СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА УДАРНЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ
IMPACT TEST STAND

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытаний конструкций на ударные нагрузки. Преимущественная область применения предлагаемого изобретения - испытание изделий на ударные нагрузки для подтверждения эксплуатационных характеристик и безопасности разрушений после воздействия ударов в пределах Авиационных правил, установленных на это оборудование. Характерным примером являются испытания кресел гражданских воздушных судов на соответствие нормам, определяемым Авиационными правилами, в которых установлены требования к нагрузкам, действующим на испытываемое изделие: максимальное значение перегрузки, время ее нарастания и падения, форма импульса. Значения этих параметров существенным образом отличаются в зависимости от типа воздушных судов, что предполагает необходимость эффективного регулирования динамики рабочего процесса. Режим ускорения: форма импульса, общая длительность с нарастанием амплитуды ускорения до максимальной, допустимые пределы ударных импульсов для доказательства соответствия.
Уровень техники
Известен стенд для ударных испытаний изделий, воспроизводящий различные формы переднего фронта ударного импульса в широком диапазоне длительностей и амплитуд, см. SU 1100508, G01М 7/00, 25.01.82. Стенд содержит силовозбудитель, силовой поршень, источник давления, устройство для формирования импульса давления, включающее управляющую камеру, установленный в ней запорный элемент для перекрытия отверстия в корпусе силовозбудителя, выполненный в виде поршня со сменной профилированной иглой, служащей для сообщения полости силовозбудителя с атмосферой или источником давления, и узел сброса давления из управляющей камеры.
При этом стенд воспроизводит различные формы фронта ударного импульса за счет изменения проходного сечения отверстия, определяющего форму ударного импульса, при перемещении профилированной иглы, управляемой специальным поршнем по заданному закону, что усложняет конструкцию регуляторов рабочего процесса движения поршня при формировании переднего и заднего фронтов ударного импульсов в стенде, снижает надежность и точность регулирования.
Известна пневмогидравлическая ударная установка, действие которой основано на принципе разгона, см. с.340 в «Приборы и система для измерения вибрации шума и удара». Справочник. В 2-х кн. Кн.2. / Под ред. В.В.Клюева - М.: Машиностроение, 1978, - 439 с., ил. Установка включает основание, стол для установки испытуемого изделия, источник давления, направляющие и силовозбудитель, включающий силовой цилиндр, разделенный поршнем толкающего штока на две камеры. Под силовым цилиндром находится газовая камера, сообщенная с источником давления и имеющая в верхней части отверстие, служащее для связи с подпоршневой полостью силового цилиндра, и установленную на поршне силового цилиндра профилированную иглу для перекрытия отверстия, связывающего силовой цилиндр с газовой камерой, устройство формирования ударного импульса, ударная платформа, тормозное устройство.
Характеристики ударного нагружения регулируют за счет перетекания рабочей жидкости в процессе перемещения штока через изменяющийся кольцевой зазор, образованный отверстием в верхней части цилиндра и поверхностью толкающего штока соответствующей конфигурации.
Однако известное устройство имеет недостаточно возможностей для регулировки величины и формы импульса, поскольку:
- устройство формирования импульса (верхний конус и ответное кольцо для образования кольцевого зазора) изготовлены несменными,
- также несменным выполнен нижний профилированный конус, осуществляющий подачу газа в подпоршневую полость.
В пусковом устройстве используется сменная разрывная мембрана, что требует частичной разборки установки перед каждым экспериментом. Принятая схема регулирования с жидкостью в верхней полости требует дополнительного повышения давления в нижней полости, что требует повышенных мер безопасности.
Технической задачей, на достижение которой направлено изобретение, является расширение эксплуатационных возможностей стенда путем обеспечения воспроизведения различных форм переднего и заднего фронтов ударного импульса в широком диапазоне длительностей и амплитуд.
Сущность изобретения.
Для достижения этого технического результата в стенде для испытаний на ударные перегрузки, содержащем цилиндрический корпус, платформу для установки испытуемого изделия, размещенный в корпусе силовой поршень, связанный штоком с опорной площадкой, примыкающей к платформе, источник давления, устройство для формирования импульса давления, включающее управляющий канал, сообщенный с регулируемым источником давления, например, газа, узлом сброса давления и имеющий в верхней части отверстие, служащее для связи с подпоршневой полостью, регулирующий элемент в виде сменного профилированного наконечника, своим основанием установленным на силовом поршне в подпоршневой полости корпуса для перекрытия отверстия в основании корпуса и служащего для образования между ним и отверстием переменного зазора для сообщения подпоршневой полости с управляющим каналом, устройство для формирования формы ударного импульса перегрузки выполнено с дополнительным регулирующим элементом, в который включены жестко закрепленные в корпусе стержни с проточками, проходящие через отверстия в поршне, для перепуска газа из подпоршневой в надпоршневую полость корпуса при определенном ходе поршня. Места расположения проточек по длине стержней и глубина проточек выполнены с возможностью воспроизведения заднего фронта импульса перегрузок по выбранной зависимости.
Кроме того, направляющие стержни выполнены с возможностью их замены для обеспечения воспроизведения различных форм переднего и заднего фронтов ударного импульса в широком диапазоне амплитуд и длительности.
