Устройство крепления электромагнитных реле на вибростенде и ударном стенде
ELECTROMAGNETIC RELAYS ON THE VIBRATION AND IMPACT TEST BENCH ATTACHMENT DEVICE

Область применения
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам крепления реле на испытательном стенде и может быть использовано для испытания на вибрационном и ударном стендах одновременно десяти электромагнитных реле.
Уровень техники
Практически все изделия (элементы ракет, космических аппаратов, транспорта и др.), подвергающиеся в реальных условиях различным механическим воздействиям, испытывают на разных механических стендах. И для каждого изделия применяют индивидуальное устройство крепления на стенде испытываемого изделия. Все имеющиеся реле имеют свои посадочные и установочные габариты. Испытываемые реле (фиг. 1), для крепления которых разработано заявленное устройство, имеют свои посадочные габариты (прямоугольная площадка) и две крепежные шпильки, расположенные в определенном месте посадочной плоскости реле. Поэтому и устройство крепления этих реле будет индивидуальным, пригодным только для данных реле. Основное требование к устройству крепления реле на механическом стенде - передача энергии механического действия (вибрации, удара) от стенда на реле с минимальными искажением и потерями.
Известно устройство крепления на центрифуге одновременно шести электромагнитных реле [Черкасов Ю.Н. Периодические испытания реле. Учебное пособие. Издание первое. М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2010, 175 с.; с. 124], представляющее пустотелый параллелепипед из толстой жести с шестью специальными вырезами для крепления реле (фиг. 2). Недостатком данного устройства является малое число посадочных мест для реле, потеря энергии и искажение механического импульса вибрации или удара при передаче его от стенда на испытываемое реле из-за жести и дополнительно нужно специальное крепление к стенду.
Известно устройство крепления реле на центрифуге одновременно десяти электромагнитных реле [Черкасов Ю.Н. Совершенствование системы испытаний: Книга 4. Антология совершенствования испытаний реле / Под ред. А.П. Сарычева. - М.: ЛЕНАНД (URSS), 2017 - 464 с., с. 333; Черкасов Ю.Н. и др. Патент RU 2498257. С2. G01M 7/00 (2006.01). 10.11.2013 г.], представляющее такую же конструкцию (пустотелый параллелепипед из толстой жести) только с десятью посадочными местами для крепления реле (фиг. 3). Здесь достаточное число посадочных мест, но другие недостатки те же.
Известно устройство крепления на вибростенде и ударном стенде шести микродвигателей [Электродвигатели бесконтактные постоянного тока. ТАИК 521 273 009 Д2 (IAA.Б99.387.Д2), 28 листов, лист 16]. Устройство представляет кубическую конструкцию, к граням которого крепят болтами специальную плиту с шестью круглыми вырезами, в которые вставляют микродвигатели. Конструкция кубической конструкции такова, что крепить плиту с микродвигателями можно только к ее боковым граням. Следовательно, испытывать двигатели можно только в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Реле же нужно испытывать в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Конструкция этого устройства разработана специально для испытания микродвигателей на вибростенде и ударном стенде и не может быть использована для крепления любых других изделий, в том числе и реле.
Известно устройство крепления на вибростенде и ударном стенде одновременно четырех электромагнитных реле [Технические условия ТУ 16-647.037-86 «Реле электромагнитное». ЕЖИА.647115.001ТУ, лист 32] (фиг. 4), содержащее приспособление в форме куба крепления четырех реле, приспособление фиксации куба, приспособление крепления куба к стенду, при этом куб (фиг. 5) выполнен в виде толстостенной квадратной в сечении трубы, имеющей равные длину, ширину, высоту, внутри которой, в центре по высоте, у граней куба расположены, неотъемлемые от граней куба, четыре посадочных места балконного типа для крепления реле, каждое посадочное место с двумя отверстиями для шпилек реле для их крепления на посадочных местах, приспособление фиксации куба (фиг. 6) содержит круглую прижимную шайбу с тремя круглыми отверстиями через 120° для шпилек, три шпильки с резьбой с двух сторон, шесть гаек, при этом шпильки вкручиваются в прямоугольную опорную плиту и для прочности фиксируются контргайками у плиты, на шпильки надевается прижимная шайба, которая прижимает куб, на шпильки поверх шайбы накручиваются гайки, приспособление крепления куба к стенду (фиг. 7) содержит прямоугольную опорную плиту и круглую планшайбу, скрепленных болтами. В плиту вкручиваются шпильки. Планшайба крепится к стенду болтами.
