СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ НА ВИБРОУДАРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
STAND FOR TESTING OBJECTS FOR VIBRO-IMPACT INFLUENCES

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания изделий на воздействие виброударных нагрузок.
Наиболее близким к заявляемому стенду для испытаний объектов на виброударные воздействия является стенд, описанный в патенте РФ №2655700, «Стенд для ударных испытаний», МПК G01M 7/08, G01N 3/303, опубл. 29.05.2018). Указанный стенд содержит стол для закрепления объекта испытаний (ОИ), установленный в центральной части связанного с основанием упругого элемента, средство создания ударной нагрузки в виде падающего груза. Падающий груз размещен на направляющих, на которых с возможностью свободного перемещения и фиксации в заданном положении установлена траверса, к которой верхним концом подвешен дополнительный упругий элемент, нижним концом соединенный с падающим грузом. Упругий амортизирующий элемент для установки ОИ выполнен в виде четырех полос из собранных в кассеты упругих амортизирующих стержней, концы полос симметрично шарнирно соединены с противоположными вертикальными стойками рамы основания стенда, их средняя часть шарнирно связана с висящим на них соосно с осью стенда столом. Верхняя часть стола предназначена для взаимодействия с падающим грузом, а его нижняя часть жестко соединена с ОИ. В результате действия ударного импульса ударная нагрузка передается на стол и нагружает ОИ. Данный стенд выбран в качестве прототипа для заявляемого устройства.
Недостатком данного стенда является то, что он не обеспечивает высокоинтенсивное виброударное нагружение ОИ с заданным распределением дисперсии ускорений в заданном частотном диапазоне.
Техническая проблема, на решение которой направлено указанное изобретение, заключается в обеспечении испытаний объектов на виброударные воздействия с регулируемой виброударной нагрузкой.
Технический результат, который может быть получен в результате использования заявляемого изобретения, состоит в обеспечении высокоинтенсивного виброударного нагружения ОИ с заданными параметрами: максимальное значение виброускорения, время нарастания до максимального значения, длительность действия виброударного нагружения, распределение дисперсии ускорений в заданном диапазоне частот.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом стенде для испытаний объектов на виброударные воздействия, содержащем стол для закрепления ОИ, установленный в центральной части связанного с основанием стенда упругого амортизирующего элемента, средство создания ударной нагрузки в виде падающего груза, размещенного на направляющих, на которых с возможностью свободного перемещения и фиксации в заданном положении установлена траверса, к которой верхним концом подвешен дополнительный амортизирующий упругий элемент, нижним концом соединенный с падающим грузом, упругий амортизирующий элемент для установки ОИ выполнен в виде четырех полос, концы которых симметрично шарнирно соединены с противоположными вертикальными стойками рамы основания стенда, их средняя часть шарнирно связана с висящим на них соосно с осью стенда столом, нижняя часть стола жестко соединена с ОИ, в отличие от прототипа, упругий амортизирующий элемент для установки ОИ выполнен в виде полос, собранных из резиновых жгутов, на верхней части стола жестко закреплен формирователь виброударного нагружения ОИ, содержащий вертикальный стержень, на котором жестко закреплены горизонтальные балки разной длины и сечения, на каждой из которых симметрично относительно стержня жестко закреплены грузы разной массы, на верхней части вертикального стержня установлен крешер.
Падающий груз может быть выполнен в виде бойка с установленным на нем наборным грузом.
Дополнительный упругий амортизирующий элемент может быть выполнен в виде полосы, собранной из резиновых жгутов.
На каждую горизонтальную балку между грузом и стержнем может быть одет с помощью резьбового соединения трубчатый демпфер.
Использование всей совокупности признаков заявляемого стенда обеспечивает высокоинтенсивное регулируемое виброударное нагружение (максимальное значение виброускорения до 300g) ОИ с заданными параметрами: максимальное значение виброускорения, время нарастания до максимального значения, распределение дисперсии ускорений в заданном диапазоне частот.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид стенда для виброударных испытаний, на фиг. 2 - общий вид стенда, приведенной в рабочее положение, на фиг. 3 - общий вид стенда в момент передачи ударного импульса.
Заявляемый стенд для виброударных испытаний содержит стол 15 для закрепления ОИ 16, установленный в центральной части связанного с основанием упругого амортизирующего элемента, средство создания ударной нагрузки в виде падающего груза.
Основание стенда состоит из рам: верхней 1 и нижней 2.
Верхняя рама 1 представляет собой рамную конструкцию, включающую вертикально расположенные стойки 3. В верхней и в нижней части стоек 3 имеются элементы крепления 6, на которые устанавливаются направляющие 7. На направляющие 7 с возможностью свободного перемещения вдоль них установлена траверса 8. На стойках 3 жестко закреплены зубчатые рейки 4, на которых установлены упоры 5, предназначенные для фиксации заданного положения траверсы 8 и установки зазора Δ между бойком 10 и крешером 21.
К траверсе 8 верхним концом подвешен дополнительный упругий амортизирующий элемент 9, выполненный в виде четырех полос, собранных из резиновых жгутов. Нижний конец дополнительного упругого амортизирующего элемента 9 соединен с падающим грузом в виде бойка 10, на котором в данном примере выполнения установлен наборный груз 11. Боек 10 также установлен на направляющие 7 с возможностью свободного перемещения вдоль них.
