RU2280849C1 - Bed for dynamic testing - Google Patents

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: bed for dynamic testing can be used for resistance tests and serviceability of samples and units of mechanisms subject to influence of pulse inertial overloads, including shock overloads. Bed has base. Speed-up unit is mounted onto the bed. The speed-up unit is made in form of shaft and pressure source. Piston is also mounted onto base which piston protrudes cut of shaft with its front end. Piston is made for displacement along two guides - top and lower ones. Guides are mounted in vertical plane crossing longitudinal axis of shaft. Speed-up unit is made for movement along lower guide. Bed provides ability of acceleration of tested objects within wide range of size-weight characteristics where overloads from hundreds to tens of thousands units. Bed gives ability of repeating experiment and of educing cost of operation of units and mechanisms due to preservation at brake part, as well as ability of registration and transmission to measurement system of all necessary information on parameters of loads and of function of tested object along communication lines.

EFFECT: improved reliability of operation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - техника для испытания опытных образцов узлов и механизмов устройств на воздействие импульсных инерционных перегрузок, в том числе и ударных.The invention relates to a testing technique. The predominant field of application is the technique for testing prototypes of units and mechanisms of devices for the effects of pulsed inertial overloads, including shock ones.

Одним из этапов разработки узлов и механизмов, подвергающихся в процессе своего рабочего цикла кратковременным (пиковым) инерционным нагружениям, является этап экспериментальной проверки механической стойкости и работоспособности изделий в условиях, приближенных к натурным. Особенно актуальна данная задача при разработке новых образцов ракетной и артиллерийской техники (см., например, А.К.Ботвинкин и др. «Взрывные ударные установки для экспериментальной отработки ракетно-артиллерийского вооружения на воздействие интенсивных механических нагрузок». Сборник докладов НК ВРЦ РАРАН "Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения". - Саров, ВНИИЭФ, 2000 г.). Для решения этих задач используется большое количество разнообразных экспериментальных стендов и установок.One of the stages in the development of units and mechanisms that are subjected to short-term (peak) inertial loads during their working cycle is the stage of experimental verification of the mechanical resistance and working capacity of products under conditions close to natural ones. This task is especially relevant in the development of new types of rocket and artillery equipment (see, for example, A.K. Botvinkin and others. "Explosive shock installations for the experimental development of rocket and artillery weapons under the influence of intense mechanical loads.” Report collection of the Scientific and Technical Center of the Russian Academy of Science and Education " Modern methods of designing and testing rocket and artillery weapons. "- Sarov, VNIIEF, 2000). To solve these problems, a large number of various experimental stands and installations are used.

Известен стенд для ударных испытаний изделий, содержащий основание, установленное на нем разгонное устройство, выполненное в виде источника давления и ствола, в котором размещены поршень с объектом испытания (ОИ), поршень-боек и поршень - инерционная масса, тормозное устройство, расположенное перед срезом ствола. Нагружение поршня осуществляется через воздушную подушку поршнем-бойком, разогнанным сжатым воздухом. После нагружения поршень с объектом испытания тормозится в стволе при взаимодействии также через воздушную подушку с инерционной массой. Торможение инерционной массы осуществляется за пределами ствола с помощью тормозного устройства, выполненного в виде демпферов, размещенных в направляющем цилиндре. В стенке ствола в конце участка разгона поршня бойка и на участке между поршнем для закрепления объекта испытания и инерционной массой выполнены окна для сброса давления газа (см. патент России №2009456 С1, МПК 5 G 01 М 7/08, опубл. 15.03.94, бюл. №5).A well-known stand for impact testing of products, containing a base, an accelerating device mounted on it, made in the form of a pressure source and a barrel, in which a piston with a test object (OI), a piston-hammer and an inertial mass, a brake device located in front of the cut are placed the trunk. The piston is loaded through an air cushion with a striking piston dispersed by compressed air. After loading, the piston with the test object is braked in the barrel when interacting also through an air cushion with inertial mass. The inertial mass is braked outside the barrel with the help of a braking device made in the form of dampers placed in the guide cylinder. In the wall of the barrel at the end of the accelerator piston acceleration section and in the section between the piston for securing the test object and the inertial mass, windows for gas pressure relief are made (see Russian patent No. 2009456 C1, IPC 5 G 01 M 7/08, publ. 15.03.94 Bulletin No. 5).

