CC BY
40
УДК 620 1762-5675 Е. В. КЛИМЕНТЬЕВ
А. Ю. КОНДЮРИН И. А. ПЕНЬКОВ
B. С. КОРНЕЕВ
C. А. КОРНЕЕВ
Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск
Омский государственный технический университет
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОЭЛЕМЕНТОВ С РЕЗИНОКОРДНОЙ ОБОЛОЧКОЙ
В статье дается описание экспериментального стенда для определения основных термодинамических параметров, упругих и упругодемпфирующих характеристик пневматических элементов с резинокордной оболочкой.
Ключевые слова: пневматический элемент, воздушное демпфирование, экспериментальный стенд, упругодемпфирующие характеристики.
Введение. Перспективным направлением развития систем амортизации стационарных объектов и автотранспортных средств является применение пневматических элементов с воздушным демпфированием [1—3], не уступающих по своей эффективности упругим элементам (винтовым пружинам, рессорам и т.п.), работающих совместно с гидравлическими амортизаторами для демпфирования колебаний. В настоящее время наиболее полными являются исследования пневмоэлементов, работающих в режиме пневмопружин (без воздушного демпфирования) [4, 5]. Существующие исследования пнев-моэлементов, работающих в режиме пневмоамор-тизатора с воздушным демпфированием, глубоко затрагивают в основном механические параметры пневмоэлементов, главным образом, их упруго-демпфирующие характеристики, устанавливающие связь развиваемого усилия на совершаемом перемещении. При этом одним из малоизученных является температурный режим работы пневмоэлемен-тов, напрямую связанный с условиями теплообмена с окружающей средой.
Настоящая статья посвящена описанию экспериментального стенда, предназначенного для определения не только упругодемпфирующих характеристик пневмоэлементов (с резинокордной оболочкой рукавного типа), но основных термодинамических параметров, таких как температура (совместно с давлением) газа и температура стенок пневмоэле-мента на разных режимах его работы. Результаты указанных экспериментальных исследований важны для разработки математической модели пневма-
тического элемента с учетом условий протекания реальных процессов теплообмена с окружающей средой. Все это позволит получить более достоверные данные о термодинамических параметрах пневматических элементов с воздушным демпфированием и области их практического применения.
1. Описание экспериментального стенда. Экспериментальный стенд состоит из пневматического элемента, дополнительного объема (резервуара), компрессора и модуля коммутации (рис. 1). Компрессор служит для закачивания в систему требуемой массы газа (воздуха), а также для поддержания заданного давления в пневмоэлементе на определенных режимах испытаний, связанных, главным образом, с определением зависимости рабочего объема от координаты, характеризующей перемещение пневмоэлемента, и величины силы сопротивления, возникающей при перекатывании резино-кордной оболочки рукавного типа по металлической арматуре (наружная и внутренняя металлоарматура представляет собой направляющие в виде обечайки и плунжера соответственно). Модуль коммутации (блок управления) предназначен для обеспечения работы пневмоэлемента в режиме пневмопружи-ны или пневмоамортизатора по заданному закону управления клапанным устройством, сообщающим (разобщающим) рабочий объем пневмоэлемента с дополнительным объемом. Подключение дополнительного объема выполняется через систему рукавов высокого давления. Распределительная система и управляющая аппаратура имеют достаточно большое поперечное сечение (наибольшее из всех
Рис. 1. Компоновка экспериментального стенда
Датчик \ \ температуры ¿ИР
Рис. 2. Схема пневматического элемента с РКО марки Н-609
возможных вариантов) и малую длину, чтобы свести к минимуму гидравлическое сопротивление перетеканию воздуха из рабочего объёма в дополнительный объём и обратно. Благодаря этому почти полностью исключаются нежелательные эффекты от дросселирования рабочей среды.
Экспериментальный стенд интегрирован в сер-вогидравлическую испытательную машину серии 8805 фирмы встроенными датчиками ко-
торой автоматически фиксируются и передаются для записи на компьютер величины усилия и перемещения пневмоэлемента. Датчик нагрузки Dynacell со встроенным акселерометром компенсирует инерционную нагрузку, вызванную тяжелым захватами и приспособлениями, с относительной погрешностью измерения 0,5%. Погрешность датчика перемещения составляет 0,02 мм. Программное обеспечение Bluehill 3, WaveMatrix сервогидравли-
а)
б)
Рис. 5. Дополнительный резервуар с регулируемым объёмом: а — общая схема; б — 3D модель
ческой машины Instron позволяет проводить квазистатические и динамические испытания практически по любой методике с управлением по нагрузке (до 100 кН) и перемещению (до 150 мм).
