Стенд для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытаний на ударные воздействия, и может быть использовано при испытаниях на ударные воздействия различных приборов и оборудования, требования к которым задаются в виде спектра удара. Устройство состоит из молота, подвески молота, поворотной траверсы, станины, фиксирующего устройства, наковальни для монтажа оборудования, регистрирующих датчиков. При этом наковальня выполнена в виде прямоугольной сменной металлической панели, жестко закрепленной к станине стенда с помощью стержней с резьбой, при этом сменная металлическая панель выполнена с вырезами прямоугольной формы и ребрами между вырезами. Причем все ребра одинаковые, а расстояние от кромки металлической панели, к которой прикладывается ударное воздействие, до вырезов не менее чем в 2 раза больше продольного размера выреза, но не менее чем в 2 раза меньше расстояния до противоположного относительно точки приложения ударного воздействия торца металлической панели. При этом собственные частоты поперечных колебаний ребер не совпадают с частотами продольных колебаний плиты до и после вырезов, а оси стержней, обеспечивающих крепление сменной металлической панели к станине, проходят через вырезы и не совпадают с осями ребер, причем между сменной металлической панелью и станиной устанавливают виброизолирующую прокладку. Технический результат заключается в повышении точности и стабильности воспроизведения ударного воздействия, заданного спектром ускорений. 11 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к устройствам для испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на ударные воздействия различных приборов и оборудования.

Существует достаточно много различных стендов для испытаний на ударные воздействия. С помощью вибрационных электродинамических стендов, стендов с падающими столами, пиротехнических, пневматических и т.д. (Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. М.: Машиностроение, т. 5. Измерения и испытания./Под ред. М.Д. Генкина, 1981 г., стр. 476-477) (аналоги). Использование конкретных типов стендов в каждом случае испытаний зависит от типа воспроизводимой нагрузки. В настоящее время наибольшее применение при испытаниях аппаратуры и оборудования находят системы на базе механических (копровых) стендов (баллистических, с падающими столами и т.д.).

Наиболее близким является решение - «прототип» (Г.С. Батуев, Ю.В. Голубков и др. Инженерные методы исследования ударных процессов. М., Машиностроение, 1977 г., стр. 24-25). Это маятниковый копер, состоящий из молота, станины, наковальни, на которую устанавливается испытуемое оборудование, поворотной траверсы, обеспечивающей необходимую высоту подъема молота, что обеспечивает нужную скорость соударения молота с наковальней, пневмодемпфера, тормозящего наковальню после соударения с молотом.

Однако данный стенд имеет ряд существенных недостатков при использовании его для испытаний по методу ударных спектров ускорений, т.к. данный стенд (в зависимости от используемого крешера) ориентируются, в первую очередь, на создание одиночных ударных импульсов (чаще всего в форме полуволны синусоиды), что влечет за собой значительное увеличение амплитуды ударного импульса по сравнению с затухающей нестационарной вибрацией, являющейся откликом на внешнее ударное воздействие в системе (например, ударное воздействие на аппаратуру космических аппаратов). Кроме того, данный стенд достаточно громоздкий и занимает много места в испытательной лаборатории.

Техническим результатом данного изобретения является возможность создания ударных спектров ускорений в заданных пределах по всему диапазону частот нестационарной вибрацией, являющейся откликом на внешнее ударное воздействие в системе.

Указанная цель достигается тем, что наковальня выполнена в виде прямоугольной сменной металлической панели, жестко закрепленной к станине стенда с помощью стержней с резьбой, при этом сменная металлическая панель выполнена с вырезами прямоугольной формы и ребрами между вырезами, причем все ребра одинаковые, а расстояние от кромки металлической панели, к которой прикладывается ударное воздействие, до вырезов не менее чем в 2 раза больше продольного размера выреза, но не менее чем в 2 раза меньше расстояния до противоположного относительно точки приложения ударного воздействия торца металлической панели, причем собственные частоты поперечных колебаний ребер не совпадают с частотами продольных колебаний плиты до и после вырезов, а оси стержней, обеспечивающих крепление сменной металлической панели к станине, проходят через вырезы и не совпадают с осями ребер, причем между сменной металлической панелью и станиной устанавливают виброизолирующую прокладку, выполненную, например, из резины.

