СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СИЛОВОГО ГИДРОПНЕВМООБОРУДОВАНИЯ СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ НАГРУЖЕНИЯ

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 гидробуферов, пневмогидравлических амортизаторов и демпферов.
До настоящего времени у нас в стране используются стартовые комплексы, в состав которых входят мачты с площадками обслуживания, кабель-мачты и мачты с топливными магистралями. Для снижения воздействия на конструкции мачт высокотемпературных потоков, истекающих из двигателей ракеты при их пуске, эти мачты отходят от ракеты благодаря первоначальному усилию, создаваемому противовесами, а затем под действием вращающего момента от собственного веса, и фиксируются в наклонном положении. Вес таких мачт достигает 23...24 тонн и при откидывании их от вертикального положения возникают большие опрокидывающие моменты и большие скорости их перемещения. С целью защиты оборудования, установленного на мачтах, от ударных нагрузок на конечных участках их перемещения и приведения их в исходное состояние они снабжаются соответствующим гидрооборудованием. В частности гидробуферы обеспечивают снижение пиковых значений усилий за счет поглощения и рассеивания энергии. Усилия, создаваемые гидробуферами опорных ферм и мачты обслуживания достигают значений порядка 42...45 тс при перемещении головки гидробуфера относительно его нижней опоры - 1244 мм и скорости ее перемещения до 1,8 м/с.
Для определения работоспособности такого гидрооборудования, в том числе и вновь разрабатываемого, необходимо провести его стендовые испытания при натурных условиях нагружения.
Известен стенд для испытаний силового гидропневмооборудования стартовых комплексов, содержащий основание, на котором закреплена стойка с размещенными на ней узлом крепления опор испытываемого силового гидрооборудования и узлом его нагружения, а также пневмогидравлическую систему с источником высокого давления, арматурой и трубопроводами (см. Универсальный стендовый комплекс для отработки амортизационных систем. Комплект чертежей №СМ-1057-336М-0000-0Сб, - М., ГНИП «ОКБ Вымпел», 1994. - 162 с.).
Известный стенд позволяет проводить испытания широкой номенклатуры и типоразмеров силового гидропневмооборудования стартового комплекса при условиях, приближенных к натурным.
На фиг.1 представлен общий вид стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартового комплекса. В известном стенде основным элементом, обеспечивающим крепление опор испытываемого силового гидропневмооборудования и средств их нагружения, является коромысло 1, установленное в подшипниковом узле на вертикальной стойке 2. Для обеспечения испытаний разных типов гидропневмооборудования, например, гидробуферов 3, пневмогидравлических амортизаторов 4 и демпферов 5, на коромысле 1 закреплены узлы крепления верхних опор испытываемого оборудования, а узлы крепления их нижних опор закреплены на дополнительных опорах 6, 7 и 8, установленных на основании стенда 9.
При испытании гидробуфера 3 его верхняя опора закреплена на тяге 10, шарнирно соединенной с левой частью коромысла 1, верх консоли 11 которого предназначен для установки комплекта грузов 12 (средство нагружения), обеспечивающих заданные усилия нагружения буфера 3. При этом на правом конце коромысла 1 закреплен упор 13, взаимодействующий с замком 14, обеспечивающим фиксацию коромысла 1 во взведенном положении. Кроме того, стенд снабжен гидробуфером 15 для торможения коромысла 1 в конце его рабочего хода, пнемоприводом 16 (средство нагружения) для создания усилия на испытываемые гидробуферы 3, гидроамортизаторы 4 и демпферы 5, и гидродомкратом 17 для возвращения коромысла 1 в исходное состояние.
Испытания гидробуфера 3 осуществляется следующим образом.
При помощи гидродомкрата 17 правое плечо коромысла 1 опускается вниз, при этом упор 13 приходит во взаимодействие с замком 14, фиксируя коромысло во взведенном положении. Левое плечо коромысла 1, поднимаясь вверх, приводит в исходное положение плунжер испытываемого гидробуфера 3. Затем на это плечо (верх консоли 11) устанавливают комплект грузов 12, вес которых обеспечивает создание заданного усилия на плунжер гидробуфера 3.
После открытия замка 14 коромысло 1 освобождается и под воздействием пневмо-привода 16 и статического момента, создаваемого консолью 11 с комплектом грузов 12, поворачивается против часовой стрелки, воздействуя на разгонную головку испытываемого гидробуфера 3.
Недостатки известного стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартового комплекса заключаются в следующем:
1. Так, при испытании ряда типоразмеров гидробуферов, необходимо создать натурное нагружение, представляющее собой функцию или возрастающую как по времени, так и по ходу его плунжера, или приблизительно постоянную. В силу особенностей работы пневмопривода и используемого комплекта грузов для создания требуемого нагружения, они развивают усилие, представляющее собой убывающую функцию как по времени, так и по ходу плунжера. Произвести точную оценку работоспособности испытываемого гидробуфера с таким характером изменения усилия нагружения не представляется возможным.
