СТЕНД ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к испытательному оборудованию и, в частности к стендам для ударных испытаний.
Известна конструкция стенда для ударных испытаний, описанная в RU 145751. Она включает основание, выполненное в виде железобетонного короба с квадратной открытой частью. В коробе размещено устройство гашения ударного импульса (далее инерционный блок), состоящее из стальной плиты квадратной формы, связанной с армированным бетонным массивом. Инерционный блок снабжен рядом сквозных отверстий, четыре из которых расположены по периферии блока в его углах, два других отверстия выполнены в центральной его зоне. Во всех отверстиях расположены однотипные надувные, эластичные оболочки, образующие пневматическую подушку. Они заключены между съемными крышками и опорами в виде цилиндров, частично помещенных в отверстия и опирающихся на дно основания, причем между нижней частью блока и дном короба имеется зазор по величине, несколько превышающий ход блока под действием ударной нагрузки. На стальной плите установлена наковальня, на которой в процессе испытаний, располагается устройство для формирования ударного импульса в виде крешера. Наковальня размещается на вертикальной линии центра тяжести инерционного блока, в котором имеется два дополнительных (кроме шести названных) отверстия для вертикальных штанг, служащих направляющими для, установленного с возможностью перемещения, ударного стола, несущего испытуемое изделие. Механизм подъема и сброса стола представляет собой обычную канатную лебедку, смонтированную над стендом. Пневматическая схема инерционного блока, помимо периферийных и центральных оболочек, включает источник сжатого воздуха в виде компрессора, кинематически связанного с электрическим двигателем. Компрессор через ресивер и регуляторы давления посредством трубопроводов связан с оболочками, образуя две самостоятельные пневмосистемы - периферийную и центральную. Обе пневмосистемы снабжены датчиками для измерения давления. В пневмосистему, охватывающую периферийные оболочки, встроен клапан быстрого выхлопа, например, типа VXFA22AAA, электрически управляемый акселерометром, закрепленным на поверхности стальной плиты инерционного блока.
Основным недостатком описанного стенда является практическая невозможность достижения горизонтальности ударного стола при его взаимодействии с крешером, расположенным на наковальне инерционного блока. Даже при наличии точных направляющих штанг и их вертикальности по отношению к ударному столу, нет гарантии сохранения горизонтальности стола при его падении. Как показала практика, причиной перекоса стола является нестабильность сил трения в направляющих штангах и их податливость, что, в конечном итоге приводит к нарушению точности взаимодействия с крешером. Это обстоятельство вызывает погрешности, влияющие на точность воспроизведение ударного импульса. Другим недостатком является необходимость точного размещения испытуемого прибора, а точнее, его центра тяжести, в центре ударного стола симметрично относительно направляющих. Смещение изделия также влияет на точность воспроизведения ударного импульса.
Таким образом, основным недостатком вышеописанного аналога является недостаточная точность воспроизведения ударного импульса.
Конструкция ударного стенда, выбранная в качестве прототипа, в значительной мере свободна от недостатка аналога и описана в RU 168472.
Стенд содержит блок системы управления, условно обобщающий инфраструктуру стенда, включающую компрессорную станцию, электропневматическую аппаратуру (распределители, клапаны и т.п.), при этом на чертежах приводятся изображения тех элементов стенда и связей между ними, которых достаточно для пояснения конструкции стенда и принципа его работы. Основанием стенда является плита, на котором расположена пневматическая подушка, выполненная в виде совокупности эластичных оболочек, связанных с компрессором. На пневматическую подушку опирается инерционный блок, несущий наковальню, предназначенную для размещения устройства для формирования ударного импульса в виде крешера. Блок выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда. Между инерционным блоком и основанием введена дополнительная связь в виде амортизаторов. Над блоком находится ударный стол, на котором при проведении испытаний устанавливается испытуемое изделие. Инерционный блок связан с ударным столом с помощью четырех направляющих штанг, расположенных по углам блока. Рядом с каждой из штанг смонтирован пневмоцилиндр, шток и корпус которого связан с ударным столом и инерционным блоком. Здесь же, на каждом углу блока размещены подвижные в горизонтальном направлении опоры, несущие на своей контактной поверхности датчики силы. Возвратно-поступательное перемещение опор осуществляется с помощью пневмоцилиндров, связанных с инерционным блоком. Нижняя полость каждого из пневмоцилиндров одновременно сообщена с источником сжатого газа, а также с клапаном быстрого выхлопа, например, типа VXFA22AAA. Ударное ускорение измеряется акселерометром, закрепленным на столе. Стенд на каждом углу снабжен парой взаимодействующих упоров, первый из которых связан с ударным столом, а второй - с винтом винтового механизма, закрепленным на инерционном блоке с внешней стороны.
