ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОДОМКРАТОВ-ТОРМОЗОВ СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ С УСТРОЙСТВОМ ИХ НАГРУЖЕНИЯ В ВИДЕ МАЯТНИКА

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности, к стендам для испытаний силового гидропневмооборудования при натурных условиях нагружения, предназначенного для использования на стартовых ракетных комплексах, и может быть использована при испытаниях гидродомкратов-тормозов (ГДТ) различных типоразмеров, а также гидробуферов, пневмогидроамортизаторов, демпферов и гидродомкратов средней мощности с ходом плунжера до 600 мм при нормальных, повышенных (+70°С) и низких (-40°С) температурах.
В состав некоторых стартовых комплексов входят нижние кабельные мачты (НКМ) и устройства направляющие (УН). Во время старта эти элементы отводятся от ракеты-носителя, поворачиваясь относительно своих осей вращения под действием вращающего момента от собственного веса, что обеспечивает уменьшение воздействия высокотемпературных струй работающих двигателей на элементы конструкции и штатное оборудование, установленное на этих элементах. Приведение НКМ и УН в рабочее положение из исходного и защита от ударных нагрузок на конечных участках их перемещения при отводе от ракеты-носителя обеспечивается ГДТ, которые снижают пиковые значения воздействия усилия за счет поглощения и рассеивания энергии рабочей жидкостью. Угловые скорости поворота отводимых от ракеты элементов стартового комплекса к моменту прихода их в исходное положение снижаются до безопасных для этих элементов величин благодаря взаимодействию их с ГДТ, работающими в режиме торможения. Максимальные усилия, создаваемые ГДТ НКМ и УН, достигают значений порядка 10…23 тс при величине рабочего хода подвижной части ГДТ относительно опоры 268-575 мм и максимальной скорости ее перемещения 0,48-0,72 м/с. Принцип действия ГДТ НКМ и УН различных типоразмеров одинаковый, а конструкции их отличаются друг от друга лишь величиной хода и диаметром рабочих цилиндров, длиной кожухов, цилиндров и плунжеров, длиной и профилем веретена. Рабочее положение ГДТ в стартовом комплексе - горизонтальное.
Испытания ГДТ стартовых комплексов при натурных условиях нагружения проводятся на стенде, изображенном на Фиг.1, содержащем устройство нагружения ГДТ 1 в виде маятника, представляющего собой рычаг 2, установленный с возможностью вращения на горизонтальной оси 3, закрепленной на раме 4, размещенной на основании стенда 5. При этом на рычаге 2, соединенном с узлом отклонения маятника 6, закреплены верхняя 7 и нижняя 8 корзины со сменными грузами 9 и 10 (см. патент РФ на полезную модель №107296, МПК F15B 19/00, 2011 г.). Необходимое давление рабочей жидкости в ГДТ создается гидравлической системой (ГС) 11. Габариты стенда (без элементов ГС 11, расположенных удаленно от основания на полу испытательного зала) составляют: высота 5300 мм, размеры в плане 9800 мм × 4400 мм; общий вес (со сменным технологическим оборудованием) превышает 12 тс.
Известна гидравлическая система (ГС) стенда для испытаний ГДТ при натурных условиях нагружения, содержащая емкость с рабочей жидкостью, источник высокого давления, запорно-регулирующую арматуру, предохранительный клапан и трубопроводы обвязки (см. патент РФ на полезную модель №108515, МПК F25D 19/00, 2011 г.).
Причем стенд для испытаний ГДТ (по патенту РФ №108515), вследствие того, что он имеет гидравлический привод в качестве нагружающего устройства, установленный напротив ГДТ, позволяет в силу его компактности с ГС проведение испытаний ГДТ при натурных условиях нагружения, как при температуре окружающего воздуха, так и при высоких и низких температурах за счет размещения их в климатических камерах тепла и холода.
В соответствии с новыми техническими условиями на эксплуатацию ГДТ предусматривается его выдержка в течение 10 минут под давлением до срабатывания предохранительного клапана при постоянно работающем источнике давления при нормальных температурных условиях, что требует проведение его испытаний на герметичность (опрессовку). Кроме того, в ТУ предусматривается определение давления страгивания рабочего цилиндра ГДТ.
