СТЕНД ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ
BENCH FOR FATIGUE TESTS

Стенд для усталостных испытаний относится к области испытательной техники, и может быть использован для различных видов испытаний узлов, агрегатов, сочленений и т.д. вертолетной, автомобильной и другой техники, к примеру, лопастей вертолетов, агрегатов втулок несущих винтов, узлов автоматов перекосов, композиционных материалов.
Известны стенды, содержащие маслонасосную станцию, электрогидравлические усилители, гидравлические цилиндры (Н.Г. Белый, В.М. Син, К.С. Щербань. Ресурсные испытания натурных конструкций самолетов // Прочность авиационных конструкций. Труды ЦАГИ. - 1998, - Вып. 2631, - с. 141-151). Недостатком таких стендов является то, что в насосной станции, предназначенной для подачи рабочей жидкости в многоканальную систему нагружения, используются насосы большой мощности, а при проведении пусконаладочных работ, необходимых для проверки работоспособности отдельно по каждому каналу нагружения, применяется один из мощных насосов. При такой технологии испытаний затрачивается излишний расход энергии и усложняется обслуживание систем нагружения.
Известен стенд для усталостных испытаний лопаток турбины (патент US 2012227515, G01M 5/00, публ. 13.09.2012 г.), который включает в себя пару линейно возвратно-поступательных приводов, таких как гидравлические приводы.
Стенд содержит исполнительные механизмы, которые включают в себя сервоклапаны, которые управляют потоком гидравлической жидкости к ее исполнительному механизму и, следовательно, его смещением. Сервоклапаны гидроприводов являются пропорциональными клапанами. Они создают синусоидальную или колебательную силу в гидроприводах. Это исключает переходные нагрузки и сохраняет нагрузочную способность, которую обеспечивают гидравлические приводы, а также обеспечивает стабильность нагрузки. Исполнительные механизмы представляют собой двухпоршневые устройства с симметричным отверстием и кольцом. Это обеспечивает симметричную реакцию петли в обоих направлениях. исполнительные механизмы содержат гидравлические исполнительные механизмы. Каждый из исполнительных механизмов выполнен с возможностью подачи хода на испытываемую лопасть ветротурбины. Ход, создаваемый каждым из исполнительных механизмов, обеспечивает контролируемую силу как в направлении по краям, так и по оси.
Известен стенд для усталостных испытаний конструкций самолетов, наиболее близкий к заявляемому изобретению (патент РФ 2516571, G01M 5/00, публ. 20.05.2014 г.), который содержит маслонасосную станцию, напорный коллектор, вентили, электрогидравлические усилители, гидравлические цилиндры, коллектор сливной, испытываемый объект и устройства для приложения нагрузки к самолету.
Недостатком описанного стенда является возникновение резких перемещений силовозбудителя (гидроцилиндра) в момент открывания вентиля. Это явление проявляется в случаях, когда в качестве электрогидравлических усилителей применяются двухступенчатые электропропорциональные распределители с серводействием, а в качестве вентилей - электромагнитные клапаны. Резкая подача давления в напорную линию распределителя с серводействием (электрогидравлического усилителя) сопровождается частичным пропусканием рабочей жидкости под давлением в одну из полостей силовозбудителя, несмотря на управляющий сигнал. Это явление наблюдается, не смотря на то, что управляющий сигнал, подаваемый на электрогидравлический усилитель, соответствует его закрытому состоянию. Причиной такого явления являются переходные процессы в системе управления, встроенной в электрогидравлический усилитель. Такое свойство элементов стенда приводит к неуправляемому силовому воздействию на испытуемые образцы в момент включения стенда, приводящее к ударной перегрузке объектов испытаний.
Техническая проблема, не решенная в описанных стендах, решение которой обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в создании стенда, в котором отсутствует эффект ударного включения гидросистемы за счет плавного наращивания давления после открытия электромагнитного клапана.
Технический результат заключается в соблюдении точности поддержания нагрузки, исключении возможной перегрузки образцов испытаний, повышении безопасности в процессе эксплуатации.
