СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ

Полезная модель относится к области динамических испытаний изделий на прочность, более конкретно, к стендам для динамических испытаний изделий на усталостную прочность при циклических нагрузках и может найти применение при создании стендов для испытания на усталостную прочность многозвенных механизмов, узлов с упругими звеньями, пружин, демпферных устройств и пластинчатых цепей, в том числе, втулочно-роликовых цепей для привода сельскохозяйственных машин и мелиоративной техники.
Известен стенд для испытаний втулочно-роликовых цепей на износ, содержащий две испытываемые цепи с четырьмя звездочками, установленные параллельно друг другу так, что две малые звездочки неподвижно закреплены на общем приводном валу, большая ведомая звездочка первой цепи закреплена на втором валу, скрепленном с измерительным рычагом, ведомая звездочка второй цепи закреплена на третьем валу, охватывающем второй вал и скрепленном с натяжным барабаном, причем барабан и измерительный рычаг связаны через систему блоков и упорный подшипник с тросом и грузом для передачи нагрузки на испытываемые цепи (см. Воробьев Н.В. Цепные передачи, изд. 3-е, М., Машиностроение, 1962 г., с.177.).
Известный стенд позволяет проводить динамические испытания для определения износа приводных пластинчатых цепей и звездочек в различных условиях натяжения верхней и нижней ветвей каждой цепи при одновременном изменении нагрузки. К недостаткам известного стенда можно отнести сложность его конструкции и невозможность испытаний приводных цепей, а также многозвенных изделий других типов на усталостную прочность при циклических нагрузках.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является стенд для динамических испытаний изделий при циклических нагрузках, содержащий основание, расположенные на нем приводной электродвигатель, механизм циклического растяжения в виде установленных под углом первого и второго валов с фланцами, снабженными креплениями для испытываемых изделий, и устройство для регулировки растягивающих усилий (см. авт. св. СССР №188101, бюлл. №21, 1966 г., а также Воробьев Н.В. Цепные передачи, изд. 4-е, М., Машиностроение, 1968 г., с.252 - прототип).
В известном стенде на основании установлен нерегулируемый асинхронный двигатель, соединенный через механический вариатор скорости вращения и опорный узел с механизмом циклического растяжения или, так называемый, пульсатор рычажно-роторного типа, выполненный в виде установленных под углом первого и второго валов с фланцами, снабженными самоустанавливающимися креплениями для испытываемых изделий, преимущественно, приводных втулочно-роликовых цепей. Устройство для регулировки растягивающих усилий выполнено в виде двухрядного шарикового подшипника, установленного в ползуне, снабженном механическим приспособлением для его перемещения в направлении основания. В качестве шарнира в известном устройстве используется не передающая момента вращения сферическая опора между торцами первого и второго валов.
Недостатками известного стенда являются сложность ручного управления процессом испытаний изделий на усталостную прочность при пульсирующем цикле растяжения, в том числе, при ручной регулировке растягивающих усилий с помощью механического приспособления для перемещения ползуна, а также при изменении передаточного отношения вариатора. Кроме того, известный стенд не позволяет проводить более сложные испытания многозвенных изделий других типов, в частности, при циклических нагрузках на изгиб и кручение, возникающих при взаимных угловых колебаниях первого и второго валов механизма циклического растяжения.
Решаемой задачей полезной модели является создание сравнительно простого, надежного и многофункционального стенда с дистанционным управлением для динамических испытаний на усталостную прочность многозвенных или упруго деформируемых изделий, в том числе, при комбинированных циклических нагрузках растяжения, изгиба и кручения.
Указанная задача решается тем, что в стенде для динамических испытаний изделий на усталостную прочность при циклических нагрузках, содержащем основание, расположенные на нем приводной электродвигатель, механизм циклического растяжения в виде установленных под углом первого и второго валов с фланцами, снабженными самоустанавливающимися креплениями для испытываемых изделий, и устройство для регулировки растягивающих усилий, согласно полезной модели, стенд дополнительно снабжен блоком управления для регулировки усилий растяжения и частоты вращения вала электродвигателя, который соединен через упругую муфту с первым валом механизма циклического растяжения, который через первый шарнир вращения соединен с вторым валом и через второй шарнир вращения - с опорным ползуном, снабженным двумя роликовыми подшипниками для его перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения вала электродвигателя в плоскости первого и второго валов, а устройство для регулировки растягивающих усилий выполнено в виде пневмоцилиндра, подвижный шток которого соединен с опорным ползуном, при этом рабочая камера пневмоцилиндра соединена с ресивером компрессора через регулируемый электромагнитный клапан, электрически соединенный с блоком управления.
