Стенд для испытаний крупногабаритных изделий на многократные ударные нагрузки

 

Изобретение относится к испытательной технике, к оборудованию для проверки в лабораторных условиях стойкости изделий к многократным ударным нагрузкам. Стенд для испытаний изделий на многократные ударные нагрузки выполнен в виде ряда соединенных общим валом ударных модулей, число которых по крайней мере равно двум, установленных друг относительно друга на расстоянии, равном расстоянию между опорами изделия при его транспортировании. Каждый ударный модуль выполнен в виде станины, стола для закрепления изделия, формирователя ударного импульса, связанного с приводом механизма подъема и сброса стола, состоящего из вала с закрепленным на нем кулачком толкателя. Общий вал выполнен составным по длине из отдельных звеньев, снабженных кулачками, число которых равно числу ударных модулей. Кулачки установлены на валу с возможностью разворота друг относительно друга по окружности. Достигаемым техническим результатом является приближение условий стендовых испытаний крупногабаритных изделий к натурным условиям нагружения за счет формирования изменяющихся по длине изделия ударных нагрузок и снижение металлоемкости конструкции стенда. 7 ил.

Заявленный стенд относится к испытательной технике, конкретно к оборудованию для проверки в лабораторных условиях стойкости изделий к многократным ударным нагрузкам.

В настоящее время многие изделия машиностроения, энергетики, приборостроения испытываются на стойкость к многократным ударам, которые имитируют различные случаи эксплуатационных нагружений изделий, наиболее распространенным из которых является транспортировочные нагрузки.

В связи с тем, что натурные испытания путем непосредственной перевозки железнодорожным, автомобильным или авиационным транспортом требуют значительных средств и времени, их обычно заменяют испытаниями в лабораторных условиях на специальных стендах.

Стенды для испытаний на многократные удары, как правило, механического типа, действующие по принципу падения (свободного или ускоренного) рабочего стола с объектом испытаний на упругий элемент. Это - получившие широкое распространение стенды производства Германии типа SPS и STT и принимаемые далее за прототип отечественные стенды типа СУ (см. стр. 360, книга 2 "Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. В 2-х кн. Кн. 2/ Под ред. В.В.Клюева - М: Машиностроение, 1978 - 430 с").

Известные стенды отличаются друг от друга в основном габаритами рабочего стола и грузоподъемностью.

Такой стенд состоит из рабочего стола, формирователя ударного импульса, станины, электропривода, кулачкового механизма подъема и сброса стола.

Он работает следующим образом. Привод вращает кулачок, тот в свою очередь с помощью механизма подъема и сброса поднимает на определенную высоту и сбрасывает рабочий стол с установленным на нем объектом испытаний.

В процессе падения стол получает необходимую скорость и соударяется со станиной через формирователь ударного импульса.

Амплитуда и длительность ударного импульса подбираются изменением высоты сброса рабочего стола (h) и жесткостью формирователя ударного импульса (c). Частота ударов (n) регулируется изменением скорости вращения кулачка.

Основными достоинствами таких стендов является их простота, относительная дешевизна и небольшая продолжительность испытаний по сравнению с натурными испытаниями при транспортировании.

Недостатком их является то, что на них нельзя проводить испытания крупногабаритных изделий большой длины, например длинномерных конструкций, элементов и изделий ракетно-космической техники, элементов корабельных магистралей и т.п., а также их недостаточная грузоподъемность. Объясняется это небольшими габаритами рабочих столов известных стендов. Увеличение габаритов столов до размеров изделий ведет к значительному увеличению их массы, мощности приводов. Кроме того, увеличение габаритов рабочих столов приводит к снижению величин частот собственных колебаний, что не позволяет получать ударные импульсы необходимой малой длительности.

Таким образом, простое увеличение габаритов известных стендов для испытаний на многократные удары не позволяет проводить испытания крупногабаритных изделий большой длины.

Известные стенды обеспечивают относительно равномерное и одновременное нагружение изделия по всей длине, так как поле перегрузок по всей поверхности рабочего стола является постоянным.

Однако при эксплуатации достаточно длинномерные изделия подвергаются многократным ударным нагрузкам, действующим не одновременно на все элементы конструкции и с различной интенсивностью по длине изделия. Например, такое нагружение имеет место при последовательном прохождении тележки железнодорожного вагона через стыки рельсов.

Известные стенды не позволяют испытывать изделия на воздействие неравномерного поля многократных ударных импульсов, что является их недостатком.

Целью изобретения является обеспечение проведения в лабораторных условиях крупногабаритных (длинномерных) изделий на многократные ударные нагрузки, переменные по длине изделий, и снижение металлоемкости изготовления стенда.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый стенд составлен из нескольких станин, рабочих столов, формирователей ударного импульса и кулачковых механизмов подъема и сброса изделий, установленных на одной оси и соединенных с электроприводом и друг с другом общим валом, на котором закреплены кулачки.

Количество рабочих столов, расстояние между ними и длина вала выбирается в зависимости от длины объекта испытаний.

Высоты сбора рабочих столов и жесткостные характеристики формирователей ударных импульсов выбираются в зависимости от величин требуемых параметров ударного нагружения по длине изделия.

Взаимное расположение кулачков по окружности вала выбирается таким, чтобы обеспечить необходимую последовательность подъема, сброса и соударения рабочих столов со станинами.

А общий вал выполнен с возможностью регулировки его длины, а также регулировки размещения на нем кулачков как по его длине, так и по его окружности.

На фиг. 1 представлена предлагаемая схема стенда (в варианте установки изделия на двух рабочих столах).

