СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОДОМКРАТОВ-ТОРМОЗОВ СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ НАГРУЖЕНИЯ

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности, к стендам для испытаний при натурных условиях нагружения силового гидропневмооборудования, предназначенного для использования на стартовых ракетных комплексах, и может быть использована при испытаниях гидродомкратов-тормозов с ходом штока в пределах 600 мм.
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 отбросе от ракеты-носителя обеспечивается гидродомкратами-тормозами (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 при работе в режиме торможения, достигают значений порядка 10…20,5 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 одинаковый, а конструкции их отличаются друг от друга лишь размерами отдельных элементов одинакового назначения.
Для определения работоспособности ГДТ, в том числе и вновь разрабатываемых, необходимо провести их стендовые испытания на циклическое нагружение в режиме подъема/опускания и испытания на динамическую нагрузку в режиме торможения.
Известен стенд для испытаний ГДТ стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащий основание с силовой рамой, на которой горизонтально закреплены напротив друг друга с возможностью взаимодействия испытываемый ГДТ и нагружающий гидроцилиндр, на головке штока которого закреплен боек, взаимодействующий с торцом плунжера испытываемого ГДТ, а также гидравлическую систему, управляющую испытываемым ГДТ и гидроцилиндром (см. патент РФ на полезную модель №108515, МПК F15D 19/00,2011 г.).
Стенд обеспечивает проведение испытаний ГДТ на циклическое нагружение и испытаний ГДТ в режиме торможения при температуре окружающей среды. Нагружение ГДТ обеспечивается гидроцилиндром, при этом гидравлическая система, управляющая испытываемым ГДТ и гидроцилиндром, обеспечивает заданные усилия на испытываемом ГДТ, причем скорость перемещения штока нагружающего гидроцилиндра определяется расходом рабочей жидкости, поступающей в полость нагнетания гидроцилиндра.
Основной недостаток известного стенда для испытаний ГДТ заключается в следующем.
В натурных условиях эксплуатации (в составе стартового комплекса) при отклонении НКМ или УН и выдвижении плунжера ГДТ поворачивается в вертикальной плоскости на угол ~3°, при этом центр подушки ускорительной головки плунжера в его выдвинутом положении перемещается от исходного положения на расстояние ~60 мм. При этом точка контакта бойка НКМ (УН) с подушкой ускорительной головки ГДТ в процессе перемещения плунжера смещается в вертикальном направлении. В случае жестко закрепленного на раме нагружающего гидроцилиндра известный стенд не обеспечивает смещения точки контакта, соответствующего натурному и, соответственно, кинематические условия нагружения ГДТ на стенде не соответствуют полностью натурным. Характер и амплитуда углового перемещения плунжера определяются конструктивными особенностями подвески ГДТ в натурной конструкции.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в обеспечении кинематически натурных условий нагружения ГДТ.
Эта задача решается тем, что в известном стенде для испытаний ГДТ стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащем основание с силовой рамой, на которой горизонтально закреплены напротив друг друга с возможностью взаимодействия испытываемый ГДТ и нагружающий гидроцилиндр, на головке штока которого закреплен боек, взаимодействующий с торцом плунжера испытываемого ГДТ, а также гидравлическую систему, управляющую испытываемым ГДТ и гидроцилиндром, согласно полезной модели нагружающий гидроцилиндр закреплен на силовой раме с возможностью его вращения в вертикальной плоскости, а на головке его штока закреплен цилиндрический шарнир, соединенный с концом рычага, другой конец которого соединен с осью узла подвески с возможностью вращения его в вертикальной плоскости, причем ось узла подвески установлена в подшипниковых узлах, расположенных на кронштейнах, размещенных на силовой раме, и к этому же концу рычага со смещением относительно оси шарнирно прикреплена тяга, второй конец которой шарнирно закреплен на конце плунжера испытываемого ГДТ, при этом длина рычага больше длины тяги.
Кроме того, на основании установлен упругий элемент, например, в виде пружины, взаимодействующий с корпусом нагружающего гидроцилиндра и воспринимающий его массу.
На фиг.1 изображен стенд для испытаний ГДТ стартовых комплексов при натурных условиях нагружения (в исходном положении), а на Фиг.2 и Фиг.3 - расположение испытываемого ГДТ, элементов узла подвески и нагружающего гидроцилиндра в момент окончания прямого хода плунжера ГДТ при испытаниях на циклическое нагружение и перед его нагружением в режиме торможения.