Недостатками аналога являются: ограничение по габаритным размерам объекта испытаний, т.к. он не может быть больше калибра ствола разгонного устройства, необходимость проведения дополнительных мер по организации съема электрической информации с первичных преобразователей, закрепленных на борту объекта испытания, ввиду трудностей, связанных с подкалиберным расположением объекта испытаний, относительно сложное устройство системы торможения поршня с объектом испытаний и невозможность проведения визуального наблюдения и оптической регистрации процессов разгона и торможения поршня с объектом испытаний.The disadvantages of the analogue are: a restriction on the overall dimensions of the test object, because it cannot be larger than the caliber of the booster barrel, the need for additional measures to organize the removal of electrical information from the primary converters mounted on board the test object, due to the difficulties associated with the sub-caliber location of the test object, the relatively complex device of the piston braking system with the test object and the impossibility visual observation and optical registration of the processes of acceleration and braking of the piston with the test object.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является выбранный в качестве прототипа стенд для исследования процесса разделения метаемого объекта (см. патент России №2153155, МПК7 G 01 М 7/08, опубл. 20.07.2000, бюл. №20).Closest to the proposed technical solution is a stand selected as a prototype for studying the separation process of a missile object (see Russian patent No. 2153155, IPC G 01 M 7/08, publ. 20.07.2000, bull. No. 20).

Данный стенд содержит основание, установленное на нем разгонное устройство, выполненное в виде ствола и источника давления, размещенный в стволе поршень, тормозное устройство, расположенное перед срезом ствола, устройство для закрепления метаемого объекта, выполненное в виде установленных снаружи ствола направляющих, каретки, выполненные с возможностью соединения с метаемым объектом. Продольные оси направляющих расположены попарно в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с продольной осью ствола и кареток. При этом в каретках соосно направляющим установлены демпферные втулки из пластичного материала, выполненные с утолщениями в направлении движения метаемого объекта. Каретки размещены на направляющих с обеспечением возможности перемещения каждой из частей метаемого объекта по отдельной паре направляющих. Длина поршня выбрана из условия обеспечения контакта одной из частей метаемого объекта с передним по направлению движения торцом поршня. Тормозное устройство выполнено в виде установленных на направляющих металлических втулок, профиль наружной поверхности которых может иметь форму усеченного конуса, обращенного меньшим основанием в сторону метаемого объекта. Длины металлических втулок для каждой отдельной пары направляющих выбраны из условия обеспечения торможения частей метаемого объекта без соударения друг с другом.This stand contains a base, an accelerating device mounted on it, made in the form of a barrel and a pressure source, a piston located in the barrel, a brake device located in front of the barrel cutter, a device for securing a missile object made in the form of guides installed outside the barrel, carriages made with the ability to connect with a missile object. The longitudinal axis of the guides are arranged in pairs in planes intersecting along a line coinciding with the longitudinal axis of the barrel and the carriages. At the same time, damper bushings made of plastic material are installed in the carriages coaxially with the guides and are made with thickenings in the direction of movement of the missile object. The carriages are placed on the rails so that each of the parts of the missile object can be moved along a separate pair of rails. The length of the piston is selected from the condition of ensuring contact of one of the parts of the missile object with the front end of the piston in the direction of movement. The brake device is made in the form of metal bushings mounted on the guides, the profile of the outer surface of which can be in the form of a truncated cone, facing a smaller base towards the projectile. The lengths of the metal bushings for each individual pair of rails are selected from the condition of ensuring the braking of parts of the missile object without impacting each other.

Недостатком прототипа является высокая перегрузка торможения объекта испытания, соизмеримая с перегрузкой, действующей на него при разгоне, и ограничение габаритных размеров объекта испытаний. Кроме этого, разница результирующих сил трения демпферных втулок в парах направляющих может привести к появлению опрокидывающего момента, недопустимого при высоких уровнях перегрузки, т.к. это приведет к разрушению стенда. Последнее ограничивает эксплуатационные характеристики стенда, выбранного в качестве прототипа.The disadvantage of the prototype is the high overload braking of the test object, commensurate with the overload acting on it during acceleration, and the limitation of the overall dimensions of the test object. In addition, the difference in the resulting friction forces of the damper bushings in the guide pairs can lead to the appearance of a tipping moment, which is unacceptable at high levels of overload, because this will destroy the stand. The latter limits the operational characteristics of the stand selected as a prototype.

