СТЕНД ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к испытательному оборудованию и, в частности, к стендам для ударных испытаний.
Известна конструкция стенда для ударных испытаний, содержащего основание с вертикальными направляющими, на которых размещен стол для установки испытуемого изделия, а также устройство подъема и сброса стола. Кроме того, стенд содержит формирователь ударного импульса, расположенный между столом и основанием, который включает пневматический упругий элемент, выполненный в виде надувной эластичной оболочки. Последняя, содержит набор упругих прокладок, расположенных внутри нее, и эластичную прокладку, закрепленную на воспринимающей удар поверхности оболочки. На основании закреплен полый пуансон, несущий оболочку. Внутренняя полость оболочки может быть сообщены с полостью пуансона через дросселирующий элемент. Подвод газа в оболочку осуществляется через трубопровод от источника давления. В оболочке под прокладкой может быть выполнено отверстие [SU №1486833].
Работает стенд следующим образом.
В исходном положении стол с испытуемым изделием поднят по направляющим над формирователем ударного импульса на высоту для достижения им при падении заданной скорости соударения. Внутренние полости оболочки и пуансона заполнены сжатым газом. Стол, двигаясь под действием силы тяжести вниз по направляющим, разгоняется до заданной скорости соударения, при которой он входит в контакт с эластичной прокладкой формирователя импульсов. На этом этапе взаимодействия, эластичная прокладка выполняет функцию «подушки», сглаживающей передний фронт ударного импульса. Когда деформация прокладки достигает значительной величины, начинается непосредственное взаимодействие стола с оболочкой и установленными в ней упругими прокладками, в результате которого происходит формирование параметров ударного импульса. При этом передний фронт формируется на стадии сжатия формирователя ударного импульса. В процессе сжатия оболочки происходит значительное относительное уменьшение объема ее внутренней полости, что приводит к резкому увеличению давления газа в ней, что, в свою очередь, сказывается на форме ударного импульса. Для снижения скачков давления в оболочке используется полость пуансона, сообщающаяся с полостью оболочки через дросселирующий элемент. Наличие дросселирующего элемента позволяет осуществлять управление законом изменения давления газа в оболочке. Жесткость формирователя в целом определяется параллельным соединением пневматического упругого элемента и набора упругих прокладок.
Основным недостатком описанного стенда является конструктивная сложность его основного узла - формирователя ударного импульса, которая отражается на точности воспроизведения параметров последнего. Практически вся конструкция формирователя является совокупностью различного рода упругих систем. Сюда относится, в первую очередь, надувная эластичная оболочка, снабженная дросселем, связывающим ее с пуансоном. Кроме того, в формирователе имеется эластичная прокладка, а также набор упругих прокладок, размещенных внутри оболочки. Если учесть специфический, резко возрастающий характер ударной нагрузки, воспринимаемой формирователем, который в данном случае является мультиколебательной системой, то вполне естественным является появление паразитных колебаний отдельных упругих систем, которые являются следствием волновых процессов, имеющих место внутри эластичной оболочки при распространении ударной волны и влияющих, таким образом, на интегральную характеристику воспроизводимого ударного импульса, т.е. на его точность. В целом недостатки прототипа являются следствием совмещения в формирователе двух антагонистических функций, с одной стороны - получение ударного импульса со строго заданными параметрами, а, с другой стороны - восприятие и гашение кинетической энергии падающего стола. Традиционно, это противоречие решается путем разделения этих функций. Так для воспроизведения ударного импульса используются крешеры различной формы и размеров, выполненные из различных материалов, например, металла, пластика, дерева, которые обладают строго нормированной жесткостью, позволяющей воспроизведение ударного импульса с точно заданными параметрами. Для восприятия и гашения кинетической энергии используются, так называемые, инерционные блоки специальной конструкции, обладающие значительной массой.
Таким образом, задачей полезной модели является упрощение конструкции стенда и повышение точности воспроизведения ударного импульса.
