CC BY
33
УДК 420.178.5 (088.8) Д. Б. КОРЧАГИН
Г. С. АВЕРЬЯНОВ В. Е. КОНОВАЛОВ Р. Н. ХАМИТОВ
Омский государственный технический университет
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРОУДАРНЫЙ СТЕНД С ДВУХКАСКАДНЫМ УСИЛЕНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ__________________________________________
Предлагается гидродинамический виброударный стенд с двухкаскадным усилением по управлению с расширенными функциональными возможностями. Он позволяет создавать силовые воздействия на испытываемый объект, изменяемые в широком частотном диапазоне при различных формах силовых воздействий, в том числе сейсмического или ударного характера. Расширение функциональных возможностей обеспечивается за счет того, что гидродинамический виброударный стенд с двухкаскадным усилением по управлению содержит приводы изменения частоты колебаний в диапазоне 0...20 Гц. изменения амплитуды колебаний в диапазоне 0...120 мм и устройство для имитации ударного воздействия с системой амортизации.
Ключевые слова: частота воздействий, частота колебаний, амплитуда колебаний, амортизируемый объект, импульс силы.
В публикациях, посвященных вопросам исследования колебательных процессов (1 — 6|, сформулированы требования к используемой испытательной технике и возникающие при этом проблемы. Во-первых, амортизируемые объекты необходимо изучать с учетом упругих свойств самой сисгемы амортизации. Во-вторых, из-за возникающих конструктивных и объемных затруднений зачастую невозможно осуществить испытания натурных образцов лишь за счет изменения в широком диапазоне отдельных параметров подвески и параметров внешнего воздействия. В-третьих, проведение исследований связано с большими затратами материальных средств и времени.
С учетом перечисленных требований, испытательные системы должны обеспечивать широкий спектр изменения амплитудно-частотного диапазона внешних воздействий. Необходимо также обеспечивать воспроизведение воздействий любой формы с амплитудами и частотами, меняющимися произвольно. В последнем случае для выполнения поставленных задач требуются гидравлические и элсктрогидравли-ческие вибростенды, сложные в изготовлении и наладке, содержащие дорогостоящие задающие и исполнительные системы [1—3].
Развитие теории и практики приводит к усложнению требований к испытательной технике. След-ствием птого является необходимость изменения элементов известных испытательных систем, совершенствования отдельных подсистем, расширения испытательных возможностей за счет введения дополнительных операций и средств для их осуществления.
С целыо устранения недостатков была поставлена задача совершенствования системы «гидродинамический вибростенд» [4], в ходе решения которой ана-
лизировались конструктивная схема вибростепда и средства управления импульсным ударом, воздействующим на испытываемый объек т.
Недостатками гидродинамического вибростенда являются сложность его конструкции вследствие коаксиального расположения ведущих валов, консольное расположение маховика и возможность появления в связи с этим избыточных нагрузок, а также отсутствие возможности создания импульсной знакопеременной ударной нагрузки на платформу во время движения платформы. Расположение ведущих валов одного в другом ведет к ужесточению требований к точности изготовления, монтажа и к условиям эксплуатации. Консольное расположение маховика создаст опасность разрушения опор вала маховика и всего вибростенда при воздействии сейсмического одностороннего нагружения платформы, а также дополнительных нагрузок, возникающих вследствие бокового смещения платформы при ее колебаниях.
На основании результатов анализа имеющейся схемы гидродинамическою вибростепла разработана конструктивная схема гидродинамического вибро-ударного стенда с двухкаскадным усилением по управлению, в которой, по мнению авторов, устранены перечисленные недостатки. Новая конструкция вибростенда, подобно предшествующей, позволяет изменять внешние воздействия в широком диапазоне колебаний (периодических, апериодических, ударных периодических, ударных апериодических и других затухающих) |4). Изменена также конструкция клапанного устройства, связывающею источник высокого давления с платформой.
Система «гидродинамический виброударный стенд с двухкаскадным усилением по управлению» имеет следующие технические характеристики:
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВССТНИГ N11 <аг> 2010
Рис. Конструктивная схема гидродинамического виброударного стенда с дкухкаскадным усилением по управлению
— пределы изменения частоты 0... 20 герц и более, которые обеспечивает привод изменения частоты колебаний с приводным двигателем и передаточным механизмом;
— пределы изменения амплитуд!»! 0... 120 мм обеспечиваются приводом изменения амплитуды колебаний, содержащем кривошипно-шатунный механизм с. двумя тормозными устройствами.
Имеется устройство для имитации ударною воздействия, снабженное системой амортизации.