Известная гидравлическая система является наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности. При использовании ее в составе стенда для испытаний гидродомкратов-тормозов стартовых комплексов, содержащего устройство нагружения ГДТ в виде маятника (см. фиг.1), она будет обладать следующими недостатками:
1. Она не позволит проводить опрессовки элементов ГС и испытываемого ГДТ и определение давления страгивания рабочего цилиндра ГДТ, т.е. выполнить ТУ на испытания ГДТ.
2. Кроме того, на этом стенда, имеющего габариты 5300 мм × 9800 мм×4400 мм и общий вес 12 тс, невозможно проведение испытаний ГДТ при повышенных и пониженных температурах в имеющихся стационарных климатических камерах тепла и холода известного ограниченного объема.
3. Поскольку процесс испытаний ГДТ связан с приработкой движущихся металлических частей, которое приводит к загрязнению рабочей жидкости, в том числе и абразивными частицами, это может привести к выходу из строя насоса и испытываемого оборудования.
4. Для измерения давления рабочей жидкости используется датчик давления, устанавливаемый в дренажное отверстие ГДТ. При проведении испытаний на качество торможения для удаления воздушно-масляной эмульсии из рабочей полости ГДТ датчик демонтируется после каждого испытания, что приводит к непроизводительным затратам рабочего времени (демонтаж датчика, удаление эмульсии, монтаж датчика, протирка внешних поверхностей ГДТ от загрязнения рабочей жидкостью).
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании гидравлической системы стенда для испытаний гидродомкратов-тормозов стартовых комплексов, содержащего устройство нагружения гидродомкрата-тормоза в виде маятника, обеспечивающей проведение подготовки к испытаниям и испытаний в соответствии с требованиями технических условий.
Эта задача решается тем, что в известной гидравлической системе стенда для испытаний гидродомкратов-тормозов стартовых комплексов с устройством их нагружения в виде маятника, содержащей емкость с рабочей жидкостью, соединенной напорным трубопроводом, на котором установлены запорный орган, насос, фильтр, предохранительный клапан, с рабочей полостью гидродомкрата-тормоза, согласно полезной модели дренажное отверстие гидродомкрата-тормоза соединено с емкостью с рабочей жидкостью сливным трубопроводом, на котором установлен запорный орган, датчик давления и сливной фильтр, причем в напорном трубопроводе после фильтра установлен обратный клапан, к выходу которого подсоединены два трубопровода, соединенные с емкостью с рабочей жидкостью, на одном из которых установлен дроссель, а на втором - запорный орган, манометр и ручной насос высокого давления, соединенный с дополнительной емкостью с рабочей жидкостью, а испытываемый гидродомкрат-тормоз и гидравлическая система помещены в теплоизолированные кожухи, которые соединены с системой подачи горячего воздуха, а их внутренние полости предназначены также для размещения гранулированного сухого льда, при этом манометр и ручной насос высокого давления соединены с трубопроводом через запорные органы.
При этом запорные органы выполнены в виде вентилей.
На Фиг.2 показана принципиальная схема гидравлической системы стенда для испытаний гидродомкратов-тормозов стартовых комплексов, содержащего устройство нагружения ГДТ в виде маятника, изображенного на Фиг.1.
