Возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду

 

Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является повышение надежности возбудителя ударной нагрузки и повышение эффективности использования энергии за счет ее перераспределения между элементами возбудителя . Возбудитель содержит плунжер-боек (1) с буртиком (2) и штифтом (3), пневмоцилиндр (4), в крышке (5) которого размещено устройство для сброса давления из полости (А) пневмоцилиндра, выполненное в виде втулки (6), имеющей кольцевые уплотнения

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 M 7/08 1iAgß

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4825025/28 (22) 11.05.90 (46) 15.07.92. Бюл. № 26 (72) Н,В,Коченков и И.В.Золотухин (53) 620.178.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 567987, кл, G 01 M 7/08, 1975, Авторское свидетельство СССР № 1024785, кл. G 01 М 7/08, 1982. (54) ВОЗБУДИТЕЛЬ УДАРНОЙ НАГРУЗКИ

К ИСПЫТАТЕЛЬНОМУ СТЕНДУ (57) Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является повышение надежности возбудителя ударной нагрузки и повышение эффективности использования энергии за счет ее перераспределения между элементами возбудителя. Возбудитель содержит плунжер-боек (1) с буртиком (2) и штифтом (3), пневмоцилиндр (4), в крышке(5) которого размещено устройство для сброса давления из полости (А) пневмоцилиндра, выполненное в виде

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к возбудителям ударных нагрузок, применяемым в стендах для испытаний иэделий на воздействие ударной нагрузки.

Известен возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнениями в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный тор5U, 1747979 А1 втулки (6), имеющей кольцевые уплотнения (7), кольцевую канавку (8}, каналы (9) и (10). соединяющие канавку с полостью (А) пневмоцилиндра, и осевую выемку (11) под штифт, Буртик и днище пневмоцилиндра образуют полость (В), к которой подключен источник управляющего давления. В стенке пневмоцилиндра выполнены отверстия (14) и закреплен штифт (15), ограничивающий перемещение втулки. Место расположения штифта (3) на плунжере-бойке выбрано из условия возможности перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым изделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра. После удара плунжера-бойка по испытуемому изделию он при отскоке своим штифтом через сьемную прокладку (16) перемещают втулку в крайнее нижнее положение до упора в штифт (15). При этом плунжер-боек также перемещается в крайнее нижнее положение.1з. п,ф-лы,1ил, цевым уплотнением, которое взаимодействует с днищам пневмоцилиндра и образует полость, подключенную к управляемому источнику высокого давления, и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера. Устройство для сброса давления выполнено в виде инерционного клапана, перекрывающего канал, соединяющий полость пневмоцилиндра с атмосферой, и срабатывающего при торможении плунжера-бойка в момент формирования ударного импульса.

1747979

20 плунжера-бойка, включающее выполненную с возможностью перемещения 25

50

Недостаток этого возбудителя заключается в том, что клапан срабатывает только после начала взаимодействия плунжерабойка с испытуемым изделием, вследствие чего удар несколько затягивается по времени, Это не позволяет достичь точного воспроизведения ударных импульсов инерционного типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотненйем, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную к источнику управляющего давления и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано из условия ее совмещения с отверстием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка. Втулка выполнена подпружиненной.

Недостатком известного возбудителя является то, что при движении вверх на конечном участке до момента взаимодействия с испытуемым изделием плунжер-боек, перемещэя своим буртиком подпружиненную втулку, затрачивает определенную часть энергии на сжатие пружины, которая прямо пропорциональна коэффициенту жесткости пружины и степени ее сжатия. Вследствие этого уменьшается величина ударного импул ьса, приклады вэемого к испытуемому изделию, что снижает эффективность использования энергии возбудителя. Кроме того, при возвращении плунжера-бойка в исходное положение, после приложения ударного импульса к испытуемому изделию и отскока, его энергия переходит в энергию взаимодействия торцевого уплотнения и днища пневмоцилиндра, что приводит к повышенному износу торцевого уплотнения, а следовательно, к дополнительным затратам йа обслуживание возбудителя. Энергия плунжера-бойка при его движении вниз после отскока практически не используется

15 (если не считать затрат на преодоление сил трения), что также снижает эффективность использования энергии возбудителя.

Цель изобретения — повышение надежности и эффективности использования энергии возбудителя за счет перераспределения энергии между его элементами, Поставленная цель достигается тем, что в возбудителе ударной нагрузки к испытательному стенду. содержащем пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в по- лость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотнением, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную к источнику управляющего давления, и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера-бойка, включающее выполненную с воэможностью перемещения в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано из условия ее совмещения с отверстием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка, плунжер-боек снабжен штифтом, перпендикулярным его оси, на внутренней цилиндрической поверхности втулки со стороны, противоположной буртику плунжера-бойка, выполнена осевая выемка Или пазы под штифт, длина которой (которых) выбрана из условия обеспечения перемещения втулки плунжеромбойком в крайнее нижнее положение; при этом место расположения штифта выбрано из условия возможности перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым иэделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра, Осевая выемка может быть выполнена цилиндрической, концентричной плунжерубойку, э на ее дне установлена сьемная прокладка.