Суть заявленного решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид заявленного устройства (стенда для проведения ударных испытаний). Стенд (фиг. 1) состоит из молота 1 и его подвески 2, рамы 3 для крепления подвески 2 с молотом 1, вкладыша 4, установленного на наковальню 5, выполненную в виде прямоугольной металлической плиты, с вырезами 6 и ребрами 7, образующимися в плите вырезами 7. На металлической плите 5 расположен объект испытаний 8 и регистрирующие датчики 9. Металлическая плита 5 лежит на виброизолирующей прокладке 10 и крепится через стержни с резьбой 11 и металлический брус 12 к станине 13. На фиг. 2 показано сечение стенда (без молота с подвеской и рамы).

Стенд функционирует следующим образом.

При необходимости создания ударного воздействия в форме ударного спектра ускорений (УСУ) разрабатывается плита с вырезами, которая и обеспечивает необходимую форму УСУ (в первую очередь точку перегиба спектра), а скорость соударения молота и плитой обеспечивает нужную амплитуду ускорений. В таблице 1 в качестве примера приведен один из таких ударных спектров ускорений.

Как видно из фиг. 1 и фиг. 2 плита 5 условно разбивается на три зоны: до вырезов, сами вырезы 6 с ребрами 7 между ними (образуются в плите между вырезами) часть плиты после вырезов. Каждая из этих частей обеспечивает различные формы и частоты колебаний панели. Виброизолирующая прокладка из резины 10 исключает соударение плиты 5 со станиной 13, позволяя при этом совершать плите 5 как продольные, так и поперечные колебания. Размеры зон, кратные 2 обеспечивают возникновение различных форм колебаний плиты, разнесенных по частотному диапазону, для формирования требуемого УСУ. При распространении волн деформаций по плите расположение стержней 11 для крепления плиты 5 к станине 13 напротив вырезов исключают прямую передачу ударного воздействия на станину. Это возможно только после многократного отражения от стенок плиты 5 и вырезов 6 и наложения (интерференции) различных волн. В результате многократных отражений от границ плиты и вырезов, а также за счет продольных и поперечных колебаний плиты в месте установки объекта испытаний 8 возникает затухающая нестационарная вибрация. Ускорения, возникающие в плите измеряются регистрирующими датчиками 9 (по результатам измерения ускорений которых и строятся УСУ)

Расчет необходимых параметров плиты и скорости соударения молота с плитой проводился с использованием метода конечных элементов в пакетах NISA, DYTRAN. На фиг. 3 показана конечно-элементная модель стенда с плитой для обеспечения параметров УСУ, приведенных в таблице 1. Модель состоит из 25040 узлов и 90083 элементов. Жирными линиями выделены конечные элементы, представляющие виброизолирующую прокладку. Станина 13 и металлический брус 12 жестко закреплены.

При расчетах использовалась нелинейная модель демпфирования. Коэффициент демпфирования принимался в виде комбинированной псевдовязкости, представляющей из себя сумму квадратичной (псевдовязкость Неймана-Рихтмайера) и линейной псевдовязкостей, а также в виде вязкого демпфирования (VDAMP). В процессе выполнения численных экспериментов определялись необходимые параметры плиты. Расчеты были выполнены для различных конфигураций плиты: сплошной плиты (без вырезов), с различными типами вырезов, толщинами плиты, различивши размерами зон до и после вырезов, что позволило определить необходимые размеры плиты стенда.

Расчет приводится для металлической (алюминиевой) плиты толщиной 30 мм. Размеры плиты и вырезов показаны на фиг. 4. Масса объекта испытаний 14 кг.

