Стенд для динамических испытаний изделий

 

Изобретение относится к технике испытаний изделий на воздействие импульсных линейных ускорений и обеспечивает повышение надежности, а также расширение эксплуатационных возможностей стенда за счет увеличения крутизны переднего фронта испытательного импульса ускорения. В стенде для динамических испытаний изделий быстрый разгон планшайбы 2, установленной на вращающейся платформе 1 с возможностью вращения вокруг оси, параллельной оси вращения платформы, осуществлен с помощью инерционного механизма. Последний включает две инерционные массы 11 в виде поршней, перемещающихся в противоположных направлениях в радиальных направляющих 12, выполненных в виде сосудов. Полость каждого сосуда, расположенная по ходу поршня, заполнена жидкостью 15 и сообщена со сливом. Плотности жидкости и материала поршня связаны между собой соотношением, обеспечивающим постоянство момента инерции платформы в процессе формирования импульса. Параметры переднего фронта импульса можно регулировать изменением сопротивления истечению жидкости с помощью управляемых дросселей 17. С помощью сопл 16. тангенциально установленных на выходе магистралей слива, платформе может быть сообщен реактивный импульс, компенсирующий потери энергии в системе 4 з.п ф-лы, 3 ил. СО о со ю hO 4 N5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 M 7/08

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1700413 (21) 4879295/28 (22) 31.10.90 (46) 23.09.92. Бюл. ¹- 35 (71) Владимирский политехнический институт (72) А,Н.Семенюк (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1700413, кл. G 01 М 7/08, 1989. (54) СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к технике исп ытаний изделий на воздействие импульсных линейных ускорений и обеспечивает повГышение надежности, а также расширение эксплуатационных возможностей стенда за счет увеличения крутизны переднего фронта испытательного импульса ускорения. В стенде для динамических испытаний изделий быстрый разгон планшайбы 2, установленной на вращающейся платформе 1 с возможностью вращения вокруг оси, парал„„ Ц„„1763924 А2 лельной оси вращения платформы, осуществлен с помощью инерционного механизма, Последний включает две инерционные массы 11 в виде поршней, перемещающихся в противоположных направлениях в радиальных направляющих 12, выполненных в виде сосудов. Полость каждого сосуда, расположенная по ходу поршня, заполнена жидкостью 15 и сообщена со сливом. Плотности жидкости и материала поршня связаны между собой соотношением, обеспечивающим постоянство момента инерции платформы в процессе формирования импульса.

Параметры переднего фронта импульса можно регулировать изменением сопротивления истечению жидкости с помощью управляемых дросселей 17. С помощью сопл

16, тангенциально установленных на выходе магистралей слива, платформе может быть сообщен реактивный импульс, компенсирующий потери энергии в системе, 4 з.п, ф-лы, 3 ил.

1763924

25

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к ротационным испытательным стендам для испытания изделий на воздействие линейных ускорений, и может быть использовано для испытания приборных устройств на воздействие линейных ускорений с высокой интенсивностью нарастания.

Известный стенд для динамических испытаний по авт. св. N 1700413, содержащий основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, установленную на периферии платформы с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы, планшайбу с приводом ее вращения, включающим двигатель с угловым редуктором и инерционный механизм разгона, установленный на периферии планшайбы с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вращения платформы, и включающий две инерционные массы, размещенные в ради-альных направляющих, выполненных в платформе перпендикулярно оси входного вала редуктора, шкива, закрепленного на входном валу этого редуктора в центре платформы, двух гибких тросов, одни концы которых связаны с массивами, а вторые закреплены на шкиве, установленных в конце направляющих на периферии платформы амортизаторов, стол для закрепления испытуемого изделия, размещенный на планшайбе, привод поворота стола, средства фиксации инерционного механизма разгона планшайбы, связанные со шкивом, и систему управления (1).

Недостатком стенда являются ограниченные эксплуатационные возможности стенда, обусловленные тем, что при движении подвижных элементов увеличивается момент инерции платформы, угловая скорость которой уменьшается. В силу быстротечности процесса элементы конструкции стенда подвергаются значительным динамическим нагрузкам, что снижает надежность стенда, а падение угловой скорости платформы в свою очередь уменьшает амплитуду и крутизну переднего фронта линейных ускорений (1).