Недостатком данного устройства является малое число посадочных мест для реле - 4 (по Техническим Условиям (ТУ) на реле [Технические условия ТУ 16-647.037-86 «Реле электромагнитное». ЕЖИА.647115.001ТУ, лист 10] надо испытать 10 реле), неравноточные измерения, поскольку приходится проводить три одинаковых испытания разных реле, но в разное время, много коммутационных работ, сложная технология (рутинная, обременительная), большое время испытаний, большие ресурсо-, энерго- и трудозатраты. Кроме этого, здесь четыре сочленения - реле с кубом, куба с плитой, плиты с планшайбой, планшайбы с испытательным столом стенда, которые уменьшают энергию механического импульса и искажают его. Вибростенд и ударный стенд являются очень дорогими и энергозатратными, т.к. приводятся в действие мощными электродвигателями и любая экономия электроэнергии или ресурса стендов дает ощутимый экономический эффект.
Проведены патентные исследования изобретений и полезных моделей СССР, Российской Федерации, стран СНГ и зарубежных стран по классам G01M 7/00; G01M 7/02; G01M 7/06 с 1979 г. по настоящее время. При проведении анализа уровня техники по патентным источникам не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. При проведении анализа уровня техники по научно-техническим источникам обнаружен один аналог [Технические условия ТУ 16-647.037-86 «Реле электромагнитное». ЕЖИА.647115.001ТУ, лист 32] - устройство с кубом, который и был принят за прототип.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - увеличение числа одновременно испытываемых реле до десяти, повышении равноточности измерений, уменьшении потери энергии механического импульса, трудо-, энерго- и ресурсозатрат вибрационного и ударного стендов, трудоемкости, и времени испытаний.
Поставленная цель достигается устройством крепления электромагнитных реле на вибростенде и ударном стенде, содержащим приспособление в форме куба крепления четырех реле, приспособление фиксации куба, при этом куб выполнен в виде толстостенной квадратной в сечении трубы, имеющей равные длину, ширину, высоту, внутри которой, в центре по высоте, у граней куба расположены, неотъемлемые от граней куба, четыре посадочных места балконного типа для крепления реле, приспособление фиксации куба содержит круглую прижимную шайбу с тремя отверстиями для шпилек фиксации шайбы, три круглых шпильки, на которые надевается шайба, которая прижимает куб, на шпильки накручиваются гайки сверху шайбы, причем куб дополнительно содержит между гранями внутри, в центре по высоте трубы, неотъемлемую от граней куба, перегородку, на которой дополнительно размещено шесть посадочных мест для реле, причем все десять посадочных мест перегородочного типа расположены возле граней куба, при этом перегородка дополнительно содержит четыре круглых отверстия в центре перегородки и по два овальных отверстия для кабелей на каждом месте крепления реле, приспособление фиксации куба дополнительно содержит одну шпильку, одну гайку, прижимная шайба дополнительно содержит одно отверстие для шпильки, при этом прижимная шайба надевается на четыре шпильки и прижимает куб, на шпильки накручиваются гайки сверху шайбы, в прижимной шайбе все четыре отверстия для шпилек расположены через 90°, шпильки шестигранные и вкручиваются в испытательный стол стенда.
Технический результат заключается в увеличении числа одновременно испытываемых реле до десяти, повышении равноточности измерений, уменьшении потери энергии механического импульса, энерго- трудо- и ресурсозатрат вибрационного и ударного стендов, трудоемкости, и времени испытаний.
К защите патентом Российской Федерации предлагается техническое решение - устройство крепления на вибростенде и ударном стенде одновременно десяти электромагнитных реле.
Отметим, что крепежные места на испытательных столах вибростенда и ударного стенда одинаковые. Поэтому заявленное устройство для вибростенда и ударного стенда одно.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 показано электромагнитное реле, для крепления на стенде одновременно десяти таких реле и разработано заявленное устройство.