Поставленная задача решается за счет того, что стенд для ударных испытаний, включает основание, на котором размещены устройство формирования ударного импульса, устройство его гашения, содержащее надувные эластичные оболочки, снабженные средством регулирования давления газа, а также стол для испытуемого изделия, смонтированный с возможностью перемещения на вертикальных штангах и связанный с механизмом его подъема и сброса. При этом устройство формирования импульса выполнено в виде наковальни для размещения крешера, установленной на устройстве гашения, выполненным в виде инерционного блока, опирающегося на ряд эластичных оболочек, первая часть, из которых, расположена по периферии блока, а вторая - в его центральной зоне. Все оболочки сообщены с источником сжатого газа, а первая их часть также и с наружным пространством через клапан быстрого выхлопа, управляемый акселерометром, закрепленным на блоке. Инерционный блок состоит из верхней стальной плиты, связанной с бетонным массивом, при этом блок снабжен сквозными отверстиями, число которых равно числу всех эластичных оболочек, размещенных в этих отверстиях и заключенных между верхними крышками и опорами в виде цилиндров, частично помещенных в эти отверстия и опирающихся на основание, по отношению к которому блок установлен с зазором. Основание снабжено упорами, ограничивающими перемещение инерционного блока вверх. Величина давления газа в оболочках, расположенных в центральной зоне, меньше, чем величина давления в оболочках, расположенных на периферии. Инерционный блок имеет в плане форму квадрата и периферийные оболочки, в количестве четырех, расположены по его углам, а в центральной зоне размещено две оболочки.
Техническая сущность полезной модели состоит в том, что формирователь импульса и устройство гашения выполнены раздельно, а инерционный блок опирается на совокупность надувных оболочек, размещенных на периферии и в центре, при этом периферийная часть оболочек сообщена с наружным пространством через клапан быстрого выхлопа, управляемый акселерометром, размещенным на инерционном блоке.
На чертежах, прилагаемых к описанию, даны следующие изображения:
на фиг. 1 - инерционный блок (вид сверху) со схемой пневматической;
на фиг. 2 - фрагмент вертикального разреза инерционного блока.
Стенд для ударных испытаний включает основание 1, выполненное в виде железобетонного короба с квадратной открытой частью. В коробе размещено устройство гашения ударного импульса (далее инерционный блок) 2, состоящее из стальной плиты 3 квадратной формы, связанной с армированным бетонным массивом 4. Инерционный блок 2 снабжен рядом сквозных отверстий, четыре из которых расположены на периферии блока в его углах, два других отверстия выполнены в центральной его зоне. Во всех отверстиях расположены однотипные надувные, эластичные оболочки 5. Они заключены между съемными крышками 6, обозначенными на фиг. 1 штриховыми линиями, и опорами 7 в виде цилиндров, частично помещенных в отверстия и опирающихся на дно короба, причем между нижней частью блока 2 и дном короба имеется зазор по величине, несколько превышающий ход блока 2 под действием ударной нагрузки. На стальной плите 3 установлена цилиндрическая наковальня 8, на которой в процессе испытаний, располагается устройство для формирования ударного импульса в виде крешера 9. Наковальня 8 размещается на центре тяжести инерционного блока 2, в котором имеется два дополнительных (кроме шести названных) отверстия для вертикальных штанг 10, служащих направляющими для установленного с возможностью перемещения стола 11, несущего испытуемое изделие. Механизмы подъема и сброса стола 11 на чертежах не показаны. Пневматическая схема инерционного блока 2, помимо периферийных и центральных оболочек 5, включает источник сжатого воздуха в виде компрессора 12, кинематически связанного с электрическим двигателем 13. Компрессор 12 через ресивер 14 и регуляторы давления 15 посредством трубопроводов 16 связан с оболочками 5, образуя две самостоятельные пневмосистемы - периферийную и центральную, отделенные от ресивера 14 кранами 17 и 18 соответственно. Обе пневмосистемы снабжены датчиками 19 для измерения давления в оболочках 5. В пневмосистему, охватывающую периферийные оболочки 5, встроен клапан 20 быстрого выхлопа, например, типа VXFA22AAA, электрически управляемый ударным акселерометром 21, закрепленным на поверхности стальной плиты 3 инерционного блока 2. На наружном торце стенок короба закреплены упоры 22, ограничивающие перемещение блока 2 вверх.
