СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ВИБРОИМПУЛЬСНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Полезная модель относится к испытательному оборудованию, а более конкретно - к оборудованию для создания переменных нагрузок виброимпульсным гидравлическим воздействием, и может быть использована для исследования ответственных резьбовых соединений, испытывающих переменные нагрузки в аэрокосмической, машиностроительной, автомобилестроительной и энергомашиностроительной промышленностях.
Из уровня техники известен стенд для исследования болтового соединения с контролируемой затяжкой (лаб. работа по дисциплине «Технологическое оборудование предприятий общественного питания», http://www.spbitrbetitop.narod/ru/l/lab.files/top41.2.swf). Стенд содержит опорную плиту, на которой установлен узел крепления резьбового соединения, и средство для контроля усилия затяжки в виде динамометрической пружины и индикатора. Указанный стенд позволяет определить момент затяжки болтового соединения и оценить коэффициент трения в резьбе и на торце гайки при однократном статическом нагружении. Однако, резьбовые соединения в реальных условиях в большинстве случаев подвержены воздействию многократных вибрационных нагрузок, а с помощью известного стенда невозможно создать такие условия, которые позволили бы провести испытания резьбовых соединений на динамические переменные нагрузки.
Одна из распространенных причин повреждения болтовых соединений - уменьшение предварительной затяжки соединения под действием динамических нагрузок. (Биргер И.А, Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, - 1990 - 351 с.)
Известны нагружения образцов переменной нагрузкой с помощью грузов на вибростендах (Максак В.И., Цхай Э.Б. Исследование влияния многоциклового нагружения резьбового соединения на радиальные деформации гайки при статическом нагружении. -Электронный научный журнал «Исследовано в России».- 2009. - №118. - С.153 8-1544. - http//zhumal. ape.relarn.ru/articles/2009/118.pdf.) Указанный в статье вибростенд ВС-68 выпускается серийно и содержит два дисбаланса, которые за счет изменения массы дисбалансов и угла между ними создают вибрацию стола.
Недостатками вибростенда ВС-68 являются небольшая величина переменной нагрузки и его энергозатратность, т.к. испытания образцов продолжаются до 10 млн. циклов и выше.
Широко известны гидравлические и электрогидравлические вибраторы, описанные в книге Баранова В.Н.и Захарова Ю.Е. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы.-М., Машиностроение, 1977. - С.276-279.
Предметный стол у описанных электрогидравлических вибростендов жестко связан со штоком поршня гидроцилиндра, который управляется многокромочным золотником. Обратная связь поршня с золотником осуществляется электромеханическим преобразователем. На основании этой схемы в МВТУ им. Н.Э.Баумана разработаны многие электрогидравлические вибростенды ВС для испытаний с нагрузкой до 200 кгс в диапазоне частот от 0-150 Гц.
По сравнению с вибростендом ВС-68 гидравлические вибраторы выгодно отличаются повышенной удельной мощностью, небольшими габаритами, пониженным уровнем шума, возможностью изменять амплитуду и частоту вибраций. Вместе с тем. они отличаются
конструктивной сложностью и требуют высокой точности исполнения гидравлических элементов.
Наиболее близким к заявленной полезной модели по технической сущности и характеру воздействия на испытуемый объект является виброимпульсный источник (патент на изобретение №2324954, опубл. 20.05.2008), предназначенный для воздействия на поверхность грунта в
геофизике.
Указанное устройство, выбранное за прототип, содержит опорную плиту, подвижную массу, размещенную на упругих трубчатых оболочках с помощью прижимов. Верхние и нижние упругие трубчатые оболочки соединены своими полостями с гидрообъемным генератором, в свою очередь, соединенного с источником среднего давления и системой питания. Нижние и верхние упругие трубчатые оболочки гидравлически связаны с плунжерным золотником, управляемым электромагнитом через фиксатор и пружину.
