ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРОСТЕНД
HYDRODYNAMIC VIBRATION TEST BENCH

Изобретение относится к виброиспытательной технике, а именно к оборудованию испытательных стендов для экспериментального определения динамических и кинематических характеристик упругодемпфирующих элементов в системах амортизации.
Известен испытательный вибростенд, описанный в а.с. №868398, M. кл. G01M 7/00, F16C 3/28, содержащий привод и механизм преобразования вращательного движения штока, являющегося возбудителем колебаний платформы с испытываемым объектом, с устройством для изменения радиуса кривошипа во время работы вибростенда, выполненным в виде передачи винт-гайка. Данное устройство обеспечивает нагружение, изменяющееся по гармоническому закону.
Недостатком такого вибростенда является невозможность получения воздействия сложной формы на платформу и испытываемый объект, например, сейсмического или ударного воздействия и сочетания их между собой.
Наиболее близким к изобретению является вибростенд, описанный в а.с. №2349887, М.кл. G01M 7/00 (прототип), позволяющий изменять радиус кривошипа во время работы вибростенда и содержащий платформу, шток, соединенный с кривошипом, маховик, устройство для изменения на ходу момента инерции маховика, выполненное в виде радиально установленных в маховике винтов, гаек-противовесов, привода вибростенда, включающего универсальный регулятор скорости, дифференциал, кулачковую муфту и связанный с ней конический тормоз.
Вибростенд-прототип работает следующим образом. После включения вибростенда и достижения им требуемых характеристик включается электромагнит, который соединяет одну полумуфту кулачковой муфты, соединенной с валом дифференциала, с другой полумуфтой, соединенной, в свою очередь, с коническим тормозом. При этом вал дифференциала затормаживается и происходит обкатывание дифференциала вокруг неподвижного вала, радиально расположенные винты, сопряженные с колесами дифференциала, проворачиваются, и гайки-противовесы смещаются, изменяя момент инерции маховика, при этом изменяется частота вращения. Если одновременно резко включить муфту штока, то получится сейсмическое одностороннее нагружение платформы.
Недостатками такого вибростенда являются сложность его конструкции вследствие того, что вал одного ведущего колеса находится внутри вала другого ведущего колеса, также возможность появления избыточных нагрузок на консольно расположенном маховике и отсутствие возможности получения импульсной знакопеременной ударной нагрузки на платформу во время движения платформы. Эти недостатки являются весьма существенными, т.к. расположение ведущих валов одного в другом значительно усложняет конструкцию вибростенда из-за ужесточения требований к точности изготовления, монтажа и эксплуатации, необходимых, в частности, для исключения возможности заклинивания валов одного в другом, консольное расположение маховика создает опасность разрушения опор вала маховика и всего вибростенда при воздействии сейсмического одностороннего нагружения платформы и одновременно возникающих дополнительных нагрузок вследствие бокового смещения платформы при ее колебаниях, причем перечисленные случаи имеют место в реальных условиях эксплуатации.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, устранение избыточных нагрузок на консольно расположенном маховике и создание знакопеременных динамических нагрузок сейсмического типа для испытаний упругодемпфирующих элементов в системах амортизации.
Поставленная задача достигается тем, что гидродинамический вибростенд, содержащий платформу, закрепленную на штоке, связанном с шатуном кривошипно-шатунного механизма, являющегося возбудителем колебаний платформы, устройство для изменения радиуса кривошипа, привод кривошипно-шатунного механизма, снабженного маховиком с радиально установленными в маховике винтами, имеющими возможность синхронного вращения за счет зубчатого дифференциала, содержащего два ведомых колеса и два ведущих колеса, причем ведомые колеса сопряжены с гайками, шток имеет поршень, помещенный в герметический корпус, соединенный через клапанное устройство с источником высокого давления, радиально установленные в маховике винты имеют соответственно правый и левый шаг нарезки, гайки жестко связаны с кривошипом кривошипно-шатунного механизма, маховик снабжен тормозным устройством, согласно изобретению маховик смонтирован на роликовых опорах, ведущие зубчатые колеса установлены на валах, размещенных с разных сторон от маховика, клапанное устройство выполнено в виде электромагнита и двухкаскадного гидроусилителя, а платформа снабжена опорами для предотвращения бокового смещения.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена кинематическая схема вибростенда.