Технический результат достигается за счет того, что в стенде для усталостных испытаний, содержащем раму 1 с закрепленным на ней гидроцилиндром 2, силовые полости 5, 6 которого, соединены посредством трубопроводов или рукавов высокого давления 8 с электрогидравлическим усилителем 7, а в напорном трубопроводе 11 установлен электромагнитный клапан 12, в соответствии с заявляемым изобретением, - в трубопроводе 11 между электрогидравлическим усилителем 7 и электромагнитным клапаном 12 установлены клапан давления золотникового типа 13 и дроссельный кран 30, при этом выходное отверстие 21 клапана давления 13 соединено с отверстием управления 22 клапана давления 13 посредством трубопровода 33, а входное отверстие клапана давления 20 соединено через дроссельный кран 30 с отверстием высокого давления 9 электрогидравлического усилителя 7.
Кроме того, в каналах 35, 36 клапана давления 13 установлены внутренние пробки 37, 38.
При этом клапан давления 13 состоит из корпуса 14, в расточку которого помещен золотник 15, поджатый с одной стороны пружиной 16.
Применение в трубопроводе 11 установленных между электрогидравлическим усилителем 7 и электромагнитным клапаном 12 клапана давления золотникового типа 13 и дроссельного крана 30, при этом выходное отверстие 21 клапана давления 13 соединено с отверстием управления 22 клапана давления 13 посредством трубопровода 33, а входное отверстие клапана давления 20 соединено через дроссельный кран 30 с отверстием высокого давления 9 электрогидравлического усилителя 7, - направлено на соблюдение точности поддержания нагрузки, исключение возможной перегрузки образцов для испытаний.
Наличие в трубопроводе 10 клапана давления 12 повышает безопасность в процессе эксплуатации.
Конструкция стенда для усталостных испытаний поясняется схемами:
фиг. 1 - гидравлическая принципиальная схема для управления гидроцилиндром;
фиг. 2 - схема, поясняющая внутреннее устройство дроссельного крана и клапана давления в закрытом положении;
фиг. 3 - схема, поясняющая внутреннее устройство дроссельного крана и клапана давления в открытом положении.
Стенд состоит из рамы 1 с закрепленным на ней гидроцилиндром 2, который соединен с шарнирной тягой 3, передающей усилие на испытуемый образец 4.
Гидроцилиндр 2 создает нагрузки, в соответствии с программой испытаний на испытуемый образец 4.
Силовые полости 5 и 6 гидроцилиндра 3 соединены с электрогидравлическим усилителем 7 посредством трубопроводов или рукавов высокого давления 8. Электрогидравлический усилитель 7 имеет отверстие высокого давления 9 и сливное отверстие 10.
Отверстие высокого давления 9 электрогидравлического усилителя 7 соединено с напорным трубопроводом 11, через который подается давление от насосной станции (на фигурах не показана). В трубопроводе 11 установлен электромагнитный клапан 12, который используется в качестве вентиля для подачи высокого давления к электрогидравлическому усилителю 7. Между электромагнитным клапаном 12 и отверстием высокого давления 9 электрогидравлического усилителя 7 установлен клапан давления 13.
Клапан давления 13 представляет собой гидравлический аппарат золотникового типа. Он состоит из корпуса, 14 в расточку которого помещен золотник 15, поджатый с одной стороны пружиной 16, установленной в полости управления 17. Усилие пружины 16 регулируется винтом 18. В корпусе 14 клапана давления 13 имеется управляющая полость 19. Клапан давления 13 имеет входное отверстие 20, выходное отверстие 21, отверстие управления 22, через которое рабочая жидкость подается в управляющую полость 19 и отверстие управления 23, через которое происходит отвод рабочей жидкости из управляющей полости 17.
Сливное отверстие 10 электрогидравлического усилителя 7 соединено со сливным трубопроводом 24 через обратный клапан 25.
Дренажная полость 26 гидроцилиндра 2 соединена с дренажным трубопроводом 27 посредством рукава высокого давления 28.
Параллельно клапану давления 13 расположен трубопровод 29, соединяющий входное отверстие 20 с выходным отверстием 21 клапана давления 13. В трубопроводе 29 установлен дроссельный кран 30. Последний, состоит из корпуса 31 и шпинделя 32, который перемещается в корпусе 31 по резьбе и открывает или перекрывает поток рабочей жидкости в трубопроводе 29.
Выходное отверстие 21 клапана давления 13 соединено посредством трубопровода 33 с отверстием управления 22 клапана давления 13. Полость управления 17 клапана давления 13, соединена трубопроводом 34 с дренажным трубопроводом 27.
