МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ВИНТОВЫХ ПРУЖИН
MACHINE FOR TESTING SCREW SPRINGS

Изобретение относится к технике механических испытаний изделий машиностроения, а именно к машинам для испытания винтовых пружин на жесткость и выносливость при циклическом нагружении - машинам для механических испытаний образцов материалов (или изделий) на усталость при циклическом нагружении.
Известны машины с механическим приводом для оценки упругих характеристик при статических обжатиях и построения зависимостей «нагрузка - деформация», известны также машины для циклических испытаний с гидравлическим приводом деформирования.
Недостатком машин с механическим червячно-винтовым приводом является их низкая частота (mах 10 цикл/мин) нагружения, что практически неприемлемо для циклических испытаний при многоцикловом нагружении из-за низкой производительности. Кроме того, не обеспечивается регулирование амплитуды деформирования в процессе испытаний.
В качестве аналога может быть принята машина с механическим червячно-винтовым приводом на нагрузку до 200 кН: ИР5143-20 производства ОАО «Точприбор» г. Иваново (Каталог «Машины и приборы для механических испытаний», 1998 г.). Другим аналогом является машина с электрогидравлическим приводом производства ООО «НИКЦИМ Точмашприбор»: МИПРЛ-200К для испытания пружин и рессор локомотивов выпуска 2006 г. По методикам циклических испытаний пружина предварительно нагружается статической нагрузкой (деформацией), а затем прикладывается циклическая нагрузка амплитудой 40% от статической (ориентировочно). Таким образом, на возбудитель вибрации при циклическом нагружении действует суммарная нагрузка, в 3,5 раза превышающая амплитуду циклической нагрузки, что требует адекватного увеличения мощности привода циклического нагружения.
Предлагаемая машина содержит механический червячно-винтовой привод статического нагружения и электрогидравлический привод циклического нагружения. В рабочем пространстве силовой рамы устанавливаются последовательно 2 пружины, одна из которых опирается на основание, вторая на подвижную траверсу, при этом вторые концы пружин опираются на промежуточную траверсу, жестко соединяемую со штоком гидроцилиндра циклического нагружения электрогидравлической системой после установки испытываемых пружин. Затем механическим приводом деформируются пружины на заданную величину (шток гидроцилиндра свободно плавающий), после чего система гидравлического привода воспроизводит циклическое возвратно-поступательное движение штока цилиндра с промежуточной траверсой с заданной амплитудой, не воспринимая статической составляющей нагрузки на пружины.
В качестве второго варианта исполнения машина для испытания винтовых пружин снабжена гидропульсатором, представляющим собой бесклапанный рекуперативный насос циклической подачи рабочей жидкости параллельно с электрогидравлической системой в рабочий цилиндр машины. В результате повышаются экономичность испытаний и производительность при незначительном (за счет рекуперативности гидропульсатора) увеличении мощности привода.
На чертеже схематично изображен предмет изобретения. Машина включает силовую раму 1, состоящую из основания 2, винтовых колонн 3 и подвижной траверсы 4 с резьбовыми гайками, установленные в основании червячные редукторы 5 привода вращения винтовых колонн, сопряженных с резьбовыми гайками траверсы 4, двигатель 6 привода червячных редукторов 5, электрический датчик силы 7 с блоком 8 измерения силы сжатия испытываемых пружин (25 и 26), датчик деформации 9 с блоком измерения 10, закрепленный на основании соосно с осью силовой рамы гидроцилиндр 11 двухстороннего действия со штоком 12, промежуточной траверсой 13, сопряженной со штоком 12 и зафиксированной стопором 14, гидропневматический аккумулятор 15, насос 16 с регулятором давления 17, соединенный трубопроводом 18 с аккумулятором 15 и цилиндром 11, а трубопроводом 19 с электрогидравлическим сервоклапаном 20, который трубопроводом 21 соединен со второй полостью цилиндра 11, и с манометром 22 для контроля давления насоса.
Кроме того, как вариант исполнения, машина для испытания винтовых пружин содержит гидропульсатор 23, насосная гидравлическая полость которого соединена трубопроводом 24 с трубопроводом 21 подачи рабочей жидкости в гидроцилиндр.
На схеме машины изображены испытываемые пружины 25 и 26.
Описанная машина работает следующим образом. Перед началом испытаний стопор 14 демонтирован, промежуточная траверса 13 снимается со штока 12 и находится вне зоны установки испытываемых пружин 25 и 26. Пружина 25 устанавливается на основание 2 соосно с гидроцилиндром 11. Шток 12 под действием системы гидропривода, управляемой сервоклапаном 20, выводится из зоны установленной на основании 2 пружины 25, траверса 13 устанавливается на штоке 12 и фиксируется с ним стопором 14. Затем пружина 26 устанавливается на траверсу 13 при поднятой траверсе 4 с датчиком силы 7, после чего подвижная траверса 4 по вращаемым редукторами 5 колоннам 3 смещается вниз, сжимая обе пружины (при свободно плавающем штоке 12) на заданную величину, контролируемую либо датчиком деформации (9, 10), либо датчиком силы (7, 8) в соответствии с методикой конкретных испытаний. При этом подвижная траверса 4 остается неподвижной. Далее в работу включается система гидропривода. А именно, рабочая жидкость насосом 16 по трубопроводу 18 поступает в гидроаккумулятор 15 и в верхнюю полость гидроцилиндра 11, а также по трубопроводу 19 к сервоклапану 20 и через него по трубопроводу 21 в нижнюю полость гидроцилиндра, площадь которой вдвое больше площади верхней аккумуляторной полости цилиндра. Электрогидравлический сервоклапан формирует циклический реверсивный поток рабочей жидкости, подаваемый в нижнюю полость гидроцилиндра и сбрасываемый из него по трубопроводу 21, вызывая возвратно-поступательное движение штока 12 и связанной с ним промежуточной траверсы 13 и испытываемых пружин. Такое решение исключает гидропривод от затрачивания мощности на поддержание постоянной статической нагрузки на испытываемые пружины.
Как второй вариант исполнения машины для испытания винтовых пружин предлагается введение в ее состав гидравлического пульсатора 23 - известное устройство для генерирования циклического реверсивного потока в гидравлической магистрали подачи рабочей жидкости в исполнительный рабочий цилиндр. Благодаря рекуперативности принципа пульсаторного возбуждения циклических нагрузок при испытаниях упругих изделий, в частности пружин, при сравнительно малых затратах энергии обеспечивается высокая динамичность, т.е. большие деформации и высокие частоты, что очень существенно при испытаниях длинноходовых пружин, например вагонных, локомотивных, и при этом за счет одновременного испытания двух пружин в идентичных условиях (при полном равенстве нагрузок и деформаций) повышается достоверность результатов испытаний.