Основным недостатком прототипа является то, что позиционирование стола по высоте, осуществляется за счет упоров, которые приводят к нежелательному удару при подъеме стола на требуемую высоту сброса. При этом амплитуда ускорения при ударе, как показал опыт эксплуатации, может превосходить амплитуду ускорения основного удара, что недопустимо. Используемое в прототипе устройство позиционирования образовано совокупностью четырех винтовых механизмов, каждый из которых снабжен подвижным упором, выставляемым заранее на необходимую высоту и взаимодействующим с соответствующим ему упором на столе. Как показала эксплуатация стенда, перемещение четырех упоров на одинаковую высоту превращается в трудоемкую операцию. Кроме того, упоры необходимо перемещать в каждой серии испытаний, а в случае неправильной настройки стенда удар стола об упоры приводит к ударным ускорениям в десятки раз превосходящим ударные ускорения при испытаниях изделий. Помимо технологической трудоемкости процесса настройки стола по высоте, следует также отметить и конструктивную сложность применяемых винтовых механизмов, которые ко всему прочему включают и устройство их поворота.
Таким образом, задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик ударного стенда и упрощение его конструкции в целом.
Поставленная задача решается за счет того, что в стенде для ударных испытаний, содержащем плиту-основание, инерционный блок прямоугольной формы и ударный стол, последние из которых связаны между собой с помощью направляющих штанг и четырех пневмоцилиндров, снабженных клапанами быстрого выхлопа и установленных по углам инерционного блока, а рядом с каждым пневмоцилиндром смонтирован датчик силы, фиксирующий свою часть веса стола и установленный с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения, при этом датчик и пневмоцилиндр связаны с системой управления, включающей контроллер и источник сжатого газа, а между источником сжатого газа и каждым пневмоцилиндром введены последовательно установленные пневматические электропреобразователь и распределитель, каждый из которых, в свою очередь, связан с контроллером, снабженным тактовым генератором. Кроме того, на выходе источника сжатого газа установлен прецизионный регулятор давления.
Технический результат полезной модели состоит в значительном упрощении конструкции стенда за счет удаления из системы позиционирования ударного стола по высоте всех винтовых механизмов и построения этой системы из пневматических приборов, задающих давление в пневмоцилиндрах в функции времени путем использования тактового генератора, что обеспечивает требуемую точность перемещения стола по высоте.
На рисунке дана схема стенда для ударных испытаний.
Стенд содержит блок 1 системы управления, условно обобщающий инфраструктуру стенда, включающую, в частности, компрессорную станцию 2 с ресивером 3 и контроллер 4. Основанием стенда является плита 5, на которой расположена пневматическая подушка, выполненная в виде совокупности эластичных оболочек 6 связанных с компрессором. На пневматическую подушку опирается инерционный блок 7, несущий наковальню 8, предназначенную для размещения устройства для формирования ударного импульса в виде крешера 9. Блок 7 выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда. Между инерционным блоком 7 введена дополнительная связь в виде амортизаторов (на рисунке не показаны). Над блоком 7 находится ударный стол 10, на котором при проведении испытаний устанавливается испытуемое изделие 11. Инерционный блок 7 связан с ударным столом 10 с помощью четырех направляющих штанг 12, расположенных по углам блока. Рядом с каждой из штанг 12 смонтированы пневмоцилиндры 13, штоки и корпуса которых связаны с ударным столом 10 и блоком 7. Здесь же, на каждом углу блока 7 размещены подвижные в горизонтальном направлении опоры (аналогичные по конструкции опорам стенда-прототипа), несущие на своей контактной поверхности датчики силы 14, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения, которое обеспечивается конструкцией опор. Нижняя полость каждого из пневмоцилиндров 13 одновременно сообщена с источником сжатого газа блока 1, и между последним и каждым пневмоцилиндром введены последовательно установленные пневматические
электропреобразователь 15 (преобразователь) и распределитель 16, каждый из которых, в свою очередь, связан с контроллером 4, снабженным тактовым генератором 17. Кроме того, нижняя полость каждого пневмоцилиндра 13 сообщена с клапаном 18 быстрого выхлопа, например, типа VXFA22AAA, электрически управляемым ударным акселерометром 19, закрепленным на ударном столе 10. Для стабилизации давления в пневматической сети стенда, т.е. исключения его колебаний, на выходе ресивера 3 установлен прецизионный регулятор давления сжатого газа 20.
