СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБЪЕКТОВ НА КОМБИНИРОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
STAND FOR TESTING OBJECTS FOR THE COMBINED IMPACT OF DYNAMIC LOADS

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам, предназначенным для проведения испытаний на комбинированное воздействие динамических нагрузок, а именно вибрации и линейных ускорений.
Целью любых испытаний является максимальное приближение условий испытаний к реальным воздействиям, имеющим место в действительности. Но при проведении испытаний одновременно на несколько видов воздействий (инерция, вибрация, удар, температура и др.) достаточно сложно осуществить их совместное воздействие, так как это влечет за собой значительно усложнение и тем самым удорожание установок. Существующие технические решения на комбинированное воздействие нагрузок предполагают компромиссные решения между проведением указанных испытаний и относительной дешевизной их осуществления.
Известен «Стенд для испытаний изделий на комбинированное воздействие вибрационных и линейных ускорений», содержащий основание, горизонтальную платформу, привод ее вращения, размещенные на платформе диаметрально противоположно столы для установки испытуемых изделий или испытуемого изделия и противовеса, установленный на основании электродинамический вибростенд, выполненный с вращающейся подвижной катушкой и упругие подвески. Стенд снабжен круговыми направляющими, в которых установлена платформа, и штоками, жестко соединяющими подвижную катушку вибростенда со столами, в платформе выполнены отверстия, сквозь которые свободно проходят штоки, а упругие подвески размещены между платформой и столами (а.с. СССР №605142, МПК2 G01M 7/00, опубл. 30.04.1978, Бюл. №16).
Наиболее близким к предлагаемому, по технической сущности и достигаемому результату является «Стенд для испытания изделий на комбинированное воздействие динамических нагрузок», содержащий станину, устройство для вращения испытуемых изделий в горизонтальной плоскости, образованное платформой с вертикальной осью вращения и ее приводом, и устройство для создания колебаний испытуемых изделий в горизонтальной плоскости, включающее два симметрично расположенных относительно оси вращения платформы электродинамических возбудителя колебаний, подвижные части, которых связаны между собой и столами для размещения испытуемых изделий. Магнитопроводы электродинамических возбудителей колебаний установлены на станине стенда по оси вращения платформы по обе стороны от платформы и каждый из них выполнен с плоским рабочим зазором, а подвижные части возбудителей имеют форму пластин (а.с. СССР №989343, МПК3 G01M 7/00, опубл. 15.01.1983, Бюл. №2).
Основными недостатками обоих стендов являются их техническая сложность и сложность при их использовании.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание относительно простого стенда, позволяющего проводить испытания на комбинированное воздействие вибрации и линейных ускорений.
Технический результат - создание простого и надежного стенда комбинированного воздействия динамических нагрузок, с увеличенным сроком службы, благодаря уменьшению вибрационных нагрузок на подшипники оси вращения.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом стенде для испытания объектов (ОИ) на комбинированное воздействие динамических нагрузок, содержащем основание, установленное на нем устройство, обеспечивающее вращение ОИ в горизонтальной плоскости при помощи привода, вращающего вертикальный вал, устройство для создания колебаний ОИ в горизонтальной плоскости с помощью, двух возбудителей колебаний, подвижный стол первого из которых предназначен для размещения ОИ, в отличие от прототипа, устройство, обеспечивающее вращение ОИ в горизонтальной плоскости, содержит несущую балку, закрепленную на вертикальном валу, включающую корпус, в направляющих которого установлены две параллельные штанги, на концах которых с одной стороны установлен противовес, с другой стороны, противоположной противовесу, на заданном расстоянии друг от друга последовательно от края штанг установлены первый и второй возбудители колебаний в виде пьезоэлектрических вибростендов, подключенных к управляющему устройству, обеспечивающему их работу в противофазе, при этом, неподвижные основания вибростендов жестко закреплены на направляющих несущей балки, а между подвижным столом второго вибростенда и основанием первого вибростенда равномерно установлены упругодемпфирующие элементы.
Благодаря использованию всей совокупности признаков заявляемого изобретения осуществляется суммирование (наложение) амплитуд вибрационных колебаний, формируемых на столах вибростендов, колебания которых находятся в противофазе, в результате амплитуда осциллограммы A3 колебаний подшипников вала устройства, обеспечивающего вращение ОИ в горизонтальной плоскости, значительно меньше амплитуды каждой из осциллограмм колебаний на столах вибростендов, в результате увеличивается срок службы стенда, стенд прост и надежен при осуществлении комбинированного воздействия динамических нагрузок.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1, 2, 3, и 4 схематично изображен стенд для проведения испытаний на комбинированное воздействие динамических нагрузок вид сбоку, сверху и спереди. На фиг. 5 приведены осциллограммы амплитуд А1 и А2 вибрационных колебаний на столах двух вибростендов, колебания которых находятся в противофазе, и осциллограмма A3, колебаний вала ЦБУ, получаемая суммированием (наложением) осциллограмм А1 и А2, замеренных на столах вибростендов.
Стенд для испытания объектов на комбинированное воздействие динамических нагрузок содержит основание 1, установленное на нем устройство, обеспечивающее вращение ОИ 2 в горизонтальной плоскости при помощи привода 3, вращающего вертикальный вал 4, устройство для создания колебаний ОИ в горизонтальной плоскости с помощью, двух возбудителей колебаний 5 и 6, подвижный стол первого из которых предназначен для размещения ОИ 6.