Стенд содержит силовую раму 1, установленную горизонтально на опорах 2, закрепленных на основании. В правой части рамы 1 (по чертежу) расположен узел крепления 3 испытываемого ГДТ 4, размещаемого горизонтально, что соответствует его натурному положению. В левой части рамы 1 расположен узел крепления 5 устройства создания усилия нагружения ГДТ 4, выполненного в виде гидроцилиндра 6. Нагружающий гидроцилиндр 6 закреплен на силовой раме 1 с возможностью его вращения в вертикальной плоскости. На силовой раме 1 закреплены два кронштейна 7, на которых установлены подшипниковые узлы 8 оси 9 подвески с рычагом 10, на котором расположена ось вращения 11 с тягой 12. Второй конец тяги 12 соединен шарниром 13 с кольцом 14, закрепленном на плунжере 15 испытываемого ГДТ 4. На головке штока 18 гидроцилиндра 6 закреплен цилиндрический шарнир 17, соединенный с концом рычага 10, на котором установлен боек 16. Размеры и взаимное расположение осей 9 и 11, рычага 10, тяги 12, бойка 16 и испытываемого ГДТ 4 обеспечивают кинематическое соответствие стендового нагружения натурному. Разгрузочное устройство 19 в виде регулируемого упругого элемента (пружины), давая возможность поворота гидроцилиндра 6 в вертикальной плоскости, уравновешивает весовую нагрузку гидроцилиндра 6 и штока 18, уменьшая тем самым изгибающий момент на гидроцилиндре 6 и штоке 18 и существенно облегчая его монтаж на стенде.
Гидравлический комплекс стенда, управляющий испытываемым ГДТ 4 и гидроцилиндром 6, состоит из двух автономных систем 20 и 21 и может быть выполнен на основе гидравлического комплекса по заявке на полезную модель №2012152759 от 06.12.2013, МПК F15B 19/00 (решение о выдаче патента от 05.02 2013).
Пневмогидросистема (ПГС) 20 нагружающего гидроцилиндра соединена рукавами высокого давления 22 и 23 соответственно с рабочей полостью гидроцилиндра бис коллектором его штоковой полости. ПГС 20 обеспечивает перемещение штока 18 гидроцилиндра 6 с заданной скоростью как в режиме динамического нагружения, так и в режиме имитации подъема/опускания НКМ (УН) при циклическом нагружении.
Гидросистема (ГС) 21 испытываемого ГДТ 4 соединена рукавами высокого давления 24 и 25 соответственно с дренажным отверстием плунжера 15 и с узлом подвода давления 26.
ПЭВМ 27 обеспечивает управление системами 20 и 21.
Испытания ГДТ 4 осуществляются следующим образом.
1. Испытания ГДТ на циклическое нагружение.
Прямой ход циклического нагружения соответствует работе ГДТ при переводе НКМ (УН) из исходного положения в рабочее.
В исходном положении плунжер 15 размещен внутри кожуха ГДТ 4. Рычаг 10 узла подвески находится в вертикальном положении, шток 18 гидроцилиндра 6 выдвинут и боек 16 касается подушки ускорительной головки плунжера 15 ГДТ 4. В программу ПЭВМ 27 введены характеристики соответствующего объекта (НКМ или УН) для испытываемого ГДТ 4, на основании которых рассчитана функция изменения давления рабочей жидкости в цилиндре ГДТ 4 по перемещению его плунжера 15.
Рабочую жидкость из ГС 21 подают в рабочую полость ГДТ 4 по рукаву 25, при этом ПГС 20 по сигналу ПЭВМ 27 обеспечивает необходимую величину давления рабочей жидкости в подпоршневой полости штока 18 гидроцилиндра 6, а, значит, и величину усилия сопротивления перемещению штока 18 с бойком 16 под действием усилия ускорительной головки плунжера 15. При этом рычаг 10 начинает вращаться по часовой стрелке на оси 9, а другой его конец, который шарнирно соединен со штоком 18 гидроцилиндра 6, начинает перемещаться по окружности. Одновременно с этим вращением относительно оси 9 начинают вращаться ось 11, и тяга 12 вокруг оси 11 относительно рычага 10 (ось 11 смещена относительно оси 9). За счет того, что рычаг 10 и тяга 12 разной длины и оси их вращения 9 и 11 смещены относительно друг друга, при выдвижении плунжера 15 ГДТ 4 и гидроцилиндр 6 начнут вращаться в вертикальной плоскости, при этом продолжится взаимодействие бойка 16 гидроцилиндра 6 с ускорительной головкой плунжера 15 ГДТ 4. При этом конец штока 18 с бойком 16 гидроцилиндра 6 и подушка ускорительной головки плунжера 15 ГДТ 4 начнут подниматься вверх, но на разную высоту (плунжер 15 ГДТ 4 будет перемещаться внутри его кожуха в пределах радиального зазора). Ускорительная головка плунжера 15 ГДТ 4 будет обкатывать боек 16 штока 18 гидроцилиндра 6 (см. Фиг.2). Изменение усилия по перемещению плунжера 15, которое определяется по показаниям датчика перемещения 28, регулируется в процессе прямого хода постоянно с целью удовлетворения характеристик стендового нагружения рассчитанному ранее закону изменения усилия для натурной конструкции. По достижении плунжером 15 ГДТ 4 крайнего выдвинутого положения (см. Фиг.2) ПЭВМ 27 отключает ПГС 20 и ГС 21. Это положение ГДТ 4 кинематически соответствует натурному в конце фазы подъема НКМ (УН).
Обратный ход циклического нагружения ГДТ 4 соответствует работе ГДТ в режиме отвода (опускания) НКМ (УН) из рабочего положения в исходное.
