СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ (ВАРИАНТЫ)
DYNAMIC TEST STAND (OPTIONS)

Группа изобретений относится к области испытаний изделий на виброударные воздействия.
Известен «Стенд для динамических испытаний изделий» (патент RU №2242731 C2, МПК G01M 7/08(2000.01), опубл. 20.12.2004), содержащий стол для закрепления испытуемого изделия, установленный в центральной части связанного с основанием упругого элемента, и средство создания ударной нагрузки. Упругий элемент представляет собой пакет тарельчатых пружин, заключенный в корпус, а стол снабжен двусторонними упорами для упругого элемента с изменяемым положением и установлен с возможностью продольного перемещения относительно него. Средством создания ударной нагрузки может являться как разрывной элемент, соединенный с рабочим столом, так и падающий груз. Стенд может быть снабжен упором, закрепленным к основанию и взаимодействующим с разрывным элементом.
Данный стенд является наиболее близкими к заявляемой группе изобретений и выбран в качестве прототипа.
Недостатком указанного стенда является формирование на объекте испытаний (ОИ) дополнительного нерегламентированного импульсного воздействия, обусловленного конструкцией стенда, что в ряде случаев недопустимо.
Так, при использовании для возбуждения затухающих колебаний кинетической энергии падающего груза для вывода стола из нейтрального положения, на ОИ за короткое время создается начальный импульс нагрузки, который впоследствии обеспечивает сжатие упругого амортизатора (т.е. за короткое время происходит разгон ОИ, что приводит к дополнительному нерегламентированному воздействию на ОИ).
При использовании же для возбуждения затухающих колебаний потенциальной энергии сжатых до максимального усилия пружин, освобождаемых при разрушении разрывного элемента, на ОИ будет формироваться косинусоидальный сигнал с крутым передним фронтом, поскольку за короткое время на ОИ будет достигнут максимальный уровень нагрузки, соответствующий усилию предварительно сжатых пружин. Крутой передний фронт может вызывать дополнительные нежелательные возбуждения конструкции ОИ.
Кроме того, использование двусторонних упоров для упругого элемента с изменением положения (установленных с зазорами) не исключает проскальзывания стола с ОИ относительно амортизатора. Проскальзывание же стола с изделием в свободном зазоре и последующее соударение его с упругим амортизатором может привести к возбуждению нежелательных дополнительных форм колебаний стола с ОИ, а также к образованию «разрывов» в формируемой синусоиде.
Технической проблемой, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в создании стенда, позволяющего исследовать работоспособность конструкций различных масс, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться воздействию виброударных нагрузок (воздействию знакопеременной квазипериодической затухающей нагрузки синусоидального вида) либо воздействию одиночного полусинусоидального импульса.
Технический результат, который будет получен в результате использования заявляемых вариантов стенда, состоит в обеспечении приложения к ОИ знакопеременной затухающей нагрузки либо нагрузки в виде одиночного симметричного полусинусоидального импульса с заданными амплитудно-частотными характеристиками без возбуждения дополнительных нерегламентированных колебаний ОИ.
Технический результат, достигается за счет того, что в первом заявляемом варианте стенда для динамических испытаний, содержащем установленный с возможностью вертикального перемещения относительно основания стенда стол для закрепления объекта испытаний, размещенного вдоль вертикальной оси формирователя знакопеременной нагрузки, снабженного упругим амортизатором, средство создания ударной нагрузки, в отличие от прототипа, формирователь знакопеременной нагрузки выполнен содержащим предварительно поджатые упругие амортизаторы, установленные симметрично относительно вертикальной оси формирователя на направляющих сверху и снизу горизонтальной платформы, предназначенной для закрепления ОИ, и поджатые сверху к столу горизонтальной плитой, стол выполнен состоящим из осесимметричного поддона, набора горизонтальных плит, установленных на симметрично закрепленных сверху на поддоне дополнительных направляющих, на поддоне напротив основания стенда установлено тормозное устройство.
Между нижней плитой стола и поддоном может быть симметрично установлена, по крайней мере, одна пара дополнительных тормозных устройств.
Технический результат, достигается за счет того, что во втором заявляемом варианте стенда для динамических испытаний, содержащем установленный с возможностью вертикального перемещения относительно основания стенда стол для закрепления объекта испытаний, размещенного вдоль вертикальной оси формирователя знакопеременной нагрузки, снабженного упругим амортизатором, средство создания ударной нагрузки, в отличие от прототипа, формирователь знакопеременной нагрузки выполнен содержащим демпферы, и упругие амортизаторы, установленные на направляющих симметрично относительно вертикальной оси формирователя соответственно сверху и снизу горизонтальной платформы, предназначенной для закрепления ОИ, и поджатые сверху к столу горизонтальной плитой, стол выполнен состоящим из осесимметричного поддона, набора горизонтальных плит, установленных на симметрично закрепленных сверху на поддоне дополнительных направляющих, на поддоне напротив основания стенда установлено тормозное устройство.
