ПРОЕКТИРОВАНИЕ УДАРНОГО СТЕНДА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

VIII Международная научно-практическая конференция

УДК 620.16

Кравцов Гордей Сергеевич Kravtsov Gordey Sergeyevich, Дубикайтис Анастасия Петровна Dubikaitis Anastasia Petrovna, Постников Даниил Витальевич Postnikov Daniil Vitalievich Студент Student

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра-Великого

Peter the Great St. Peterburg University

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УДАРНОГО СТЕНДА DESIGN OF THE IMPACT STAND

Аннотация. В современном мире науки и технологий нередко проверенные методы сменяются более инновационными и практичными. Таким образом в газовой отрасли стальные трубы заменили пластичными полимерными, которые в свою очередь выдерживают более сильные смещения грунтов, не нарушая герметичность газопровода. Все трубы должны проходить испытания согласно ГОСТ Р 50838-2009 на быстрое распространение трещин. Инициаторами разрушения труб могут быть. удар, дефект, плохое качество стыкового сварного шва и внешнее воздействие.

В статье представлена структурно-функциональная схема, разработанная на основании анализа аналогов, пневмо-кинематическая схема стенда и разгонного узла. будущем становится возможным создание более компактных стендов для испытания пластиковых газовых труб на образование трещин, что в свою очередь существенно снизит стоимость сертификации труб.

Abstract: nowadays in a world of science and technology, proven methods are often replaced by more innovative and practical methods. Thus, in the gas industry, steel pipes were replaced with plastic polymeric, which in turn withstand stronger ground displacements without disrupting the tightness of the pipeline. All pipes must be tested according to ГОСТ Р 50838-2009 for the rapid spread of cracks. The initiators of the destruction of pipes can be impact, defect, poor quality of the joint weld and external impact.

The article presents a structural and functional scheme developed on the basis of the analysis of analogs, a pneumatic-kinematic scheme of the stand and the upper stage. in the future, it becomes

possible to create more compact stands for testing plastic gas pipes for cracking, which in turn will significantly reduce the cost of pipe certification.

Ключевые слова, ударный стенд, боек, БРТ, испытание полиэтиленовых труб, разгонный узел

Key words: impact stand, firing pin, BRT, test of polyethylene pipes, booster assembly.

Структурно-функциональная схема, изображенная на рисунке 1 даёт общее представление об испытательном стенде или его частях. Из рассматриваемой схемы понятны процессы, происходящие в данном механизме, тип управления и тип связей между механизмами.

Рис. 1. Структурно-функциональная схема испытательного стенда

В структурно-функциональной схеме стенда испытательной центрифуги можно выделить следующие части: Логическая часть:

• программируемый логический контроллер, который реализует программу управления. ПЛК принимает сигналы от датчиков обратной связи, в нашем случае это: датчик скорости, точнее оптические датчики, которые фиксируют скорость по интервалу времени прохождения каретки с бойком между ними, по ГОСТ[1] эта скорость должна быть 15 ± 5 м/с, датчик

VIII Международная научно-практическая конференция положения штока, определяющий его крайнее положение, нужное для подачи

сигнала, что каретку можно отпускать в свободное падение, и датчик положения

кожуха с трубой, который определяет нужное положение. ПЛК обрабатывает их

по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на

исполнительные устройства;

• панель управления оператора - устройство, предназначенное для запуска и остановки оборудования. Кроме того, нужен для наблюдения за ходом процесса, отображения сообщений о неполадках.

Часть с разгонным узлом:

Состоит он из разгонного пневмоцилиндра, который придает начальный импульс каретке бойка, сам цилиндр соединен с быстродействующим пневматическим клапаном БК и ресивером со сжатым воздухом. В начале испытания в поршневую полость пневомцилиндра подается воздух из ресивера, пневматический тормоз ПТ разжимается, позволяя штоку придать начальный импульс каретки, кроме того, одновременно с этим устройство удержания бойка тоже срабатывает, тем самым больше не держа боек. В разгонном узле установлена пара датчиков для определения положения штока, при достижении им определенного положения шток будет остановлен за счет ПТ, а боек продолжит свободное падение под действием силы тяжести.

Удержание бойка:

• При помощи устройства удержания бойка боек находится на исходной позиции, само устройство при помощи лебедки соединен с мотор-редуктором 2, при это ротор мотора-редуктора удерживается посредством тормоза. Устройство удержания бойка срабатывает одновременно с разжатием ПТ, тем самым отправляя боек в свободное падение.

• После проведения испытания установку необходимо вернуть в начальное положение, для этого спускается лебедка и присоединяется к каретке при помощи устройства удержания бойка, далее мотор-редуктор 2 возвращает боек в начальное положение. По достижению бойком начального положения (до

начала испытания), включается пневматический тормоз, блокирующий шток пневмоцилиндра.

