ДЕМПФИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СТЕНДА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ УСТРОЙСТВ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Техническое решение относится к средствам для экспериментальных испытаний устройств ударного действия, используемых, например, в горном деле и строительстве при разрушении горных пород и других твердых материалов, а именно к устройствам, предназначенным для гашения энергии удара бойка испытываемого на стенде устройства ударного действия.
Известен поглотитель энергии стенда для испытания ударных устройств по а.с. SU №1652463, кл. E02F 5/18, опубл. в БИ №20, 1991 г., содержащий массивный корпус, внутри которого выполнена имеющая газовую полость вытеснительная камера, сообщенная посредством соединительных каналов в корпусе с закрытой по торцам крышками цилиндрической камерой, в полости которой размещен ступенчатый полый поршень с кольцевым выступом на внутренней поверхности. В корпусе со стороны вытеснительной камеры соосно со ступенчатым полым поршнем и с возможностью фиксированного осевого перемещения относительно последнего установлена игла, профилированная внешняя поверхность которой образует с кольцевым выступом на внутренней поверхности ступенчатого полого поршня первую кольцевую дросселирующую щель при смещении ступенчатого полого поршня в процессе ударного воздействия бойка ударного устройства. На крышке цилиндрической камеры, расположенной со стороны ступенчатого полого поршня, выполнена кольцевая расточка, которая образует с боковой поверхностью большей ступени ступенчатого полого поршня вторую дросселирующую щель.
Недостатком устройства является сложность конструкции и металлоемкость, так как конструкция устройства предполагает массивность корпуса. Кроме того, в его конструкции не предусмотрена возможность для моделирования работы ударного устройства в режиме «прострел» (режим, когда при ударе бойка ударного устройства по инструменту последний не встречает достаточного для его остановки сопротивления со стороны разрушаемого материала), что ограничивает возможности стенда.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является поглотитель энергии стенда для испытания устройств ударного действия по патенту RU №2438108, кл. G01M 7/08, опубл. в БИ №36, 2011 г., содержащий корпус с двумя расположенными одна над другой герметичными камерами, верхняя из которых, частично заполненная жидкостью и сжатым газом, по каналам в корпусе через кольцевую дроссельную щель постоянно, а через обратный клапан периодически сообщена с целиком заполненной жидкостью нижней камерой с подвижным в ней вдоль оси полым ступенчатым поршнем. Один конец поршня постоянно размещен внутри камеры, а другой конец, выступающий наружу через расточку в днище камеры, обращен в сторону испытуемого ударного устройства. В резьбовом отверстии противолежащего днища закреплена игла, совместно с данным днищем образующая упомянутую дроссельную щель.
Недостаток устройства состоит в том, что в его конструкции не предусмотрена возможность для моделирования работы ударного устройства в режиме «прострел», что ограничивает возможности стенда.
Технической задачей предлагаемого устройства является расширение возможностей стенда для испытания устройств ударного действия (далее - УУД), а именно для моделирования в экспериментальных условиях работы УУД в режиме «прострел» за счет быстрого и значительного уменьшения силы, противодействующей движению бойка УУД при ударе вследствие падения давления жидкости в камерах демпфирующего устройства в результате слива жидкости.
Указанная задача решается тем, что в демпфирующем устройстве стенда для экспериментальных испытаний УУД (далее - демпфирующее устройство), содержащем корпус с газожидкостной камерой, приспособленной для заправки жидкостью и газом, которая по каналу в корпусе, соединительным каналам, через кольцевую дроссельную щель, образованную кромкой осевого канала и иглой, приспособленной для фиксированного осевого перемещения в соосном осевому каналу отверстии, постоянно, а через обратный клапан с направлением течения жидкости от газожидкостной камеры периодически сообщена с жидкостной камерой, образованной в полости корпуса под газожидкостной камерой, причем с одной стороны жидкостная камера ограничена торцом поршня-наковальни, размещенного с возможностью осевого перемещения соосно бойку УУД, а шток поршня-наковальни, выступающий на ограниченное буртом поршня-наковальни расстояние наружу корпуса, установлен в расточке корпуса в днище этой полости и обращен в сторону УУД, согласно техническому решению в указанной полости корпуса размещен с возможностью осевого перемещения, осевого поворота и фиксации от осевого поворота управляющий поршень, к торцу которого герметично прижат упомянутый обратный клапан, ограничивающий жидкостную камеру со стороны, противоположной торцу поршня-наковальни. Соединительные каналы, осевой канал и отверстие для фиксированного осевого перемещения иглы выполнены в управляющем поршне. Осевое перемещение управляющего поршня ограничено установленным в корпусе ограничителем, а управляющий поршень выполнен с возможностью его позиционирования при осевом перемещении в двух положениях, при одном из которых газожидкостная и жидкостная камеры герметичны, а при другом - соединены сливным каналом в корпусе с резервуаром для слива заданного объема жидкости.