Проведенный патентный поиск показал, что отличительные признаки не являются новыми в науке и технике. Однако в предлагаемом техническом решении они проявляют новое свойство, не совпадающее со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в решениях, известных науке и технике и не равное сумме этих свойств, Это новое свойство, обуславливающее, в свою очередь, новый эффект, заклю1747979

20

С> А+В, 30

40

55 чается в перераспределении энергии между элементами возбудителя эа счет того, что, во-первых, потери энергии плунжера-бойка при его движении вверх происходят только лишь на преодоление сил трения между подвижными элементами, во-вторых, уменьшается энергия взаимодействия торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра изза расхода части энергии плунжера-бойка при его отскоке и движении вниз на совершение полезной работы по перемещению втулки в крайнее нижнее положение.

Таким образом, выявлена новизна причинно-следственной связи отличий и получаемого эффекта, что в соответствии с нормативными актами является необходимым и достаточным условием для признания предлагаемого решения соответствующим критерию "существенные отличия".

Сопоставительный анализ результатов, которые могут быть получены при использовании предлагаемого решенйя и прототипа, позволяет определить положительный эффект всего решения в целом, к которому приводят указанные выше новые свойства, обусловленные, в свою очередь, отличительными признаками. Во-первых, возрастает величина ударного импульса, прикладываемого к испытуемому изделию за счет уменьшения потерь энергии плунжера-бойка (отсутствуют затраты энергии на сжатие пружины) при одинаковом значении давления в торцевой полости и у предлагаемого решения и у прототипа. следовательно, повышается эффективность использования энергии возбудителя.

Во-вторых, уменьшается износ торцевого уплотнения за счет расхода части энергии плунжера-бойка при его отскоке и движении вниз на совершение полезной работы по перемещению втулки в крайнее нижнее положение и, вследствий этого, уменьшения энергии взаимодействия торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра. В итоге, повышается эффективность использования энергии отскока плунжера-бойка и надежность в работе.

На чертеже изображен описываемый возбудитель ударной нагрузки.

Возбудитель ударной нагрузки содержит плунжер-боек 1 с буртиком 2 и штифтом

3, пневмоцилиндр 4, в крышке 5 которого размещено устройство для сброса давления иэ полости А пневмоцилиндра 4, выполненное в виде втулки 6, имеющей кольцевые уплотнения 7, кольцевую канавку 8, каналы

9 и 10, соединяющие проточку 8 с полостью

А пневмоцилиндра 4 и осевая выемка 11 под штифт 3 для возможности перемещения плунжера-бойка 1 со штифтом 3. Буртик 2 и днище пневмоцилиндра 4 образуют полость

В, к которой посредством вентиля 12 подсоединен источник управляющего давления (не показан). Полость А пневмоцилиндра 4 подключена через вентиль 13 к источнику высокого давления (не показан) В стенке крышки 5 пневмоцилиндра 4 выполнены отверстия 14 для соединения полости А пневмоцилиндра 4 с атмосферой и закреплен штифт 15, служащий для ограничения перемещения втулки 6. Место расположения штифта 3 на плунжере-бойке 1 определяется из условия возможности перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым иэделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра. При этом расстояние С от штифта 3 до верхней части крышки 5 пневмоцилиндра 4 должно быть где А — расстояние, равное ходу плунжерабойка 1 иэ крайнего нижнего положения, при котором торцевое уплотнение буртика

2 плунжера бойка 1 взаимодействует с днищем пневмоцилиндра 4, до взаимодействия буртика 2 плунжера-бойка 1 с втулкой 6, находящейся в крайнем нижнем положении;

 — расстояние, равное ходу втулки 6, Длина осевой выемки 11 под штифт 3 определяется из условия обеспечения перемещения втулки 6 плунжером-бойком 1 в крайнее нижнее положение, Осевая выемка 11 под штифт 3 выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1, а на ее дне установлена съемная прокладка.

Возбудитель ударной нагрузки работает следующим образом.

При открытии вентиля 13 сжатый гаэ заполняет полость А пневмоцилиндра 4 до заданного давления. После чего открывается вентиль 12, и сжатый гаэ поступает в полость В, При превышении давления в полости В по сравнению с полостью А плунжер-боек 1 начинает перемещаться и сообщает полости А и В. При расширении сжатого газа плунжер-боек 1 разгоняется и на конечном участке своим буртиком 2 перемещает вверх втулку 6, совмещает кольцевую канавку 8 с отверстиями 14 крышки 5 и сообщает полость А пневмоцилиндра 4 с атмосферой, Сжатый газ по каналам 9 и 10 попадает в кольцевую канавку 8 втулки 6 и через отверстия 14 крышки 5 стравливается в атмосферу. После полного сброса давления плунжер-боек 1 под действием сил

1747979

40

55 и4ерции производит удар по испытуемому изделию,(не показано), при этом удар происходит в тот момент, когда втулка 6 еще не дошла до крайнего верхнего положения, т.е. до упора в штифт 15, и плунжер-боек 1 отскакивает в противоположном направлении, При движении плунжера-бойка 1 вниз на конечном участке он своим штифтом 3 входит в зацепление через съемную прокладку 16 с втулкой 6, перемещая ее в крайнее нижнее положение до упора в штифт 15.