Стенд состоит из привода 1, общего вала 2, станины 3, формирователя ударного импульса 4, рабочего стола 5, кулачка 6, механизма подъема и сброса 7, объекта испытаний 8, опор 9, станины 10, формирователя ударного импульса 11, рабочего стола 12, кулачка 13, механизма подъема и сброса 14.

Стенд работает следующим образом. Сначала устанавливают на определенном расстоянии L друг от друга станины 3 и 10 с рабочими столами, формирователями ударного импульса и механизмами подъема и сброса (назовем их условно ударными модулями).

Расстояние между модулями и их количество выбираются в зависимости от длины объекта испытаний и условий его закрепления (например, количество опорных поясов изделий на полу железнодорожной платформы при транспортировании изделия).

Затем привод 1 соединен с валом 2, а на вале 2 устанавливают кулачки 6 и 13. Длину вала выбирают в зависимости от расстояния между модулями. Для этого вал может быть выполнен, например, состоящим из отдельных составных элементов, количеством и длиной которых подбирают необходимую длину вала. При необходимости вал 2 может быть установлен в опоры 9.

Настройка параметров ударного нагружения на каждом ударном модуле производится регулировкой высоты сброса стола (h_i) и жесткости формирователя ударного импульса (c_i).

Частота ударов (n) благодаря общему валу у всех модулей одинакова и определяется скоростью вращения привода (ω). Взаимное расположение кулачков по окружности вала (сдвиг по фазе) выбирают таким образом, чтобы обеспечить требуемую последовательность передачи ударных нагружений на опорные пояса изделий.

Кулачок на вале можно закрепить, например, с помощью шпонки, а размещение его по окружности вала регулировать с помощью ряда шпоночных канавок, выполненных с необходимым шагом на поверхности вала (см. фиг. 1 вид А).

На фиг. 2 - 6 представлены некоторые виды нагружений, обеспечиваемые на предлагаемом стенде (в 2-модульном варианте).

На фиг. 2 представлен наиболее типовой вид нагружения. Он обеспечивается одновременным соударением столов 5 и 12 со станинами 3 и 10 соответственно, т. е. ударная нагрузка одновременно передается на опорные пояса объекта испытаний. Кулачки 6 и 13 имеют одинаковую конструкцию и на вале 2 устанавливаются на одной шпоночной канавке (сдвиг по фазе ϕ = 0).

Они при вращении вала одновременно начинают подъем столов 5 и 12, поднимают их с помощью механизмов подъема и сброса 7 и 14 на одинаковую высоту (h₁ = h₂) и одновременно производят их сброс. Жесткостные характеристики формирователей ударных импульсов 4 и 11 при этом выбираются одинаковыми.

Нагружение, представленное на фиг. 3, получается, если в предыдущем случае выбрать жесткостные характеристики ударных импульсов 4 и 11 разными.

На фиг. 4 и 5 представлено нагружение изделия многократными ударными импульсами, действующие поочередно на опорные пояса изделия. В этом случае на вале 2 кулачка 6 и 13 устанавливаются асимметрично, например, со сдвигом по фазе ϕ = 180^o.

В общем случае величина угла ϕ зависит от расстояния (L) между опорными поясами изделия, скорости перемещения транспортного средства при перевозке изделия и скорости вращения общего вала ударных модулей (ω). На фиг. 6 и 7 представлено нагружение изделия многократными ударными импульсами, воздействующими с различной интенсивностью на опорные пояса изделия. В этом случае механизмы подъема и сброса 7 и 14 настроены на различную высоту сброса столов 5 и 12, т.е. h₁ > h₂.

Таким образом, предлагается испытывать крупногабаритные (длинномерные) изделия без использования стенда с крупногабаритным рабочим столом и, следовательно, мощной станиной, приводом, формирователем ударного импульса и т.д.

Вместо этого предлагается использовать значительно менее металлоемкие малогабаритные рабочие столы, передающие за счет общего вала ударные нагрузки на опорные пояса объекта испытаний. Это позволяет при одинаковой мощности привода существенно увеличить максимальный допустимый вес объекта испытаний.

Одновременно благодаря небольшим габаритам рабочие столы предлагаемого стенда имеют значительно более высокие частоты собственных колебаний по сравнению со стендом и поэтому обеспечивают получение ударных импульсов с малыми длительностями при испытании крупногабаритных изделий, что практически недостижимо при испытаниях на известных стендах.

Предлагаемый стенд позволяет не только синхронно и равномерно передавать ударную нагрузку на объект испытаний, но и нагружать изделие по опорным поясам с различной интенсивностью и сдвигом во времени, что недостижимо в известном стенде.

Предлагаемый стенд может быть также использован для одновременных испытаний небольших изделий, устанавливаемых независимо друг от друга на отдельных модулях.

Формула изобретения

Стенд для испытаний изделий на многократные ударные нагрузки, состоящий из привода и связанного с ним ударного модуля в виде станины, стола для закрепления изделия, формирователя ударного импульса, связанного с приводом механизма подъема и сброса стола, состоящего из вала с закрепленным на нем кулачком толкателя, отличающийся тем, что он выполнен в виде ряда соединенных общим валом ударных модулей, число которых по крайней мере равно двум, установленных друг относительно друга на расстоянии, равном расстоянию между опорами изделия при его транспортировании, а общий вал выполнен составным по длине из отдельных звеньев, снабженных кулачками, число которых равно числу ударных модулей, при этом кулачки установлены на валу с возможностью разворота друг относительно друга по окружности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7