В таблице 2 приведены частоты колебаний, имеющие максимальную эффективную массу (т.е. эти частоты и определяют основные тона колебаний панели с объектом испытаний). Следует отметить, что частота 541 Гц (фиг. 5) определяет основную поперечную форму колебаний пластины целиком, 976 Гц (фиг. 6) - форма колебаний в плоскости пластины (в первую очередь ее третья зона после вырезов), частота 3691 Гц (фиг. 7) определяет колебания передней части пластины (ее первую зону до вырезов), а частота 4176 Гц (фиг. 8) определяет вращательную форму колебаний. Молот (боек) обеспечивал создание ударного импульса полусинусоидальной формы длительностью ~0,2 мс, а отклик плиты с объектом испытаний в контрольной точке получен в виде нестационарной вибрации.

Возникновение резонансов на этих частотах связано, в первую очередь, с длительностью воздействия, определяемой размером и формой молота (длительность ударного импульса примерно равна удвоенной длине молота, поделенной на скорость звука в материале молота).

На фиг. 9 показан полученный ударный спектр ускорений, где "а" - это допустимый диапазон погрешностей, "в" - требуемый УСУ и "с" - спектр, полученный в результате численного моделирования. Т.е. требования таблицы 1 выполнены и можно переходить к испытаниям.

Процедура подбора оптимальных размеров панели, количества вырезов и их размеров, стержней для крепления панели к станине, размеров, формы и массы молота относится к «ноу-хау» изобретения, и в представленных материалах не рассматривается.

Пример практического исполнения

Рассматриваемый стенд (фиг. 1) использовался при квалификационных ударных испытаниях электрореактивного двигателя СПД-140Д.

Испытания на воздействия удара проводились по методу ударного спектра ускорений в соответствии с требованиями, приведенными в таблице 1, последовательно вдоль каждой из трех взаимно перпендикулярных осей. В качестве примера рассмотрим ударные испытания анодного блока СПД-140Д в направлении оси "Х-Х" блока.

Предварительно (расчетным путем) были получены необходимые размеры и толщины наковальни (металлической плиты). Размеры наковальни (алюминиевой плиты) показаны на фиг. 3, толщина 30 мм. Для крепления плиты к станине использовались стальные стержни диаметром 20 мм с резьбой. Масса прибора (анодный блок) ~14 кг. Точки крепления - по кругу. Молот (боек) имеет длину 240 мм, диаметр 60 мм, материал сталь. Для регистрации ускорений использовались ударные акселерометры фирмы «Брюль и Кьер» №4371. Вначале на панель устанавливался имитатор анодного блока, на котором уточнялась скорость соударения (и соответственно угол отклонения подвески с молотом), после чего на стенд устанавливался штатный прибор, и проводились ударные испытания.

На фиг. 10 показан график мгновенных значений ускорений, зарегистрированный при ударных испытаниях, а на фиг. 11 - его ударный спектр ускорений, вычисленный при добротности Q=10 с использованием алгоритма Смолвуда. На фиг. 11 показаны графики:"а" - это допустимый диапазон погрешностей, "в" - требуемый УСУ и "с" - спектр, полученный в результате испытаний.

Как видно из фиг. 11 на графике УСУ можно выделить частоты, близкие к приведенным в таблице 2. Это, в первую очередь, частота ~3600 Гц, обеспечивающая частоту перехода в 4000 Гц, а также частота ~550 Гц, формирующая необходимый спектр в области частот до 1 кГц и частота ~1000 Гц, формирующая необходимый спектр в области частот от 1 кГц до 2 кГц.

На графике мгновенных ускорений (фиг. 10) видно, что максимальное значение амплитуды нестационарной вибрации не превышает 1100 g. В то же время, одиночный импульс, обеспечивающий УСУ с амплитудой в 4000 g, должен иметь амплитуду ~2800 g.

Т.е. использование разработанного стенда позволило создать необходимый режим ударных испытаний приборного блока, обеспечив снижение максимальной амплитуды ударного воздействия.