При этом плунжер-боек 1 также перемещается в крайнее нижнее положение до взаимодействия его торцевого уплотнения буртика 2 с днищем пневмоцилиндра 4.

Энергия плунжера-бойка 1 в момент взаимодействия с испытуемым изделием равна для прототипа Е пл = Епл Етр Епруж (1) для предлагаемого технического решения

E "пл = Епл — Етр, (2) где E» — энергия плунжера-бойка I после его разгона, обусловленная величиной давления в полости В;

Етр — энергия, затрачиваемая на преодоление сил трения между подвижными элементами;

Епруж — энергия, затрачиваемая на сжатие пружины при движении плунжера-бойка

1 вверх, Из сравнения (1) и (2) видно, что и при одном и том же значении давления в полости В, у предлагаемого технического.решения величина ударного импульса больше чем у прототипа, т,к. Е"пл > Е пл а следовательно выше и эффективность использования энергии возбудителя. Кроме того, повышается точность воспроизведения ударных импульсов за счет устранения погрешностей, обусловленных частичным демпфированием . ударных импульсов пружиной.

Энергия плунжера-бойка 1 при его движении вниз после приложения ударного импульса к испытуемому изделию и отскока от него равна для прототипа Е пл.отс - Е ту+ Етр (3) для предлагаемого технического решения E "пл.отс = Е "т:у. + Етр + Евт, (4) где Ету — энергия взаимодействия торцевого уплотнения буртика 2 плунжера бойка 1 с днищем пневмоцилиндра 4;

Евт — энергия, затрачиваемая на совершение полезной работы по перемещению втулки 6 в крайнее нижнее положение.

Из сравнения (3) и (4) видно, что при использовании прототипа энергия Е "пл.отс полностью, за исключением затрат на преодоление сил трения между элементами Етр переходит в Е Ty, что приводит к повышенному износу торцевого уплотнения. При-использовании предлагаемого технического решения определенная часть Е "пл.отс затрачивается на совершение полезной работы Евт, вследствие чего повышается и эффективность использования энергии отскока и снижаются нагрузки на торцевое уплотнение за счет уменьшения Е ту до Е "ту, что в свою очередь, повышает надежность и приводит к снижению дополнительных затрат на обслуживание возбудителя

Для уменьшения трения, возникающего между плунжером-бойком 1 и втулкой 6 при движении относительно друг. друга, осевая выемка 11 под штифт 3 выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку

1. При этом частично уменьшается Етр на

Л Етр и из (2) видно, что возрастает величина ударного импульса. Поскольку, как видно из (4), с уменьшением Етр должна увеличиваться Е "7y, то для того, чтобы этого не происходило на дне осевой выемки установлена съемная прокладка 16, через которую штифт

3 при перемещении плунжера-бойка 1 вниз воздействует на втулку 6. Тогда(4) можно переписать в виде

Е "пл.отс = Е "ту + (Етр - Ь Етр) + Евт + Епр, {5) где Епр — энергия, поглощаемая съемной прокладкой 16, .

Выполнение осевой выемки 11 цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1 и установка на ее дне съемной прокладки 16 позволяют получить более высокое значение показателей эффективности и надежности.

От использования изобретения можно ожидать получения экономического эффекта, заключающегося в снижении дополнительных затрат на обслуживание и повышении эффективности использования энергии возбудителя, а также улучшения удобства в эксплуатации за счет повышения надежности в работе.

Для доведения заявляемого технического решения до промышленного образца необходимо провести полный цикл проектирования.

Формула изобретения

1. Возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотнением, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную к

1747979

Составитель Н. Коченков

Редактор 8. Трубченко Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М. Пожо

Эакаэ 2497 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул;Гагарина, 101 источнику управляющего давления, и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера-бойка, включающее выполненную с возможностью перемещения в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано иэ условия ее совмещения с 6тверСтием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка, отл и ча ю щи и с я тем, что, с целью повышения надежности и эффективности использования энергии за счет перераспределения энергии между его элементами. плунжер-боек снабжен штифтом, перпендикулярным его оси, на внутренней цилиндрической поверхности втулки со стороны, противоположной буртику плунжера-бойка, выполнена осевая выемка или пазы под

5 штифт, длина которой (которых) выбрана из условия обеспечения перемещения втулки плунжером-бойком в крайнее нижнее положение, при этом место расположения штифта выбрано из условия возможности

10 перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым изделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра, 15 2. Возбудитель по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что осевая выемка выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку, а на ее дне установлена съемная прокладка,