Стенд для динамических испытаний рукавов высокого давления
STAND FOR DYNAMIC TESTING OF HIGH-PRESSURE HOSES

Заявляемое изобретение относится к области испытательного оборудования в машиностроении и может быть использовано для проведения динамических испытаний рукавов высокого давления.
Проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является необходимость осуществления регулировок скоростей изменения давления испытания и обеспечения гарантированного распределения давления по всей длине испытуемого рукава общеизвестными стендами, предназначенными для проведения динамических испытаний рукавов высокого давления. В соответствии с действующими стандартами (ГОСТ 25452-2017) имеется необходимость испытания рукавов под действием периодически изменяющегося по величине давления рабочей жидкости в течение определенного промежутка времени с воспроизведением необходимого импульсного цикла с частотой от 0,5 до 1,25 Гц, при этом скорость увеличения давления в первой половине импульсного цикла должна составлять от 350 до 700 МПа/с. Соответственно снижается достоверность проведения испытаний.
Из предшествующего уровня техники (патент SU 1828959, МПК F15B 19/00, опубликовано 23.07.1993, бюл. № 27) известен стенд для динамических испытаний рукавов, содержащий систему обеспечения режимов работы, включающую насос, пульсатор с распределителями и задатчиком частоты пульсации, мультипликатор, гидробак, охладитель, фильтр и запорный орган, установленные во всасывающей гидролинии насоса, обратный клапан и аккумулятор, установленные на нагнетательной гидролинии до пульсатора, прибор, регистрирующий давление и систему заполнения, включающую насос, гидробак, нагреватель и запорный орган, установленные во всасывающей гидролинии насоса, обратный клапан, установленный на нагнетательной гидролинии, фильтр, коллекторы.
Недостатки конструкции данного стенда:
- большая инерционность устройства для создания пульсирующего давления в полости высокого давления «Б» мультипликатора, что не позволяет достичь высокой частоты повышения давления (большая инерционность связана с установкой системы создания пульсирующего давления в полости низкого давления «А» мультипликатора, а мультипликаторы имеют утечки);
- отсутствует гарантированность распределения давления по всей длине рукава во время испытания в связи с установкой манометра на входе в рукав, что актуально при динамических испытаниях рукавов большой длины и высокой частоты циклов повышения давления.
Также из предшествующего уровня техники (авторское свидетельство на изобретение SU 1352314, МПК G01N 3/36, опубл. 15.11.87 бюл. № 42), известна установка для испытания рукавов высокого давления на усталостную прочность, содержащую систему подачи рабочей жидкости с гидронасосом и устройством для создания пульсирующего давления и магистраль слива с гидроаккумулятором и регулируемым дросселем, отличающуюся тем, что с целью повышения производительности, она дополнительно снабжена гидроаакумулятором, установленным в системе подачи рабочей жидкости, распределителем, выполненным в виде трехпозиционного золотника с закрытым центром и цепью отрицательной обратной связи, подключенной между распределителем и устройством для создания пульсирующего давления, которое выполнено в виде гидродвигателя и установленного на его валу маховика регулируемой массы, а гидронасос выполнен с регулятором расхода.
Недостатки данной установки:
- большая инерционность устройства для создания пульсирующего давления, что не позволяет достичь высокой частоты повышения давления (изменение направления вращения гидромотора приводит к необходимости компенсации внутренних утечек при каждом переключении подачи жидкости между рукавами);
- отсутствует гарантированность распределения давления по всей длине рукава во время испытания, что актуально при динамических испытаниях рукавов большой длины и высокой частоты циклов повышения давления.
Также из предшествующего уровня техники (патент SU 1163058, МПК F15B 19/00, опубл. 23.06.1985, Бюл. № 23) известен стенд для динамических испытаний рукавов гидросистем содержащий основной насос, гидравлический распределитель с электрическим управлением, гидропреобразователь с гидроцилиндрами высокого и низкого давления, систему прокачки жидкости через испытываемые рукава, содержащую вспомогательный насос, управляемый обратный клапан и задатчик частоты срабатывания гидрораспределителя, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления гидропреобразователя соединены, соответственно с напорной магистралью основного насоса через гидрораспределитель и с испытываемыми рукавами, дополнительный гидронасос подключен к входу рукавов, а обратный клапан к их выходу, задатчик частоты выполнен в виде гидромотора, подключенного через регулируемый напорный клапан к напорной магистрали основного насоса и электрического переключателя с кулачковым приводом, кулачок которого установлен на валу гидромотора, причем управляемый обратный клапан связан с гидрораспределителем.
