МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ
HYDRAULIC TESTING MACHINE

Изобретение относится к испытательной технике для определения механических свойств материалов и изделий. Преимущественная область применения - исследование эксплутационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов и другого оборудования АЭС. Одним из основных требований к машинам такого назначения является широкий диапазон нагрузок, скоростей нагружения и перемещения.
Известны машины для испытаний амортизаторов АЭС производства японской фирмы "SANWA NEKKI", это ряд машин: STA-500, STA-200, STA-60, STA-20.
Недостатками таких машин является сравнительно малый диапазон воспроизведения и измерения параметров испытаний, в связи с чем для испытаний широкого ряда типоразмеров амортизаторов необходим ряд испытательных машин на разные предельные нагрузки.
Одним из прототипов заявляемой машины является "Машина испытательная для проверки эксплуатационных характеристик гидроамортизаторов атомных электростанций МИ-500", ТУ 25-7703.008-87, которой присущ ряд известных недостатков, выявленных в процессе ее эксплуатации.
Ближайшим прототипом заявляемой машины испытательной является машина гидравлическая испытательная патент RU 2250447 С1, предназначенная для проверки эксплуатационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов и примыкающего оборудования АЭС. Главной особенностью этих машин является широкий диапазон нагрузок (Рмах/Pmin) при высокой точности измерения силы и деформации, что требует совмещения в машине хотя бы двух модулей нагружения и измерения. Машина выполнена в виде силовой рамы, образованной основанием (станиной) с встроенным силовым гидроцилиндром, поперечиной и колоннами, соединенными с основанием посредством электрических датчиков силы, защищенных от поперечных нагрузок упругими мембранами. В плунжере силового гидроцилиндра выполнена расточка, в которой подвижно в осевом направлении размещен хвостовик активного захвата, фиксируемого со штоком с помощью специальной муфты (стопора), кроме того, в расточке плунжера установлен дополнительный (малый) гидроцилиндр, плунжер которого соединен с активным захватом. В осевой расточке поперечины размещен пассивный захват, соединенный с ней электрическим датчиком малых нагрузок и замыкаемый с ней специальной муфтой (стопором), зафиксированный от поперечины нагрузок упругой мембраной. Кроме этого, в состав машины входят датчик перемещения активного захвата, насосная установка, гидроаппаратура управления процессом работы машины и защиты от перегрузок.
Основные режимы работы машины: определение сопротивления холостого хода (на малых скоростях) гидроамортизатора (без внешней нагрузки) и определение эксплуатационных характеристик гидроамортизатора в режиме адекватном реальной эксплуатации в соответствии с "Программой и методикой испытаний" 335.04.00.00.000ПМ ОКБ "Гидропресс". При испытании в режиме холостого хода (при малых скоростях) муфты (стопоры) освобождаются, активный захват перемещается плунжером малого (дополнительного) цилиндра, перемещая шток гидроамортизатора относительно его корпуса, который через пассивный захват воздействует на датчик малых нагрузок, оценивающий нагрузку (сопротивление) холостого хода. При испытании амортизаторов на номинальных нагрузках захваты активный и пассивный фиксируются муфтами соответственно с траверсой и штоком силового гидроцилиндра. Величина осевой испытательной нагрузки на гидроамортизатор оценивается по установленным в траверсе датчикам силы, а перемещение активного захвата (т.е. деформация гидроамортизатора) - по датчику деформации, соединенному с активным захватом.
Недостатком прототипа является сложность конструкции, обусловленная совмещением двух нагружающих гидроцилиндров, что нетехнологично для изготовления и неудобно при обслуживании. И кроме этого, подвижное сопряжение активного захвата с плунжером силового гидроцилиндра сопровождается трением при работе с дополнительным гидроцилиндром, что приводит к неравномерности скорости нагружения и негативному влиянию на метрологию.
Сущность отличительных технических решений заявляемой машины состоит в следующем. Дополнительный (малый) гидроцилиндр установлен на поперечине, в расточке которой установлен на антифрикационных направлениях шток, соединенный через муфту и датчик силы с плунжером дополнительного (малого) гидроцилиндра и жестко связанный с одним из захватов. Второй захват жестко связан с плунжером силового гидроцилиндра через посредство электрического датчика силы на предельную нагрузку машины, установленного в траверсе, подвижного сопряженной с колоннами. В результате принятых отличительных технических решений конструкция машины более технологична в изготовлении, более стабильна в части метрологических показателей.
На чертеже изображена гидрокинематическая принципиальная схема машины.
