Нагружающее устройство для центрифуги

 

Изобретение может быть использовано для дистанционной передает воздействия на испытуемую конструкцию , находящуюся в центрифуге. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей при испытания: конструкций цутем обеспечения нагружения регулируемым периодическим моментом сил. Труба 1 изогнута под прямым углом и заполнена жидкостью 2, Ца торцах трубы 1 установлены сильфоны 3 и 4 с глухими днищами 5. На одном из днищ 5 закреплены компенсирующие ветви, состоящие из последовательно соединенных упругих элементов 13, грузов 15 и демпфирующих элементов 17. При вращении центрифу- Г и центробежная сила, действующая на жидкость 2 в трубе 1, стремится переместить днище 5 сильфона 3 в сторону , а центробежные силы, действующие на грузы 15, стремятся переместить днище 5 сильфона 3 в противоположную сторону. Цри неравенстве масс грузов 15, а также жесткостей упругих элементов 13 и вязкостей демпфирующих элементов 17 на днище 5 создается момент, передаваемый испытываемой модели 19. 2 ил. (Л ю и

СО)ОЗ СОВЕТСНИХ

СО) !ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (!9) (11) (51)4 С О1 N 3 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4009225/25-28 (22) 06.01.86 (46) 15.09.87. Вюл. N. 34 (71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного тра)н порта им. )(,И,Калинина (72) В.Т.! лушко и В.Я.Хаил (53) 620,178.324(088.8) (56) Лвторское свидетельств (, 00Р

)) 10862l 1, кл. F 15 В 5/()() 1982. (54) НЛГРУЖЛЮ!ЦЕН УСТР()!!(: ВО . 1:!Я ПКН—

ТРИФУГИ (57) Изобретение может быть использовано для дистанционной перечачи воздействия на испытуемую конструкцию, находящуюся в центрифуге. Пель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей при испытаниях конструкций путем обеспечения нагружения регулируемым периодическим моментом сил. Труба 1 изогнута под прямым углом и заполнена жидкостью 2.

На торцах трубы 1 установлены сильфоны 3 и 4 с глухими днищами 5. На одном из днищ 5 закреплены компенсирующие ветви, состоящие иэ последовательно соединенньгх упругих элементов 1 3, грузов 15 и демпфирующих элементов 17. При вращении центрифуги центробежная сила, действующая на жидкость 2 в трубе 1, стремится переместить днище 5 сильфона 3 в сторону,а центробежные силы, действующие на грузы 15, стремятся переместить днище 5 сильфона 3 в противоположную сторону. При неравенстве масс грузов 15, а также жесткостей упругих элементов 13 и вязкостей демпфирующих элементов 17 на днище

5 создается момент, передаваемый испытываемой модели 19. 2 ил.

13377

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для дистанционной передачи воздействия на испытуемую конструкь цию, находящуюся во вращающейся центрифуге, Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей при испытаниях конструкций, путем обеспече- !О ния нагружения регулируемым периодическим моментом сил.

На фиг, 1 представлена конструктивная схема устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. !5

Нагружающее устройство для центрифуги содержит трубу 1, изогнутую под прямым углом и заполненную жидкостью

2, на торцах трубы установлены сильфоны 3 и 4 с глухими днищами 5. Одно 20 иэ колен трубы 1 закреплено вдоль оси вращения центрифуги, а другое — перпендикулярно этой оси. Центрифуга состоит из осевой части 6, рабочего

7 и компенсационного 8 плечей и каретой 9 и 10, К днищу сильфона 3 прикреплены посредством тяг 11 и 12 упругие элементы 13 и 14, компенсирующие грузы 15 и 16 и демпфирующие элементы 17 и 18, образующие компенси- 30 рующие ветви. Все элементы ветвей расположены снаружи трубы 1. Днище 5 сильфона 3 предназначено для передачи усилия и момента сил на испытуемую модель 19 закрепленную в карет1

35 ке 9 рабочего плеча 7 центрифуги.

Точки закрепления М и N тяг 11 и 12 на днище 5 выбраны (фиг. 2) так,что они находятся на секущей, проходящей через центр С тяжести смоченной поверхности днища 5 (левая сторона днища 5 на фиг. 1 и 2), причем точки М и И расположены по разные стороны от центра С на расстояниях соответственно 1, и 1 . Центрифуга вращается вокруг вертикальной оси 00 на подшипниках 20 и 21. Если в центрифуге используется качающаяся каретка 9, то сильфон 3 соединен с трубой 1 отрезком гибкого шланга 22 (фиг. 2), 50 причем тяги 11 и 12 в этом случае выполняются гибкими, например, в виде тросов.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении центрифуга неподвижна. Б каретку 9 устанавливают модель 19. К сильфону 4 прикладывают начальное прижимающсе усилие, 2 1 2 которое черс э жидкость 2, сильфон 3 и днище 5 передается на модель 19.