Решаемой технической задачей является создание стенда, обеспечивающего линейное ускорение ОИ с перегрузкой заданного профиля, широкий диапазон габаритно-массовых характеристик ОИ, плавное торможение ОИ.The technical task to be solved is the creation of a stand that provides linear acceleration of the OI with overloading a given profile, a wide range of overall mass characteristics of the OI, smooth braking of the OI.

Технический результат - отсутствие механических повреждений в конструкции ОИ, вызванных воздействием на него перегрузки при торможении, и сохранение им вида, неизменного после нагружения механическим импульсом заданного профиля на участке разгона и пригодного для последующего анализа возможных повреждений и проверки дальнейшей работоспособности, сохранение основных узлов стенда в случае разрушения ОИ, возможность получения информации о параметрах нагружения и функционирования объекта испытаний во время его ускорения по проводным линиям связи, торможение объекта испытаний на участке свободного пробега под действием различных диссипативных сил (например, силы трения, силы аэродинамического сопротивления и т.д.), которое характеризуется низкими (до десяти единиц) и практически постоянными во времени уровнями перегрузки, повторяемость эксперимента, снижение себестоимости экспериментальной отработки ОИ.The technical result is the absence of mechanical damage in the design of the OI caused by the influence of overload during braking on it, and its preservation of a form that remains unchanged after loading a given profile by a mechanical pulse in the acceleration area and suitable for subsequent analysis of possible damage and verification of further operability, preservation of the main components of the test bench in case of destruction of the OI, the ability to obtain information about the loading parameters and the functioning of the test object during its acceleration by wire communication lines, braking of the test object on the mean free path under the influence of various dissipative forces (for example, friction forces, aerodynamic drag forces, etc.), which is characterized by low (up to ten units) and almost constant over time levels of overload, experiment repeatability, reduction in the cost of experimental development of OI.

Техническая задача решается за счет того, что в стенде для динамических испытаний, содержащем основание, на котором установлено разгонное устройство, выполненное в виде ствола и источника давления, поршень, выступающий за срез ствола, выполненный с возможностью закрепления объекта испытаний снаружи ствола, закрепленные на основании снаружи ствола верхнюю и нижнюю направляющие, продольные оси которых лежат в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось ствола, поршень выполнен с возможностью перемещения по закрепленным снаружи ствола верхней и нижней направляющим, а разгонное устройство выполнено с возможностью перемещения по одной и той же нижней направляющей, что и поршень. Длина верхней направляющей выполнена меньше, чем длина нижней направляющей, но при этом должна быть выбрана из условия обеспечения движения поршня по обеим направляющим на пути не менее длины части поршня, заходящей в ствол разгонного устройства.The technical problem is solved due to the fact that in the test bench for dynamic tests, containing a base on which an accelerating device is installed, made in the form of a barrel and a pressure source, a piston protruding beyond the barrel, made with the possibility of fixing the test object outside the barrel, mounted on the base outside the barrel, the upper and lower guides, the longitudinal axis of which lie in a vertical plane passing through the longitudinal axis of the barrel, the piston is made with the possibility of movement along the fixed shell the barrel snugs of the upper and lower guides, and the accelerating device is arranged to move along the same lower guide as the piston. The length of the upper guide is less than the length of the lower guide, but it must be selected from the condition of ensuring the movement of the piston along both guides in a way not less than the length of the part of the piston entering the barrel of the booster.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показал, что заявленный стенд отличается совокупностью новых конструктивных признаков:A comparative analysis of the proposed solution and the prototype showed that the claimed stand is characterized by a combination of new design features:

- поршень выполнен с возможностью перемещения по закрепленным снаружи ствола верхней и нижней направляющим;- the piston is arranged to move along the upper and lower guides fixed outside the barrel;

- разгонное устройство выполнено с возможностью перемещения по нижней направляющей - той же, что и поршень;- the accelerating device is arranged to move along the lower guide - the same as the piston;

- длина верхней направляющей выполнена меньше, чем длина нижней направляющей, но при этом должна быть выбрана из условия обеспечения движения поршня по обеим направляющим на пути не менее длины части поршня, заходящей в ствол разгонного устройства.- the length of the upper guide is less than the length of the lower guide, but it must be selected from the condition of ensuring the movement of the piston along both guides in a way not less than the length of the part of the piston entering the barrel of the booster device.