Подвод кожуха:

• Сначала труба охлаждается до определённой температуры, после чего ее помещают в кожух, который посредством мотор-редуктора 1 доставляется в рабочую область машины, положение трубы определяется при помощи оптического датчика.

После того как боек ударился о трубу, проводиться измерение при помощи рулетки образовавшийся трещины в случае, если трещина не появилась, то эксперимент проводят снова. Согласно ГОСТ [1] первое испытание проводят без внутреннего давления в кожухе. Дальнейшие же испытания проводят при различных давлениях, в зависимости от давления трещины будут получаться той или иной длины. После проведения ряда испытаний и обнаружения различных длин трещин испытание можно считать завершенным.

На рисунке 2 представлена пневмо-кинематическая схема испытательного стенда. На схеме изображено устройство стенда, включая пневматическую часть.

Рис. 2. Пневмо-кинематическая схема стенда

VIII Международная научно-практическая конференция

Как видно из схемы, в установке есть ресивер, из которого выходят 2 пневматические линии, по одной подается воздух в трубный кожух, проходя при это через блок подготовки воздуха и кран, по второй линии воздух подается разгонный узел РУ. Для контроля параметров установлены датчики и показано их расположение, Д1 - датчик положения, предлагается использовать оптический, Д2, Д3 - датчики положения пневмоцилиндра, Д4 - оптические датчики скорости. Также на схеме показаны мотор-редуктор 1 и 2.

На рисунке 3 представлен более подробный вид разгонного узла.

РУ состоит из ресивера 3 который соединен с быстродействующим клапаном 2, который в свою очередь соединен с разгонным пневмоцилиндром 1, на конце штока надет нормально закрытый пневматический тормоз 9, схема работы [2].

«Вопросы развития современной науки и техники» Для придания большего начального ускорения необходимо чтобы ресивер,

БК и ПЦ имели наибольшие проходные площади, при этом равные. Чтобы

достичь данное требование предлагается переработать крышки ПЦ, ресивера.

Эскиз штоковой крышки представлен на рисунке 4. При новых крышках сила

сопротивления воздуха отсутствует, т. к. происходит свободный выхлоп при

разгоне.

Рис. 4. Эскиз штоковой крышки ПЦ

Каретка 7, соединённая с линейными подшипниками, являющаяся новой крышкой ресивера лежит на пружинах 5 или пружины вторичной амортизации. С другой стороны пружины 5 упираются в стакан, который находится в неподвижном упоре 8, он воспринимает статическую нагрузку от узла. Для ручной настройки пружин было принято использовать передачу винт-гайка. В момент подачи воздуха в пневматический тормоз, чтобы колодки разжались, переключается распределитель БК для открытия клапана. Воздух попадает из ресивера в поршневую полость, вследствие чего происходит ускорение поршня. Из-за удара возникает отдача, которую гасят пружины 4 или иначе пружины первичной амортизации, пружины воспринимают энергии. Через каретку 6, которую предлагается использовать как новую крышку ПЦ. Энергия пружин

VIII Международная научно-практическая конференция первичной амортизации гаситься о пружины вторичной амортизации, в итоге за

счет затухающих пружин 5 колебаний энергия узла гаситься, стоит отметить, что

жесткость пружин первичной амортизации больше, чем у вторичной.

Штоковая полость соединена с атмосферой, из-за этого необходимо тормозить шток внешним устройством. Предлагается сместить датчик Д3 до положения, когда шток достиг нужной скорости, при этом сам шток взять длиннее, чем необходимо для разгона. После торможения шток с малой высоты падает на штоковую крышку, чтобы избежать сильных повреждений берем шток с демпферами на конце, чтобы торможение было плавное, предлагается использовать дроссель.

По проведению испытания за счет лебедки с ЭМ каретка поднимается, при этом собой задвигает шток обратно, когда шток достигнет начального положения (до испытаний), тормоз закроется и шток будет зафиксирован.

Библиографический список:

1. Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия. [Текст]: ГОСТ Р 50838-2009(ИСО 4437:2007) - Взамен ГОСТ Р 50838-95. Введ. 2011-0101 - М: Стандартинформ, 2012 год. 23 с.

2. Технические характеристики безопасных тормозов Sitema[Электронный ресурс]//SГГEMASafetyCatehers- [Режим доступа]: https://www.sitema.com/gfx _content/pdf/en/Safety_Catchers/SITEMA-TI-A10-EN.pdf (Дата обращения: 11.02.2021).

© Г.С. Кравцов, А.П. Дубикайтис, Д.В. Постников, 2021