Работает стенд для ударных испытаний следующим образом.
Стол 11, с закрепленным на нем испытуемым изделием, по штангам 10 выводится устройством подъема и сброса в верхнее положение. Электродвигателем 13 приводится в действие компрессор 12 и наполняется сжатым воздухом ресивер 14. Давление и количество воздухе в последнем должно быть таковым, чтобы обеспечить в оболочках 5 обеих пневмосистем различные давления. Так, в центральной пневмосистеме давление в обеих оболочках 5 должно создавать силу, несколько превышающую вес инерционного блока 2, включая вес наковальни 8 и крешера 9. Под действием этой силы инерционный блок 2 поджимается к упорам 22. В периферийной пневмосистеме давление воздуха в четырех оболочках 5 должно обеспечивать полное гашение кинетической энергии удара падающего стола 11, что вызовет некоторое проседание инерционного блока 2 и выход его из контакта с упорами 22. Давление сжатого воздуха в оболочках центральной пневмосистемы будет менее давления сжатого воздуха, чем в оболочках периферийной пневмосистемы. Давление воздуха в центральной пневмосистеме определяется несложным расчетом, а в периферийной пневмосистеме - опытным путем. Параметры воздуха подаваемого с помощью кранов 17 и 18 из ресивера 14 в обе пневмосистемы контролируются с помощью регуляторов 15 давления и датчиков 19. После заполнения сжатым воздухом оболочек 5 обеих пневмосистем, при соблюдении условий, оговоренных выше, стол 11 сбрасывается и, скользя по штангам 10, взаимодействует с крешером 9, воспроизводя таким образом ударный импульс с заданным передним фронтом. Естественно, что кинетическая энергия падающего стола 11 трансформируется в потенциальную энергию дополнительно сжатого воздуха в оболочках 5 обеих пневмосистем. Для нейтрализации значительной доли потенциальной энергии сжатого воздуха в оболочках 5 периферийной пневмосистемы по команде с акселерометра 21 открывается клапан 20 быстрого выхлопа и давление в этих оболочках падает до уровня атмосферного. Инерционный блок 2 в этом случае не подвергается действию каких-либо сил со стороны оболочек 5 периферийной пневмосистемы, т.е. отсутствует, так называемая, отдача, а значит и, в значительной мере, сопровождающие ее паразитные колебания, влияющие на точность воспроизведения ударного импульса. Таким образом инерционный блок 2, потерявший энергию возврата, ложится на две оболочки 5 центральной пневмосистемы, которые медленно его поднимают до контакта с упорами 22. Командой для сброса давления из оболочек 5 периферийной пневмосистемы через клапан 20 быстрого выхлопа является момент изменения знака ускорения на противоположный на акселерометре 21, происходящий при взаимодействии стола с крешером 9, а значит и с инерционным блоком 2. После сброса давления в оболочках 5 клапан 20 быстрого выхлопа автоматически закрывается.
Для осуществления очередного испытания, оболочки 5 периферийной пневмосистемы, путем открывания крана 17, заполняются сжатым воздухом под давлением, задаваемым регулятором давления 15, встроенным в эту пневмосистему и контролируемым соответствующим датчиком 19. Стол 11 с помощью устройства подъема и сброса выводится в верхнее положение. На наковальне 8 устанавливается другой крешер 9. При необходимости может быть осуществлена подкачка оболочек 5 центральной пневмосистемы.