Согласно прототипу опорная плита с подвижной массой, упругими трубчатыми оболочками и прижимами устанавливается на поверхности грунта. В упругие трубчатые оболочки подается рабочая жидкость от источника среднего давления. Включается система питания, которая приводит в движение вал гидрообъемного генератора. Последний возбуждает знакопеременный объем в верхней и нижней упругих трубчатых оболочках, при этом в последних изменяется давление относительно среднего давления в системе. Плунжерный золотник удерживается фиксатором в среднем положении. Виброимпульсный источник работает в виброимпульсном режиме.
В фиксированный момент времени, когда подвижная масса находится в верхнем положении, определяемом датчиком перемещений, от устройства управления подается сигнал на электромагнит, который через пружину и фиксатор освобождает плунжерный золотник. При этом подвижная масса выдавливает рабочую жидкость из нижней полости трубчатой оболочки в плунжерный золотник, который смещаясь, этот же объем рабочей жидкости выдавливает в верхнюю полость упругой трубчатой оболочки. Подвижная масса возбуждает импульс на опорной плите. Затем весь цикл повторяется вновь.
Устройство по прототипу обеспечивает эффективное виброимпульсное воздействие (переменные нагрузки) на грунт за счет создания ударного воздействия подвижной массы на опорную плиту и деформации упругих оболочек. Однако это устройство не приспособлено для многоцикловых испытаний резьбовых соединений.
Задача полезной модели - используя достоинства принципа работы прототипа в создании виброимпульса, упростить устройство и обеспечить испытания с увеличением переменной нагрузки на резьбовое соединение
Технический результат, направленный на решение поставленной задачи, заключается в создании многоцикловой переменной осевой нагрузки на витки резьбового соединения, вызванной деформацией упругого элемента, и уменьшении времени на испытания в сравнении с известными устройствами.
Задача и технический результат достигается следующим образом.
Как и устройство по прототипу, заявляемый стенд для исследования резьбовых соединений содержит опорную плиту, на которой размещены упругие трубчатые элементы, заполненные рабочей жидкостью, подвижную массу, установленную на упругих трубчатых элементах, плунжер, связанный с полостями упругих трубчатых элементов, систему питания и гидрообъемное устройство, соединенное с полостями упругих трубчатых элементов и системой питания.
В отличие от прототипа стенд дополнительно содержит электродвигатель с эксцентриком на валу, с которым взаимодействует плунжер. В качестве подвижной массы служит узел крепления испытуемого резьбового соединения и состоит из подвижной плиты, непосредственно установленной на упругих трубчатых элементах, и верхней плиты с отверстием под болт резьбового соединения. Подвижная и верхняя плиты узла крепления жестко соединены между собой стойками. Отличием является и то, что дополнительно на опорной плите жестко, через корпус, закреплен фланец, выполненный с центральным отверстием под болт и боковыми отверстиями, через которые с зазором пропущены стойки узла крепления. Помимо этого, стенд согласно заявляемой полезной модели снабжен тензорезисторами, которые предназначены для контроля переменных усилий резьбового соединения и наклеены на стойках узла крепления, и тензорезистором, который служит для контроля усилия затяжки и наклеен на болт резьбового соединения.
В качестве гидрообъемного устройства в заявленном изобретении использован гидроаккомулятор с управляемым обратным клапаном.
В отличие от прототипа, полезная модель не содержит верхних упругих трубчатых оболочек, датчика перемещений, фиксатора и электромагнита, что ведет к упрощению конструкции стенда.
На фиг.1 изображен стенд для исследования резьбовых соединений, на фиг.2 - диаграмма осевых усилий резьбового соединения при испытаниях.