Кроме того, первый шарнир вращения может быть выполнен в виде шарнира равных угловых скоростей для динамических испытаний приводных втулочных, роликовых и зубчатых одно- и многорядных пластинчатых цепей.
Кроме того, первый шарнир вращения может быть выполнен в виде сферической опоры и рычажной передачи момента вращения между фланцами для динамических испытаний приводных пластинчатых цепей.
Кроме того, первый шарнир вращения может быть выполнен в виде шарнира Гука для динамических испытаний многозвенных изделий, звенья которых имеют свободное, сферическое или упругое зацепление.
Кроме того, первый шарнир вращения может быть выполнен в виде шарнира равных угловых скоростей или в виде шарнира Гука для динамических испытаний упруго деформируемых одно- или многозвенных изделий.
Кроме того, шток пневмоцилиндра может быть снабжен предохранительным контактным устройством, соединенным с блоком управления для отключения электродвигателя при разрушении одного из испытываемых изделий.
Кроме того, по крайней мере, один из фланцев механизма циклического растяжения может быть снабжен радиальными пазами для изменения расстояния точки крепления изделий до оси вращения вала.
Кроме того, механизм циклического растяжения с закрепленными на нем изделиями могут быть установлены в камере, снабженной средствами для имитации нормальных и тяжелых условий их эксплуатации.
Такое выполнение предложенного стенда позволяет решить задачу дистанционного управления нагрузкой на звенья испытываемых изделий при циклическом растяжении с помощью изменения положения штока пневмоцилиндра. Одновременное управление частотой вращения вала электродвигателя и регулирование максимального расстояния между узлами крепления, определяющего наибольшую растягивающую нагрузку на изделия в соответствующей фазе цикла, может осуществляться с пульта дистанционного управления, входящего в состав блока управления. Стенд позволяет проводить более сложные комбинированные виды испытаний многозвенных изделий других типов на усталостную прочность при циклических нагрузках на изгиб и кручение. Это связано с угловыми колебаниями валов выполненного указанным образом механизма циклического растяжения, а также с возможным изменением расстояния от точки крепления изделий на фланцах до оси соответствующего вала.
Выполнение первого шарнира механизма циклического нагружения в виде шарнира равных угловых скоростей (ШРУС) позволяет на данном стенде проводить динамические испытания приводных втулочных, роликовых и зубчатых одно- и многорядных пластинчатых цепей, а его выполнение в виде шарнира Гука - динамические испытания многозвенных изделий, звенья которых имеют свободное, сферическое или упругое зацепление, а также упруго деформируемых одно- или многозвенных изделий. Функциональные свойства стенда могут быть повышены при использовании предусмотренной в стенде дополнительной камеры, в которой размещены испытываемые изделия для имитации нормальных и тяжелых условий их эксплуатации.
Использование предложенной силовой схемы нагружения изделий с указанными шарнирами повышает технологичность и надежность испытательного стенда по сравнению с механизмом прототипа, включающим сферическую опору. Дополнительное повышение надежности стенда обеспечивается за счет предохранительных контактных устройств в области вращения испытываемых образцов и на штоке пневмоцилиндра, которые соединены с блоком управления для отключения электродвигателя, в частности, при разрушении испытываемых изделий или при выходе из строя агрегатов стенда.
На фиг.1 представлена блок-схема стенда для динамических испытаний изделий на усталостную прочность при циклических нагрузках.
Стенд содержит основание 1, приводной электродвигатель 2, упругую муфту 3, подшипниковую опору 4, защитный экран 5, охватывающий механизм циклического растяжения, закрепленные в нем изделия 6, устройство 7 для регулировки растягивающих усилий, компрессор 8 и блок управления 9.
Механизм циклического растяжения содержит установленные под углом первый и второй валы 10, 11 с фланцами 12, 13, снабженными креплениями 14 для испытуемых изделий 6. Валы 10, 11 соединены между собой через первый шарнир вращения 15. Устройство 7 для регулировки растягивающих усилий содержит второй шарнир вращения 16 для соединения второго вала 11 с опорным ползуном 17 с двумя роликовыми подшипниками (не показаны) для его перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения вала электродвигателя 2 в плоскости первого и второго валов 10, 11 к основанию 1. Устройство 7 также содержит пневмоцилиндр 18, подвижный шток 19 которого соединен с опорным ползуном 17, при этом рабочая камера пневмоцилиндра соединена с ресивером компрессора 8 через регулируемый электромагнитный клапан 20. Роликовые подшипники установлены с двух сторон опорного ползуна 17 для направления его перемещения вдоль опорной стойки, закрепленной на основании 1.