В исходном состоянии ускорительная головка плунжера 15 ГДТ 4 взаимодействует с бойком 16 узла подвески. Положение бойка 16, рычага 10, тяги 12 и плунжера 15 ГДТ 4 соответствуют натурному их положению (см. Фиг.2).
Рабочую жидкость из ПГС 20 подают в рабочую полость гидроцилиндра 6 по рукаву 22, при этом ГС 21 по сигналу ПЭВМ 27 обеспечивает необходимую величину давления рабочей жидкости в подпоршневой полости плунжера 15 ГДТ 4, а, значит, и величину усилия сопротивления перемещению ускорительной головки плунжера 15 под действием усилия штока 18 с бойком 16. При этом рычаг 10 начинает вращаться против часовой стрелки на оси 9, а другой его конец, который шарнирно соединен со штоком 18 гидроцилиндра 6, начинает перемещаться по окружности. Одновременно с этим вращением относительно оси 9 начинают вращаться ось 11, и тяга 12 вокруг оси 11 относительно рычага 10 (ось 11 смещена относительно оси 9). За счет того, что рычаг 10 и тяга 12 разной длины и оси их вращения 9 и 11 смещены относительно друг друга, при утапливании плунжера 15 ГДТ 4 и гидроцилиндр 6 начнут вращаться в вертикальной плоскости, при этом продолжится взаимодействие бойка 16 гидроцилиндра 6 с ускорительной головкой плунжера 15 ГДТ 4. При этом конец штока 18 с бойком 16 гидроцилиндра 6 и подушка ускорительной головки плунжера 15 ГДТ 4 начнут опускаться вниз, но на разную высоту (плунжер 15 ГДТ 4 будет перемещаться внутри его кожуха в пределах радиального зазора). Ускорительная головка плунжера 15 ГДТ 4 будет обкатывать боек 16 штока 18 гидроцилиндра 6. В процессе испытания ГДТ 4 ПЭВМ 27 обеспечивает необходимую величину давления рабочей жидкости в рабочей полости ГДТ 4 и величину давления рабочей жидкости в рабочей полости гидроцилиндра 6. Изменение усилия по перемещению плунжера 15, которое определяется по показаниям датчика перемещения 28, регулируется в процессе обратного хода постоянно с целью удовлетворения характеристик стендового нагружения рассчитанному ранее закону изменения усилия для натурной конструкции.
Прямой и обратный ход составляют один цикл нагружения ГДТ 4. Испытания повторяются заданное в ТУ на испытания число циклов.
Испытание ГДТ на качество торможения
В исходном состоянии ускорительная головка плунжера 18 ГДТ 4 (после сброса давления из рабочей полости ГДТ 4) за счет действия его возвратной пружины отведена от бойка 16 гидроцилиндра 6 и конец плунжера 15 опущен немного ниже горизонтальной оси ГДТ 4. Положение бойка 16, рычага 10, тяги 12 и плунжера 15 ГДТ 4 соответствует натурному их положению (см. Фиг.3).
Рабочую жидкость из ПГС 20 подают в рабочую полость гидроцилиндра 6 по рукаву 22, при этом ПГС 20 по сигналу ПЭВМ 27 обеспечивает необходимую величину расхода рабочей жидкости в подпоршневую полость плунжера 15 ГДТ 4, а, значит, и величину усилия сопротивления перемещению ускорительной головки плунжера 15 под действием усилия штока 18 с бойком 16. При этом рычаг 10 начинает вращаться против часовой стрелки на оси 9, а другой его конец, который шарнирно соединен со штоком 18 гидроцилиндра 6, начинает перемещаться по окружности. Одновременно с этим вращением относительно оси 9 начинают вращаться ось 11, и тяга 12 вокруг оси 11 относительно рычага 10 (ось 11 смещена относительно оси 9). За счет того, что рычаг 10 и тяга 12 имеют разную длину и оси их вращения 9 и 11 смещены относительно друг друга, при выдвижении штока 18 гидроцилиндра 6 его конец с бойком 16 будет опускаться, а ускорительная головка с плунжером 15 ГДТ 4 будет приподниматься до тех пор, пока боек 16 не войдет во взаимодействие с ускорительной головкой плунжера 15 ГДТ 4 и усилие нагружения гидроцилиндра 6 не начнет передаваться плунжеру 15 ГДТ 4. Далее рычаг 10 и тяга 12 продолжат вращение в вертикальной плоскости совместно, но за счет разности их длин и осей вращения точка контакта бойка 16 с ускорительной головкой плунжера 15 будет перемещаться. В процессе испытания ГДТ 4 ПЭВМ 27 обеспечивает необходимую величину расхода рабочей жидкости в рабочую полость гидроцилиндра 6, обеспечивая тем самым требуемый уровень давления рабочей жидкости в рабочей полости ГДТ 4. Изменение расхода рабочей жидкости по перемещению плунжера 15, которое определяется по показаниям датчика перемещения 28, регулируется в процессе обратного хода постоянно с целью удовлетворения характеристик стендового нагружения рассчитанному ранее закону изменения усилия для натурной конструкции.
Использование полезной модели позволит повысить качество и достоверность испытания гидродомкратов-тормозов путем воспроизведения заданных натурных кинематических и силовых условий нагружения.