[1]Полезная модель относится к испытательной технике, в частности, к стендам для испытаний силового гидропневмооборудования при натурных условиях нагружения, предназначенного для использования на стартовых ракетных комплексах, и может быть использована при испытаниях гидробуферов, пневмогидравлических амортизаторов и демпферов.
[2]До настоящего времени у нас в стране используются стартовые комплексы, в состав которых входят мачты с площадками обслуживания, кабель-мачты и мачты с топливными магистралями. Для снижения воздействия на конструкции мачт высокотемпературных потоков, истекающих из двигателей ракеты при их пуске, эти мачты отходят от ракеты благодаря первоначальному усилию, создаваемому противовесами, а затем под действием вращающего момента от собственного веса, и фиксируются в наклонном положении. Вес таких мачт достигает 23...24 тонн и при откидывании их от вертикального положения возникают большие опрокидывающие моменты и большие скорости их перемещения. С целью защиты оборудования, установленного на мачтах, от ударных нагрузок на конечных участках их перемещения и приведения их в исходное состояние они снабжаются соответствующим гидрооборудованием. В частности гидробуферы обеспечивают снижение пиковых значений усилий за счет поглощения и рассеивания энергии. Усилия, создаваемые гидробуферами опорных ферм и мачты обслуживания достигают значений порядка 42...45 тс при перемещении головки гидробуфера относительно его нижней опоры - 1244 мм и скорости ее перемещения до 1,8 м/с.
[3]Для определения работоспособности такого гидрооборудования, в том числе и вновь разрабатываемого, необходимо провести его стендовые испытания при натурных условиях нагружения.
[4]Известен стенд для испытаний силового гидропневмооборудования стартовых комплексов, содержащий основание, на котором закреплена стойка с размещенными на ней узлом крепления опор испытываемого силового гидрооборудования и узлом его нагружения, а также пневмогидравлическую систему с источником высокого давления, арматурой и трубопроводами (см. Универсальный стендовый комплекс для отработки амортизационных систем. Комплект чертежей №СМ-1057-336М-0000-0Сб, - М., ГНИП «ОКБ Вымпел», 1994. - 162 с.).
[5]Известный стенд позволяет проводить испытания широкой номенклатуры и типоразмеров силового гидропневмооборудования стартового комплекса при условиях, приближенных к натурным.
[6]На фиг.1 представлен общий вид стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартового комплекса. В известном стенде основным элементом, обеспечивающим крепление опор испытываемого силового гидропневмооборудования и средств их нагружения, является коромысло 1, установленное в подшипниковом узле на вертикальной стойке 2. Для обеспечения испытаний разных типов гидропневмооборудования, например, гидробуферов 3, пневмогидравлических амортизаторов 4 и демпферов 5, на коромысле 1 закреплены узлы крепления верхних опор испытываемого оборудования, а узлы крепления их нижних опор закреплены на дополнительных опорах 6, 7 и 8, установленных на основании стенда 9.
[7]При испытании гидробуфера 3 его верхняя опора закреплена на тяге 10, шарнирно соединенной с левой частью коромысла 1, верх консоли 11 которого предназначен для установки комплекта грузов 12 (средство нагружения), обеспечивающих заданные усилия нагружения буфера 3. При этом на правом конце коромысла 1 закреплен упор 13, взаимодействующий с замком 14, обеспечивающим фиксацию коромысла 1 во взведенном положении. Кроме того, стенд снабжен гидробуфером 15 для торможения коромысла 1 в конце его рабочего хода, пнемоприводом 16 (средство нагружения) для создания усилия на испытываемые гидробуферы 3, гидроамортизаторы 4 и демпферы 5, и гидродомкратом 17 для возвращения коромысла 1 в исходное состояние.
[8]Испытания гидробуфера 3 осуществляется следующим образом.
[9]При помощи гидродомкрата 17 правое плечо коромысла 1 опускается вниз, при этом упор 13 приходит во взаимодействие с замком 14, фиксируя коромысло во взведенном положении. Левое плечо коромысла 1, поднимаясь вверх, приводит в исходное положение плунжер испытываемого гидробуфера 3. Затем на это плечо (верх консоли 11) устанавливают комплект грузов 12, вес которых обеспечивает создание заданного усилия на плунжер гидробуфера 3.
[10]После открытия замка 14 коромысло 1 освобождается и под воздействием пневмо-привода 16 и статического момента, создаваемого консолью 11 с комплектом грузов 12, поворачивается против часовой стрелки, воздействуя на разгонную головку испытываемого гидробуфера 3.
[11]Недостатки известного стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартового комплекса заключаются в следующем:
[12]1. Так, при испытании ряда типоразмеров гидробуферов, необходимо создать натурное нагружение, представляющее собой функцию или возрастающую как по времени, так и по ходу его плунжера, или приблизительно постоянную. В силу особенностей работы пневмопривода и используемого комплекта грузов для создания требуемого нагружения, они развивают усилие, представляющее собой убывающую функцию как по времени, так и по ходу плунжера. Произвести точную оценку работоспособности испытываемого гидробуфера с таким характером изменения усилия нагружения не представляется возможным.