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Стенд для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования, состоящий из молота, подвески молота, поворотной траверсы, станины, фиксирующего устройства, наковальни для монтажа оборудования, регистрирующих датчиков, отличающийся тем, что наковальня выполнена в виде прямоугольной сменной металлической панели, жестко закрепленной к станине стенда с помощью стержней с резьбой, при этом сменная металлическая панель выполнена с вырезами прямоугольной формы и ребрами между вырезами, а оси стержней, обеспечивающих крепление сменной металлической панели к станине, проходят через вырезы и не совпадают с осями ребер, причем между сменной металлической панелью и станиной устанавливают виброизолирующую прокладку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности и может быть использовано для текущей оценки и прогноза безопасной эксплуатации объектов, эксплуатируемых в условиях динамических воздействий.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для измерения, контроля и управления динамическими характеристиками вибрационных технологических машин.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения в процессе его эксплуатации.

Сейсмоплатформа относится к испытательной технике и воспроизводит сейсмические нагрузки в виде трехмерных затухающих колебаний. Сейсмоплатформа содержит плиту для размещения испытуемого элемента сооружения или здания, установленную на опоры, которые установлены на дополнительную прокладную плиту, которая в свою очередь опирается на фундамент через податливые в горизонтальном направлении опоры и соединена со стеной и с фундаментом через гидравлические приводы.

Изобретение относится к средствам и методам диагностики инженерных сооружений и может быть использовано для контроля и оценки ресурса надежности и безопасной эксплуатации сооружений, работающих в условиях динамического нагружения.

Изобретение относится к способу определения эффективности взрывозащиты. Способ заключается в том, что используют систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне в испытательном боксе, где устанавливают макет взрывоопасного объекта.

