УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СОТОВЫХ ПАНЕЛЕЙ

Полезная модель относится к различным областям промышленности, прежде всего к ракетно-космической и авиационной. В частности, техническое решение относится к области испытания прочности установки (приклеивания) закладных элементов сотовых конструкций космических аппаратов (КА).
В авиационной и космической технике всё более широкое применение находят трехслойные сотовые конструкции - сотовые панели (СП). Трехслойная сотовая конструкция состоит из двух тонких обшивок (несущих слоёв), между которыми размещается относительно легкий и менее прочный сотовый заполнитель, обеспечивающий совместную работу несущих слоев. Закладные элементы (как правило, резьбовые вставки), установленные (вклеенные) в такую конструкцию, предназначены для крепления оборудования, кабелей, волноводных сетей и соединения СП между собой. СП в составе конструкции КА и отдельно проходят полный цикл квалификационных и приемочных испытаний. Он включают в себя механические испытания закладных элементов. Единственный существующий на данный момент способ обнаружить скрытый дефект (непроклей) на вставках – это «испытание на вырыв». К испытуемой вставке прикладывается некоторое тянущее усилие на определенное время испытания, при этом вставка считается прошедшей испытание, если не произошло смещение вставки по линии приложения нагрузки (как правило, перпендикулярно к плоскости СП).
Из предшествующего уровня техники известны устройства для создания нагрузок при механических испытаниях.
Так, например, известна Машина испытательная универсальная сервогидравлическая для механических испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие, изгиб и малоцикловую усталость при растяжении-сжатии (патент RU2678935C1), включающая нагружающее устройство, содержащее основание, два гидроцилиндра, закрепленных на верхней плоскости основания симметрично относительно оси нагружающего устройства, траверсу, скрепленную со штоками гидроцилиндров, два захвата для закрепления испытуемых образцов, датчик силы, датчик перемещения, а также насосную установку, содержащую насос высокого давления, клапан предохранительный, гидрораспределители для управления захватами, компенсатор давления и сервоклапан для управления гидроцилиндрами (нагружением образца).
К недостаткам вышеуказанного устройства можно отнести массогабаритные характеристики конструкции, вследствие использования гидросистемы (два гидроцилиндра на общей траверсе со шлангами гидротрактов).
Известна полезная модель Устройство бесконтактного измерения деформации (патент RU165020U1), содержащее каретку и детектирующее устройство, на вертикальной цилиндрической направляющей со снабженной крепежными элементами для крепления к станине испытательного прибора расположены две имеющих возможность вертикального перемещения вдоль оси направляющей, а в качестве детектирующего устройства использована цветная видеокамера, связанная с персональным компьютером проводом, ко второй каретке привернуты плита с источником подсветки. К недостаткам приведенного технического решения можно отнести отсутствие непосредственного датчика усилия в механизме растяжения и необходимость нанесения предварительно меток, по которым посредством видеокамеры будет осуществляться оценка деформации испытуемого объекта.
Известно Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций (патент RU2580337C1), содержащее корпус с размещенным в нем приводом и жестко закрепленную на нем металлическую раму с основанием, захватами для испытуемого образца и тензодатчиками, при этом один из захватов жестко закреплен на раме, а второй установлен на основании посредством двух пневмоцилиндров с возможностью обеспечения приложения вертикальной нагрузки и крутящего момента на испытуемый образец, а тензодатчики размещены на подвижном захвате и испытуемом образце. К недостаткам приведенного технического решения относится необходимость определенного расположения и закрепления испытуемого объекта в захватах рамы, что лишает конструкцию устройства универсальности при разных габаритах испытуемого объекта, как и способ измерения деформации, методом сравнения показаний тензодатчиков, размещенных на подвижном захвате и испытуемом образце.
Известно устройство, описанное в изобретении Способ определения механических характеристик стержней из полимерных композитных материалов и устройство для его реализации (патент RU 2451281C1). Устройство содержит горизонтальное основание, установленные на нем подвижную с возможностью горизонтального перемещения шарнирную опору и неподвижный силоизмерительный узел, включающий неподвижно закрепленную на основании вертикальную стойку, снабженную в верхней части шарниром с подвешенным на нем кронштейном, на котором со стороны, обращенной к подвижной опоре размешена неподвижная шарнирная опора, а с противоположной - нагружающий наконечник, контактирующий с силоизмерительным датчиком, размещенным на вертикальной стойке, причем гнезда для установки образца в подвижной и неподвижной шарнирных опорах, нагружающий наконечник и силоизмерительный датчик (размещены на одной линии), подвижная опора снабжена нагружающим механизмом, например электродвигателем с редуктором, а между подвижной опорой и силоизмерительным узлом установлены датчики измерения стрелы прогиба и радиуса кривизны.
Достоинством аналога является наличие силоизмерительного датчика и использование в качестве нагружающего механизма – электродвигателя с редуктором. К недостаткам приведенного технического решения относится малая универсальность, из-за необходимости установки испытуемого объекта между подвижной и неподвижной опорами, так как нагружение происходит со стороны подвижной опоры, а силоизмерительный датчик устанавливается на неподвижной опоре с другой стороны объекта испытания.
В качестве ближайшего аналога-прототипа выбрана полезная модель Стенд для испытания многослойных панелей (патент RU 77436 U1). Стенд состоит из основания, в котором размещен привод, содержащий электродвигатель с двумя выходными валами, двух колонн, жестко закрепленных на основании, двух червячно-винтовых домкратов, соединенных муфтами с электродвигателем, подвижной траверсы с закрепленными в ней винтами, верхней неподвижной траверсы, жестко закрепленной к колоннам, датчиков силы, один из которых установлен на верхней неподвижной траверсе, а другой – на подвижной траверсе снизу по центру машины
Кроме этого, общим недостатком рассмотренных выше технических решений является то, что в них не предполагается достаточная минимизация деформации испытываемого изделия. Напротив, главной задачей аналогов является пластическая деформация изделия, для определения механических иди физических характеристик изделия.