Данное изобретение направлено на устранение указанных недостатков за счет обеспечения постоянства момента инерции платформы и компенсации падения угловой скорости платформы путем придания последней дополнительного реактивного движения вследствие истекания рабочей жидкости в направлении, противоположном ее вращению, Целью изобретения является повышение надежности и расширение эксплуатаци35

55 онных возможностей за счет увеличения крутизны переднего фронта испытательного импульса ускорения.

Поставленная цель достигается тем, что в стенде для динамических испытаний изделий, содержащем основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, установленную на периферии платформы с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы, планшайбу с приводом ее вращения, включающим двигатель с угловым редуктором и инерционный механизм разгона, установленный на периферии планшайбы с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вращения платформы, и включающий две инерционные массы, размещенные в радиыльных направляющих, выполненных в платформе перпендикулярно оси входного вала редуктора, шкива, закрепленного на входном валу этого редуктора в центре платформы, двух гибких тросов, одни концы которых связаны с массами, а вторые закреплены на шкиве, установленных в конце направляющих на периферии платформы амортизаторов, стол для закрепления испытуемого изделия, размещенный на планшайбе, привод поворота стола, средства фиксации инерционного механизма разгона планшайбы, связанные со шкивом, инерционные массы выполнены в виде поршней, а радиальные направляющие — в виде сосудов, полость каждого из которых, расположенная по ходу поршня, заполнена жидкостью и сообщена со сливом магистралью, подключенной к емкости на периферии платформы, при этом соотношение плотностей материала поршня и жидкости выбрано из условия рл 3(b а(Ь вЂ” a +le — a+I b+ a ) где р|| — плотность материала поршня; рж — плотность материала жидкости;

1 — длина сосуда; а, Ь вЂ” расстояние от оси вращения платформы до ближнего и дальнего торцев поршня, соответственно.

Сливные магистрали снабжены соплами, установленными на выходе магистралей слива тангенциально по отношению к окружности вращения платформы в противоположном вращении платформы направления, в каждую из магистралей слива включен управляемый дроссель, управляемые дроссели выполнены с электромагнитными управляющими устройствами, установленными на платформе и включенны1763924 ми в одну цепь постоянного тока, для заполнения сосудов использована магнитореологическая жидкость, корпусной элемент дросселя выполнен из немагнитного материала, а управляющее устройство дросселя в виде катушки индуктивности, охватывающей корпусной элемент.

На фиг, 1 показан описываемый стенд для динамических испытаний изделий, вид сверху; на фиг. 2 — устройство управляемого дросселя при использовании реологической жидкости; на фиг. 3 — расчетная схема уравновешенного устройства платформы.

Стенд содержит установленную на неподвижном основании платформу 1, с приводом ее вращения (на чертежах не показан), На периферии платформы 1 установлена с возможностью вращения, относительно оси параллельной оси вращения платформы 1, планшайба 2 в виде балки, снабженная противовесом 3 и приводом ее вращения, включающим двигатель 4, закрепленный на диаметрально противоположной планшайбе 2 стороне платформы 1, и связывающие двигатель 4 с планшайбой 2 вал 5 и угловой редуктор 6, установленный на платформе 1, На периферии планшайбы

2 с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы 1, установлен поворотный стол 7 для закрепления испытуемого изделия 8, при этом ось поворота стола 7 в исходном положении размещена на оси вращения платформы 1. Стол 7 снабжен приводом 9, размещенным на планшайбе 2 вблизи оси ее вращения и связанным со столом 7 посредством карданной передачи 10 и углового редуктора (на чертежах не показан) установленного на планшайбе 2. Планшайба 2 снабжена инерционным механизмом разгона, включающим две массы 11, размещенные в радиальных направляющих 12, выполненных в платформе 2 перпендикулярно валу 5, шкив 13, закрепленный на валу 5, навиваемые на шкив 13 гибкие тросы

14, концы которых закреплены на массах 11, амортизаторы, установленные на периферии направляющих 12 (на чертежах не показаны) и средства фиксации шкива 13 в исходном положении на платформе 1 (на чертежах не показаны), например, включающие отверстие, выполненное в шкиву 13, размещаемый в этом отверстии шток, управляемый электромагнитом, закрепленным вертикально на платформе 1, по ее оси (на чертежах не показаны), Инерционные массы 11 выполнены в виде поршней, радиальные направляющие — в виде сосудов постоянного сечения, заполненных жидкостью

15. Каждый сосуд 12 снабжен сливной маги5

10 стралью с соплом 16, установленным на выходе магистрали тангенциально по отношению к окружности вращения платформы, в противоположном вращению платформы направлении. В каждую магистраль слива включен дроссель 17, управляемый электромагнитом 18.