В состав гидравлической системы 11 стенда для испытаний гидродомкратов-тормозов стартовых комплексов, содержащего устройство нагружения ГДТ в виде маятника, входит емкость 12 с рабочей жидкостью 13. Дренажное отверстие ГДТ 32 соединено трубопроводом 30, на котором установлены запорный орган 18, сливной фильтр 24 и через запорный орган 19 датчик давления 39, с емкостью 12. Емкость 12 соединена напорным трубопроводом, на котором установлены запорный орган 14, насос высокого давления 20, фильтр 23 и обратный клапан 25 через теплоизолированный металлорукав высокого давления 31, с рабочей полостью ГДТ 32. Насос высокого давления 20 соединен с электродвигателем 21. Производительность насоса 20 обеспечивает перемещение плунжера ГДТ 32 с заданной в ТУ на испытания скоростью. Кроме того, к выходу обратного клапана 22 подсоединены два трубопровода, соединенные с емкостью 12, на одном из которых установлен дроссель 26, а на втором - запорный орган 15, манометр 27 и ручной насос высокого давления 28, соединенный с дополнительной емкостью 29 с рабочей жидкостью. Манометр 27 и насос 28 подсоединены ко второму трубопроводу через запорные органы 16 и 17 соответственно. Защита элементов ГС и испытываемого ГДТ 32 по максимальному давлению осуществляется предохранительным клапаном 22. Фильтр 23 предназначен для очистки рабочей жидкости, поступающей из емкости 12 в рабочую полость ГДТ 32. Сливной фильтр 24 предназначен для очистки рабочей жидкости, поступающей из внутренних полостей ГДТ 32 в емкость 12. Движение жидкости в прямом направлении и защита насоса высокого давления 20 при испытаниях на качество торможения обеспечивается обратным клапаном 25; величина расхода (и давления) рабочей жидкости - регулируемым дросселем 26. Давление в ГС контролируется по показаниям манометра 27. Опрессовка элементов ГС и испытываемого ГДТ 32, а также определение давления страгивания рабочего цилиндра ГДТ 32 производится с помощью ручного насоса 28. Трубопровод 30 выполнен в виде теплоизолированного металлорукава высокого давления. В качестве запорных органов в ГС используются, например, вентили.
Емкость 12, вентили 14, 15 и 18, насос 20, фильтры 23 и 24, обратный 25 и предохранительный 22 клапаны с дросселем 26 и трубопроводы их обвязки помещены в герметичный теплоизолированный кожух 33. Испытываемый ГДТ 32 также помещен в тепло-изолированные кожухи 34 и 35, причем, кожух 35 со стороны выдвигающегося штока ГДТ 32 выполнен быстросъемным.
Кожухи 33-35 снабжены штуцерами 36 для соединения с источником подачи горячего воздуха, обеспечивающим нагрев рабочей жидкости и элементов ГС и ГДТ до температуры +70°С±2°С, и дренажными штуцерами 37.
Кожухи 33-35 также снабжены специальными люками 38 для закладки/удаления кассет с гранулированным сухим льдом для охлаждения рабочей жидкости и элементов ГС и ГДТ до температуры -40°С±2°С.
Электродвигатель 21 привода насоса 20, а также штурвалы вентилей 14 и 15 и регулируемым дросселем 26 выведены за пределы теплоизолированного кожуха 33.
Основные режимы работы ГС при проведении испытаний ГДТ 32: циклические испытания и испытания на качество торможения при окружающей температуре, а также при температурах +70°С±2°С и -40°С±2°С.
В исходном состоянии испытываемый ГДТ 32 закреплен на стенде и гибкими рукавами высокого давления 30 и 31 подсоединен к ГС. Вентили 14-19 и регулируемый дроссель 26 закрыты. Гидравлические линии заполнены рабочей жидкостью, воздух из элементов ГС и ГДТ удален. Плунжер ГДТ 32 находится в крайнем утопленном положении, маятник стенда бойком упирается в подушку ускорительной головки ГДТ 32, создавая усилие поджатия плунжера ГДТ, соответствующее натурному.
Опрессовка ГДТ.
Опрессовка ГДТ согласно требованиям ТУ производится в выдвинутом положении цилиндра. Для обеспечения указанного требования открывают дроссель 26 и вентиль 14, после чего включают насос 20. Затем дроссель 26 закрывают, при этом повышается давление в ГС и рабочей полости ГДТ 32. Плунжер ГДТ 32 выдвигается, отклоняя маятник стенда в верхнее положение. При достижении плунжером ГДТ 32 положения, на 15-20 мм не достигающего крайнего выдвинутого положения (определяется визуально), выключают насос 20 и закрывают вентиль 14. Маятник стенда фиксируют в отклоненном положении специальными тягами, исключающими дальнейшее перемещение плунжера ГДТ 32.