2. Известный стенд не позволяет влиять на характер нагружения, т.е. не позволяет изменять величину усилия нагружения в процессе испытания гидрооборудования. Это связано с тем, что задав начальный угол поворота коромысла, подобрав массу груза и настроив давление воздуха в пневмоцилиндре, в процесс нагружения гидробуфера нельзя вмешаться. Поскольку развиваемые усилия, необходимые для испытания гидробуфера достигают 40...50 тс, а скорости перемещения его штока достигают 1,8 м/с, возникает опасность его нагружения усилием, превышающим заданное, которое может привести к разрушению испытательного и испытываемого оборудования.
3. Поскольку известный стенд имеет определенные габариты, которые в целом и обеспечивают создание в определенном диапазоне заданных усилий на испытываемое оборудование при сохранении прочности конструкции стенда и его элементов, то он не позволяет испытывать вновь созданные образцы гидрооборудования большой мощности.
4. Кроме того, недостатком известного стенда является то, что он представляет собой большое сооружение весом (со сменным технологическим оборудованием) более 41 те со следующими габаритами: высота 8935 мм, размеры в плане 9000 мм×3285 мм. Это в целом усложняет его обслуживание и эксплуатацию. Для испытаний нового гидрооборудования разных типоразмеров необходимо изготавливать дополнительные элементы, обеспечивающие крепление испытываемого оборудования на стенде. Это приводит к дополнительным материальным затратам и увеличивает сроки испытания гидрооборудования. Обслуживание и эксплуатация известного стенда связана с использованием большого объема подготовительных и установочно-монтажных работ с высокой долей ручного труда.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в обеспечении натурных условий нагружения испытываемого гидрооборудования в широком диапазоне заданных значений усилий, упрощение конструкции стенда и упрощение его обслуживания и эксплуатации.
Эта задача решается тем, что в отличие от известного стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащего основание, на котором закреплена стойка с размещенными на ней узлом крепления опор испытываемого силового гидрооборудования и узлом его нагружения, а также гидравлическую систему с источником высокого давления, арматурой и трубопроводами, в полезной модели стойка выполнена в виде вертикальной П-образной рамы, в верхней части которой размещена каретка, установленная с возможностью вертикального перемещения в направляющих рамы, с узлом крепления верхней опоры испытываемого силового гидрооборудования, размещаемого вертикально, при этом узел крепления нижней опоры испытываемого силового гидрооборудования закреплен на основании, а к верхней части каретки присоединен узел нагружения испытываемого силового гидрооборудования, выполненный в виде гидроцилиндра, при этом источник высокого давления гидравлической системы выполнен в виде емкости высокого давления, а гидравлическая система снабжена емкостью низкого давления, гидравлическим насосом, регулятором расхода, системой управления, ПЭВМ, датчиком перемещения, концевым выключателем и датчиком давления, причем емкость высокого давления через регулятор расхода соединена трубопроводом с полостью нагнетания гидроцилиндра, а емкость низкого давления через гидравлический насос - со штоковой полостью гидроцилиндра, при этом датчик перемещения, концевой выключатель и датчик давления предназначены для установки на испытываемом силовом гидрооборудовании, электрические выходы с которых соединены через ПЭВМ и систему управления с регулятором расхода.
На фиг.2 изображена схема стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартового комплекса при натурных условиях нагружения, включающая и гидравлическую систему.
Стенд содержит основание 1, на котором закреплена стойка 2, выполненная в виде вертикальной П-образной рамы, на верху которой установлен силовой каркас 3. Кроме того, на основании 1 закреплен узел крепления нижней опоры 4 испытываемого оборудования, например, гидробуфера 5 (изображен пунктиром). На направляющих 6, размещенных на боковых элементах рамы, установлена с возможностью вертикального перемещения каретка 7 с закрепленным на нем узлом крепления 8 верхней опоры гидробуфера 5. На верху каркаса 3 закреплен узел нагружения гидробуфера 5, выполненный в виде гидроцилиндра 9, рабочий шток 10 которого соединен с кареткой 7. Для обеспечения испытаний гидрооборудования разного назначения и разных типоразмеров узлы крепления опор выполнены съемными, и, кроме того, на основании 1 может дополнительно монтироваться
вертикальная опора для размещения узла крепления нижней опоры испытываемого гидрооборудования.