[13]2. Известный стенд не позволяет влиять на характер нагружения, т.е. не позволяет изменять величину усилия нагружения в процессе испытания гидрооборудования. Это связано с тем, что задав начальный угол поворота коромысла, подобрав массу груза и настроив давление воздуха в пневмоцилиндре, в процесс нагружения гидробуфера нельзя вмешаться. Поскольку развиваемые усилия, необходимые для испытания гидробуфера достигают 40...50 тс, а скорости перемещения его штока достигают 1,8 м/с, возникает опасность его нагружения усилием, превышающим заданное, которое может привести к разрушению испытательного и испытываемого оборудования.
[14]3. Поскольку известный стенд имеет определенные габариты, которые в целом и обеспечивают создание в определенном диапазоне заданных усилий на испытываемое оборудование при сохранении прочности конструкции стенда и его элементов, то он не позволяет испытывать вновь созданные образцы гидрооборудования большой мощности.
[15]4. Кроме того, недостатком известного стенда является то, что он представляет собой большое сооружение весом (со сменным технологическим оборудованием) более 41 те со следующими габаритами: высота 8935 мм, размеры в плане 9000 мм×3285 мм. Это в целом усложняет его обслуживание и эксплуатацию. Для испытаний нового гидрооборудования разных типоразмеров необходимо изготавливать дополнительные элементы, обеспечивающие крепление испытываемого оборудования на стенде. Это приводит к дополнительным материальным затратам и увеличивает сроки испытания гидрооборудования. Обслуживание и эксплуатация известного стенда связана с использованием большого объема подготовительных и установочно-монтажных работ с высокой долей ручного труда.
[16]Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в обеспечении натурных условий нагружения испытываемого гидрооборудования в широком диапазоне заданных значений усилий, упрощение конструкции стенда и упрощение его обслуживания и эксплуатации.
[17]Эта задача решается тем, что в отличие от известного стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартовых комплексов при натурных условиях нагружения, содержащего основание, на котором закреплена стойка с размещенными на ней узлом крепления опор испытываемого силового гидрооборудования и узлом его нагружения, а также гидравлическую систему с источником высокого давления, арматурой и трубопроводами, в полезной модели стойка выполнена в виде вертикальной П-образной рамы, в верхней части которой размещена каретка, установленная с возможностью вертикального перемещения в направляющих рамы, с узлом крепления верхней опоры испытываемого силового гидрооборудования, размещаемого вертикально, при этом узел крепления нижней опоры испытываемого силового гидрооборудования закреплен на основании, а к верхней части каретки присоединен узел нагружения испытываемого силового гидрооборудования, выполненный в виде гидроцилиндра, при этом источник высокого давления гидравлической системы выполнен в виде емкости высокого давления, а гидравлическая система снабжена емкостью низкого давления, гидравлическим насосом, регулятором расхода, системой управления, ПЭВМ, датчиком перемещения, концевым выключателем и датчиком давления, причем емкость высокого давления через регулятор расхода соединена трубопроводом с полостью нагнетания гидроцилиндра, а емкость низкого давления через гидравлический насос - со штоковой полостью гидроцилиндра, при этом датчик перемещения, концевой выключатель и датчик давления предназначены для установки на испытываемом силовом гидрооборудовании, электрические выходы с которых соединены через ПЭВМ и систему управления с регулятором расхода.
[18]На фиг.2 изображена схема стенда для испытаний силового гидропневмооборудования стартового комплекса при натурных условиях нагружения, включающая и гидравлическую систему.
[19]Стенд содержит основание 1, на котором закреплена стойка 2, выполненная в виде вертикальной П-образной рамы, на верху которой установлен силовой каркас 3. Кроме того, на основании 1 закреплен узел крепления нижней опоры 4 испытываемого оборудования, например, гидробуфера 5 (изображен пунктиром). На направляющих 6, размещенных на боковых элементах рамы, установлена с возможностью вертикального перемещения каретка 7 с закрепленным на нем узлом крепления 8 верхней опоры гидробуфера 5. На верху каркаса 3 закреплен узел нагружения гидробуфера 5, выполненный в виде гидроцилиндра 9, рабочий шток 10 которого соединен с кареткой 7. Для обеспечения испытаний гидрооборудования разного назначения и разных типоразмеров узлы крепления опор выполнены съемными, и, кроме того, на основании 1 может дополнительно монтироваться
[20]вертикальная опора для размещения узла крепления нижней опоры испытываемого гидрооборудования.