Изобретение относится к метрологии, в частности, к методам контроля пошипников ГТД. Способ предполагает использование спектроанализатора для контроля сигнала с выхода микрофона.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для динамических испытаний объектов на воздействие ударных перегрузок. Стенд содержит узел формирования внешнего ударного воздействия, контейнер в виде полого поршня и стол, предназначенный для закрепления объекта испытаний, размещенный в контейнере с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и связанный с контейнером посредством упругой связи.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к методам испытаний пролетных строений, и может быть использовано при испытании автодорожных и городских мостов.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для виброакустических испытаний различных систем, имеющих упругие связи с корпусными деталями объекта.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам, и может быть использовано в авиационной испытательной технике для испытаний элементов беспилотного вертолета с соосными винтами. Устройство содержит фундамент стенда, силовой каркас, зажимные приспособления, раму монтажную, каркас фюзеляжа, амортизаторы, мотораму, двигатель внутреннего сгорания, подредукторную раму, редуктор, выходные соосные валы, автомат перекоса, соосные винты, муфту, рычаги, коромысла, нагрузочное устройство, устройство пилотирования с приводами управления автоматом перекоса, систему топливную, смазки, системы охлаждения, систему управления двигателем, устройство пожаротушения, систему приточно-вытяжной вентиляции, также устройство содержит пульт управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении безопасности. 18 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ударных нагрузок на летательных аппаратах (ЛА). Способ включает измерение суммарного вибрационного и ударного процессов измерения суммарного вибрационного и ударного процесса в местах размещения бортового оборудования на концах крыла и концевых частях фюзеляжа ЛА, с применением преобразователей, чувствительные элементы которых реагируют на ускорение, возникающее в месте крепления этих преобразователей, его запись на регистратор. Дополнительно вначале выполняют обработку суммарной измерительной информации с получением измеренного амплитудного спектра в заданном диапазоне от нижней частоты до верхней. По заданному требованию в техническом задании на разработку БО эталонному удару с длительностью и амплитудным спектром, описываемым известным аналитическим выражением, вычисляют частоту среза, за пределами которой амплитудный спектр равен 0. Затем в пределах диапазона в измеренном амплитудном спектре выделяют частоту с максимальным значением амплитудного спектра. Производят идентификацию частоты с расчетным значением частот. Для этой частоты вычисляют ординату амплитудного спектра эталонного удара по известному аналитическому выражению для этого спектра в относительных величинах, рассчитывают амплитуду ускорения измеренного удара, а затем расчетное значение амплитуды удара сравнивают с заданным значением амплитуды эталонного удара. При этом должно быть выполнено условие, что амплитуда эталонного удара должна быть больше амплитуды измеренного удара, а полученное рассогласование между экспериментальным и заданными величинами амплитуд сравнивают с допустимым значением. В качестве эталонного может быть задан удар, амплитудный спектр которого описывается аналитической функцией полусинусоидального, прямоугольного или треугольного удара. Технический результат заключается в повышении достоверности определения параметров удара на конструкции крепления бортового оборудования ЛА, упрощении процедуры обработки и значительного сокращения времени анализа результатов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение при контроле состояния массивных бетонных сооружений. Способ включает создание компьютерных моделей сооружения, моделей нагрузок и воздействий на него, расчет характеристик несущих конструкций, сбор и обработку данных с контрольно-измерительной аппаратуры, данные натурных наблюдений по контрольно-измерительной аппаратуре, например закладных тензометров, восстанавливают по разработанной статистической модели с использованием расчетных значений напряжений в локальных точках массивного бетонного сооружения, полученных на имитационной математической модели, откалиброванной по значениям интегральных диагностических показателей сооружения, и данных наблюдений за сооружением в период, предшествующий выходу из строя контрольно-измерительной аппаратуры. Технический результат заключается в обеспечении мониторинга напряжений в случае выхода из строя закладной контрольно-измерительной аппаратуры и повышении тем самым надежности эксплуатации конструктивных элементов сооружений. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений, и в других звукопоглощающих конструкциях. Технический результат заключается в повышении эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом. Способ исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов заключается в том, что испытываемый объект с новой исследуемой облицовкой устанавливают свободно на полу, включают на номинальные режимы работы и регистрируют уровни звукового давления на рабочем месте посредством акустических микрофонов, соединенных с шумомером из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам. Уровни звукового давления регистрируют в пяти точках по периметру испытываемого объекта на расстоянии 1 м от его габаритных размеров. Записывают показания шумомера в каждой точке не менее трех, а после замеров проводят расчет шумовых характеристик испытываемого объекта с новой исследуемой облицовкой по определенным математическим зависимостям. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений и в других звукопоглощающих конструкциях. Технический результат заключается в повышении эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом. Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях содержит испытуемый объект, который установлен свободно на полу в помещении, а в пяти точках измерения, по периметру испытуемого объекта, на расстоянии 1 м от его габаритных размеров, установлены акустические микрофоны из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам, при этом количество точек измерения равно пяти, а число измерений в каждой точке равно трем, после замеров проводится расчет шумовых характеристик объекта по определенным математическим выражениям. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытаний на ударные воздействия, и может быть использовано при испытаниях на ударные воздействия различных приборов и оборудования, требования к которым задаются в виде спектра удара. Устройство состоит из молота, подвески молота, поворотной траверсы, станины, фиксирующего устройства, наковальни для монтажа оборудования, регистрирующих датчиков. При этом наковальня выполнена в виде прямоугольной сменной металлической панели, жестко закрепленной к станине стенда с помощью стержней с резьбой, при этом сменная металлическая панель выполнена с вырезами прямоугольной формы и ребрами между вырезами. Причем все ребра одинаковые, а расстояние от кромки металлической панели, к которой прикладывается ударное воздействие, до вырезов не менее чем в 2 раза больше продольного размера выреза, но не менее чем в 2 раза меньше расстояния до противоположного относительно точки приложения ударного воздействия торца металлической панели. При этом собственные частоты поперечных колебаний ребер не совпадают с частотами продольных колебаний плиты до и после вырезов, а оси стержней, обеспечивающих крепление сменной металлической панели к станине, проходят через вырезы и не совпадают с осями ребер, причем между сменной металлической панелью и станиной устанавливают виброизолирующую прокладку. Технический результат заключается в повышении точности и стабильности воспроизведения ударного воздействия, заданного спектром ускорений. 11 ил., 2 табл.

Наверх