После проведения серии ударов бойка испытываемого УУД по поршню-наковальне демпфирующего устройства, осуществляемых при положении управляющего поршня, когда газожидкостная и жидкостная камеры герметичны, а кольцевая дроссельная щель имеет сечение, необходимое для создания требуемого давления в жидкостной камере, указанная совокупность признаков позволяет перевести управляющий поршень в положение, когда газожидкостная и жидкостная камеры будут соединены сливным каналом в корпусе с резервуаром для слива заданного объема жидкости. Вследствие быстрого истечения жидкости в этот резервуар и связанного с ним резкого падения давления в жидкостной камере значительно уменьшится сила, действующая со стороны жидкостной камеры на поршень-наковальню демпфирующего устройства и находящийся с ним в контакте боек УУД.
Таким образом, резкое падение давления жидкости, действующей на поршень-наковальню демпфирующего устройства, в результате ее слива позволит быстро и значительно уменьшить силу, противодействующую движению бойка УУД при ударе, что позволит моделировать в экспериментальных условиях работу УУД в режиме «прострел», тем самым расширит возможности стенда для экспериментальных испытаний УУД.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения предлагаемого демпфирующего устройства и чертежами фиг.1, 2, на которых показано: на фиг.1 - продольный разрез указанного демпфирующего устройства, где стрелкой показано направление удара бойка УУД; на фиг.2 - пример исполнения управляющего поршня с плавным переходом между опорными поверхностями.
Демпфирующее устройство содержит (см. фиг.1) корпус 1 с газожидкостной камерой 2, приспособленной для заправки жидкостью и газом через отверстие 3. Под газожидкостной камерой 2 расположена полость 4. В полости 4 размещен с возможностью осевого перемещения соосно бойку испытываемого УУД поршень-наковальня 5, шток 6 которого установлен в расточке корпуса 1 в днище полости 4, выступает на ограниченное буртом 7 поршня-наковальни 5 расстояние наружу корпуса 1 и обращен в сторону испытываемого УУД. Кроме того, в полости 4 размещен с возможностью осевого перемещения, осевого поворота и фиксации от осевого поворота управляющий поршень 8 с соединительными каналами 9 и осевым каналом 10. В соосном осевому каналу 10 отверстии 11 управляющего поршня 8 размещена игла 12, приспособленная для фиксированного осевого перемещения в отверстии 11, например, посредством резьбы. Игла 12 образует с кромкой осевого канала 10 в управляющем поршне 8 кольцевую дроссельную щель 13 (далее - дроссельная щель 13). Ширина последней регулируется путем осевого перемещения иглы 12 в отверстии 11. В полости 4 образована жидкостная камера 14, которая с одной стороны ограничена торцом поршня-наковальни 5, а с противоположной стороны - обратным клапаном 15 (далее - клапан 15) с отверстиями 16 и пружиной 17, которая прижимает клапан 15 к торцу управляющего поршня 8. Осевое перемещение управляющего поршня 8 ограничено установленным в корпусе 1 ограничителем 18, например, штифтом. Геометрия управляющего поршня 8 такова, что он имеет две опорные поверхности 19 и 20, контактирующие с ограничителем 18 поочередно и позволяющие позиционировать управляющий поршень 8 при осевом перемещении в двух положениях. Расстояние между поверхностями 19 и 20 соответствует ходу управляющего поршня 8. Управляющий поршень 8 считается установленным в первое положение, когда достигнут контакт с ограничителем 18 поверхности 19 управляющего поршня 8, расположенной левее поверхности 20 по чертежу фиг.1. Для фиксации от осевого поворота в первом положении предназначен фиксатор 21, установленный в корпусе 1, а управляющий поршень 8 имеет паз 22 (см. фиг.2). При этом газожидкостная камера 2 и жидкостная камера 14 герметичны и постоянно сообщены между собой по каналу 23 в корпусе 1, соединительным каналам 9 в управляющем поршне 8, через дроссельную щель 13 и осевой канал 10 в управляющем поршне 8. Клапан 15 под действием пружины 17 герметично прижат к торцу управляющего поршня 8, исключая сообщение жидкостной камеры 14 с газожидкостной камерой 2 по отверстиям 16 в клапане 15 и отверстию 23 в корпусе 1. Периодически, при сжатии пружины 17 и смещении клапана 15 вправо по схеме, газожидкостная камера 2 сообщена с жидкостной камерой 14 с течением жидкости от газожидкостной камеры 2 по каналу 23 в корпусе 1, через образовавшийся зазор между торцевыми поверхностями управляющего поршня 8 и клапана 15, через отверстия 16 в клапане 15. Управляющий поршень 8 считается установленным во второе положение при контакте с ограничителем 18 поверхности 20 управляющего поршня 8. Фиксация в этом положении не требуется. При этом газожидкостная камера 2 и жидкостная камера 14 соединены сливным каналом 24 в корпусе 1 с резервуаром 25 для слива заданного объема жидкости. Перевод управляющего поршня 8 из первого положения во второе и обратно осуществляется его поворотом вокруг оси.
