требует очень большой точности навески пороха, что невозможно практически, имеет плохую повторяемость результатов испытаний, затрудняет настройку профиля удара, приводит к большим погрешностям измерений.
Известна установка для испытания на удар [п. РФ №2202106, МПК7 G01M 7/08 G01N 3/30, приор. 19.06.2000 г., опубл. 10.04.2003 г.], содержащая камеру сжатого газа (камеру высокого давления), на боковой поверхности которой установлен манометр (прибор для измерения давления), сообщенный через сквозное отверстие в боковой стенке камеры сжатого газа с ее внутренней полостью, трубу разгона (ствол) с отверстием в боковой поверхности и с размещенным в ней ударником (метаемым объектом), клапан, сообщающий внутренние полости камеры высокого давления и ствола, испытуемый образец и блок фотодатчиков скорости (датчики скорости). Образец установлен в пазу, выполненном на торце трубы разгона. Отверстия трубы разгона выполнены в виде деаметрально расположенных щелей, расположены так, что плоскость, проходящая через торец щели, находится максимально близко к плоскости, проходящей через дно паза. Блок фотодатчиков скорости охватывает трубу разгона в месте расположения щелей.
Недостатки установки заключаются в расположении датчиков ускорений на трубе разгона приближено к испытуемому образцу, что приводит к большой погрешности получения результатов скорости соударения ударника и испытуемого образца. Наличие щелевых отверстий и паза в конце трубы, появление которых вызвано размещением датчиков контроля скорости, в определенной степени можно считать дефектами рабочей поверхности трубы разгона, которые, в свою очередь, могут привести к возникновению нежелательных вибраций трубы на заключительной стадии движения ударника и, как следствие, искажению траектории его полета, что не дает возможности точно повторять эксперименты. Расположение испытуемого образца на конце трубы разгона ограничивает диапазон экспериментальных данных. Кроме того существенно уменьшается срок службы трубы разгона в целом, поскольку паз и щели являются нежелательными концентраторами напряжений.
Данное устройство принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому изобретению.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышение точности измерения скорости движения поражающих элементов и увеличение диапазона экспериментальных данных, а также возможности повторяемости эксперимента.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство разгонное пневматическое содержит камеру высокого давления, на боковой поверхности которой установлен прибор для измерения давления, сообщенный через сквозное отверстие в боковой стенке камеры высокого давления с ее внутренней полостью, ствол с отверстием в боковой поверхности и с размещенным в нем метаемым объектом, клапан, сообщающий внутренние полости камеры высокого давления и ствола, узел крепления испытуемого образца и датчики скорости, согласно изобретению оно снабжено регулятором давления, на боковой поверхности камеры высокого давления дополнительно выполнены сквозные отверстия для установки, по меньшей мере, одного электромагнитного клапана и регулятора давления, при этом ствол проходит через внутреннюю полость камеры высокого давления, причем сквозное отверстие, выполненное на боковой поверхности ствола, расположенной внутри камеры высокого давления, перекрыто метаемым объектом, размещенным во втулке, по меньшей мере, с одним отверстием, совмещенным со сквозным отверстием в боковой стенке ствола, на конце которого с внешней стороны камеры высокого давления установлен штуцер, в который упирается втулка, клапан, сообщающий внутренние полости камеры высокого давления и ствола, соединен с одной стороны со штуцером на конце ствола, а с другой через газопровод с дополнительным отверстием в боковой поверхности камеры высокого давления, датчики скорости установлены на узле крепления испытуемого образца, установленного со стороны свободного конца ствола на заданном расстоянии.
Таким образом, оснащение устройства регулятором давления, обеспечивающим заданное давление в камере с точностью до 0,01 атмосферы, а также прохождение ствола через внутреннюю полость камеры высокого давления, на боковой поверхности которого выполнено сквозное отверстие, перекрытое метаемым объектом, размещенным во втулке, по меньшей мере, с одним отверстием, совмещенным со сквозным отверстием в боковой стенке ствола, обеспечивает пропускание газа из камеры высокого давления в ствол, создавая в нем точно заданное стабильное давление, воздействующее на метаемый объект, позволяет обеспечить точную повторяемость эксперимента. Установка датчиков скорости на узле крепления испытуемого образца, обеспечивает регистрацию скорости столкновения метаемого объекта с испытуемым образцом с большой степенью точности, что позволяет повысить точность измерения скорости движения поражающих элементов. Установка испытуемого образца со стороны свободного конца ствола на заданном расстоянии, обеспечивает возможность изменения расстояния от ствола до испытуемого образца, что позволяет расширить диапазон экспериментальных данных.
Кроме того, с целью увеличения точности попадания в заданную зону исследуемого образца и корректировки траектории полета метаемого объекта, на свободном конце ствола установлена юстировочная втулка с лазерным целеуказателем.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, на этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 представлен общий вид устройства разгонного пневматического;
на фиг. 2 - продольный разрез камеры высокого давления;
на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2;
на фиг. 4 - продольный разрез втулки 15.
Устройство разгонное пневматическое содержит камеру высокого давления, ствол 1, метаемый объект, прибор для измерения давления 2, клапан 3, узел крепления 4 испытуемого образца с датчиками скорости и регулятор давления 5 (фиг. 1, 2).
