БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЙ НАГРУЖАТЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ В СТЕНДАХ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Заявляемая полезная модель относится к области экспериментальной техники, в частности к нагружателям гидравлическим, и может быть использована преимущественно в стендах прочностных испытаний натурных конструкций, в том числе авиационных, в которых на объект испытаний воздействуют непосредственно или опосредовано, например, через систему рычагов, блоков, демпфирующих устройств, испытательных столов и т.п.
Из уровня техники известен гидроцилиндр нагружения, шток которого связан со штоком испытуемого объекта жесткой кинематической связью, в которой между штоками установлен датчик нагрузки, при этом рабочие полости гидроцилиндра нагружения соединены с электрогидравлическим преобразователем, два входа которого двумя параллельными цепями соединены с программируемым устройством управления (ППУ), причем одна из цепей включает первый электронный регулятор и первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который соединен с ППУ, а вторая цепь включает второй электронный регулятор и второй ЦАП, который соединен со вторым выходом ППУ (патент № 74470 на полезную модель «Испытательный стенд для создания регулируемых динамичных нагрузок», дата подачи 14.02.2008 г., опубликовано 27.06.2008 г.).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является гидроцилиндр, входящий в любой из каналов многоканальной системы нагружения и воспроизводящий нагрузку на конструкцию, при этом гидроцилиндр связан с сервоклапаном через динамометр с нагружаемой конструкцией и через нормирующий усилитель - с локальным блоком управления в виде микропроцессора, содержащим генератор синусоидального сигнала задания нагрузок, который через полевой шинный интерфейс подключен к удаленному блоку управления (патент № 2303804 на изобретение «Многоканальная система нагружения», дата подачи 02.08.2005 г., опубликован 27.07.2007 г.).
Недостатки известных систем связаны с низкой степенью унификации, обусловленной жестким неизменяемым конструктивным построением канала нагружения, что препятствует процедуре изменения связей между элементами (реконфигурации).
Известные технические решения ненадежны. Так, например, снижение свойств и параметров устройства по патенту № 74470 связано со сложностью организации каналов передачи данных и использованием шинного интерфейса, которые затрудняют монтаж и обслуживание системы. Обратная связь предусмотрена только по одному параметру - силе.
Надежность системы по патенту № 2303804 снижается из-за необходимости постоянной работы редукционного клапана, особенно в условиях динамической нагрузки, и управления параллельно двумя сервоприводами на одном объекте (редукционный клапан и сервораспределитель).
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, является повышение степени унификации устройства за счет создания универсальной блочно-модульной конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что блочно-модульный нагружатель гидравлический в стендах прочностных испытаний, включающий гидроцилиндр, связанный с клапаном управления и снабженный датчиком контролируемого параметра, узлами крепления, блоком управления, соединенным с автоматизированной системой управления, согласно полезной модели представляет собой автономно-управляемый гидроцилиндр двустороннего действия, на котором с возможностью переустановки размещены блок управления, датчик контролируемого параметра и выполненные с возможностью присоединения дополнительных устройств узлы крепления, при этом каждое из упомянутых устройств и узлов исполнено в виде отдельного модуля, связанного с автоматизированной системой управления.
В качестве датчика контролируемого параметра может быть использован любой из перечисленных: или датчик силы, или датчик положения, или датчик деформации, или датчик скорости, или датчик ускорения, или датчик давления, или датчик расхода, или т.п.
Блок управления и автоматизированная система управления, представляющие собой совокупность датчиков обратной связи, ЭВМ (на чертеже не показан), и исполнительное устройство, в качестве которого применяют гидроцилиндр двустороннего действия и клапан (клапаны) управления, образуют нагружатель, имеющий обратную связь по любой из следующих величин: сигнал, поступающий от датчика контролируемого параметра; сигнал, обработанный по определенному алгоритму, в котором в качестве переменных величин задан сигнал, поступивший с датчика контролируемого параметра.
В качестве узлов крепления может быть использован, например, шарнирный, фланцевый или иной узел, выполненные с возможностью монтажа, как со стороны поршневой, так и со стороны штоковой полости гидроцилиндра, что повышает степень унификации изделия. При этом каждый такой узел выполнен с возможностью присоединения к нему любого устройства, включая датчики, блок управления, дополнительные узлы крепления и т.п.
Гидроцилиндр снабжен съемными элементами крепления, являющимися его неотъемлемой частью и с помощью которых на гидроцилиндре монтируют дополнительную оснастку и блок управления, причем установка оснастки и блока управления может быть реализована как со стороны штоковой, так и поршневой полостей гидроцилиндра. Элементы крепления могут быть изготовлены в виде фланцев, резьбовых переходных или иных переходных элементов.
В блоке управления объединены блок управления и защиты (БУиЗ), клапан управления, соединенный с автоматизированной системой управления, которая может как входить в состав блока управления, так и быть установленной вне блока управления, но в этом случае она соединена с блоком управления проводной связью. Блок управления дополнительно может содержать электронный блок управления, связанный с АСУ верхнего уровня.