При вращении центрифуги центробежная сила, действующая на жидкость 2 в трубе, стремится переместить днище

5 сильфона 3 вправо (по чертежу). В то же время на грузы 15 и 16 действуют центробежные силы противоположного направления, которые через элементы 13 и 14 и тяги 11 и 12 стремятся переместить днище 5 влево (по чертежу), Для полной компенсации центробежньгх сил, действующих со стороны жидкости на днище 5 при любых оборотах вращения центрифуги, необходимо подобрать массы m, и m грузов 15 и

16 иэ условия равенства нулю суммарных статических сил и статических моментов при отсутствии управляющего усилия на приемном сильфоне 4.

Сп стороны жидкости 2 на днище 5 действует центробежная сила

F = p (22 и) S f

Π— m г (2ьn)

1 г

;к о У где р — плотность жидкости; п — угловая скорость вращения центрифуги, S — площадь сечения трубы 1, r — расстояние от оси 00 до днища 5;

m — - масса жидкости в трубе 1 от

Ф. оси 00 до днища 5.

Со стороны грузов 15 и 16 на днище

5 передается усилие противоположного направления (m,r< + m r )(27n) где r,r — расстояния от оси вращения центрифуги до центров грузов 15 и 16 °

Передаваемый «а днище 5 статический момент сил жидкости в трубе 1 равен О, а от грузов 15 и 16

M, (m „г, 1, — m r 1 ) (27n)

Статическая компенсация является полной, если F = F, и М„= О, т.е. при условиях:

m,г+шг2шг

m,ã,1, m г,l О.

13177? 1

Отсуда массы

m

2 гг

m г

1 + ),/1, 1

+ 1 /1, 1

2 г

Ф г или

m,< — jÛ>, 30

< 1

К, 2 1 1 2

2 m — <.) 2

1 + j

G3 )

Кт

Z,1, ф 2,1,, 55

При подаче на сильфон 4 статическое усилие передается без искажения сильфону 3 в результате компенсации статических центробежных сил и моментов, приложенных к днищу 5. Если же прикладывают периодическое переменное давление, то оно также передается на модель, однако при этом проявляется реакция двух компенсирующих ветвей с противоположных сторон дни70 ща 5. Каждая из ветвей обладает импедансом (приведенной комплексной жесткостью), зависящим от частоты прикладываемого давления, массь< i-руэов 15 и 16, жесткости К, или К упру--, гого элемента 13 и 14 и вязкости < или демпфирующего элемента 17 или

18.

Поскольку в общем случае 2 < = 2 40 или 1 < = 1, к днищу 5 оказывается приложенным не только динамическое усилие, но и динамический момент

М = (2 1, — 2 1 ) Х«< где Хо — амплитуда колебаний центра днища 5 сильфона 3 (точка С на фиг.2)

Как видно из этого выражения, для того, чтобы передаваемый днищем 5 сильфона 3 периодический момент сил был отличен от нуля, необходимо соблюдение следуюшего условия: т.е, произведение импеданса на плечо действия ветви должно быть различным для обеих ветвей. Анализ показывает, что наибольшее различие импедансов ветвей возникает, когда только для одной из компенсирующих ветвей выполняется условие резонанса:

При этом условии эффективность передачи момента наибольшая. В общем случае даже при равенстве плеч (1<

1 ) и масс (m< = m ) возникает динамический момент сил из-за различия жесткостей (К, Kz). Изменяя жесткости элементов 13 и 14, массы грузов 15 и 16, вязкости элементов 17 и

18 или величины плеч 1< и 1, можно регулировать величину передаваемого на модель 19 динамического момента.

Динамический момент равен нулю только слу ае m<1< mzlz< K<1< Kzlа г

Применение гидропередачи позволяет проводить испытания в центрифуге моделей при сложном сочетании объемных и поверхностных сил, а также моментов сил, что обеспечивает возможность испытаний конструкций как на действие постоянной силы тяжести, так и одновременно на воздействие переменных сил и моментов. Следовательно, расширяются возможности применения центрифуги для испытания моделей при проведении исследований методом центробежного моделирования.

Формула изобретения

Нагружающее устройство для центрифуги, содержащее трубу, изогнутую под прямым углом и заполненную жидкостью, сильфоны с глухими днищами, установленные на торцах трубы, и первую компенсирующую ветвь, выполненную в виде тяги, одним концом закрепленной на днище одного иэ силь фонов, и последовательно соединенных с другим ее концом упругого элемента, груза и демпфирующего элемента, и расположеннУю вдоль оси одного иэ колен трубы в плоскости, проходящей через эту ось и перпендикулярной оси другого колена, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, оно каждой ветви

A А

Фиг, Составитель Б. Грабов

Редактор Л,Пчолинская Техред Л.Сердюкова

Корректор Е.Рошко

Заказ 4 121/39 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул, Проектная, 4

133772 снабжено второй компенсирующей ветвью выполненной и расположенной идентично первой, концы тяг обеих ветвей закреплены в диаметрально противоположных точках днища сильфона, расстояния от которых до центра днища, жесткости упру их -лементов, массы грузов и вязкости лемпфирующих элементов компенсирующих ветвей выбраны таким образом, что по меньшей мере один из этих параметров различен для