Основными агрегатами и деталями машины являются силовая рама, образованная основанием 1 и поперечиной 2, жестко связанным между собой колоннами 3, установленный в основании силовой гидроцилиндр 4 на предельную нагрузку машины с плунжером 5, траверса 6, подвижно сопряженная с колоннами 3 через антифрикационные втулки 7, датчик силы 8, жестко соединенный с плунжером 5 и связанный с траверсой 6 посредством упругой центрирующей мембраны 9, захват 10, жестко соединенный с датчиком силы 8, датчик 11 перемещения траверсы 6, шток 12, подвижно в осевом направлении сопряженный с поперечиной 2 через посредство антифрикационной втулки 13, захват 14, жестко соединенный со штоком 12, дополнительный (малый) гидроцилиндр 15 с плунжером 16, датчик силы 17, связывающий плунжер 16 со штоком 12, муфта (стопор) 18 соединения - разъединения штока 12 с поперечиной 2, датчик 19 перемещения штока 12, насосная установка 20 с системой 21 защиты от перегрузки, дистационно управляемые гидрозамки 22 и 23, электрогидравлический сервоклапан 24 подачи рабочей жидкости в рабочие полости гидроцилиндра 4, электрогидравлический сервоклапан 25 подачи рабочей жидкости в рабочие полости дополнительного (малого) гидроцилиндра 15, электрический блок 26 управления режимами испытания амортизаторов и измерения результатов, электрические линии 27, 28. 29, 30 обратных связей датчиков 11, 8, 19,17 с блоком 26, электрические линии 31 и 32 связи блока 26 с сервоклапанами 25 и 24, линия 33 подачи рабочей жидкости под давлением к гидростатическому подшипнику втулки 13.
Описанная машина работает следующим образом. При работающей насосной установке 20 и открытых гидрозамках 22 и 23 плунжер 16 дополнительного гидроцилиндра 15 со штоком 12, захватом 14 и датчиком 19 зафиксированы муфтой (стопором 0 18 в среднем положении относительно поперечины 2, захват 10 с сопряженными деталями, управляемый сервоклапаном 24. устанавливается в положение, соответствующее расстоянию между крепежными элементами испытываемого гидроамортизатора, фиксируемого цилиндрическими стопорами захватов при среднем положении штока амортизатора. Первый режим испытаний - определение сопротивления смещению штока гидроамортизатора при малых заданных скоростях его перемещения. В этом режиме работы машины управляемые гидрозамки 22 и 23 запираются, плунжер 5 фиксируется гидравлически в силовом цилиндре 4, стопор 18 открывается; блоком 26 формируется сигнал, соответствующий заданной скорости перемещения захвата 14, поступающий на сервоклапан 25, который, управляя потоком рабочей жидкости, подаваемой в гидроцилиндр 15, перемещает плунжер 16 и связанные с ним последовательно датчик силы 17, шток 12, захват 14 и шток испытываемого гидроамортизатора, при этом скорость захвата 14 индицируется блоком 26 в соответствии с сигналом датчика 19, и сила сопротивления перемещению в соответствии с сигналом датчика 17 индицируется блоком 26.
Второй режим работы машины - при скоростях перемещения штока гидроамортизатора, на которых сила сопротивления перемещению штока превышает предельную силу гидроцилиндра 15. В этом режиме шток 12 жестко фиксируется с поперечиной 2 стопором 18, гидрозамки 22 и 23 открываются, обеспечивая свободный проход рабочей жидкости в рабочие полости гидроцилиндра 4 от сервоклапана 24. Блок 26 переключается на работу с сервоклапаном 24, силовым гидроцилиндром 4 датчиком перемещения 11 и датчиком силы 8. Далее процесс испытаний аналогичен испытанию при малых нагрузках с дополнительным гидроцилиндром 15.
Принятые в предложенной машине технические (конструкторские) решения обеспечивают ряд преимуществ ее в сравнении с прототипом. Благодаря раздельному выполнению основного силового гидроцилиндра (на максимальную нагрузку) и дополнительного гидроцилиндра обеспечено значительное упрощение конструкции и соответствующее повышение технологичности изготовления и обслуживания.
Введение в конструкцию машины подвижной траверсы, сопряженной с колоннами посредством антифрикационных втулок с закрепленными на ней последовательно соединенными между собой датчиком силы и захватом и соединенной с плунжером силового гидроцилиндра, исключает возможность передачи поперечных нагрузок, воспринимаемых упругой мембраной, на датчик силы и плунжер силового гидроцилиндра независимо от его вылета.
Крепление второго захвата на штоке, подвижно сопряженном с поперечной силовой рамы через посредство линейного гидростатического подшипника (втулки), и соединение плунжера дополнительного гидроцилиндра посредством датчика малых нагрузок со штоком и захватом обеспечивают плавность нагружения и требуемую точность силоизмерения.