Каждое устройство и узел, входящие в состав заявляемого блочно-модульного нагружателя гидравлического, выполнено в виде отдельного модуля, что значительно расширяет возможности по реконфигурации - изменению связей между конструктивными элементами, что, в свою очередь, влияет на повышение степени унификации изделия, расширяет его технологические возможности по применению в стендовом оборудовании, а также существенно сокращает время на проведение монтажных/демонтажных работ.
Предлагаемая к защите полезная модель поясняется чертежами, где
aиг. 1-5 - блок-схемы с вариантами конфигурации блочно-модульного нагружателя гидравлического.
Нагружатель гидравлический, применяемый в стендах прочностных испытаний и присоединяемый к объекту испытаний, содержит гидроцилиндр двустороннего действия 1, снабженный датчиком контролируемого параметра 2, который может быть установлен как со стороны поршневой полости гидроцилиндра (фиг. 2), так и со стороны штоковой полости (фиг. 3). В зависимости от поставленной технической задачи выбирают соответствующий датчик контролируемого параметра: силы, перемещения, деформации, ускорения и т.п.На гидроцилиндре 1 с помощью элементов крепления смонтирован блок управления (БУ) 3, который, в свою очередь, проводной связью подключен к автоматизированной системе управления (АСУ) (на чертеже не показана) и датчику контролируемого параметра 2. Применение гидроцилиндра двустороннего действия способствуют унификации конструкции нагружателя.
На торцах гидроцилиндра 1 установлены узлы крепления 4, которые могут быть выполнены, например, шарнирными или фланцевыми, или иными соединительными узлами. Возможны варианты одновременного использования в нагружателе разнотипных узлов. Узлы крепления 4 унифицированы, что позволяет устанавливать их как со стороны поршневой, так и со стороны штоковой полости гидроцилиндра, а также присоединять к ним дополнительные устройства и/или узлы крепления. В блок управления 3 входит клапан управления и электронный блок управления (на чертеже не показаны), а также блок управления и защиты (БУиЗ) 3. Автоматизированная система управления (АСУ), датчик контролируемого параметра 2, блок управления 3 и гидроцилиндр 1 двустороннего действия образуют нагружатель.
Каждое устройство или узел, входящие в состав нагружателя выполнено в виде отдельного самостоятельного блока, который может быть без особых проблем смонтирован или демонтирован, перемещен с одной стороны (зоны) гидроцилиндра на другую, что не только повышает степень унификации, но и значительно упрощает эксплуатацию и обслуживание устройства.
Осуществление устройства подтверждается примерами конкретного выполнения.
Перед началом испытаний нагружатель устанавливают на объекте испытаний и подключают к источнику гидропитания (на чертеже не показан).
В режиме испытаний от АСУ, формирующей управляющие сигналы, на входящий в состав блока управления 3 клапан управления, который, в свою очередь, связан с гидроцилиндром, поступает сигнал любой формы, например, о величине нагрузки и времени выхода на нее. Как вариант, АСУ может одновременно получать управляющий сигнал от поставщика задачи верхнего уровня. В этом случае сигналы имеют различный функциональный характер, при этом управляющая АСУ может находиться как в составе электронного блока управления (фиг. 1), так и быть вынесена на верхний уровень (фиг. 2). В первом случае блок управления с верхнего уровня получает сигналы основного задания (макрозадачи), а АСУ обрабатывает сигналы от датчика контролируемого параметра, управляет клапаном управления и решает все текущие задачи, необходимые для достижения макрозадач. Во втором случае вся работа АСУ вынесена на верхний уровень, а электронный блок блока управления является ретранслятором сигнала, поступившего от АСУ. В случае отсутствия в блоке управления электронного блока сигнал напрямую передается на клапан управления. В АСУ также поступают сигналы, транслируемые от датчика контролируемого параметра 2. На основе поступившего сигнала АСУ направляет сигнал на клапан управления, который инициирует или прямое, или обратное перемещение штока гидроцилиндра, посредством которого происходит нагружение объекта испытаний, с которым гидроцилиндр сопряжен.
Блок управления, получая сигналы от датчика контролируемого параметра также реализует функции регулирования. Линии обратной связи и иные сигналы используют для осуществления дополнительного контроля состояния нагружателя и обнаружения аварийных ситуаций в случае превышения критических перемещений или заданных нагрузок. В случае возникновения таких ситуаций сигнал с датчика 2 передается в АСУ, в которой полученный сигнал обрабатывается, в случае необходимости корректируется и в виде новой уставки передается по линиям управления.
В зависимости от поставленных технических задач нагружатель гидравлический может быть дополнительно оборудован различными блоками защиты и управления, цифровыми системами управления, системами сбора информации и телеметрии, а также проводными коммуникациями, соединяющими все элементы в единую конструкцию.
Предлагаемое устройство управляется независимой АСУ, что также позволяет рационально распределить и унифицировать осуществление соответствующих функций.
Модульно-блочное построение конструкции способствует повышению степени унификации изделия, возможности при необходимости присоединения дополнительных устройств в виде, например, датчиков, блоков управления, узлов крепления или иных гидроцилиндров. Значительно упрощается монтаж/демонтаж и обслуживание нагружателя гидравлического в стендах прочностных испытаний.