БЛОК ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СТЕНДА ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к гидравлическим системам исполнительных механизмов, а именно к гидравлическому блоку гидроцилиндра испытательного стенда для проведения статических и повторно-статических испытаний изделий на прочность.
Известен аналог - блок гидравлический стенда прочностных испытаний - RU2644443, 12.12.2016, содержащий линию нагнетания, предназначенную для соединения с насосом и линию слива, предназначенную для соединения с маслобаком, пропорциональный распределитель, вход которого связан с линией нагнетания, первый выход связан с линией слива, второй выход связан с линией подачи в поршневую полость гидроцилиндра, третий связан с линией подачи в штоковую полость гидроцилиндра, имеется предохранительный клапан, установленный между линией подачи в поршневую полость гидроцилиндра и линией подачи в штоковую полость гидроцилиндра.
Недостатком аналога является низкая степень защиты испытываемого изделия от разрушения при выходе из строя агрегатов гидравлического блока. Например, при выходе из строя пропорционального распределителя, давление в одной из полостей гидроцилиндра может превысить допустимое значение и на испытываемое изделие будет передано усилие, которое разрушит его. А это не запланировано методикой испытания, так как сначала определяют предельные деформации изделия при меньших нагрузках, поэтому нагружение проводят ступенчато. Кроме того, резкое приложение нагрузки обладает ударным свойством и в этом случае характер испытания перестаёт быть статическим. Когда пользователь замечает по приборам контроля превышение усилия, он вручную открывает предохранительный клапан, который выполнен в виде вентиля аварийного сброса давления, для предотвращения передачи чрезмерного усилия на испытываемое изделие. Ручной режим является ненадежным, этим объясняется низкая степень защиты испытываемого изделия от разрушения.
Известен аналог - блок гидравлический стенда прочностных испытаний - RU2305264, 07.07.2005, принятый в качестве прототипа, содержащий линию нагнетания, предназначенную для соединения с насосом и линию слива, предназначенную для соединения с маслобаком, пропорциональный распределитель, вход которого связан с линией нагнетания, первый выход связан с линией слива, второй выход связан с линией подачи в поршневую полость гидроцилиндра, третий связан с линией подачи в штоковую полость гидроцилиндра, имеется ограничитель нагрузки, содержащий предохранительные пружинные клапаны, установленные на линиях подачи в поршневую полость гидроцилиндра и подачи в штоковую полость гидроцилиндра.
Благодаря наличию ограничителя нагрузки, содержащего предохранительные пружинные клапаны, прототип обладает преимуществом перед предыдущим аналогом, заключающемся в автоматической защите от перегрузки испытываемого изделия при выходе из строя агрегатов гидравлического блока.
Недостатком прототипа является низкая степень защиты испытываемого изделия от разрушения при осуществлении ступенчатого нагружения испытываемого изделия из-за низкой степени автоматизации устройства. При статических испытаниях в большинстве случаев нагружение осуществляют ступенчато от 10 до 100% требуемого усилия, с шагом 10-20% на каждом этапе. На каждом этапе происходит выдержка заданного усилия. Для осуществления такого нагружения с применением устройства-прототипа необходимо каждый раз вручную перенастраивать ограничитель нагрузки на предельное усилие для каждого этапа нагружения. Тот факт, что настройка осуществляется вручную, вносит человеческий фактор и снижает надежность защиты.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении надежной защиты процесса статических испытаний изделий на прочность со ступенчатым нагружением испытываемого изделия от приложения к испытываемому изделию усилий, превышающих предельно установленные для данного испытания, которые могут возникнуть в случае выхода одного из агрегатов гидравлического блока из строя, с обеспечением защиты от человеческого фактора.