Монтажной базой стенда является рама, на которой установлен основной рабочий элемент— платформа 1. На платформе размещается амортизируемый объект 2 массой до 2000 кг. К платформе присоединен шток 3 с поршнем 4. Поршень помещен в герметичный корпус 5 и подвижно соединен с шатуном б кривошипно-шатунного механизма. Кривошипно-шатунный механизм является источником колебаний платформы 1. В опорах рамы установлен маховик 7, с которым кинематически связано устройство для изменения радиуса кривошипа 8. В маховике 7 радиально установлены винты 9 с левым и 10 с правым шагом, имеющие возможность синхронного вращения. На кривошипе закреплены гайки 11 и 12, образующие кинематические пары с винтами 9 и 10, при этом обеспечена возможность поступательною перемещения гаек одновременно в одном направлении. В маховике расположен зубчатый дифференциал, состоящий из четырех зубчатых колес, причем колеса 13 и 14 жестко соединены с винтами 9 и 10, другие колёса 15 и 16 закреплены на валах 17 и 18. Винты 9, Юивалы 17, 18 для устранения осевого смещения установлены па радиально-упорных подшипниках. Валы 17 и 18 снабжены тормозами, соответственно 19 и 20. Привод вибростенда выполнен в виде электродвигателя 21 и универсального регулятора скорости 22, позволяющей» регулировать частоту колебаний платформы и осуществлять реверс маховика 7 с помощью передачи 23. Маховик 7 смонтирован на опорах 24. Герметичный корпус 5 через клапанное устройство 25 связан с источником пысо-
I кого давления 26 и блоком управления 27. Клапанное
устройство выполнено в виде в виде маломощного электромагнита 28 с ротором 29 и двухкаскадною гидроусилителя с соплами 30 и 31 и золотником 32 . Каналы «с», «<1» золотника связаны со сливной магистралью. Платформа 1 снабжена опорами 33 д\я предотвращения бокового смещения.
Виброударный стенд работает следующим образом. При включении электродвигателя 21 через уни-версальтштй регулятор скорост и 22 и ременную передачу 23 приводи тся во вращение маховик 7 (например, против часовой стрелки, вид по стрелке А), который приводит в движение кривошип 8, зубчатый дифференциал и валы 17 и 18, причем входящие в состав дифференциала конические колёса 13, 14, 15, 16 неподвижны,
Амортизируемый объект 2 совершает вынужденные колебания с собственной частотой и собс твенной амплитудой при вращении маховика и воздействии источника на платформу 1 с постоянной амплитудой и частотой колебаний.
Изменение амплитуд!»! колебаний платформы 1 с амортизируемым объектом 2 происходит следующим образом. Например, увеличение амплитуды при соответствующем увеличении радиуса кривошипа 8 осущес твляется при включении тормоза 19 вала 17, создающего тормозное усилие И,. При этом коническое зубчатое ведущее колесо 15 зубчатою дифференциала останавливается, конические ведомые колёса 13 и 14 обкатывают против часовой стрелки (видпо стрелке Л) неподвижное колесо 15, приводя во вращение винт 9 с левой резьбой против часовой стрелки (видпострелке Б) и винт Юс правой резьбой по часовой стрелке, взаимосвязанные с ними гайки
11 и 12 синхронно переместятся в одном направлении, противоположном стрелке Б, и радиус кривошипа 8 увеличится.
Уменьшение радиуса кривошипа 8 происходит при включении тормоза 20 вала 18, создающего тормозное усилие Ру В результате останавливается зубчатое колесо 16, а конические ведомые колёса 13 и 14 обкатывают неподвижное колесо 16 по часовой стрелке (видпо стрелке А), приводя во вращение винт 9 с левой
резьбой по часовой стрелке (вид по стрелке Б) и винт 10 с правой резьбой против часовой стрелки, взаимосвязанные с ними гайки 11 и 12 синхронно переместятся в одном направлении по стрелке Б, и радиус кривошипа 8 уменьшится.
Импульсный удар обеспечивается тем, что при любом положении штока 3, связанного с платформой 1, в полости «а» или «Ь» герметичного корпуса 5 можсгг подаваться рабочее тело (жидкость) от источника высокого давления 26 через клапанное устройство 25, приводимое в действие блоком управления 27. При этом из-за кратковременности процесса происходит импульсное динамическое нагружение платформы 1 с амортизируемым объектом 2. В результате падения давления в полости «а» образуется положительный импульс силы С; а при снижении давления в полости «Ь» — отрицательный импульс силы С, т.е. таким образом обеспечивается создание знакопеременных динамических нагрузок сейсмического типа, приложенных к амортизируемому объекту 2. Для резкого прекращения колебаний маховик 7 оста-навливаютза счет тормозного усилия Яд. Вследствие остановки маховика амортизируемый объект совершает свободные колебания.