На фигуре 2 показано устройство крепления одновременно шести электромагнитных реле на центрифуге. Для наглядности показано два закрепленных в устройстве реле, подготовленных к испытанию.
На фигуре 3 показано устройство крепления одновременно десяти электромагнитных реле на центрифуге.
На фигуре 4 показано устройство в сборе крепления одновременно четырех электромагнитных реле на вибростенде и ударном стенде (прототип).
На фигуре 5 показано приспособление крепления четырех реле - куб прототипа.
На фигуре 6 показано приспособление фиксации куба в прототипе.
На фигуре 7 показано приспособление крепления куба к стенду в прототипе. Прямоугольная плита (сверху) крепится к планшайбе (снизу) шестью болтами. Планшайба крепится к испытательному столу стенда 8 болтами. В плиту вкручиваются три шпильки приспособления фиксации куба в прототипе.
На фигуре 8 показано заявленное устройство в сборе - устройство крепления на вибростенде и ударном стенде одновременно десяти электромагнитных реле.
На фигуре 9 показан куб заявленного устройства крепления одновременно десяти реле.
На фигуре 10 показано приспособление фиксации куба в заявленном устройстве.
На фигуре 11 показаны чертежи куба заявленного устройства.
На фигуре 12 показаны чертежи прижимной шайбы заявленного устройства.
На фигуре 13 показаны чертежи шпильки заявленного устройства.
На фигуре 14 показана реальная схема испытания реле на вибростенде с использованием заявленного устройства,
где: 1 - заявленное устройство крепления реле;
2 - вибростенд и ударный стенд, соответственно;
3 - испытательные кабели;
4 - устройство (пульт) контроля реле [Черкасов Ю.Н. Заявка на изобретение №2017100048/07(000068) от 09.01.2017 г. Устройство контроля электромагнитных реле при испытании на вибростенде и ударном стенде];
5 - источники постоянного тока.
На фигуре 15 показана реальная схема испытания реле на ударном стенде с использованием заявленного устройства,
где: 1 - заявленное устройство крепления реле;
2 - вибростенд и ударный стенд, соответственно;
3 - испытательные кабели;
4 - устройство (пульт) контроля реле [Черкасов Ю.Н. Заявка на изобретение №2017100048/07(000068) от 09.01.2017 г. Устройство контроля электромагнитных реле при испытании на вибростенде и ударном стенде];
5 - источники постоянного тока.
На фигуре 16 приведена таблица с результатами сравнения работ, которые надо выполнять при использовании прототипа и заявленного устройства при испытании реле на вибростенде.
На фигуре 17 приведена таблица с результатами сравнения работ, которые надо выполнять при использовании прототипа и заявленного устройства при испытании реле на ударном стенде.
Осуществление изобретения
Принцип работы заявленного устройства. Перед испытаниями к выводам каждого реле припаивают испытательный кабель (всего 10 кабелей), все 10 реле с припаянными кабелями крепят в куб, вкручивают 4 шпильки в испытательный стол стенда, между шпильками на испытательный стол стенда устанавливают куб с закрепленными реле, на шпильки надевают прижимную шайбу, гайки накручивают на шпильки сверху шайбы и, тем самым, куб плотно прижимают непосредственно к испытательному столу стенда. Поэтому в заявленном устройстве только два сочленения (реле с кубом и куба со стендом) и потому меньше искажения механического импульса за счет уменьшения числа сочленений (в прототипе четыре сочленения). Кабели от реле подключают к пульту контроля реле и проводят их испытания в трех взаимно перпендикулярных направлениях (условно А, Б, В) [Черкасов Ю.Н. Совершенствование системы испытаний: Книга 1. Периодические испытания реле. Издание второе, переработанное и дополненное / Под ред. П.В. Малышева. М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2009 - 112 с., с. 77; Протокол периодических испытаний реле ОАГ.128.047 ЛУ. АО «Корпорация «ВНИИЭМ». 2014 - 48 с., с. 15]. Сначала испытывают реле на вибростенде, затем на ударном стенде.