Технический результат достигается в блоке гидравлическом стенда прочностных испытаний, содержащем линию нагнетания, предназначенную для соединения с насосом насосной станции и линию слива, предназначенную для соединения с маслобаком насосной станции, пропорциональный распределитель, вход которого связан с линией нагнетания, первый выход которого связан с линией слива, второй выход связан с линией подачи и слива поршневой полости силового гидроцилиндра, предназначенного для приложения нагрузки к испытываемому изделию, третий связан с линией подачи и слива штоковой полости гидроцилиндра, имеется ограничитель нагрузки, содержащий предохранительные пружинные клапаны, установленные на линиях подачи и слива поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра, в линии нагнетания между насосной станцией и пропорциональным распределителем установлен пропорциональный редукционный клапан со встроенной электроникой, вход которого связан линией нагнетания с насосной станцией, первый выход связан с пропорциональным распределителем, второй выход связан с линией слива в маслобак насосной станции, имеется линия перепуска между линией подачи и слива поршневой полости силового гидроцилиндра и линией подачи и слива штоковой полости гидроцилиндра, в которой со стороны поршневой полости силового гидроцилиндра установлен предохранительный клапан поршневой полости гидроцилиндра, а со стороны штоковой полости установлен предохранительный клапан штоковой полости гидроцилиндра, линия перепуска между предохранительным клапаном поршневой полости гидроцилиндра и предохранительным клапаном штоковой полости гидроцилиндра связана с линией слива, имеется электронный блок управления, связанный с пропорциональным распределителем, пропорциональным редукционным клапаном со встроенной электроникой и выполненный с возможностью соединения с датчиком замера развиваемого гидроцилиндром усилия.
На фиг.1 изображена схема блока гидравлического стенда прочностных испытаний.
Блок гидравлический стенда прочностных испытаний содержит линию нагнетания 1, как показано на фиг.1, предназначенную для соединения с насосом насосной станции 2 и линию слива 3, предназначенную для соединения с маслобаком насосной станции 2, пропорциональный распределитель 4, вход 5 которого связан с линией нагнетания 1, первый выход 6 которого связан с линией слива 3, второй выход 7 связан с линией подачи и слива 8 поршневой полости 9 силового гидроцилиндра 10, предназначенного для приложения нагрузки к испытываемому изделию, третий 11 связан с линией подачи и слива 12 штоковой полости 13 гидроцилиндра 10, имеется ограничитель нагрузки, содержащий предохранительные пружинные клапаны 14, 15, установленные на линиях подачи и слива 8, 12 поршневой 9 и штоковой 13 полостей гидроцилиндра 10, в линии нагнетания 1 между насосной станцией 2 и пропорциональным распределителем 4 установлен пропорциональный редукционный клапан 16 со встроенной электроникой, вход 17 которого связан линией нагнетания 1 с насосной станцией 2, первый выход 18 связан с пропорциональным распределителем 4, второй выход 19 связан с линией слива 3 в маслобак насосной станции 2, имеется линия перепуска 20 между линией подачи и слива 8 поршневой полости 9 силового гидроцилиндра 10 и линией подачи и слива 12 штоковой полости 13 гидроцилиндра 10, в которой со стороны поршневой полости 9 силового гидроцилиндра 10 установлен предохранительный клапан 14 поршневой полости гидроцилиндра 10, а со стороны штоковой полости 13 установлен предохранительный клапан 15 штоковой полости гидроцилиндра 10, линия перепуска 20 между предохранительным клапаном 14 поршневой полости гидроцилиндра 10 и предохранительным клапаном 15 штоковой полости гидроцилиндра 10 связана с линией слива 3, имеется электронный блок управления 21, связанный с пропорциональным распределителем 4, пропорциональным редукционным клапаном 16 со встроенной электроникой и выполненный с возможностью соединения с датчиком 22 замера развиваемого гидроцилиндром 10 усилия.