Стенд для исследования резьбовых соединений состоит из верхней плиты 1, подвижной плиты 3, соединенные стойками 2, которые являются узлом крепления испытуемого резьбового соединения. Образцы резьбового соединения - гайка 4 и болт 5 нагружаются осевым усилием затяжки с помощью фланца 6, имеющего силовое замыкание с опорной плитой 7 через корпус 8. Вся система из верхней плиты 1, стоек 2 и подвижной плиты 3 размещена на упругих трубчатых элементах 9, полость которых заполнена рабочей жидкостью. Усилие затяжки резьбового соединения осуществляется закручиванием гайки 4, которое поддерживается на заданном уровне системой питания 12, гидроаккомулятором 15 и контролируется тензорезистором 13. Вибрационная нагрузка резьбового соединения осуществляется плунжерной парой 10 в сочетании с эксцентриком 11 на валу электродвигателя. Дополнительное пульсирующее усилие, создаваемое деформацией упругого трубчатого элемента 9, контролируются тензорезисторами 14, наклеенными на стойки 3..
Стенд для исследования резьбовых соединений работает следующим образом. Резьбовое соединение устанавливается между фланцем 6 и верхней плитой 1 и затягивается гайкой 4, для чего фланец 6 отсоединяется от корпуса 8, и подвижная плита 3 отсоединяется от стоек 2 путем вывинчивания винтов 17. После установки болта 5, пропущенного через фланец 6 и верхнюю плиту 1 на него навинчивается гайка 4. Стойки 2 пропускаются через фланец 6, после чего к ним крепится подвижная плита 3. Собранный узел вставляется и крепится в корпусе 8. При этом подвижная плита 3 должна лежать на упругих трубчатых элементах 9. Полости упругих трубчатых элементов 9 заполняются рабочей жидкостью из системы питания 12 и поджимаются на 15-20 процентов от величины наружного диаметра упругих трубчатых элементов 9 затягиванием гайки 4. Плунжерная пара выдавливает рабочую жидкость в полость упругих трубчатых элементов 9, приподнимая верхнюю плиту 1 через стойки 2 и подвижную плиту 3, создавая нагрузку на резьбовое соединение. Под действием упругих сил резьбового соединения, верхней плиты 1, стоек 2 и подвижной плиты 3 резьбовое соединение разгружается, вытесняя часть рабочей жидкости в гидросистему. Происходит нагрузка резьбового соединения до усилия затяжки. Затем включается двигатель с эксцентриком 11 и плунжер 10 вытесняет жидкость в гидросистему и полость упругих трубчатых элементов 9, которые наполняясь, приподнимают подвижную плиту 3, тем самым создавая дополнительное усилие на резьбовое соединение (гайку 4 и болт 5).
Для компенсации объема рабочей жидкости, связанной с ее утечкой в местах заделки упругих трубчатых элементов, и сохранения усилия затяжки резьбового соединения служит гидроаккомулятор 15 с управляемыми обратными клапанами 16.
Изменение осевой нагрузки приводится на фиг.2.
Меняя частоту вращения электродвигателя, величину эксцентриситета и диаметр плунжера можно изменять параметры испытания резьбового соединения, приближая их к параметрам нагрузок реальных резьбовых соединений.
2
2
Расчеты показывают, что, используя в качестве упругого трубчатого элемента рукав высокого давления с внутренним диаметром 16 мм и имеющий наружный диаметр 29 мм с металлической оплеткой, длиной 200 мм при поперечной деформации 20% от наружного диаметра, площадь контакта с подвижной плитой 3 составляет 18 см (9 мм × 200 мм). При рабочем давлении 180 кг/см создаваемое усилие составит 3240 кгс, что больше требуемого усилия для испытания резьбы Ml 2.
Эксперимент, выполненный с применением образца с резьбой М12×1,5 показал высокую эффективность работы предлагаемого устройства взамен механического вибростенда ВС-68, снижение шума и энергопотребления. Кроме того, используя предлагаемую полезную модель взамен механического вибростенда, легко получать необходимую переменную осевую нагрузку для моделирования работы реального резьбового соединения. Используя рукава высокого давления (упругие трубчатые элементы) различной длины и различного диаметра плунжер, можно подобрать необходимые переменные нагрузки при испытаниях образцов в широком диапазоне номинальных диаметров.
Внедрение предлагаемой полезной модели позволит увеличить величину переменных нагрузок и сократить энергозатраты на исследование резьбовых соединений.