В состав гидравлической части стенда входит источник высокого давления, выполненный в виде емкости высокого давления 11 с рабочей жидкостью 12, соединенной с пневмосистемой высокого давления. Выход из емкости 11 соединен трубопроводом через регулятор расхода 13 с полостью нагнетания гидроцилиндра 9, а выход из штоковой полости гидроцилиндра 9 трубопроводом соединен через гидравлический насос 14 с емкостью низкого давления 15 с рабочей жидкостью 16. Кроме того, для повышения надежности работы стенда при нештатных режимах работы (при больших усилиях и больших скоростях перемещения штока гидрооборудования) испытываемый гидробуфер 5 оснащается датчиком перемещения 17, концевым выключателем 18, взаимодействующим с упором 19 при крайнем нижнем положении корпуса гидроцилиндра 9, и датчиком давления 20, электрические выходы с которых соединены через ПЭВМ 21 и систему управления 22 с регулятором расхода 13. При этом габариты стенда составляют: в плане - 2 м×1,1 м, и высотой, включая гидроцилиндр 9,-7,2 м.
Гидробуфер на предложенном стенде испытывается следующим образом.
Исходное положение отдельных элементов и узлов стенда. Испытываемый гидробуфер 5 установлен на стенд и закреплен в узлах крепления нижней 4 и верхней 8 опор. В воздушную полость емкости высокого давления 11 подан воздух заданного давления. Вентили ВНЗ и ВН4 открыты, регулятор расхода 13 закрыт.
Уравнение динамического равновесия защищаемого гидробуфером оборудования (мачты, опорной фермы) относительно оси вращения имеет следующий вид:
2
K
Б
Б
В уравнении (1) α - угол поворота мачты или опорной фермы, рад; t - время, сек. Величина момента инерции защищаемого гидробуфером оборудования J, кг*м, определяется относительно оси вращения. Q - вес мачты или опорной фермы. Плечи действия весовой нагрузки r и усилия Р со стороны гидробуфера r рассчитываются по реальным размерам стартовой системы и углу поворота мачты или опорной фермы.
В программу ПЭВМ 21, работающую в режиме реального времени, занесены инерциальные и конструктивные параметры защищаемого оборудования, позволяющие выполнить численное интегрирование уравнения (1). Уравнение (1) проинтегрировано по времени, начиная от момента начала движения защищаемого оборудования до момента встречи опорной поверхности защищаемого оборудования с разгонной головкой гидробуфера.
Определено значение скорости соударения опорной поверхности защищаемого оборудования с разгонной головкой гидробуфера.
Б
Программа ПЭВМ 21 выдает сигнал на систему управления 22, которая открывает регулятор расхода 13. При этом шток гидроцилиндра 9 перемещается вниз вместе с кареткой 7, нагружая испытываемый гидробуфер 5. При этом каретка 7 перемещается вниз в направляющих 6 рамы 2. Давление в рабочей полости гидробуфера повышается, его величина фиксируется датчиком давления 20 и принимается работающей программой ПЭВМ. По величине давления в рабочей полости гидробуфера программа рассчитывает величину усилия со стороны гидробуфера Р в правой части уравнения (1). Дифференциальное уравнение (1) интегрируется численно при известной правой части; в результате получаем необходимую скорость перемещения штока гидроцилиндра 9, по величине которой рассчитывается требуемый расход рабочей жидкости, определяемый степенью открытия регулятора расхода 13. Степень открытия регулятора расхода 13 корректируется в процессе всего испытания до его завершения программой ПЭВМ 21 по результатам интегрирования дифференциального уравнения (1). При этом рабочая жидкость из штоковой части гидроцилиндра 9 сливается в емкость 15.
Таким образом, полезная модель обеспечивает условия нагружения, соответствующие натурным, в процессе всего испытания гидробуфера.
Возврат каретки и движущихся частей гидробуфера 5 в исходное положение обеспечивается рабочей жидкостью, нагнетаемой в штоковую полость гидроцилиндра 9 насосом 14 при открытом вентиле ВН5, закрытом вентиле ВН4 и сброшенном до атмосферного давлении в воздушной полости емкости высокого давления 11.
Аналогичным образом проводятся испытания другого гидрооборудования
Стенд имеет многоуровневую защиту испытательного и испытываемого оборудования в процессе испытаний. Во-первых, перемещение ограничивают специальные ограничители в конце направляющих 6. Рабочий ход штока 10 гидроцилиндра 9 также ограничен. В конструкции гидроцилиндра предусмотрено торможение в конце рабочего хода на участке 100 мм. Наконец, предполагаемый вариант регулируемой системы нагружения предусматривает защиту элементов стенда и испытываемого гидрооборудования по максимальному перемещению, максимальной скорости, максимальному ускорению, максимальному давлению рабочей жидкости и другим параметрам, использование которых при эксплуатации стенда будет признано необходимым.
Использование полезной модели позволит повысить качество и достоверность испытания гидропневмооборудования путем воспроизведения заданных натурных условий нагружения. Кроме того, упрощается конструкция стенда, его обслуживание и эксплуатация.