Недостатки данного стенда:
- отсутствует возможность регулирования скорости повышения давления в испытуемом рукаве;
- отсутствует гарантированность распределения давления по всей длине рукава во время испытания в связи с установкой манометра на входе в рукав, что актуально при динамических испытаниях рукавов большой длины и высокой частоты циклов повышения давления.
Кроме того, из предшествующего уровня техники (авторское свидетельство на изобретение SU 1474347, МПК F15B 19/00, опубл. 23.04.1989, бюл. №15) известно конструктивное исполнение гидропривода стенда для динамических испытаний рукавов высокого давления, содержащего насос, предохранительный клапан непрямого действия, клапан давления и отсечной золотник, подключенный между линиями управления клапана непрямого действия и сливом, гидропривод дополнительно содержит регулируемые дроссель и емкость, а клапан давления выполнен со второй камерой управления, в линию которой включены регулируемые дроссель и емкость.
Недостатки данной конструкции:
- измерение давления на входе в рукав не обеспечивает гарантированность распределения давления по всей длине рукава во время испытания.
Конструкция данного гидропривода стенда для динамических испытаний рукавов высокого давления выбрана в качестве прототипа.
Технический результат, достигаемый от заявленного технического решения, заключается в расширении диапазона регулировки скоростей изменения давления испытания, обеспечении гарантированного распределения давления по всей длине испытуемого рукава и повышении достоверности проведения испытаний.
Указанный технический результат достигается тем, что заявленный стенд для динамических испытаний рукавов высокого давления, содержащий раму с установленным на ней баком, дроссель регулируемый, закрепленный на верхней стенке рамы, насосную установку, зафиксированную на верхнем фланце бака, соединенную трубопроводом с закрепленной на раме гидропанелью, с установленными на ней обратным клапаном, с которым соединены каналом клапан давления, впускной распределитель с электромагнитом, отличающийся тем, что дополнительно содержит преобразователь сигнала, программируемый логический контроллер, дисплей и гидроаккумулятор, подсоединенный к каналу гидропанели, расположенный тем самым между насосной установкой и впускным распределителем, датчик давления и выпускной распределитель с электромагнитом, установленные на выходе испытуемого рукава, при этом дроссель регулируемый расположен между впускным распределителем и испытуемым рукавом, датчик давления электрически соединен с преобразователем сигнала, программируемым логическим контроллером и дисплеем, а электромагниты впускного и выпускного распределителей также электрически соединены с программируемым логическим контроллером.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами:
Фиг.1 - Стенд для динамических испытаний рукавов высокого давления (общий вид);
Фиг.2 - Схема гидравлическая стенда для динамических испытаний рукавов высокого давления;
Фиг.3 - Циклограмма нагружения испытуемого рукава давлением жидкости.
Стенд для динамических испытаний рукавов высокого давления, предназначен для создания периодически изменяющегося по величине давления рабочей жидкости в течение определенного промежутка времени с воспроизведением необходимого импульсного цикла с регулировкой частоты этого цикла в диапазоне от 0,5 до 1,25 Гц, и регулировкой скорости увеличения давления в первой половине импульсного цикла от 350 до 700 МПа/с.
Основными элементами стенда для динамических испытаний рукавов высокого давления являются:
- бак 1;
- насосная установка 2;
- обратный клапан 3;
- клапан давления 4;
- гидроаккумулятор 5;
- вентиль 6;
- манометр 7;
- электромагниты 8, 16;
- впускной распределитель 9;
- дроссель регулируемый 10;
- программируемый логический контроллер 11;
- преобразователь сигнала 12;
- дисплей 13;
- датчик давления 14;
- испытуемый рукав высокого давления 15;
- выпускной распределитель 17;
- гидропанель 18;
- рама 19;
- шкаф управления 20.
Стенд представляет собой металлоконструкцию, содержащую раму 19 с установленным на ней баком 1. На верхнем фланце бака 1 зафиксирована насосная установка 2. Насосная установка 2 трубопроводом соединена с гидропанелью 18, закрепленной на раме 19. На гидропанели 18 установлены: обратный клапан 3, с которым соединены каналом клапан давления 4 и впускной распределитель 9 с электромагнитом 8. Кроме того, к гидропанели 18 через вентиль 6 присоединен манометр 7. Гидроаккумулятор 5 подсоединен к каналу гидропанели 18, соединяющему клапан давления 4 и впускной распределитель 9, располагаясь тем самым между насосной установкой 2 и впускным распределителем 9. Дроссель регулируемый 10, закреплен на верхней стенке рамы 19 и расположен между впускным распределителем 9 и испытуемым рукавом 15. На выходе испытуемого рукава 15 установлен датчик давления 14 и выпускной распределитель 17 с электромагнитом 16. Датчик давления 14 электрически соединен с преобразователем сигнала 12, программируемым логическим контроллером 11 и дисплеем 13, расположенными в шкафу управления 20, закрепленном на раме 19. Электромагниты 8 и 16 распределителей 9 и 17 также электрически соединены с программируемым логическим контроллером 11.