Камера высокого давления состоит из корпуса 6 и фланца 7. Корпус 6 выполнен в виде стакана, в основании которого выполнено центральное сквозное отверстие, а на цилиндрической поверхности выполнено не менее пяти сквозных отверстий с конической резьбой, в которые вкручены штуцеры 8 (фиг. 2, 3). Фланец 7 зафиксирован шпильками на свободном торце корпуса 6. К корпусу 6 через штуцера 8 подсоединены прибор для измерения давления 2, клапан 3, регулятор давления 5, электромагнитный клапан 9 с газопроводом 10 для дистанционного заполнения камеры газом из газового болона 11, и аварийный клапан 12 для безопасной эксплуатации устройства в аварийной ситуации.
Ствол 1 проходит сквозь центральное сквозное отверстие в основании корпуса 6 и фланец 7. На боковой поверхности ствола 1 выполнено отверстие 13, через которое внутренняя полость корпуса 6 сообщается с внутренней полостью ствола 1. С внешней стороны фланца 7 на конец ствола 1 установлен штуцер 14. В стволе 1 установлена втулка 15, упирающаяся в штуцер 14. На боковой поверхности втулки 15 по диаметру выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, совмещенное с отверстием 13 на боковой поверхности ствола 1. Отверстия в боковой поверхности втулки 15 позволяют регулировать поток газа из камеры высокого давления в ствол 1, за счет чего регулируется давление газа в стволе 1, а соответственно и скорость движения метаемого объекта, что позволяет расширить область испытаний (фиг. 4). На свободном конце ствола 1 установлена юстировочная втулка 19 с зафиксированным на ней лазерным целеуказателем, позволяющим настроить траекторию полета метаемого объекта для точного попадания в определенную зону исследуемого образца.
Метаемый объект выполнен в виде пыжа 16 и ударника 17, в виде стального шара, или может быть выполнено в виде стального цилиндра. Метаемый объект размещен во втулке 15, расположенной внутри ствола 1, таким образом, что он перекрывает ответсвие 13 ствола 1 и совмещенное с ним отверстие втулки 15.
Прибор для измерения давления 2 выполнен в виде датчика давления, позволяющего дистанционного отслеживать уровень давления в камере высокого давления. Прибор для измерения давления 2 сопряжен с внутренней полостью камеры высокого давления через одни из штуцеров 8 на цилиндрической поверхности корпуса 6.
Клапан 3 сообщает внутреннюю полость камеры высокого давления с внутренней полстью ствола 1. С одной стороны клапан 3 соединен со штуцером 14 на конце ствола 1, а с другой через газопровод 18 соединен с одним из штуцеров 8 на цилиндрической поверхности корпуса 6. В качестве клапана 3 использован электромагнитный клапан для дистанционного управления подачи газа из полости камеры высокого давления в полость ствола 1.
Узел крепления 4 испытуемого образца установлен со стороны юстировочной втулки 19 с лазерным целеуказателем, установленной на свободном конце ствола 1, на заданном расстоянии.
Датчики скорости 20 установлены непосредственно на испытуемом образце для более точного измерения скорости в момент столкновения метаемого объекта с испытуемым образцом.
Регулятор давления 5 установлен на цилиндрической поверхности корпуса 6 и сообщен с его внутренней полостью через электромагнитный клапан 21 и одни из штуцеров 8. Установка регулятора давления 5 через электромагнитный клапан 21 позволяет дистанционно регулировать давление в камере.
Работает устройство следующим образом
Узел крепления 4 испытуемого образца устанавливают на необходимом расстоянии от юстировочной втулки 19 с лазерным целеуказателем. Настраивают регулятор давления 5 на нужную скорость истечения газа. С помощью лазерного целеуказателя, установленного на юстировочной втулке 19, наводят ствол 1 на испытуемый образец. Дистанционно открывают электромагнитный клапан 9 и заполняют газом внутреннюю полость корпуса 6 камеры высокого давления через газопровод 10 из газового балона 11. Отслеживают давление в камере по показаниям прибора для измерения давления 2. После достижения в камере необходимого избыточного уровня давления подачу газа прекращают, перекрыв электромагнитный клапан 9. Затем, открыв дистанционно электромагнитный клапан 21, регулятором давления 5 сбрасывают излишки газа в камере высокого давления. Получив точное давление во внутренней полости корпуса 6 камеры высокого давления, перекрывают электромагнитный клапан 21, останавливая сброс газа через регулятор давления 5. Открывают клапан 3, газ из корпуса 6 попадает во внутреннюю полость ствола 1, приводя в движение пыж 16, толкающий перед собой ударник 17. Двигаясь пыж 16 освобождает сопряженные отверстие втулки 15 и отверстие 13 ствола 1. Газ, заполняющий полость камеры высокого давления, через отверстие 13 и отверстие втулки 15 поступает во внутреннюю полость ствола 1, разгоняя пыж 16 с ударником 17 до заданной скорости ударника 17 на выходе из ствола 1. Ударник 17, вылетая из ствола 1, ударяется в исследуемый образец. Полученная во время удара скорость ударника 17 фиксируется датчиками скорости 20. Полученные данные передаются оператору.
Для исключения произвольного выстрела ударника 17 из ствола 1 в аварийных ситуациях используют аварийный клапан 12, который при эксплуатации устройства в рабочем режиме находится в закрытом положении. При аварийной ситуации аварийный клапан 12 дистанционно открывается и выпускает газ из камеры высокого давления, исключая несанкционированный выстрел ударника 17.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
• Средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для экспериментальной механики и испытательной техники, а именно для исследования высокоскоростных ударных явлений;
• Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;
• Средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить повышение точности измерения скорости движения поражающих элементов и увеличение диапазона экспериментальных данных, а также повторяемость эксперимента.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «Промышленная применимость».