Корпусная деталь управляемого дросселя и сливная магистраль могут быть выполнены из нема гнитного материала, например, из алюминия или меди (фиг. 2) и включает индуктор 19, охватывающий сливную магистраль. Стенд может быть снабжен охватывающим платформу кожухом и коры15 том, установленным на основании(на чертежах не показаны) для сбора жидкости.

Стенд работает следующим образом.

Испытуемое изделие 8 закрепляют на столе 7, планшайба 2 устанавливается на

20 платформе 1 таким образом, чтобы ось вращения стола была размещена на оси вращения платформы 1. На шкив 13 навиваются гибкие тросы 14, шкив 13 фиксируется средствами фиксации. Массы 11 размещаются

25 на максимально близком (или заданном в зависимости от требуемой интенсивности нарастания ускорения) расстоянии от оси вращения платформы 1. В сосуды 12 заливается через специальные отверстия (на

30 чертежах не показаны) жидкость, дроссель

17 закрывается посредством электромагнита 18. Платформа 1 раскручивается до заданной угловой скорости, которая в дальнейшем поддерживается постоянной.

35 Далее средствами фиксации освобождается шкив 13 и поршни 11, которые в свою очередь под действием центробежных сил начинают ускоренно перемещаться к периферии платформы 1. Поступательное

40 перемещение масс 11 посредством шкива

13, вала 5 и редуктора 6 преобразуется во вращательное движение.планшайбы 2. При этом крутящий момент привода 4 планшайбы 2 действует согласно с моментом, созда45 ваемым инерционным механизмом разгона.

При движении масс 11 к периферии платформы 1 в сосудах 12 создается избыточное давление, под действием которого жидкость 15 вытекает из сопла 16 в направ50 лении, противоположном направлению вращения платформы 1. При этом платформе 1 сообщается импульс реактивного движения, компенсирующий затраты энергии в механической системе стенда на перемеще55 ние поршней и вращение планшайбы 2 (частично). За счет соответствующего подбора массо-геометрических параметров поршней и жидкости момент инерции платформы в начале и конце испытания остается постоянным.

1763924 (4) рж

I — Ь

Быстрое увеличение радиуса вращения испытуемого изделия 8 путем поворота планшайбы 2 под действием дополнительного крутящего момента, создаваемого инерционным механизмом, обеспечивает интенсивное нарастание испытательного воздействия. После ускоренного поворота планшайбы 2 на некоторый расчетный угол, при котором обеспечивается заданная амплитуда абсолютного ускорения, гибкие тросы 14 отсоединяются от шкива 13 (за счет выбора их длины), массы 11 тормозятся амортизаторами (на чертежах не показаны) прижимаются центробежными силами к периферии платформы 1, Далее программные поворотные платформы 2 и стола 7 осуществляются только приводами 4 и 9 соответственно .

Воспроизведение заданных линейных ускорений, изменяющихся по двум взаимноперпендикулярным осям, связанным с продольной и поперечной осям изделия, заключается в воспроизведении результирующего абсолютного ускорения, действующего в расчетной точке испытуемого изделия, и поворота изделия относительно направления вектора абсолютного ускорения, обеспечивающем заданные соотношения между ускорениями, действующими по продольной и поперечном осям изделия.

При использовании магнитовязкой реологической жидкости в начале испытания на индукторы 9 подается переменное напряжение. Реологическая жидкость 15 в сливной магистрали "застывает" и закупоривает проход. После раскручивания платформы 1, освобождают шкив и одновременно отключают напряжение с индукторов. При этом проход магистрали освобождается и жидкость 5 истекает из сопла 16. Регулируя величину напряжения на индукторах 19 можно изменять сопротивление истечению жидкости 15 из сопла 16.