Выполнение поршня с возможностью перемещения по закрепленным снаружи ствола по верхней и нижней направляющим обеспечивает безмоментное осевое нагружение объекта испытаний на участке разгона, расширяет диапазон эксплуатационных характеристик стенда и снижает риск его разрушения.The execution of the piston with the ability to move along the fixed outside the barrel along the upper and lower guides provides torqueless axial loading of the test object in the acceleration area, expands the range of operational characteristics of the bench and reduces the risk of its destruction.

Выполнение разгонного устройства с возможностью перемещения по одной направляющей - той же, что и поршень, обеспечивает соосность ствола и поршня в процессе разгона, что исключает перекос разгонного устройства относительно поршня, расширяет диапазон эксплуатационных характеристик стенда и снижает риск его разрушения.The implementation of the booster device with the ability to move along one guide - the same as the piston, ensures alignment of the barrel and piston during acceleration, which eliminates the bias of the booster device relative to the piston, expands the range of operational characteristics of the bench and reduces the risk of its destruction.

Выполнение длины верхней направляющей меньше, чем длина нижней направляющей, из условия обеспечения движения поршня по обеим направляющим на пути не менее длины части поршня, заходящей в ствол разгонного устройства, обеспечивает безмоментное движение поршня только на участке разгона, т.е. на наиболее нагруженном участке. При этом упрощается конструкция стенда, снижается себестоимость опыта по статье амортизационных затрат.The implementation of the length of the upper guide is less than the length of the lower guide, from the condition that the piston moves along both guides along a path of at least the length of the piston part that enters the barrel of the booster device, provides torqueless movement of the piston only in the acceleration section, i.e. in the most loaded area. At the same time, the design of the stand is simplified, the cost of experience in terms of depreciation costs is reduced.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показана схема стенда для динамических испытаний, на фиг.2 - вид стенда спереди.Figure 1 shows a diagram of the stand for dynamic testing, figure 2 is a front view of the stand.

Стенд включает в себя основание 1, на котором закреплена снаружи ствола 7 нижняя направляющая 2 и каркас 3 для закрепления верхней направляющей 4 также снаружи ствола 7. В данном исполнении показаны рельсовые направляющие. На нижней направляющей 2 установлены разгонное устройство 5, состоящее из источника давления 6 и ствола 7, и поршень 8, состоящий из заходной части 9 и выступающей части 10, представляющей собой платформу для закрепления объекта испытаний 11. Платформа снабжена захватами 12 для скольжения по направляющим 2 и 4. Продольные оси верхней 4 и нижней 2 направляющих лежат в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось ствола 7.The stand includes a base 1, on which the lower guide 2 and the frame 3 for securing the upper guide 4 also outside the barrel 7 are fixed on the outside of the barrel 7. In this embodiment, rail guides are shown. On the lower guide 2, an acceleration device 5 is installed, consisting of a pressure source 6 and a barrel 7, and a piston 8, consisting of a lead-in part 9 and a protruding part 10, which is a platform for fixing the test object 11. The platform is equipped with grippers 12 for sliding along the guides 2 and 4. The longitudinal axis of the upper 4 and lower 2 guides lie in a vertical plane passing through the longitudinal axis of the barrel 7.

Функционирование стенда осуществляется следующим образом.The functioning of the stand is as follows.