Между нижней плитой стола и поддоном может быть симметрично установлена, по крайней мере, одна пара дополнительных тормозных устройств.
Выполнение формирователя знакопеременной нагрузки содержащим предварительно поджатые упругие амортизаторы, установленные симметрично относительно вертикальной оси формирователя на направляющих сверху и снизу горизонтальной платформы, предназначенной для закрепления ОИ, и поджатые сверху к столу горизонтальной плитой, обеспечивает воздействие на ОИ знакопеременной затухающей нагрузки.
Выполнение формирователя знакопеременной нагрузки содержащим демпферы, и упругие амортизаторы, установленные на направляющих симметрично относительно вертикальной оси формирователя соответственно сверху и снизу горизонтальной платформы, предназначенной для закрепления ОИ, и поджатые сверху к столу горизонтальной плитой, обеспечивает воздействие на ОИ нагрузки в виде одиночного симметричного полусинусоидального импульса.
Предварительное поджатие на всем этапе нагружения упругих амортизаторов сверху к столу горизонтальной плитой обеспечивает стабильное формирование первой четверти синусоидального сигнала с заданным фронтом нарастания и амплитудой перегрузки (параметры нагружения, как правило, задаются в виде максимального значения перегрузки и величины переднего фронта), а также исключает недопустимые нерегламентированные интенсивные воздействия на ОИ в начале нагружения и обеспечивает получение непрерывного «гладкого» квазипериодического знакопеременного сигнала нагрузки на всем этапе нагружения.
Выполнение стола состоящим из набора плит, установленных с возможностью съема на симметрично закрепленных сверху на поддоне дополнительных направляющих, позволяет регулировать массу, присоединяемую к поддону, установка на поддоне напротив основания стенда тормозного устройства и, по крайней мере, одной пары дополнительных тормозных устройств между нижней плитой стола и поддоном симметрично, обеспечивает возможность испытания объектов большой массы воздействием последовательного торможения, требуемой скоростью разгона ОИ, позволяет сформировать короткий импульс внешней нагрузки, приложенной к столу, не оказывающий существенного влияния на форму перегрузки объекта испытаний. Группа изобретений поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображен первый вариант стенда для динамических испытаний, общий вид, на фиг. 2 - первый вариант стенда для динамических испытаний ОИ большой массы, общий вид, на фиг. 3 - второй вариант стенда для динамических испытаний общий вид, на фиг.4 - второй вариант стенда для ОИ большой массы, общий вид.
Стенд для динамических испытаний изделий по первому варианту заявляемого стенда содержит установленный с возможностью вертикального перемещения относительно основания стенда стол для закрепления объекта испытаний 3 (ОИ), размещенного вдоль вертикальной оси формирователя знакопеременной нагрузки, средство создания ударной нагрузки (на фиг. не показано).
Формирователь знакопеременной нагрузки выполнен содержащим предварительно поджатые упругие амортизаторы 1, установленные симметрично относительно вертикальной оси формирователя на направляющих 4 сверху и снизу горизонтальной платформы 2, предназначенной для закрепления ОИ 3, и поджатые сверху к столу горизонтальной плитой 6. Упругие амортизаторы 1 могут состоять из пакетов предварительно поджатых тарельчатых или цилиндрических винтовых пружин либо из резиновых амортизаторов или других упругих элементов.
Стол выполнен состоящим из осесимметричного поддона 10, набора горизонтальных плит 5, установленных с возможностью съема на симметрично закрепленных сверху на поддоне 10 дополнительных направляющих 7.
На поддоне 10 напротив основания стенда установлено тормозное устройство 8.
Между нижней плитой 5 стола и поддоном 10 может быть симметрично установлена, по крайней мере, одна пара дополнительных тормозных устройств 9.
В отличие от первого варианта заявляемого стенда формирователь знакопеременной нагрузки по второму варианту заявляемого стенда выполнен содержащим демпферы 11 (например, из пенопласта) и упругие амортизаторы 1, установленные на направляющих 4 симметрично относительно вертикальной оси формирователя соответственно сверху и снизу горизонтальной платформы 2, предназначенной для закрепления ОИ 3, горизонтальную плиту 6 размещенную над демпферами 11 на направляющих 4.