Заявленное устройство для крепления реле на вибростенде и ударном стенде разработано. Куб и круглая прижимная шайба изготовлены из сплава АМГ-6 алюминия с магнием по чертежам на фиг. 11, 12. Куб изготовлен из цельного куска сплава путем механической обработки на разных металлообрабатывающих станках. Шпильки стальные шестигранные, изготовлены по чертежам на фиг. 13. Реальные схемы испытания реле на вибростенде и ударном стенде приведены на фиг. 14 и 15, соответственно.
Принципиальное техническое отличие заявленного устройства от прототипа состоит в новой конструкции куба и исключении приспособления крепления куба к стенду, а посадочные места новой конструкции - перегородочного типа и для десяти реле (в прототипе - балконного типа и для четырех реле), что привело к увеличению числа одновременно устанавливаемых в куб реле до десяти, в уменьшении числа сочленений, более надежной фиксации куба четырьмя более толстыми шестигранными шпильками через 90° (в прототипе три более тонких шпильки, расположенных через 120°), вкручиваемыми непосредственно в испытательный стол стенда (куб прижимается непосредственно к испытательному столу стенда), вследствие чего уменьшилось искажение механического импульса за счет уменьшения числа сочленений. В прототипе шпильки вкручиваются в прямоугольную плиту и куб прижимается к этой плите. Кроме этого, повышена равноточность измерений, поскольку стало возможным измерять параметры всех десяти реле одновременно с использованием специального пульта контроля реле [Черкасов Ю.Н. Заявка на изобретение №2017100048/07(000068) от 09.01.2017 г. Устройство контроля электромагнитных реле при испытании на вибростенде и ударном стенде] (в прототипе параметры разных реле измеряют в разное время).
Оценка эффекта (технического результата) от использования заявленного устройства приведен в разделе «Расчет технического результата».
Расчет технического результата
Технический результат оценим количественно и качественно. Для количественной оценки технического результата выберем одни и те же показатели прототипа и заявленного устройства. В качестве показателей выберем характеристики: моторесурс, энергопотребление, трудозатраты и время испытаний, а также одни и те же работы, которые надо выполнять при испытании реле с использованием прототипа и заявленного устройства. На вибростенде проводят два испытания реле - на вибропрочность и виброустойчивость. При каждом испытании каждую установку реле в куб (на стенд) нужно испытать в трех взаимно перпендикулярных направлениях А, Б, В.
Результаты сравнения работ, которые надо выполнять при использовании прототипа и заявленного устройства при испытании реле на вибростенде представлены в таблице на фиг 16.
Рассчитаем экономию моторесурса вибростенда при испытании на нем реле с использованием заявленного устройства. В качестве показателя моторесурса выберем время его работы. Для этого воспользуемся данными из строки 13 таблицы на фиг. 16.
мр. вибр
Экономию моторесурса вибростенда Э оценим безразмерной величиной (в разах) и рассчитаем по формуле:
Рассчитаем экономию электроэнергии на основании мощности вибростенда 40 кВт [Стенд вибрационный электродинамический ВЭДС-1500. Министерство приборостроения средств автоматизации систем управления. Союзточмашприбор. 1983.] и по данным из строки 14 таблицы на фиг. 16:
Трудозатраты оценим по всем механическим работам, выполняемым испытателями, по сумме цифр в строках 2, 3, 4, 5, 9, 10 таблицы на фиг. 16. Сумма цифр по этим работам равна:
- для 4 реле = 50;
- для 10 реле = 10.
Уменьшение трудозатрат при заявленном устройстве составляет:
50:10=5 раз.
Уменьшение времени испытаний на вибростенде при использовании заявленного устройства рассчитаем по данным из строки 11 таблицы на фиг. 16:
Здесь рассчитаем только экономию моторесурса ударного стенда, как наиболее важной характеристике, по общему числу ударов:
Таким образом, эти расчеты количественно подтверждают технический эффект заявленного устройства и, как следствие, явный ощутимый экономический эффект.
Кроме этого, имеют место качественные оценки технического эффекта, а именно - увеличение до десяти числа одновременно испытываемых реле, что привело к полному исключению наиболее трудоемких (рутинных) операций во время испытания, к повышению равноточности измерений, что очень важно для повышения точности оценок параметров реле, разработана и внедрена новая, более простая и более экономичная технология испытаний.