Сопротивление истечению жидкости из магистрали также можно изменять регулируя дросселем 16 сечение проходного отверстия магистрали, Управляя сопротивлением истечения жидкости 15 из сосудов можно регулировать скорость перемещения поршней а, следовательно, и скорость углового движения платформы 2, т,е. параметры переднего фронта воспроизводимого линейного ускорения, Рассмотрим фиг. 3, где показана расчетная схема стенда: а) — до испытания, б)— после испытания. Будем рассматривать изменение инерционных параметров в системе поршни-жидкость. B начале испытания (фиг. За) поршень находится на расстоянии

50 а от оси вращения платформы 1, а гидроци. линдр заполнен жидкостью на расстоянии от Ь до I. Тогда момент инерции поршня относительно оси вращения платформы 1

0 0

In =Ха Ь2 =P S Ь сй =

= 1/Зрп S (b — аз), (1) а момент инерции жидкости относительно той же оси

Iж=Zmi.hг=3 рж S h .dh=

= 1ГЗрж S (I . — а ), (2) где mi — элементарная масса;

ni — расстояние от оси вращения платформы до элементарной массы;

s — площадь поперечного сечения цилиндра; р,рж — плотность поршня и жидкости соответственно.

После перемещения поршня (фиг, 36) жидкость в цилиндре отсутствует, а поршень находится в крайнем положении.

Момент инерции поршня относительно оси вращения платформы в этом случае

In=Zmi hi = fpn S h dh=

1 . 2, . 2 .

l — (ь — а) = Зр Я(! — (1 — (о — а) ) ), (3) 1

Потребуем, чтобы до и после перемещения поршня момент инерции платформы был бы постоянным, т.е. в соответствии с (1) — (3) In + Ix = In

2 или р (Ь вЂ” à ) + р (I3 — Ь ) = р (l3 -(I — (Ь вЂ” а)) Раскроем скобки и приведем подобные члены (b a3)+ (l b3) = (b — I )+

+(За.b(b — а) + 3!(Ь вЂ” а) (I — b + а))), (5) Отношение плотностей рп и рж из (5) Т.е. для заданных плотностей поршня и жидкости можно в соответствии с (6) таким образом подобрать параметры 1, а, Ь, при которых

1763924

10,з,з

1б момент инерции платформы в начале и в конце испытания будет постоянным, При технической реализации заявляемого технического решения обеспечивается постоянство момента инерции платформы, что повышает надежность ротационного стенда, а за счет придания платформе дополнительного реактивного движения вследствие ускоренного истекания рабочей жидкости из гидромагистрали в направлении, противоположном направлению вращения платформы, компенсируется падение угловой скорости последней, что позволяет увеличить амплитуду и интенсивность нарастания переднего фронта воспроизводимых линейных ускорений, За счет обеспечения регулировки скорости перемещения подвижных элементов (поршней) посредством дросселирования сливной магистрали расширяются эксплуатационные возможности стенда выражающиеся в возможности коррекции формы переднего фронта нарастания ускорений.

Формула изобретения

1, Стенд для динамических испытаний изделий по авт. св, ¹ 1700413, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей за счет увеличения крутизны переднего фронта испытательного импульса ускорения, подвижные массы инерционного механизма разгона планшайбы выполнены в виде поршней, а радиальные направляющие — в виде сосудов, полость каждого из которых, расположенная по ходу поршня, заполнена жидкостью и сообщена со сливом магистралью, подключенной к емкости на периферии платформы, при этом соотношение плотностей материала поршня и жидкостей выбрано из условия

5 р„3(аЬ b — a +I Ь вЂ” э — b.+а ) где рп — плотность материала поршня;

Рж — ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОСТИ;

1- длина сосуда; а, Ь вЂ” расстояние от оси вращения платформы до ближнего и дальнего торцев поршня, соответственно.

2. Стенд по и. 1, отличающийся тем, что он снабжен соплами, установленными на выходе магистралей слива тангенциально по отношению к окружности вращения платформы в противоположном вращению платформы направлении.

3. Стенд по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в каждую из магистралей слива включен управляемый дроссель, 4. Стенд по пп. 1 — 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что управляемые дроссели выполнены с электромагнитными управляющими устройствами, установленными на платформе и включенными в одну цепь постоянного

5. Стенд по пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что для заполнения сосудов использована магнитореологическая жидкость, корпусной элемент дросселя выполнен из немагнитного материала, а управлящее устройство дросселя — в виде катушки индуктивности, охватывающей корпусной элемент.

1763924

; Г

Составитель А.Семенюк

Редактор M,ÊóçíåöoBà Техред М.Моргентал Корректор Л.Палий

Заказ 3451 Тираж Подписное

8НИИПИ 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, 10