Гидродинамический вибростенд содержит платформу 1 с испытываемым объектом 2, закрепленную на штоке 3 с поршнем 4, помещенным в герметичный корпус 5, и связанным с шатуном 6 кривошипно-шатунного механизма, являющего возбудителем колебаний платформы 1, маховик 7, устройство для изменения радиуса кривошипа 8, радиально установленных в маховике 7 винтов 9 и 10 с левым и правым шагом, имеющих возможность синхронного вращения, гайки 11 и 12, закрепленные на кривошипе 8 и сопряженные с винтами 9 и 10 с возможностью поступательного перемещения в одном направлении, зубчатого дифференциала, два ведомых колеса 13 и 14 которого жестко соединены с винтами 9 и 10, ведущие колеса 15 и 16 установлены на валах 17 и 18, причем валы 17 и 18 размещены на противоположных сторонах маховика и имеют возможность торможения их вращения тормозами 19 и 20 соответственно, привода вибростенда, выполненного в виде приводного электродвигателя 21 и универсального регулятора скорости 22, позволяющего регулировать частоту колебаний платформы и осуществлять реверс маховика 7 с помощью передачи 23. Маховик 7 смонтирован на опорах 24. Герметичный корпус 5 через клапанное устройство 25 связан с источником высокого давления 26 и блоком управления 27, при этом клапанное устройство выполнено в виде электромагнита 28 с ротором 29 и двухкаскадного гидроусилителя с соплами 30 и 31 и золотником 32.
Платформа 1 снабжена опорами 33 для предотвращения бокового смещения.
Гидродинамический вибростенд работает следующим образом. При включении приводной электродвигатель 21 через универсальный регулятор скорости 22 и ременную передачу 23 приводит во вращение маховик 7 (например, против часовой стрелки, вид по стрелке A), который через винты 9 и 10 и гайки 11 и 12, жестко связанные с кривошипом 8, приводят в движение кривошип 8 кривошипно-шатунного механизма и во вращение зубчатый дифференциал с коническими колесами 13, 14, 15, 16, которые неподвижны относительно друг друга, и валы 17 и 18. Изменение амплитуды колебания платформы 1 с испытываемым объектом 2 (например, увеличение) или соответственно изменение радиуса кривошипа 8 происходит следующим образом. При включении тормоза 19 вала 17 коническое зубчатое колесо 15 зубчатого дифференциала прекращает свое вращение, конические колеса 13 и 14 обкатывают против часовой стрелки (вид по стрелке A) неподвижное колесо 15 и вызывают вращение винтов 9 с левой резьбой (вид по стрелке «у») против часовой стрелки и 10 с правой резьбой по часовой стрелке, при этом гайки 11 и 12 синхронно переместятся противоположно стрелке «у», и радиус кривошипа 8 увеличится. Уменьшение радиуса кривошипа 8 происходит аналогичным образом при включении тормоза 20 вала 18. Импульсный удар обеспечивается тем, что при любом положении штока 3, связанного с платформой 1, в полости «a» или «b» герметичного корпуса 5 может подаваться рабочее тело (газ) через клапанное устройство 25, включаемое и выключаемое блоком управления 26 от источника высокого давления 27. Ролики 24 обеспечивают уменьшение динамических нагрузок за счет устранения консольного расположения маховика 7. При этом из-за кратковременности процесса происходит импульсное динамическое нагружение платформы 1 с испытуемым объектом 2. При падении давления в полости «a» образуется положительный импульс, а при снижении давления в полости «b» - отрицательный импульс, т.е. таким образом обеспечивается создание знакопеременных динамических нагрузок сейсмического типа на испытуемый объект.
0
1
2
2
1
2
1
Клапанное устройство 25, выполненное в виде в виде маломощного электромагнита 28 с ротором 29 и двухкаскадного гидроусилителя с соплами 30 и 31 и золотником 32, работает следующим образом. При наличии напряжения питания U электромагнита и появлении разности токов от блока управления 26 создаются разные по величине напряжения U и U. Например, если U<U в обмотках маломощного электромагнита 28, то вследствие этого его ротор 29 вместе с закрепленной на нем заслонкой поворачивается на некоторый угол, что вызывает изменение давлений в междроссельных полостях перед соплами 30 и 31. Вследствие этого нарушается равновесие сил, действующих на торцы золотника 32, и золотник начинает перемещаться, сообщая источник высокого давления 27 с полостью «a» герметичного корпуса 5. Если U>U, то источник высокого давления 27 сообщается с полостью «b» герметичного корпуса 5.
В течение колебательного процесса опоры 33 предотвращают боковое смещение платформы 1, тем самым обеспечивают уменьшение динамических нагрузок на маховик 7 и другие элементы конструкции вибростенда.
Использование данного вибростенда при достигнутом упрощении конструкции, устранении избыточных нагрузок на консольно расположенном маховике с возможностью создания знакопеременных динамических нагрузок сейсмического типа для испытаний упругодемпфирующих элементов в системах амортизации позволяет приблизить испытания к реальным условиям эксплуатации.