Первый шарнир вращения 15 может быть выполнен в виде ШРУС или в виде сферической опоры и рычажной передачи момента вращения для динамических испытаний приводных втулочных, роликовых и зубчатых цепей. Выполнение шарнира 15 в виде шарнира Гука обеспечивает функционирование механизма при динамических испытаниях многозвенных изделий, звенья которых имеют свободное, сферическое или упругое зацепление или при испытаниях упруго деформируемых одно- или многозвенных изделий. Второй шарнир вращения 16 может быть выполнен по одному из указанных вариантов или идентично первому шарниру вращения 15.
Блок управления 9 стенда соединен по линии питания с приводным электродвигателем 2 постоянного тока для дистанционного включения, регулировки скорости его вращения и отключения в случае прекращения испытаний или по сигналу контактных датчиков 21, 22, первый из которых связан с подвижным штоком 19, а второй - с защитным экраном 5. Блок управления 9 также соединен по линии питания с электродвигателем (не показан) компрессора 8, для его включения и отключения и с обмоткой электромагнитного клапана 20, для изменения давления воздуха в рабочей камере пневмоцилиндра 18 и регулировки усилий растяжения изделий 6 при их испытании.
Блок управления 9 смонтирован на щите пульта управления (не показан), содержащем приборы контроля питающего напряжения на приводном электродвигателе 2 и электродвигателе компрессора 8, приборы контроля числа оборотов двигателя 2, давления воздуха в рабочей камере пневмоцилиндра 18 и величины хода опорного ползуна 17, выключатели и средства индикации. В качестве электродвигателя в предложенном стенде используется электродвигатель постоянного тока П-31 мощностью 3,2 кВт, плавно регулируемый по числу оборотов в диапазоне 1500-2500 об/мин и воздушный компрессор ABAC Pole Position 310 на рабочее давление 0,6 МПа с производительностью 310 л/мин.
Стенд для динамических испытаний изделий на усталостную прочность при циклических нагрузках функционирует следующим образом.
При отключенном питании стенда открывают защитный экран 5, охватывающий механизм циклического растяжения, и закрепляют в нем изделия 6 в виде шести отрезков из 5-7 звеньев приводных роликовых однорядных цепей типа ПР с шагом 12,7-25,4 мм, предназначенных для силовых механических передач комбайнов.
Отрезки цепей 6 устанавливают в самоцентрирующихся креплениях 14 между фланцами 12, 13 в горизонтальном положении второго вала 11. При этом поршень пневмоцилиндра 18, шток 19, опорный ползун 17 и второй шарнир вращения 16 должны находиться на одной оси с осью вала электродвигателя 2 и вала 10. Фланцы 12, 13 параллельны и отрезки цепей 6 находятся в равных условиях натяжения. В качестве первого и второго шарниров вращения 15, 16 в данном случае использовался шарнир равных угловых скоростей, позволяющий проводить испытания в широком диапазоне скоростей и нагрузок на изделия 6.
После этого включают компрессор 8 и в пневмоцилиндр 18 подают воздух под первоначальным давлением 0,05 МПа, затем включают электродвигатель 2, частота вращения которого регулируется с пульта управления в диапазоне 1500-2500 об/мин и повышают давление воздуха в пневмоцилиндре 18 до 0,19-0,4 МПа. Время проведения испытаний обычно находится в пределах 50-70 час.
Характер подобных испытаний может изменяться в широких пределах по частоте, по нагрузкам в цепи и по количеству циклов нагружения. При динамических испытаниях многозвенных изделий, звенья которых имеют свободное, сферическое или упругое зацепление, в качестве первого и второго шарниров вращения 15, 16 целесообразно использовать шарнир Гука. Такие испытания возможно проводить для цепей силовых механизмов различного назначения, а также для многозвенных механизмов робототехнических устройств и др.
Данный стенд, разработанный на базе ГОСНИТИ, использовался для динамических испытаний на усталостную прочность и разрушающую нагрузку при пульсирующем цикле растяжения в отношении приводных роликовых и втулочных одно- и многорядных цепей типа ПР, 2ПР, ПВ, 2ПВ с шагом 12,7-25,4 мм, предназначенных для силовых механических передач сельскохозяйственных машин и механизмов.