После инициирования заряда в источнике давления 6 газообразные продукты сгорания заряда давят на торец заходной части 9 поршня 8. Под действием давления продуктов сгорания поршень 8 с объектом испытаний 11, закрепленным на платформе 10, двигается с ускорением по верхней 4 и нижней 2 направляющим, обеспечивая заданный профиль перегрузки объекта испытаний 11. После выхода заходной части 9 поршня 8 за срез ствола перегрузка меняет знак на противоположный, т.к. поршень тормозится под действием сил трения и аэродинамического сопротивления. Происходит сход поршня 8 с верхней направляющей 4, после чего он продолжает движение по нижней направляющей 2 до полной остановки.After the initiation of the charge in the pressure source 6, the gaseous products of the charge of pressure press on the end face of the inlet part 9 of the piston 8. Under the action of the pressure of the products of combustion, the piston 8 with the test object 11, mounted on the platform 10, moves with acceleration along the upper 4 and lower 2 guides, providing the specified the overload profile of the test object 11. After the entry part 9 of the piston 8 leaves the barrel, the overload changes its sign to the opposite, because the piston is braked by friction and aerodynamic drag. There is a descent of the piston 8 with the upper guide 4, after which it continues to move along the lower guide 2 until it stops.

В процессе нагружения осуществляется регистрация электрических сигналов с датчиков, установленных на разгонном устройстве 5 и на борту платформы 10, сигналы передаются при помощи проводных линий связи (на фиг.1 и 2 не показаны).In the process of loading, electrical signals are recorded from sensors installed on the accelerating device 5 and on board the platform 10, the signals are transmitted using wired communication lines (not shown in FIGS. 1 and 2).

Выполнением стенда для динамических испытаний вышеописанным образом достигается отсутствие механических повреждений в конструкции ОИ, вызванных воздействием на него перегрузки при торможении и сохранение им вида, неизменного после нагружения механическим импульсом заданного профиля на участке разгона и пригодного для последующего анализа возможных повреждений и проверки дальнейшей работоспособности, сохранение основных узлов стенда в случае разрушения ОИ, возможность получения информации о параметрах нагружения и функционирования объекта испытаний во время его ускорения по проводным линиям связи, торможение объекта испытаний на участке свободного пробега под действием различных диссипативных сил (например, силы трения, силы аэродинамического сопротивления и т.д.), которое характеризуется низкими (до десяти единиц) и практически постоянными во времени уровнями перегрузки, повторяемость эксперимента, снижение себестоимости экспериментальной отработки объекта испытаний.By performing the dynamic test bench in the manner described above, the absence of mechanical damage in the design of the OI caused by overload during braking and preservation by it of a shape that remains unchanged after loading by a mechanical pulse of a given profile in the acceleration area and suitable for subsequent analysis of possible damage and verification of further operability is achieved, saving the main nodes of the stand in case of destruction of the OI, the ability to obtain information about the loading parameters and function ia the test object during its acceleration along the wire communication lines, the braking of the test object on the free path under the action of various dissipative forces (for example, friction forces, aerodynamic drag forces, etc.), which is characterized by low (up to ten units) and practically constant over time levels of overload, repeatability of the experiment, reducing the cost of experimental development of the test object.

Claims (1)

Стенд для динамических испытаний, содержащий основание, на котором установлено разгонное устройство, выполненное в виде ствола и источника давления, поршень, выступающий за срез ствола, выполненный с возможностью закрепления объекта испытаний снаружи ствола, закрепленные на основании снаружи ствола верхнюю и нижнюю направляющие, продольные оси которых лежат в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось ствола, отличающийся тем, что поршень выполнен с возможностью перемещения по закрепленным снаружи ствола верхней и нижней направляющим, а разгонное устройство выполнено с возможностью перемещения по нижней направляющей, той же, что и поршень, при этом верхняя направляющая имеет длину меньше длины нижней направляющей и выбрана из условия обеспечения движения поршня по верхней и нижней направляющим на пути не менее длины части поршня, заходящей в ствол разгонного устройства.A test bench for dynamic tests, comprising a base on which an accelerating device is installed, made in the form of a barrel and a pressure source, a piston protruding beyond the barrel cut, capable of fixing the test object outside the barrel, upper and lower guides fixed to the base outside the barrel, longitudinal axes which lie in a vertical plane passing through the longitudinal axis of the barrel, characterized in that the piston is arranged to move along the upper and lower fixed outside the barrel guides, and the accelerating device is arranged to move along the lower guide, the same as the piston, while the upper guide has a length less than the length of the lower guide and is selected from the condition that the piston moves along the upper and lower guides in a way not less than the length of the piston part, going into the barrel of the booster device.

Images