Схема пневматического элемента с резинокордной оболочкой (РКО) марки Н-609 [6] представлена на рис. 2, его графическая 3D модель с элементами крепления к рабочему столу сервогидравлической испытательной машины фирмы Instron — на рис. 3, а общий вид — на рис. 4. Датчик давления (рис. 2) марки DMP 331i (диапазон измерения от 0...0,4 до 0.40 бар, погрешность 0,1% диапазона измерения, температура измеряемой среды от —40 до плюс 125 °С) предназначен для измерения давления в рабочем объёме пневмоэлемента. Три датчика температуры (рис. 2) (термопреобразователи сопротивления серии ТС-1388/6-2 марки Pt100, диапазон рабочих температур от —30 до плюс 200 °С, время реакции до 4 с) позволяют измерять температуру газа в верхней и нижней частях рабочего объёма пневмоэлемента, а также температуру его стенки для оценки величины коэффициента теплообмена пневмоэлемента с окружающей средой.
Дополнительный резервуар (рис. 5) с регулируемым объёмом (от 1,4 до 14 литров) предназначен для изменения величины общего объёма газа при работе пневмоэлемента в режиме пневмопружи-ны, а при работе пневмоэлемента в режиме пнев-моамортизатора — для обеспечения эффекта воздушного демпфирования за счёт смешения газов в рабочем и дополнительном объёмах при открытии клапана в заданных положениях пневмоэлемента, определяемых назначенным алгоритмом управления.
Выводы. Разработанный экспериментальный стенд позволяет определять упругодемпфирую-щие характеристики пневматических элементов, работающих в режимах пневмопружины и пнев-моамортизатора с воздушным демпфированием, а также устанавливать характер изменения основных термодинамических параметров, влияющих на работоспособность и целостность пневматического элемента.
Библиографический список
1. Акопян, Р. А. Пневматическое подрессоривание автотранспортных средств (вопросы теории и практики). В 2 ч. Ч. 1 /
Р. А. Акопян. — Львов : Выща школа, 1979. — 218 с.
2. Калашников, Б. А. Системы амортизации объектов с дискретной коммутацией упругих элементов / Б. А. Калашников. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2008. - 344 с.
3. Хамитов, Р. Н. Системы амортизации крупногабаритных объектов с активными упругими и демпфирующими элементами / Р. Н. Хамитов, Г. С. Аверьянов. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. - 124 с.
4. Певзнер, Я. М. Пневматические и гидропневматические подвески / Я. М. Певзнер, А. М. Горелик. - М. : ГНТИМЛ, 1963. - 319 с.
5. Равкин, Г. О. Пневматическая подвеска автомобиля / Г. О. Равкин. - М. : ГНТИМЛ, 1962. - 288 с.
6. Резинокордные изделия для городского транспорта : проспект [Электронный вариант]. — Режим доступа : http:// www.progress-omsk.ru/constructor.php?act = group4 (дата обращения: 30.08.2015).
КЛИМЕНТЬЕВ Евгений Владимирович, главный конструктор комплекса № 3 отдела № 2 Научно-производственного предприятия «Прогресс»; аспирант кафедры сопротивления материалов Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
КОНДЮРИН Алексей Юрьевич, заместитель генерального директора по производству — директор опытного производства Научно-производственного предприятия «Прогресс».
ПЕНЬКОВ Иван Александрович, аспирант, ассистент кафедры сопротивления материалов ОмГТУ. КОРНЕЕВ Владимир Сергеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры основ теории механики и автоматического управления ОмГТУ.
КОРНЕЕВ Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой сопротивления материалов ОмГТУ. Адрес для переписки: korneyev@omgtu.ru, когеа_ home@mail.ru
Статья поступила в редакцию 31.08.2015 г. © Е. В. Климентьев, А. Ю. Кондюрин, И. А. Пеньков, В. С. Корнеев, С. А. Корнеев