Стенд по первому заявляемому варианту работает следующим образом:
ОИ 3, закрепленный на столе в формирователе знакопеременной нагрузки, разгоняют принудительно или при свободном падении до требуемой скорости, после чего производят его торможение на основании стенда (фундаменте копровой установки) с помощью тормозного устройства 8 (1-й этап торможения). Силовая характеристика тормозного устройства 8 выбирается таким образом, чтобы длительность входного воздействия на ОИ 3, закрепленный на столе в формирователе знакопеременной нагрузки, не превышала четверти периода колебаний знакопеременной нагрузки.
На практике при испытаниях ОИ большой массы ограничение по минимальной длительности входного воздействия может быть трудновыполнимо, поскольку получение требуемой скорости разгона с последующим торможением стола (при условии короткого внешнего воздействия) связано с величиной допустимой нагрузки на основание стенда (фундамент копровой установки). Для устранения этого ограничения также используется 2-й этап торможения, для чего между нижней плитой 5 стола и поддоном 10 симметрично установлена, по крайней мере, одна пара дополнительных тормозных устройств 9, обеспечивающих последовательное торможение, требуемую скорость разгона ОИ 3 и позволяющих сформировать короткий импульс внешней нагрузки, приложенной к столу, не оказывающий существенного влияния на форму перегрузки ОИ 3. Силовая характеристика дополнительных тормозных устройств 9 выбирается таким образом, чтобы суммарный максимальный уровень усилия создаваемого этими тормозными устройствами не превышал величину предварительного сжатия упругих амортизаторов 1, а их высота, обеспечивала дополнительное время торможения для полного гашения скорости разгона стола к моменту достижения на ОИ максимального уровня нагрузки.
Кинетическая энергия горизонтальной платформы 2 с ОИ 3, приобретенная при разгоне, гасится в результате сжатия предварительно поджатых амортизаторов 1, установленных снизу платформы 2, платформа 2 с ОИ 3 смещается вниз (формируется передний фронт - первая четверть периода знакопеременного сигнала). Затем происходит восстановление упругих деформаций амортизаторов 1, установленных снизу платформы 2, и преобразование упругой деформации в кинетическую энергию платформы 2 с ОИ 3 - платформа 2 с ОИ 3 возвращается в исходное положение (формируется вторая четверть периода знакопеременного сигнала). Приобретенная на этапе восстановления амортизаторов 1, установленных снизу платформы 2, кинетическая энергия обеспечивает сжатие предварительно поджатых амортизаторов 1 установленных сверху платформы 2 и последующее восстановление их упругих деформаций (формирование третьей и четвертой четверти периода знакопеременного сигнала). Таким образом, формируется первый период колебаний. Процесс колебаний будет повторяться и завершится после рассеяния кинетической энергии на трение в формирователе знакопеременной нагрузки.
Период и амплитуда колебаний перегрузки объекта испытаний 3 в широких пределах могут регулироваться начальной скоростью разгона ОИ 3, жесткостью амортизаторов 1, определяемой количеством параллельно устанавливаемых упругих амортизаторов и количеством упругих элементов в каждом амортизаторе, а также величиной присоединяемой массы стола (количеством горизонтальных плит 5).
Для получения непрерывной знакопеременной кривой перегрузки (для исключения свободных зазоров при нагружении) упругие амортизаторы 1 предварительно сжимаются на величину, соответствующую максимальному смещению ОИ 3 при нагружении, и на всем этапе нагружения находятся в поджатом состоянии.
При использовании второго варианта заявляемого стенда для динамических испытаний обеспечивается получение одиночного полусинусоидального импульса нагрузки (фиг. 3 и фиг. 4).
Формирование первого полупериода синусоидального сигнала осуществляется таким же образом, как и в стенде, представленном на фиг. 1. Когда же ОИ 3 минует исходное положение, приобретенная на этапе восстановления амортизаторов 1, установленных снизу платформы 2,кинетическая энергия будет поглощена демпферами 11, установленными сверху платформы 2. Выбором силовых характеристик демпферов 11 обеспечивается уровень нагрузки на ОИ 3, значительно ниже амплитуды синусоидального сигнала. Предварительное поджатие нижнего амортизатора в этой схеме необязательно.
Таким образом, использование вариантов заявляемого стенда для динамических испытаний обеспечивает приложение к ОИ знакопеременной затухающей нагрузки либо нагрузки в виде одиночного симметричного полусинусоидального импульса с заданными амплитудно-частотными характеристиками без возбуждения дополнительных нерегламентированных колебаний ОИ.