СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ШЛИЦ-ШАРНИРА АВТОМАТА ПЕРЕКОСА ВЕРТОЛЕТА
STAND FOR TESTING THE TORSION LINK OF THE HELICOPTER SWASHPLATE

Стенд для испытаний шлиц-шарнира автомата перекоса вертолета относится к испытательному оборудованию, а именно к стендам для усталостных (типовых, ресурсных, сертификационных, периодических) испытаний образцов шлиц-шарниров автомата перекоса вертолета на воздействие динамических и статических нагрузок характерных для полета.
Шлиц-шарниры автоматов перекосов применяются для передачи вращения вала несущего винта вертолета к вращающейся тарелке автомата перекоса, и для исключения вращения невращающейся тарелки автомата перекоса относительно корпуса главного редуктора. При этом остальные степени свободы (кроме вращения вокруг вертикальной оси) шлиц-шарниры не блокируют.
Известен стенд для испытаний ротора вертолета (FR 19950003074 19950316, В64С 27/32; G01L 5/00; G01M 19/00), включающий в себя вертикально установленный электродвигатель, закрепленный на фундаменте, вал которого совмещен с валом трансмиссии испытуемого ротора вертолета. На выходном валу ротора закреплена несущая система вертолета с лопастями. Вся система установлена на мачте, которая представляет собой объемную металлоконструкцию и имеет отдельную систему управления шагом несущего винта.
Основным недостатком описанной конструкции является то, что образец для испытаний представляет собой конструкцию, включающую все основные узлы несущей системы и большинство элементов трансмиссии вертолета. По этой причине стоимость таких образцов высока, а сроки изготовления длительные. Испытания отдельных элементов несущей системы, например шлиц-шарнира тарелки автомата перекоса, сопровождается расходом ресурса остальных агрегатов образца и стенда. По этому, экономически целесообразно производить испытания несущей системы вертолета поэлементно, т.е. испытывая по отдельности узлы, стоимость которых не велика по сравнению со стоимостью всей несущей системы. А также, производить испытания с использованием стендового оборудования, в составе которого нет деталей и узлов летательных аппаратов с высокой стоимостью и ограниченным ресурсом.
Известен стенд для износных испытаний автомата перекоса вертолета (RU 2728216 C1, G01M 15/02, В64С 27/72,), включающий раму с валом, на котором размещен механизм нагружения с упругими элементами. На раме установлены винтовые сервоприводы, служащие для имитации воздействия на автомат перекоса приводов общего шага, продольного и поперечного управления. Также на раме закреплена поворотная балка. В балке установлен подшипниковый узел, в котором размещен вал с жестко присоединенной к нему платформой с упругими нагружающими элементами, упомянутый вал стенда соединен с выходным валом моторредуктора. При вращении с помощью моторредуктора платформы с упругими нагружающими элементами, и при заданном программой испытаний угле наклона поворотной балки, установленный на стенде автомат перекоса испытывает нагрузки близкие к полетным.
Основным недостатком данной конструкции является то, что стенд предназначен для износных испытаний автомата перекоса, т.е. для испытаний подшипников вращающейся тарелки и шарниров тяг поворота лопасти. На режимах работы стенда, при этих испытаниях, шлиц-шарнир верхней тарелки получает нагрузки, часто не соответствующие полетным. Это связано с тем, что деформации упругих нагружающих элементов стенда не соответствуют величинам перемещения рычагов поворота лопастей на вертолете, а также с тем, что углы наклона тяг поворота лопасти на стенде и в полете также могут отличаться от величин характерных для полета. По причине вышесказанного, шлиц-шарнир верхней тарелки не может проходить усталостные испытания на подобных стендах в составе автомата перекоса. Использовать полностью собранный автомат перекоса для испытаний только шлиц-шарниров по специально написанной программе экономически не целесообразно т.к. автомат перекоса вертолета является дорогостоящим изделием. Кроме того, упомянутый стенд предназначен для работы с частотой оборотов имитирующей вращение несущего винта вертолета и повысить частоту нагружения, для ускорения испытаний шлиц-шарниров на таком стенде нельзя.
Техническая проблема, не решенная в описанных стендах, решение которой обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в создании относительно не дорогого устройства, в котором реализована возможность создания циклических нагрузок, характерных для полета, с целью проведения усталостных испытаний в ускоренном режиме для шлиц-шарниров различных конструкций, назначений и геометрических параметров при автоматическом измерении сохранении и поддержании параметров испытаний.