Таким образом, заявленное изобретение позволит расширить эксплуатационные возможности стенда путем обеспечения воспроизведения различных форм переднего и заднего фронтов ударного импульса в широком диапазоне длительностей и амплитуд для испытаний изделий, в том числе при больших габаритах и массе испытуемого изделия. Перечень чертежей:
- на фиг.1 схематично изображен предлагаемый стенд для ударных испытаний;
- на фиг.2 показаны графики изменения параметров рабочего процесса и импульса, действующего на испытуемое изделие. На фиг.2 Vl, Vp - скорости груза и поршня, Ll, Lp - перемещения груза и поршня, Nx - ускорение груза (импульс).
Стенд для испытаний изделий на ударные перегрузки, см. фиг.1, содержит корпус - силовой цилиндр 1, платформу для установки испытуемого изделия, источник давления (не показан), устройство для формирования импульса давления, включающее размещенный в корпусе 1 силовой поршень 2, связанный штоком 3 с опорной площадкой 4, платформу 5 для установки испытуемого изделия, управляющий канал 7, сообщенный с регулируемым источником давления, например, газа, а также с узлом сброса давления, и имеющий в верхней части отверстие 9, служащее для связи с подпоршневой полостью силового цилиндра, регулирующий элемент в виде сменного профилированного наконечника 6, своим основанием установленный на силовом поршне 2 в подпоршневой полости корпуса для перекрытия отверстия в основании корпуса и служащего для образования между ним и отверстием переменного зазора для сообщения подпоршневой полости с управляющим каналом 7. Устройство для формирования формы ударного импульса перегрузки выполнено с дополнительным элементом, в который включены жестко закрепленные в корпусе стержни 8, проходящие через отверстия в поршне с проточками 10 для перепуска газа из подпоршневой в надпоршневую полость корпуса при определенном ходе поршня, места расположения проточек по длине стержней и глубина проточек выполнены с возможностью воспроизведения заднего фронта импульса перегрузок по выбранной зависимости.
Кроме того, направляющие стержни выполнены с возможностью их замены для обеспечения воспроизведения различных форм переднего и заднего фронтов ударного импульса в широком диапазоне амплитуд и длительности.
Стенд для испытаний на ударные перегрузки, работает следующим образом.
Испытание изделий на ударные нагрузки для подтверждения эксплуатационных характеристик и безопасности разрушений после воздействия ударов осуществляют за счет включения в конструкцию стенда регуляторов рабочего процесса движения поршня 2 со штоком 3 под действием сжатого воздуха. Одним из регуляторов является давление в источнике сжатого воздуха. Этот фактор определяет максимальное значение перегрузки, действующей на изделие. Для формирования переднего фронта импульса перегрузки и, следовательно, установки времени достижения перегрузкой максимального значения применяется регулятор на входе сжатого воздуха в цилиндр, представляющей собой профилированную иглу 6, крепящуюся к поршню 2 со стороны подачи сжатого воздуха. При движении поршня изменяется сечение отверстия 9 на входе сжатого воздуха в цилиндр 1, что влечет за собой изменение скорости нарастания давления воздуха под поршнем 2 и, следовательно, изменение темпа роста перегрузки.
Задний фронт импульса перегрузки, которой определяет для изделия скорость удара, формируется за счет установки в цилиндре двух или более стержней 8 с проточками 10, проходящих через отверстия в поршне 2 и обеспечивающих перепуск воздуха из одной камеры цилиндра в другую при определенном ходе поршня. Это приводит к дополнительному изменению давления в надпоршневой камере цилиндра и позволяет за счет выбора места расположения проточек по длине стержней и их сечения получить заданный темп уменьшения импульса перегрузки.
Работа стенда начинается с впуска воздуха из источника сжатого воздуха через отверстие 9 устройства ввода управляющего канала 7 в цилиндр 1. Поршень 2 под действием давления воздуха начинает двигаться, толкая платформу с испытываемым объектом, например креслом гражданских воздушных судов. Благодаря регулятору ввода воздуха в цилиндр скорость нарастания давления, а следовательно, и перегрузки, действующей на объект, будет изменяться по закону, определяемому профилем иглы 6 регулятора. В конце первой фазы рабочего процесса прекращается рост силы, действующей на поршень 2, прекращается рост перегрузки, потому что воздух через каналы 10 в направляющих стержнях 8 поступает в надпоршневую полость цилиндра 1, изменяя темп падения перегрузки таким образом, чтобы выдержать профиль заднего фронта импульса перегрузки.
В конце второй фазы, когда перегрузка поршня становится меньше нуля, платформа 5 с испытываемым объектом отделяется от опорной площадки 4 и далее двигается по направляющим свободно либо с торможением.
После окончания рабочего процесса перекрывается канал 7 от источника воздуха до подпоршеневой полости цилиндра 1, из полостей цилиндра 1 стравливается сжатый воздух в атмосферу, и поршень 2 возвращается в исходное положение.
Таким образом, заявленное изобретение позволит расширить эксплуатационные возможности стенда путем обеспечения воспроизведения различных темпов роста и падения ударного импульса в широком диапазоне длительностей и амплитуд при испытаниях изделий с большими габаритами и массе на воздействие ударных перегрузок при высокой точности реализации заданных параметров импульса перегрузки.