Открывают вентили 16 и 17 и ручным насосом 28 поднимают давление рабочей жидкости до заданной в ТУ величины. Давление контролируют по показаниям манометра 27. Закрывают вентиль 17. Производят выдержку ГДТ под давлением опрессовки заданное в ТУ время. Путем кратковременного незначительного открытия дросселя 26 ослабляются, после чего демонтируются тяги, удерживающие маятник в отклоненном положении. Дроссель 26 открывается, маятник стенда и движущиеся части ГДТ 32 возвращаются в исходное положение. Элементы ГС приводят в исходное положение.
Определение давления страгивания производится при отклоненном положении маятника и наличии зазора между бойком маятника и подушкой ускорительной головки плунжера ГДТ 32. Отклонение маятника производится за счет усилия входящей в состав стенда лебедки. Ручным насосом 28 при открытых вентилях 16 и 17 в ГС и рабочей полости ГДТ 21 создается медленно увеличивающееся давление рабочей жидкости, контролируемое по показаниям манометра 27. Момент страгивания плунжера ГДТ 32 определяется индикатором часового типа (условно не показан); давление в момент начала перемещения плунжера является давлением страгивания. По окончании определения давления страгивания элементы стенда, ГДТ и ГС приводятся в исходное положение.
Испытания ГДТ на циклическое нагружение при окружающей температуре.
Открывают дроссель 26 и вентили 14 и 16, после чего включают насос 20. Затем дроссель 26 закрывают, при этом повышается давление в ГС и рабочей полости ГДТ 32. Плунжер ГДТ 32 выдвигается, отклоняя маятник стенда в крайнее верхнее положение. Происходит прямой ход нагружения ГДТ 32.
Для выполнения обратного хода нагружения при включенном насосе 20 дроссель 26 открывают, обеспечивая слив рабочей жидкости в емкость 12 как из рабочей полости ГДТ 32, так и из насоса 20.
При достижении маятником стенда крайнего нижнего положения, а плунжером ГДТ - исходного, обратный ход нагружения, а вместе с ним и цикл нагружения, считаются выполненными.
Далее цикл нагружения повторяется в соответствии с требованиями ТУ.
В ходе испытаний на циклическое нагружение давление рабочей жидкости в ГС контролируется по показаниям манометра 27 при открытом вентиле 16. Возможен контроль давления рабочей жидкости по показаниям датчика давления 39 при открытом вентиле 19 с записью результатов измерений на ПЭВМ. По окончании этого вида испытаний элементы стенда, ГДТ и ГС приводятся в исходное положение.
Испытания на качество торможения. На первом этапе выполняются операции, предусмотренные испытаниями ГДТ на циклическое нагружение при прямом ходе нагружения. В конце прямого хода нагружения выключается насос 20. Маятник стенда фиксируется в отклоненном положении лебедкой. Открывается вентиль 15, после чего рабочая жидкость частично выдавливается из рабочей полости ГДТ 32 под воздействием возвратной пружины в емкость 12, и движущиеся элементы ГДТ 32 приходят в предударное положение. Закрывается вентиль 16. Маятник стенда при помощи лебедки отклоняется на заданный угол. Открывается вентиль 19. На замок узла отклонения маятника подается сигнал на его открытие, и маятник стенда ударяет бойком по подушке плунжера ГДТ, перемещая его и выдавливая рабочую жидкость из ГДТ 32 в емкость 12 через открытый вентиль 15. Показания датчика давления 39 при открытом вентиле 19 и закрытом вентиле 18 регистрируются ПЭВМ.
По окончании испытания на качество торможения элементы стенда, ГДТ и ГС приводятся в исходное положение.
Испытания на качество торможения повторяются в соответствии с требованиями ТУ.
Испытания при повышенной температуре (+70°С±2°С) рабочей жидкости и ГДТ.