[21]В состав гидравлической части стенда входит источник высокого давления, выполненный в виде емкости высокого давления 11 с рабочей жидкостью 12, соединенной с пневмосистемой высокого давления. Выход из емкости 11 соединен трубопроводом через регулятор расхода 13 с полостью нагнетания гидроцилиндра 9, а выход из штоковой полости гидроцилиндра 9 трубопроводом соединен через гидравлический насос 14 с емкостью низкого давления 15 с рабочей жидкостью 16. Кроме того, для повышения надежности работы стенда при нештатных режимах работы (при больших усилиях и больших скоростях перемещения штока гидрооборудования) испытываемый гидробуфер 5 оснащается датчиком перемещения 17, концевым выключателем 18, взаимодействующим с упором 19 при крайнем нижнем положении корпуса гидроцилиндра 9, и датчиком давления 20, электрические выходы с которых соединены через ПЭВМ 21 и систему управления 22 с регулятором расхода 13. При этом габариты стенда составляют: в плане - 2 м×1,1 м, и высотой, включая гидроцилиндр 9,-7,2 м.
[22]Гидробуфер на предложенном стенде испытывается следующим образом.
[23]Исходное положение отдельных элементов и узлов стенда. Испытываемый гидробуфер 5 установлен на стенд и закреплен в узлах крепления нижней 4 и верхней 8 опор. В воздушную полость емкости высокого давления 11 подан воздух заданного давления. Вентили ВНЗ и ВН4 открыты, регулятор расхода 13 закрыт.
[24]Уравнение динамического равновесия защищаемого гидробуфером оборудования (мачты, опорной фермы) относительно оси вращения имеет следующий вид:
[25]
[26]В уравнении (1) α - угол поворота мачты или опорной фермы, рад; t - время, сек. Величина момента инерции защищаемого гидробуфером оборудования J, кг*м2, определяется относительно оси вращения. Q - вес мачты или опорной фермы. Плечи действия весовой нагрузки rK и усилия РБ со стороны гидробуфера rБ рассчитываются по реальным размерам стартовой системы и углу поворота мачты или опорной фермы.
[27]В программу ПЭВМ 21, работающую в режиме реального времени, занесены инерциальные и конструктивные параметры защищаемого оборудования, позволяющие выполнить численное интегрирование уравнения (1). Уравнение (1) проинтегрировано по времени, начиная от момента начала движения защищаемого оборудования до момента встречи опорной поверхности защищаемого оборудования с разгонной головкой гидробуфера.
[28]Определено значение скорости соударения опорной поверхности защищаемого оборудования с разгонной головкой гидробуфера.
[29]Программа ПЭВМ 21 выдает сигнал на систему управления 22, которая открывает регулятор расхода 13. При этом шток гидроцилиндра 9 перемещается вниз вместе с кареткой 7, нагружая испытываемый гидробуфер 5. При этом каретка 7 перемещается вниз в направляющих 6 рамы 2. Давление в рабочей полости гидробуфера повышается, его величина фиксируется датчиком давления 20 и принимается работающей программой ПЭВМ. По величине давления в рабочей полости гидробуфера программа рассчитывает величину усилия со стороны гидробуфера РБ в правой части уравнения (1). Дифференциальное уравнение (1) интегрируется численно при известной правой части; в результате получаем необходимую скорость перемещения штока гидроцилиндра 9, по величине которой рассчитывается требуемый расход рабочей жидкости, определяемый степенью открытия регулятора расхода 13. Степень открытия регулятора расхода 13 корректируется в процессе всего испытания до его завершения программой ПЭВМ 21 по результатам интегрирования дифференциального уравнения (1). При этом рабочая жидкость из штоковой части гидроцилиндра 9 сливается в емкость 15.
[30]Таким образом, полезная модель обеспечивает условия нагружения, соответствующие натурным, в процессе всего испытания гидробуфера.
[31]Возврат каретки и движущихся частей гидробуфера 5 в исходное положение обеспечивается рабочей жидкостью, нагнетаемой в штоковую полость гидроцилиндра 9 насосом 14 при открытом вентиле ВН5, закрытом вентиле ВН4 и сброшенном до атмосферного давлении в воздушной полости емкости высокого давления 11.
[32]Аналогичным образом проводятся испытания другого гидрооборудования
[33]Стенд имеет многоуровневую защиту испытательного и испытываемого оборудования в процессе испытаний. Во-первых, перемещение ограничивают специальные ограничители в конце направляющих 6. Рабочий ход штока 10 гидроцилиндра 9 также ограничен. В конструкции гидроцилиндра предусмотрено торможение в конце рабочего хода на участке 100 мм. Наконец, предполагаемый вариант регулируемой системы нагружения предусматривает защиту элементов стенда и испытываемого гидрооборудования по максимальному перемещению, максимальной скорости, максимальному ускорению, максимальному давлению рабочей жидкости и другим параметрам, использование которых при эксплуатации стенда будет признано необходимым.
[34]Использование полезной модели позволит повысить качество и достоверность испытания гидропневмооборудования путем воспроизведения заданных натурных условий нагружения. Кроме того, упрощается конструкция стенда, его обслуживание и эксплуатация.