Технический результат применения изобретения заключается в возможности воспроизведения циклических нагрузок на шлиц-шарнир автомата перекоса, характерных для различных режимов полета с помощью не дорогого силовозбудителя, взаимозаменяемого с применяемыми на других стендах; возможности проведения ускоренных испытаний за счет повышения частоты нагружения и за счет увеличения нагрузок по сравнению с полетными; расширение технологических возможностей использования стенда за счет возможности проведения испытаний шлиц-шарниров различных конструкций на одном стенде; повышении точности задания нагрузок; а также снижении трудоемкости испытаний и упрощение настройки стенда.
Для достижения технического результата предлагается стенд для испытаний шлиц-шарниров автомата перекоса вертолета, содержащий раму 1 с закрепленным на ней нагружающим устройством, а также средства измерения, в соответствии с заявляемым изобретением отличающийся тем, что рама 1, состоит из основания 2, тумбы 3 и стойки 4, на тумбе рамы 3 жестко закреплен кронштейн 5, на котором смонтирован гидравлический силовозбудитель 6, соединенный шарнирной тягой 12, с рычагом 16 имитатора вала несущего винта 17, корпус 7 силовозбудителя закреплен к кронштейну 5, а шток 8 оснащен вилкой 9, в которой установлен шарнирный подшипник 10, связывающий шток 8 с тягой 12, при этом в составе тяги 12 имеются наконечник 11, датчик силы 13 и вилка 14, тяга 12 шарнирно соединена с рычагом 16 имитатора 17 вала несущего винта, причем имитатор 17 включает вал 18, блок подшипников качения 19, корпус 20, крышку 22 и рычаг 16, при этом вал 18 закреплен болтами к тумбе 3 рамы 1, причем блок подшипников качения 19 установлен внутренними кольцами на валу 18, а наружными кольцами внутри корпуса 20, рычаг 16 зафиксирован к корпусу 20, при этом на стойке 4 рамы 1 установлен кронштейн 31, на пазах которого закреплен стакан 29 с помощью болтовых соединений.
Кроме того, корпус 7 силовозбудителя закреплен к кронштейну 5 болтами.
При этом форма сменной крышки 22 соответствует присоединительным размерам испытуемого образца, причем крышка 22 закреплена болтами и зафиксирована штифтами к корпусу 18.
Также в кронштейне 31 выполнены горизонтальные пазы, а по горизонтали имеется винт 32 и шкала 33 с миллиметровыми делениями, стойка 4 рамы 1 также снабжена пазами, расположенными вертикально, также по вертикали имеется винт 34 и миллиметровая шкала 35.
Причем кронштейн 24 испытуемого шлиц-шарнира 23 установлен на имитаторе вала несущего винта 17, а хвостовик 27 шлиц-шарнира 23 закреплен к стойке 4 рамы 1 с возможностью корректировки места крепления.
Кроме того, стенд оснащен электронной системой управления и измерения.
Применение в конструкции стенда имитатора вала несущего винта 17 позволяет воспроизводить эпюру напряжений, возникающих в шлиц-шарнире 23 автомата перекоса во время полета.
Применение гидравлического силовозбудителя 6, управляемого автоматической системой управления с использованием обратной связи по силе позволяет точно воспроизводить нагрузки характерные для различных режимов полета, а также повысить частоту нагружения по сравнению с частотой силового воздействия в полете, тем самым сократив время проведения испытаний.
Использование датчика силы 13, установленного в тяге, позволяет с высокой точностью измерять нагрузки, приходящие на испытуемый образец во время испытаний.
Наличие в конструкции стенда съемного стакана 29, к которому крепится хвостовик 27 испытуемого шлиц-шарнира 23, с возможностью закрепления упомянутого стакана 29 в разных положениях относительно имитатора несущего вала, дает возможность проводить на стенде испытания шлиц-шарниров автоматов перекоса различных конструкций в разных кинематических положениях, что расширяет технологические возможности использования предлагаемого стенда.
Применение системы измерения и управления с использованием программного обеспечения позволяет упростить и ускорить настройку стенда, автоматизировать переходы между режимами с различными нагрузками, проводить испытания непрерывно круглые сутки, с автоматической защитой от выхода нагрузок за значения установленные программой испытаний. Это уменьшает календарное время и трудоемкость проведения испытания, а также повышает надежность хранения информации о параметрах испытаний.