Нижняя рама 2 представляет собой рамную конструкцию, включающую в себя вертикальные стойки 12. На стойках 12 размещены шарнирные элементы 13, с помощью которых устанавливается упругий амортизирующий элемент для установки ОИ 16, выполненный в виде резиновых жгутов, собранных в восемь кассет 14. Концы элементов 9 симметрично при помощи шарнирных элементов 13 соединены с противоположными вертикальными стойками 12 рамы 2 основания стенда, их средняя часть шарнирно связана с висящим на них соосно с осью стенда столом 15, нижняя часть которого соединена с ОИ 16.
На верхней части стола 15 жестко закреплен формирователь виброударного нагружения 17, состоящий из вертикального стержня 18, на котором жестко закреплены горизонтальные балки (шпильки) 19 разной длины и сечения, на каждой из которых симметрично относительно стержня жестко закреплены грузы (далее - осцилляторы) 20 разной массы. На каждую горизонтальную балку 19 между грузом и стержнем 18 с помощью резьбового соединения одет трубчатый демпфер 23, изготовленный в данном примере выполнения из сплава цветных металлов. Материал и наружный диаметр трубчатого демпфера выбираются, исходя из требований распределения дисперсии ускорений в заданном диапазоне частот.
На верхней части вертикального стержня 18 установлен крешер 21.
Каждый груз (осциллятор) 20 имеет определенную низшую собственную частоту колебаний. Она изначально задается конструктивно по массе груза 20 и размерам балки 19, на которой этот груз крепится. Количество и конструктивные размеры грузов-осцилляторов 20 подбираются, исходя из требований по спектральному распределению распределения дисперсии ускорений в заданном диапазоне частот.
Все грузы-осцилляторы 20 формирователя виброударного нагружения жестко крепятся на его несущей балке, которая жестко закрепляется с помощью оснастки к ОИ 16. Конструктивные параметры крешера 21 грузов-осцилляторов 20, необходимые для реализации виброудара с требуемыми параметрами, определяются расчетным путем с помощью специализированного программного комплекса.
Заявляемый стенд для испытаний объектов на виброударные воздействия работает следующим образом.
Перед проведением испытаний выставляется зазор между бойком 10 и крешером 21 (см. фиг. 1). Данный зазор выставляется при помощи регулировки упоров 5, перемещением их вверх или вниз относительно зубчатой рейки 4.
После выставления зазора упоры 5 жестко закрепляются (фиксируется заданное положение траверсы 8). Величина выставленного зазора Δ определяет величину ударного импульса.
Затем при помощи подъемного элемента через сбрасыватель 22 траверсу 8 с дополнительным упругим амортизирующим элементом 9, бойком 10, наборным грузом 11 поднимают на заданную высоту Н, в соответствии с режимами виброударных нагрузок (см. фиг. 2). После срабатывания сбрасывателя 22 происходит отделение траверсы 8 от сбрасывателя 22. Траверса 8 с дополнительным упругим амортизирующим элементом 9, бойком 10 и наборным грузом 11 начинает свободное движение вниз вдоль направляющих 7.
После соприкосновения траверсы 8 с упорами 5, дополнительный упругий амортизирующим элемент 9 растягивается под действием кинетической энергии бойка 10 с установленными на нем наборным грузом 11. В результате происходит соударение бойка 10 с крешером 21 (см. фиг. 3). Крешер 21, жестко закрепленный на формирователе виброударного нагружения 17, передает исходный ударный импульс на формирователь виброударного нагружения 17 с установленным на нем ОИ.
Работа формирователя виброударного нагружения 17 строится на законе сохранения импульса. В результате соударения бойка 10 с крешером 21 происходит передача ударного импульса от бойка 10 и колебаний от каждого колеблющегося груза-осциллятора 20 вдоль центральной оси формирователя виброударного нагружения 17 на стол 15 с установленным на нем ОИ 16.
После удара под действием дополнительного упругого амортизирующего элемента 9 боек 10 начинает движение вверх, величина выставленного зазора Δ не позволяет произвести повторное соударение бойка 10 с крешером 21.
В качестве источника нагружения может применяться наборный груз 11, который сбрасывают на крешер 21 с определенной высоты, исходя из требований по реализации виброударного нагружения.
Параметры источника нагружения (высота сброса, наборная масса и конструктивные размеры ударяющего груза), формирующего требуемый исходный ударный импульс, определяются экспериментально.
Варьированием высоты падения груза и его массой, а также разной массой грузов 20, устанавливаемых на балки 19 разной длины, материалом и диаметром трубчатых демпферов 23, жесткостью крешера 21 можно обеспечить и регулировать заданные характеристики виброударной нагрузки.
Таким образом, производится испытание ОИ на регулируемое воздействие высокоинтенсивного виброудара с заданными параметрами: максимальное значение виброускорения, длительность действия виброударного нагружения, время нарастания до максимального значения, распределение дисперсии ускорений в заданном диапазоне частот.