Клапанное устройство 25 работает следующим образом. При наличии напряжения питания ^электромагнита и появлении разности токов от блока управления 26 создаются разные по величине напряжения и, и иг Например, при и.г<и, в обмотках маломощного электромагнита 28 его ротор 29 вместе с закрепленной на нем заслонкой поворачивается на некоторый угол, что вызывает изменение давлений в междроссельных полостях перед соплами 30 и 31. Вследс твие этого нарушается равновесие сил, действующих на торцы золотника 32, и золотник начинает перемещаться, сообщая источник высокого дап ления 26 с полостью «а» герметичного корпуса 5. Пели и2>и,, то источник высокого давления 26 сообщается с иолосгыо «Ь» герметичного корпуса 5.
Опоры 33 предотвращают боковое смещение платформы 1 при колебательных процессах, обеспечивая уменьшение динамических нагрузок на маховик 7 и другие элементы конструкции вибростенда.
Использование данного вибростенда при достигнутом упрощении конструкции, устранении избыточных нагрузок на маховике, расположенном в опорах, изменении конструкции клапанного устройства, а также обеспечение возможности создания знакопеременных динамических нагрузок сейсмического типа для испытаний упругодемпфирующих элементов в системах амортизации позволяет проводит!» испытания, наиболее приближающиеся к реальным условиям эксплуатации объекта.
Осуществление в представленном вибростенде достигнутых конструктивных преимуществ позволяет создавать и исследуемом объекте сейсмические
нагрузки сложной формы в диапазоне ре1-улируемых частот и амплитуд колебаний при более равномерном распределении нагрузок. Применение в конструкции вибростенда унифицированных агрегатов и элементов обеспечивает упрощение наладки и обслуживания.
Досгоинсгвами предложенной конструкции являются:
— возможность получения внешних воздействий различной форм!,! в широком амплитудно-частотном диапазоне;
— возможность создания испытательного комплекса для проведения широкого спектра экспериментальных исследований.
— возможность использования вибростенда для испытания объектов различного назначения, в том числе и специального, на профильных предприятиях, например, омском ФГУП НПП «Прогресс».
Библиографический список
1. Фитилев, Б.I I. Гидродинамический вибростенд / Б.11. Фи тклев, Г.С. Аверьянов //Динамика систем: сб. науч.тр. — Омск: ОмПИ. 1977. Выи. 5. С. 72-74.
2. Ас. СССР N4! 426159. С 01 гп 7/00, в 01 р 21/00. Выборнов В. А.. Голубев В. А.. Журавлев ДМ. и др. Вибростенд. опубл. 30.04.1974, БИ № 16.
3. Ас. СССР N0 868398, С101 ш 7/00. Р 16 с 3/28. Мунц Г И. Устройство для изменения радиуса кривизны; онубл.30.09.1981, БИКвЗб.
4. Пат. № 2349887 РФ. МПК в 01 М 7/00. Вибростенд. Аверьянов Г.С., Хамитов Р.П.. Филиппов В.Н.: опубл.20.03.2009. БИ№8.
5. Автономный регистратор ударных процессов с повы-
шенной достоверностью и устойчивостью к внешним воэдей ствиям/С.В.Деньков |ндр.}//ВестникИжГТУ. — 2005. - N92. — С. 39 41.
6. Корчагин. Л.Б. Гидродинамически» вибростенд / А.Б. Корчагин, Р.Н. Хамитов, I ‘.С. Аверьянов // Омский научный вестник. — 2009- - №2 (80). - С. 122- 124.
КОРЧАГИН Анатолий Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедр!,I «Безопасность жизнс-деятелы юсти ».
АВЕРЬЯНОВ Геннадий Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Авиа- и ракетостроение».
КОНОВАЛОВ Владимир Евгеньевич, старший преподаватель кафедры «Детали машин».
ХАМИТОВ Рустам Нуриманович, кандидат технических наук, доцент, докторант кафедры «Авиа- и ракетостроение».
Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 27.12.2009 г.
© А. Б. Корчаги и, Г. С. Аверьянов. В. Е. Коновалов, Р. 11. Хамитов
Книжная полка
Герасимов, И. Я. История литейного производства и художественного литья [Текст]: конспект лекций / И. Я. Герасимов; ОмГТУ. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. — Ч. 2. — 2009. — 32 с.
В конспекте лекций изложено продолжение истории развития литейного производства в России и г. Омске. Приведены примеры художественных отливок в виде памятников, посвященных историческим событиям и известим омичам.