Для заявленной полезной модели выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: устройство, содержащее горизонтальное основание, силоизмерительный узел с силоизмерительным датчиком, снабжённое нагружающим механизмом - электродвигателем с редуктором.
Техническими проблемами, на решение которых направлено заявленное техническое решение, являются низкие надёжность, точность и информативность процесса испытания, а также пластические деформации объекта испытаний.
Техническим результатом полезной модели является создание устройства, позволяющего в широком диапазоне и с высокой точностью создавать усилия для испытания без локальных пластических деформаций обшивки СП вокруг испытываемой вставки.
Указанные проблемы решаются за счет того, что в заявленной полезной модели предлагается устройство для испытания сотовых панелей, предназначенное для испытаний на отрыв закладных элементов панелей, содержащее горизонтальное основание, силоизмерительный датчик, электродвигатель с редуктором. В устройство введен преобразователь вращательного движения в поступательное линейное, выполненный в виде шарико-винтовой пары с выходным штоком, с кнопками управления перемещением штока («Вверх» и «Вниз»), при этом на штоке установлен тензометрический датчик и шарниры для крепления к закладным элементам сотовой панели, а в качестве электродвигателя выступает серводвигатель с функцией позиционера, с возможностью определения угла поворота вала редуктора.
Техническая сущность и принцип действия предложенной полезной модели поясняются чертежами, на которых
на фиг.1 - общий вид моноблока, установленный на сотовой панели,
на фиг.2 - общий вид системы управления,
на фиг.3 - вид интерфейса на экране панели оператора при управлении в автоматизированном режиме,
на фиг.4 - вид интерфейса на экране панели оператора при управлении в ручном режиме.
Устройство для испытания сотовых панелей на отрыв закладных элементов представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из горизонтального основания 8, которое устанавливается на сотовую панель, серводвигателя 1 с редуктором 2 и преобразователя вращательного движения в поступательное линейное, выполненного в виде шарико-винтовой пары 3 с выходным штоком, с кнопками 5 управления перемещением штока «Вверх» и «Вниз». Серводвигатель 1 оснащен функцией позиционера, с возможностью определения позиции и угла поворота вала редуктора 2, при этом на штоке установлен тензометрический силоизмерительный датчик 6 и шарниры 7 для крепления к закладным элементам, например, резьбовым вставкам 11 сотовой панели 10.
Устройство оснащено ручками оператора 4 для переноски, соединяется кабелями 9 с блоком управления, исполненным в виде настольного шкафа 12, с расположенными в нем, центральный процессором 14, частотным преобразователем 15 для управления серводвигателем 1 и панелью оператора 13, выполненной с интуитивно понятным человеко-машинным интерфейсом.
Устройство работает следующим образом: нижняя часть шарнира 7 устанавливается в резьбовую вставку СП, устройство посредством ручек 4 позиционируется таким образом, чтобы шарниры 7 и тензиометрический датчик 6 располагались над испытываемой резьбовой вставкой СП. Оператор предварительно «фиксирует» устройство в выбранном положении, нажатием одной из кнопок управления 5 «Вверх», задав некоторое усилие натяжения на  шарнирах 7 и датчике натяжения 6. Далее на панели оператора 13 блока управления (БУ) 12 задаются исходные параметры для проведения испытания: задаваемое усилие, время выдержки, скорость набора усилия (см.Фиг3 и Фиг4.). Происходит программный набор требуемого усилия, требуемая по времени испытания выдержка, затем происходит сброс усилия до усилия «фиксации», ранее заданного оператором. Далее оператор нажатием одной из кнопок управления 5 «Вниз» на ручке оператора 4 ослабляет натяжение на шарнирах 7 и датчике натяжения 6, отсоединяет шарнир от резьбовой вставки и переставляет устройство для испытания следующей резьбовой вставки.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет не допустить локальных пластических деформаций обшивки СП вокруг испытываемой вставки за счет того, что помимо программного задания требуемого усилия с панели оператора и времени его приложения для каждого конкретного вида резьбовой вставки, в БУ вводится реакция привода - снижение скорости при подходе к заданному усилию, а также предусмотрен сброс величины усилия при возникновении перехода от зоны упругой деформации испытуемой вставки к зоне пластической деформации. Такой переход характерен изменением величины измеряемого усилия для каждого типа испытаний, каждого типа вклеиваемых вставок. Эти параметры для каждого типа вставки задаются и записываются в память центрального процессора. Необходимое усилие создается приводом устройства, при этом измеряются и могут быть заданы ограничения, как по прикладываемому усилию, так и по пройдённому рабочим органом расстоянию, определяемому функцией позиционера. В БУ имеется функция удержания – нулевая скорость с фиксацией достигнутого усилия. Если ранее заданное и зафиксированное усилие не меняется в течение необходимого времени испытания, то данная вставка считается прошедшей испытание. Если же вставка начинает сдвигаться – происходит её смещение по линии приложения усилия, сигнал с тензометрического датчика меняется, БУ сбрасывает усилие до нуля и выдает сигнал о начавшейся деформации.
Так как предлагаемое устройство позволяет выявить «выров» вставки на начальной стадии, при этом не происходит значительной локальной деформации СП вокруг вставки, что позволяет выполнить ремонт: демонтировать непрошедшую испытание вставку и вклеить в это место другую вставку.