Рассмотрим пример конкретной реализации блока гидравлического стенда прочностных испытаний. Гидравлический блок применяется в составе стенда прочностных испытаний крыла летательного аппарата на статическую прочность. Блок выполнен в виде основания, на котором хомутами закреплены пропорциональный распределитель 4, предохранительный клапан 14 поршневой полости гидроцилиндра 10, предохранительный клапан 15 штоковой полости гидроцилиндра 10, пропорциональный редукционный клапан 16 со встроенной электроникой, которые соединены трубопроводами согласно схеме, приведенной на фиг.1. Также на основании закреплен электронный блок управления 21, который связан проводными интерфейсами с пропорциональным распределителем 4, пропорциональным редукционным клапаном 16 со встроенной электроникой. Пропорциональный распределитель 4 предназначен для изменения направлений потока рабочей жидкости от насоса насосной станции 2 к поршневой или штоковой полости гидроцилиндра 10 и величины расхода рабочей жидкости пропорционально входному сигналу. Предохранительные клапаны 14, 15 выполнены в виде пружинных предохранительных клапанов прямого действия. В них усилие, направленное на закрытие клапана, создается сжатием винтовой пружины. Степень сжатия пружины настраивают регулировочным винтом. Усилие пружины передается через шпиндель на диск. Диск уплотняет сопло до тех пор, пока сила пружины больше силы, создаваемой давлением рабочей жидкости на входе в клапан. Они предназначены для ограничения максимального усилия, развиваемого гидроцилиндром 10. Их настраивают предварительно на максимальное усилие, которое планируют использовать для конкретного испытания. Пропорциональный редукционный клапан 16 представляет  собой редукционный клапан с пропорциональным электронным управлением со встроенным электронным блоком управления. Он используется для снижения давления на выходе в случае увеличения расхода через клапан.
Рассмотрим пример работы блока гидравлического стенда прочностных испытаний. Гидроцилиндр устанавливают 10 с упором в пол с упором штоком в испытываемое изделие - крыло самолета. Между штоком гидроцилиндра 10 и крылом устанавливают датчик силы 22 в виде тензодатчика. Гидроцилиндр 10 обеспечивает гораздо большее максимальное усилие, чем усилие, требуемое для разрушения испытываемого на прочность изделия. При выходе пропорционального распределителя 4 из строя происходит смещение его золотника, при котором рабочая жидкость начинает подаваться в поршневую полость или штоковую полость гидроцилиндра 10 с кратно превышающим предельный расход, в результате чего усилие гидроцилиндра 10 может превысить предельное для данного процесса испытания. Однако наличие предохранительного клапана 14 поршневой полости гидроцилиндра 10 и предохранительного клапана 15 штоковой полости гидроцилиндра 10 исключает такую ситуацию. При этом предохранительный клапан 14 или 15 той ветви, в которой было превышено давление открывается и стравливает рабочую жидкость, предотвращая превышение давления.
При статическом испытании нагружение испытываемого изделия осуществляют ступенчато от 10 до 100% с шагом 20%. На каждой ступени осуществляют выдержку заданного усилия. Величину усилия контролируют блоком управления 21 по сигналам от датчика силы 22. Усилие гидроцилиндра 10 на каждом текущем этапе нагружения регулируют пропорциональным распределителем 4 путем подачи на него сигнала от блока управления 21 по программе, заложенной в блок управления. Ограничение давления пропорциональным редукционным клапаном 16 осуществляют путем подачи в него сигнала от блока управления 21, при этом предельное усилие автоматически изменяется при переходе от одной ступени нагружения к другой по программе блока управления 21. В этом случае при выходе из строя пропорционального распределителя 4 аналогично описанной выше ситуации, пропорциональный редукционный клапан 16 стравливает излишки рабочей жидкости в насосную станцию, предотвращая превышение усилия на гидроцилиндре предельного для данного этапа нагружения. Преимущество такого управления перед ручным в том, что такая регулировка занимает намного меньше времени, что гарантирует защиту от резкого превышения установленного для этапа усилия и не зависит от человеческого фактора.  Этапов нагружения может быть несколько десятков, поэтому вручную такое управление осуществить очень сложно.
В другом примере реализации блок гидравлический применяется в составе стенда для испытания линейного приводного механизма, применяемого для привода роботизированных платформ подвижности, например, платформы Гью-Стюарта с шестью степенями свободы.
Типы внештатных ситуаций, от которых обеспечивается защита могут быть следующими:
- сбой системы управления, в этом случае защита обеспечивается механическими клапанами 14, 15;
- пропорциональный распределитель 4 не реагирует на сигналы и полностью открылся, в этом случае защита обеспечивается работой пропорционального редукционного клапана 16, как описано выше;
- сбой сигнала от датчика силы 22, возникновение помех, в этом случае защита от превышения нагрузок на заданной ступени обеспечивается работой пропорционального редукционного клапана 16.
Дублирование средств защиты позволяет гарантировать защиту испытываемого изделия от перегрузок во время процесса испытания.