Демпфирующее устройство работает следующим образом. Для проведения серии ударов бойка УУД по торцевой поверхности штока 6 поршня-наковальни 5 управляющий поршень 8 установлен в первое положение и зафиксирован от поворота в этом положении фиксатором 21, вошедшим в паз 22. Через отверстие 3 в корпусе 1 заполняют жидкостью газожидкостную камеру 2 - частично, а жидкостную камеру 14 - полностью. Свободный объем газожидкостной камеры 2 заполняют газом под давлением. Поршень-наковальня 5 под действием давления жидкости в жидкостной камере 14 на его торец прижат к днищу полости 4 буртом 7, а шток 6 выступает наружу корпуса 1 и обращен в сторону испытываемого УУД.
В конце рабочего хода боек УУД наносит удар по торцу штока 6 поршня-наковальни 5. В результате взаимодействия с бойком поршень-наковальня 5 движется влево по чертежу, уменьшая объем жидкостной камеры 14 и вытесняя жидкость в газожидкостную камеру 2 через осевой канал 10 в управляющем поршне 8, дроссельную щель 13, соединительные каналы 9 в управляющем поршне 8 и канал 23 в корпусе 1. Часть кинетической энергии поршня-наковальни 5 теряется при протекании жидкости через дроссельную щель 13. Давление жидкости в жидкостной камере 14 возрастает, поршень-наковальня 5 и находящийся с ним в контакте боек УУД тормозятся и останавливаются. Затем боек совершает обратный ход, освобождая поршень-наковальню 5, который под действием давления жидкости возвращается в исходное положение. Между газожидкостной камерой 2 и жидкостной камерой 14 возникает перепад давления жидкости, вследствие чего клапан 15 смещается вправо по чертежу, сжимая пружину 17, и жидкость поступает из газожидкостной камеры 2 в жидкостную камеру 14 не только через канал 23 в корпусе 1, соединительные каналы 9 в управляющем поршне 8, дроссельную щель 13 и осевой канал 10 в управляющем поршне 8, но и через канал 23 в корпусе 1, зазор между торцевыми поверхностями управляющего поршня 8 и клапана 15, отверстия 16 в клапане 15, имеющие значительно большую площадь сечения, чем дроссельная щель 13, что ускоряет процесс выравнивания давления жидкости в газожидкостной камере 2 и жидкостной камере 14. После прекращения перетекания жидкости из газожидкостной камеры 2 в жидкостную камеру 14 клапан 15 под действием пружины 17 прижимается к торцу управляющего поршня 8.
После проведения серии ударов для моделирования работы УУД в режиме «прострел» фиксатор 21 выводят из паза 22, управляющий поршень 8 поворачивают вокруг оси. Потеряв упор плоскостью 19 в ограничитель 18 и под действием давления жидкости в жидкостной камере 14, управляющий поршень 8 перемещается влево по чертежу до упора плоскостью 20 в ограничитель 18, что соответствует его второму положению. При соединении газожидкостной камеры 2 и жидкостной камеры 14 сливным каналом 24 в корпусе 1 с резервуаром 25, происходит слив заданного объема жидкости из указанных камер 2 и 14 в резервуар 25. Сливной канал 24 должен иметь достаточную площадь сечения для быстрого слива жидкости. Давление жидкости в жидкостной камере 14 резко падает, в результате значительно уменьшается сила, противодействующая движению бойка УУД при ударе.
Для проведения следующей серии ударов управляющий поршень 8 переводят в первое положение, а жидкость заданного объема из резервуара 25 возвращают в газожидкостную камеру 2. Для облегчения возврата управляющего поршня 8 из второго положения в первое выполнен плавный переход между поверхностями 19 и 20 (см. фиг.2).