2
На испытываемый ГДТ 32 устанавливаются теплозащитные кожухи 34 и 35. На внешнюю поверхность плунжера ГДТ 32, в емкость 12 и в заданные контрольные точки элементов ГС и внутреннего объема кожухов 33-35 устанавливаются термопары и монтируется система измерений температуры. Монтируется система нагрева воздуха; горловины воздушных рукавов закрепляются на входных патрубках 36 кожухов 33-35. Открываются вентили 14, 16 и 18 и дроссель 26, включается насос 20. Путем частичного закрытия дросселя 26 устанавливается давление в ГС порядка 1,5-2,5 кгс/см (контролируется по манометру 27). При этом производится циркуляция части рабочей жидкости через вентиль 14, насос 20, фильтр 23, обратный клапан 25, рукав 31, полость поршня ГДТ 32, полость рабочего цилиндра ГДТ 32, дренажное отверстие ГДТ 32, рукав 30, вентиль 18, фильтр 24. Вторая часть рабочей жидкости через частично закрытый дроссель 26 по трубопроводу поступает в бак 12. Включается источник тепла (тепловая пушка), и горячий воздух продувает внутренние объемы кожухов. Описанная выше циркуляция рабочей жидкости по элементам ГС и ГДТ обеспечит теплоперенос и примерное равенство температуры в контрольных точках. При достижении рабочей жидкостью, элементами ГС и ГДТ температуры 71-72°С от кожуха 35 отстыковывается воздушный рукав, кожух 35 демонтируется.
Далее производятся испытания на циклическое нагружение или на качество торможения в соответствии с изложенной выше методикой испытаний ГДТ при нормальной температуре. Испытания приостанавливаются, когда температура рабочей жидкости, элементов ГС и ГДТ 32 выйдет за пределы допуска +70°С±2°С. После этого повторяются этапы работ по нагреву рабочей жидкости, элементов ГС и ГДТ до температуры 71-72°С и возобновляется процесс испытаний ГДТ 32 на циклическое нагружение или на качество торможения.
По окончании испытаний при повышенной температуре элементы стенда, ГДТ и ГС приводятся в исходное положение. Устанавливается теплозащитный кожух 35. Система нагрева демонтируется; патрубки подвода 36 и дренажа 37 горячего воздуха на кожухах 33-35 заглушаются термоизолированными крышками. Система измерения температуры не демонтируется.
Испытания при пониженной температуре рабочей жидкости и ГДТ.
2
В люки 38 кожухов 33-35 помещаются кассеты с гранулированным сухим льдом. Открываются вентили 14, 16 и 18, включается насос 20. Путем частичного закрытия дросселя 26 устанавливается давление в ГС порядка 1,5-2,5 кгс/см (контролируется по манометру 27). При этом производится циркуляция рабочей жидкости по элементам ГС и рабочим полостям ГДТ 32, обеспечивающая теплоперенос и примерное равенство температуры в контрольных точках аналогично испытаниям при повышенной температуре рабочей жидкости и ГДТ. При уменьшении объема сухого льда в кассетах вследствие его сублимации кассеты заменяются на заполненные сухим льдом.
При достижении рабочей жидкостью, элементами ГС и ГДТ температуры -41…-42°С кожух 35 демонтируется.
Далее производятся испытания на циклическое нагружение или на качество торможения в соответствии с изложенной выше методикой испытаний ГДТ при нормальной температуре. Испытания прекращаются, когда температура рабочей жидкости, элементов ГС и ГДТ 32 выйдет за пределы допуска -40°С±2°С. После этого повторяются этапы работ по охлаждению рабочей жидкости, элементов ГС и ГДТ до температуры -40°С±2°С и возобновляется процесс испытаний ГДТ на циклическое нагружение или на качество торможения.
По окончании испытаний при пониженной температуре элементы ГС приводятся в исходное положение. Удаляется неиспользованный сухой лед. Демонтируются теплозащитные кожухи 34 и 35. Демонтируется система измерения температуры.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет проводить испытания гидродомкратов-тормозов, входящих в состав стартовых комплексов, при нормальных, повышенных и пониженных температурах в соответствии с требованиями ТУ на испытания.