Стенд для испытаний шлиц-шарниров автомата перекоса вертолета поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - стенд с демонтированным шлиц-шарниром автомата перекоса, вид сбоку;
фиг. 2 - стенд с демонтированным шлиц-шарниром автомата перекоса, вид сверху;
фиг. 3 - стенд с установленным шлиц-шарниром вращающейся тарелки автомата перекоса, вид сбоку;
фиг. 4 - стенд с установленным шлиц-шарниром вращающейся тарелки автомата перекоса, вид сверху;
фиг. 5 - разрез, поясняющий возможность закрепления хвостовика шлиц-шарнира вращающейся тарелки автомата перекоса в различных положениях относительно имитатора вала несущего винта;
фиг. 6 - выносной элемент поясняющий устройство имитатора вала несущего винта.
Стенд для усталостных испытаний шлиц-шарниров автомата перекоса содержит раму 1, состоящую из основания 2, тумбы 3 и стойки 4. На тумбе рамы 3 жестко закреплен кронштейн 5, на котором смонтирован гидравлический силовозбудитель 6. Корпус 7 силовозбудителя закреплен к кронштейну 5 болтами, а шток 8 оснащен вилкой 9, в которой установлен шарнирный подшипник 10, наружное кольцо которого зафиксировано в наконечнике 11 тяги 12.
В составе тяги 12, кроме наконечника 11, имеется датчик силы 13 и вилка 14. В вилке 14 установлен шарнирный подшипник 15, наружное кольцо которого закреплено в рычаге 16 имитатора вала несущего винта 17. Последний, состоит из вала 18, блока подшипников качения 19, корпуса 20, крышек 21, 22 и рычага 16. Вал 18 закреплен болтами к тумбе 3 рамы 1. Блок подшипников качения 19, установлен внутренними кольцами на валу 18, а наружными кольцами внутри корпуса 20. Крышки 21, 22 и рычаг 16 закреплены болтами, а также зафиксированы штифтами к корпусу 18.
Крышка 22 имитирует место закрепления шлиц-шарнира 23 вращающейся тарелки автомата перекоса на несущем валу вертолета и является сменным адаптером для установки шлиц-шарниров различных конструкций. Форма крышки 22 соответствует присоединительным размерам испытуемого образца. На приведенных фигурах в качестве одного примера осуществления изобретения рассмотрен испытуемый образец в виде шлиц-шарнира 23 вращающейся тарелки автомата перекоса.
Испытуемый шлиц-шарнир 23 вращающейся тарелки автомата перекоса, состоит из кронштейна 24, серьги 25, рычага 26 и хвостовика 27. Причем кронштейн 24 и рычаг 26 соединены с серьгой 25 посредством цилиндрических шарниров скольжения, а хвостовик 27 соединен с рычагом 26 посредством сферического шарнира скольжения 28. При монтаже шлиц-шарнира вращающейся тарелки на вертолет, хвостовик 27 присоединяется к вращающейся тарелке автомата перекоса. На испытательном стенде для имитации вращающейся тарелки служит стакан 29. В нем, при проведении испытаний, посредством гайки 30 закрепляется хвостовик 27 шлиц-шарнира 23.
Стакан 29 закреплен болтовыми соединениями на кронштейне 31, который также, болтами и гайками, закреплен на стойке 4 рамы 1. Для коррекции положения стакана 29 относительно кронштейна 31 в нем выполнены горизонтальные пазы, а для более удобного и точного передвижения стакана 29 по горизонтали имеется винт 32 и шкала 33 с миллиметровыми делениями. Для коррекции положения стакана 29 по вертикали стойка 4 рамы 1 также снабжена пазами, расположенными вертикально. Кроме того, для более точного и удобного перемещения кронштейна 31 по вертикали имеется винт 34 и миллиметровая шкала 35.
Стенд для усталостных испытаний шлиц-шарниров автомата перекоса вертолета работает следующим образом. Перед проведением испытаний кронштейн 31 устанавливается на высоту, оговоренную в программе испытаний. Для этого ослабляются болтовые соединения, фиксирующие кронштейн 31 к стойке 4 рамы 1, а также развинчиваются контргайки фиксирующие винт 34 относительно стойки 4 рамы 1. После этого производится подъем кронштейна 31 на необходимую высоту. Контроль подъема ведется визуально по шкале 35. Точная регулировка положения производится вращением контргаек винта 34. После чего кронштейн 31 закрепляется к стойке 4 рамы 1 болтами и гайками.