Стенд для динамических испытаний рукавов высокого давления работает следующим образом.
Рабочая жидкость из бака 1 при помощи насосной установки 2 по трубопроводу подается к гидропанели 18. По каналу гидропанели 18, рабочая жидкость через установленный на гидропанели 18 обратный клапан 3 и, соединенный с ним каналом клапан давления 4, попадает к впускному распределителю 9 с установленным на нем электромагнитом 8. При помощи клапана давления 4 в гидросистеме стенда настраивается давление испытания. Контроль давления при настройке при этом осуществляется по манометру 7, который можно подключать к гидропанели 18 с помощью вентиля 6. Гидроаккумулятор 5, расположенный между насосной установкой 2 и впускным распределителем 9, позволяет создавать необходимый запас рабочей жидкости под давлением для обеспечения заданной скорости повышения давления в испытуемом рукаве 15. Регулируемый дроссель 10, расположенный между впускным распределителем 9 и испытуемом рукавом 15, предназначен для регулирования скорости повышения давления в испытуемом рукаве 15. Датчик давления 14, установленный за испытуемым рукавом 15, предназначен для измерения величины давления во время испытания. Аналоговый сигнал с датчика давления 14 после преобразования в преобразователе сигнала 12 обрабатывается программируемым логическим контроллером 11 и выводится на дисплей 13 в виде циклической диаграммы. Переключая электромагнитами 8 и 16 впускной распределитель 9 и выпускной распределитель 17, расположенные по разным концам испытуемого рукава 15, производится его циклическое нагружение давлением в соответствии с требованиями ГОСТ 25452-2017. Задание требуемой частоты переключения впускного распределителя 9 и выпускного распределителя 17 в диапазоне от 0,5 до 1,25 Гц осуществляется программируемым логическим контроллером 11.
При закрытом впускном распределителе 9 насосная установка 2 заполняет гидроаккумулятор 5 до величины давления настройки клапана 4, тем самым создавая запас объема жидкости, необходимый для обеспечения заданной скорости повышения давления в испытуемом рукаве 15.
При подаче сигнала в начале цикла с программируемого логического контроллера 11 на электромагниты 8 и 16 происходит автоматическое открытие впускного распределителя 9. При этом жидкость из гидроаккумулятора 5 устремляется во внутреннюю полость испытуемого рукава 15, резко повышая в нем давление. Регулируемым дросселем 10 выставляется необходимая величина скорости изменения давления в диапазоне от 350 до 700 МПа/с. После прохождения 45% времени от периода цикла начинается автоматическое закрытие впускного распределителя 9 и одновременное автоматическое открытие выпускного распределителя 17, что приводит к быстрому падению давления в испытуемом рукаве 15. Далее, в течение 45% от времени цикла выпускной распределитель 17 остается открытым, обеспечивая низкое давление в испытуемом рукаве 15. В то же время, вследствие того, что впускной распределитель 9 закрыт, происходит зарядка гидроаккумулятора 5 для использования в следующем цикле. В последние 10% от времени цикла происходит закрытие выпускного распределителя 17. Данное преждевременное закрытие выпускного распределителя 17 необходимо для того, чтобы к моменту открытия в следующем цикле впускного распределителя 9 обеспечить высокую скорость набора давления и избавиться от временной задержки на закрытие выпускного распределителя 17.
Отличительные от прототипа признаки:
- гидроаккумулятор 5, установленный в гидросистеме стенда для динамических испытаний рукавов высокого давления между насосной установкой 2 и впускным распределителем 9, в совокупности с регулируемым дросселем 10, расположенным между впускным распределителем 9 и испытуемым рукавом 15, а также впускной и выпускной распределители 9 и 17, установленные соответственно на входе и на выходе испытуемого рукава, и переключаемые по заданному программируемым логическим контроллером 11 циклу относительно друг друга, позволяют расширить диапазон регулировки скоростей изменения давления испытания, а также обеспечить гарантированное распределение давления по всей длине испытуемого рукава 15;
- датчик давления 14, установленный за испытуемым рукавом 15, обеспечивает контроль гарантированного распределения давления по всей длине рукава во время испытания, тем самым позволяя повысить достоверность испытаний, что актуально при испытании длинных рукавов.
На АО «НПК «Уралвагонзавод» заявляемое изобретение используется в цехах механосборочного производства для испытания рукавов высокого давления и подтвердило свою технико-экономическую эффективность.