В случае, когда подаваемое давление в полость 19 клапана давления 13, создает усилие превышающее усилие сжатия пружины 16, золотник 15 перемещается в корпусе 14 и соединяет входное отверстие 20 клапана давления 13 с выходным отверстием 21. При этом уменьшается объем полости 17 клапана давления 13, в которой установлена пружина 16 и рабочая жидкость из этой полости по трубопроводу 34 отводится в дренажный трубопровод 27. В корпусе 14 клапана давления 13 выполнены каналы 35 и 36. В них имеется внутренняя резьба для установки пробок 37 и 38. Перед монтажом клапана давления 13 в гидравлическую схему стенда, необходимо установить в каналы 35 и 36 внутренние пробки 37 и 38.
Предлагаемая гидравлическая схема делает возможным медленное нарастание давления во входном отверстии 9 электрогидравлического усилителя 7 до величины настройки клапана давления 13, за счет ограничения расхода рабочей жидкости дроссельным краном 30. При достижении во входном отверстии 9 электрогидравлического усилителя давления настройки клапана давления 13, последний открывается, т.к. его управляющая полость 19 соединена трубопроводом 33 с входным отверстием 9 электрогидравлического усилителя 7.
После этого, расход рабочей жидкости, подаваемой во входное отверстие 9 электрогидравлического усилителя 7, проходит через полностью открытый клапан давления 13 с необходимым, для работы гидроцилиндра, расходом. За время медленного нарастания давления во входном отверстии 9 электрогидравлического усилителя 7, переходные процессы в системе управления последнего, заканчиваются.
Предлагаемая схема обладает свойствами тормозного клапана. Т.е. при прорыве рукавов высокого давления 8 или трубопровода на выходе из клапана давления 13, последний сразу закрывается, предотвращая разлив рабочей жидкости в стендовом зале. Это повышает безопасность эксплуатации стенда.
Перед началом работы стенда, дроссельный кран 30 открывается вручную на небольшую величину, обеспечивающую плавное нарастание давления в отверстии высокого давления 9 электрогидравлического усилителя. Затем шпиндель 32 фиксируется относительно корпуса 31 дроссельного крана 30 с помощью контргайки или стопорится проволокой. Производится настройка пружины клапана давления 13 на давление открытия 0,5...0,6 МПа с помощью винта 18. При таком давлении электрогидравлические усилители любого типа работают с номинальными характеристиками.
Стенд для усталостных испытаний работает следующим образом. После включения стенда, происходит резкое открывание электромагнитного клапана 12 и рабочая жидкость под давлением по напорному трубопроводу 11 поступает к входному отверстию 20 клапана давления 13. Клапан давления 13 закрыт, т.к. для его открытия необходимо наличие давления в управляющей полости 19. Рабочая жидкость подается по трубопроводу 29, через дроссельный кран 30, к выходному отверстию клапана давления 13 и далее к отверстию высокого давления 9 электрогидравлического усилителя 7.
Рост давления в линии между выходным отверстием 21 клапана давления 13 и отверстием высокого давления 9 электрогидравлического усилителя 7 происходит медленно, т.к. дроссельный кран 30 открыт на небольшую величину. Величина открытия дроссельного крана 30 устанавливается минимально возможной. Выходное отверстие 21 клапана давления 13 связано с отверстием управления 22 и управляющей полостью 19 клапана давления 13. Когда величина давления в линии между выходным отверстием 21 клапана давления 13 и отверстием высокого давления 9 электрогидравлического усилителя 7 поднимется до величины достаточной, чтобы открыть клапан давления 13, подняв пружину 16, клапан давления 13 открывается и рабочая жидкость поступает к электрогидравлическому усилителю под полным давлением по напорному трубопроводу 11.
Открытый клапан давления 13 обеспечивает пропускание рабочей жидкости с необходимым, для работы гидроцилиндра 2, расходом. К моменту, когда клапан давления 13 открывается, переходные процессы в электрогидравлическом усилителе 7 заканчиваются, и он начинает открываться пропорционально управляющему электрическому сигналу, который создается системой управления стенда (на фигурах не показана). Этот сигнал при запуске стенда, как правило, подается такой величины, чтобы электрогидравлический усилитель 7 был закрыт.Затем, управляющий сигнал в автоматическом режиме наращивается постепенно и через установленное время достигает номинальных значений.
Экономический эффект от применения стенда, в котором отсутствует эффект ударного включения гидросистемы заключается в устранении риска преждевременного выхода из строя дорогостоящих образцов для усталостных испытаний вертолетной техники, а также в повышении точности воспроизведения нагрузок при усталостных испытаниях.