Устройство, обеспечивающее вращение ОИ 2 в горизонтальной плоскости, содержит несущую балку, закрепленную на вертикальном валу 4, включающую корпус 7 в направляющих которого установлены две параллельные штанги 8 (в данном примере выполнения в качестве устройства, обеспечивающего вращение ОИ 2 в горизонтальной плоскости использована центробежная установка (ЦБУ).
На концах штанг 8 с одной стороны установлен противовес 9, с другой стороны, противоположной противовесу 9, на заданном расстоянии друг от друга последовательно от края штанг 8 установлены и закреплены при помощи крепежных элементов 10 первый и второй возбудители колебаний в виде пьезоэлектрических вибростендов 5 и 6 соответственно, подключенных к управляющему устройству (на фиг. не показано), обеспечивающему их работу в противофазе. Как вариант использования пьезоэлектрических вибростендов, для данного устройства можно применить пьезоэлектрический вибростенд типа Y67-4-H.
В состав каждого пьезоэлектрического вибростенда 6 и 5 наряду с другими элементами входят неподвижное основание 11 и подвижный стол 12, между которыми расположены механические резонаторы 13, на которых установлены пьезоэлементы (на фиг. не показано).
Механические резонаторы 13 вибростенда 5 связаны с подвижным столом 12 для размещения ОИ 2.
Неподвижные основания 11 вибростендов 5 и 6 жестко закреплены на направляющих 8. Между подвижным столом 12 второго пьезоэлектрического вибростенда 6 и неподвижным основанием 11 первого пьезоэлектрического вибростенда 5 равномерно установлены упругодемпфирующие элементы 14, (например выполненные в виде набора упругих пластин, либо в виде металлических цилиндров, упирающихся торцами через резиновые прокладки в обращенные друг к другу поверхности основания и стола стендов 5 и 6 соответственно).
Заявляемый стенд для испытаний на комбинированное воздействие динамических нагрузок работает следующим образом.
Пьезоэлектрические вибростенды 6 и 5 устанавливают перпендикулярно к оси штанг 8. Неподвижные основания 11 вибростендов 6 и 5 жестко закреплены на направляющих несущей балки, а между подвижным столом 12 второго вибростенда 6 и основанием 11 первого вибростенда 5 равномерно установлены упругодемпфирующие элементы 14.
ОИ 2 закрепляют на подвижном столе 12 первого вибростенда 5, с помощью противовеса 9 производят балансировку несущей балки, которая необходима для равномерной работы ЦБУ.
Пьезоэлектрические вибростенды 6 и 5 подключают к управляющему устройству и включают привод 3 ЦБУ.
2
На пьезоэлементы вибростендов 6 и 5 подается переменное напряжение с частотой, совпадающей с собственной частотой резонаторов, после чего подвижный стол 12 первого вибростенда 5 начинает перемещение относительно своего неподвижного основания 11. Если напряжение будет синусоидальным, то и перемещение подвижного стола 12 первого вибростенда 5 также будет происходить по синусоидальному закону. Используя комбинацию резонаторов в вибростендах 6 и 5 можно испытывать ОИ по любому закону с амплитудами ускорений до 2500 м/с.
При вращении ЦБУ с заданной угловой скоростью возникают центростремительные ускорения, создающие инерционные нагрузки в радиальном направлении 15 в горизонтальной плоскости (от центра вращения по оси ЦБУ).
Вибрационные нагрузки создаются при работе вибростенда (-ов), когда подвижный стол 12 каждого вибростенда начинает колебательные движения 16 в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном поверхности их подвижных столов вибростендов 6 и 5.
Направление действия нагрузок, как инерционной 15 (от вращения несущей балки), так и вибрационной 16 (от вибрации вибростендов) происходит в горизонтальной плоскости вдоль направления продольной оси несущей балки ЦБУ.
Таким образом, при вращающейся ЦБУ и работающих вибростендах получают комбинированное воздействие (инерция и вибрация) на ОИ 2.
Далее с помощью системы управления на втором вибростенде 6 создают нагрузку в противофазе нагрузке на первом вибростенде 5. Благодаря чему на штангах 8 ЦБУ, а следовательно, и на подшипники вала 3 вибрационная нагрузка уменьшается до минимальных значений.
На фиг. 5 приведены осциллограммы амплитуд А1 и А2 вибрационных колебаний на столах двух вибростендов, колебания которых находятся в противофазе, и осциллограмма A3, колебаний подшипников вала 3 ЦБУ, получаемая суммированием (наложением) осциллограмм амплитуд А1 и А2, замеренных на столах вибростендов 6 и 5. Как видно из фигуры 5 амплитуда осциллограммы A3 значительно меньше амплитуды каждой из осциллограмм А1 и А2, а это значит при использовании двух вибростендов обеспечивается уменьшение амплитуды вибрационной нагрузки на заданный элемент конструкции - в нашем случае на подшипники вала 3 ЦБУ.
В случае если в соответствии с программой испытаний необходимо изменить параметры нагружения объекта испытаний 2, то за счет системы управления ЦБУ регулируют нагрузку, приходящую на ее вал 3.
Таким образом, обеспечивается комбинированное воздействие - линейными и вибрационными нагрузками при помощи простого и надежного стенда с увеличенным сроком службы, благодаря уменьшению вибрационных нагрузок на подшипники вала.