Работает стенд для ударных испытаний следующим образом.
0
В работу включается блок 1, что означает включение компрессора 2 и заполнение сжатым газом ресивера 3. Из последнего через прецизионный регулятор 20 сжатый газ под давлением Р подается на преобразователи 15. Преобразователи выдают на распределители 16 давление Р, которое подается в подпоршневые полости всех четырех пневмоцилиндров. При этом ударный стол 10 поднимается вверх до крайнего положения, определяемого ходом пневмоцилиндров. Подвижные в горизонтальном направлении опоры, выставленные в "горизонт" и датчики силы 14, заводятся под стол 10 в зоне его углов. После этого в пневмоцилиндрах 13 плавно сбрасывается давление и стол опускается на датчики силы. Далее на стол устанавливается изделие. Равномерное распределение усилий на датчиках от силы тяжести стола перераспределяется с учетом смещения центра тяжести изделия относительно оси симметрии стола. Каждый датчик силы 14, расположенный на опорах и взаимодействующий с нижней частью стола 10, фиксирует свою часть суммарного веса стола 10 и изделия 11. Из-за "не - идеального» расположения изделия сигнал, полученный контроллером 4 с различных датчиков будет отличаться. Пропорционально сигналу с датчиков силы контроллер генерирует сигнал для преобразователей 15, в результате чего на их выходе формируются давления P1, Р2, Р3, и Р4. Под действием этих давлений стол поднимается в крайнее верхнее положение. Опоры 14 выводятся из под ударного стола 10. После сброса давления из цилиндров через дроссели (на рисунке не показаны) стол плавно опускается в крайнее нижнее положение. Тактовым генератором по программе контроллера в зависимости от требуемых параметров ударного импульса, массы стола с изделием и жесткости крешера задают время открытия распределителей 16, сумма временных импульсов которого соответствует времени подачи давления сжатого газа в пневмоцилиндры, а значит и высоте подъема ударного стола 10. Сигналы с тактового генератора 17 одновременно поступают на вход всех распределителей 16, открывая их для пропуска сжатого газа, поступающего от компрессора 2, с прецизионного регулятора 20 через преобразователи 15. Это дает возможность добиться строгой равномерности перемещения и горизонтальности стола 10 и исключить его перекос на стадии падения и взаимодействия с крешером (эффект достигаемый конструкцией прототипа). Дополнительно здесь появляется возможность за счет одновременности и высокой стабильности времени включения в работу всех пнемоцилиндров выводить стол 10 на необходимую, обусловленную требованиями испытания, высоту. Управление процессом установки стола 10 на необходимую высоту для получения ударного импульса с требуемыми параметрами осуществляется с помощью специальной программы, введенной в контроллер.
После подъема стола, с блока 1 подается команда на сброс стола 10. Открываются клапана 18 быстрого выхлопа и давление в пневмоцилиндрах падает до уровня атмосферного. Ударный стол начинает падать. В конце падения кинетическая энергия падающего стола переходит в потенциальную энергию сжатого крешера, таким образом формируется фаза нарастания ударного ускорения. После полной остановки стола происходит его отскок за счет упругих сил крешера и формируется фаза убывания ударного ускорения. Две фазы изменения ускорения дают полусинусоидальный закон ударного ускорения. После отскока цикл подъема стола повторяется. При этом закрываются клапана быстрого выхлопа, открываются распределители и в каждый из цилиндров поступает своя порция сжатого газа.
Таким образом, для получения требуемого ударного ускорения стол поднимается на определенную высоту, а затем свободно падает. Это цикл повторяется необходимое количество раз в зависимости от количества ударов в серии. Испытания показали, что при нескольких тысячах ударов в серии параметры ударного импульса при такой конструкции стенда не выходят за пределы ± 10%, что соответствует ГОСТ.
При воспроизведении другого ударного ускорения стол необходимо поднимать на иную высоту, за счет изменения времени открытия распределителей 16. Такой подход позволяет выполнить не только серию испытаний с постоянным ударным ускорением, но и отработать определенный закон изменения ударного ускорения от цикла к циклу в одной серии испытаний. В этом случае цилиндры синхронно работают обеспечивая разную высоту подъема и разные ускорения.