Для установки испытуемого образца шлиц-шарнира 23 в необходимое положение по горизонтали производится фиксация хвостовика 27 в стакане 29 с помощью гайки 30. Затем стакан 29 устанавливается на кронштейн 31 с помощью болтов и гаек. Далее, на винте 32 ослабляются контргайки, и стакан 29 устанавливается в необходимое положение по горизонтали. Контроль перемещения стакана 29 производится по шкале 33. Точная регулировка положения производится вращением контргаек винта 32.
Производится установка кронштейна 24 испытуемого шлиц-шарнира 23 на крышку 22 имитатора вала несущего винта 17. Показанный на фигурах кронштейн 24 имеет конструкцию хомута, состоящую из двух полуколец соединенных болтами. Болты отвинчиваются, полукольца устанавливаются вокруг крышки 22. Одно полукольцо при этом фиксируется к крышке 22 штифтом. И затем болты кронштейна 24 затягиваются моментом, указанным в монтажном чертеже.
После проведения указанных операций, оператор включает систему измерения и управления, и в напорный трубопровод гидросистемы стенда подается рабочая жидкость под давлением. Гидравлический силовозбудитель 6 управляется сервоклапаном (на фигурах не показан). Подавая электрические сигналы от системы измерения и управления на севоклапан, оператор устанавливает режим нагружения образца шлиц-шарнира 23 регламентированный программой испытаний. Гидравлический силовозбудитель 6 создает усилие на рычаге 16 имитатора вала несущего винта 17, что приводит к возникновению изгибающего момента в образце шлиц-шарнира 23 вращающейся тарелки. Величина нагрузки имеет значение, заданное в программе испытаний соответствующее полетным режимам (или превышающее их), а частота ее изменения может быть в несколько раз увеличена по отношению к значению характерному для полета. Диапазон значений частоты нагружения также регламентируется программой испытаний. Поддержание параметров нагрузки, которая создается силовозбудителем 6, производится автоматически системой управления стенда с использованием обратной связи по силе, которая измеряется датчиком силы 13.
Операции предварительной настройки режимов испытаний производятся оператором ПЭВМ включенной в состав системы измерения и управления стенда. Дальнейшее поддержание режимов испытаний, переходы между режимами с различными нагрузками, сохранение информации о нагрузках в ходе испытаний, защита от перегрузок и других отклонений от режимов испытаний и т.д. осуществляется системой измерения и управления стенда в автоматическом режиме. Это позволяет проводить испытания при минимальном участии персонала с минимальными потерями технологического времени.
Таким образом, предлагаемая конструкция стенда позволяет использовать для воспроизведения циклических нагрузок на испытуемый шлиц-шарнир автомата перекоса, относительно не дорогой силовозбудитель, взаимозаменяемый с применяемыми на других стендах; позволяет с высокой точностью воспроизводить нагрузки характерные для различных режимов полета; позволяет проводить испытания шлиц-шарниров автоматов перекоса различной конструкции, это дает возможность не изготавливать новый стенд для испытаний шлиц-шарниров при создании нового автомата перекоса или модернизации существующего; упрощает настройку стенда в соответствии с параметрами программы испытаний, в которой отражены эквивалентные полетным режимам, значения нагрузок, приходящих на шлиц-шарниры автомата перекоса; позволяет воспроизводить нагрузки с частотами, значительно превышающими полетные, и таким образом сократить время и трудозатраты на проведение испытаний; позволяет использовать для создания и поддержания нагрузок на испытуемый шлиц-шарнир автомата перекоса автоматическую систему управления, это дает возможность автоматизировать переходы между режимами с различными нагрузками, и таким образом проводить испытания непрерывно круглые сутки, с автоматической защитой от выхода нагрузок за значения установленные программой испытаний, применение автоматической системы управления уменьшает календарное время и трудоемкость проведения испытаний, повышает надежность хранения информации о параметрах испытаний; предлагаемое устройство не содержит сложных, в том числе авиационных агрегатов, которые расходуют свой ресурс в ходе проведения испытаний, что повышает надежность стенда, увеличивает его межремонтный ресурс.