Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Дудніков В.С., студент Кукушкін О.Е.

Дніпропетровський національний університет, Україна

Установка для навантаження оболонок

Дане повідомлення відноситься до випробувальної техніки, а саме до пристроїв і стендів для комбінованого навантаження оболонкових конструкцій при випробуваннях на міцність і жорсткість.

Відомий універсальний стенд, що імітує випадок вантаження сухих відсіків ракет [ 1, с. 283-284]. Стенд містить чотири гідроциліндри, один з яких розташований усередині відсіку по його осі і створює стискаюче зусилля, два інших розташовані за межами відсіку, консольно закріпленого на силовій залізобетонній підлозі, і прикріплені зустрічно одним кінцем до верхнього торця відсіку через технологічне кільце, створюючи пару сил, що вигинає відсік в площині їх розташування. У цій же площині розташован четвертий гідроциліндр, що створює перерізальну силу. Оскільки гідроциліндри зазвичай експлуатують в режимі витягування штоків (для виключення втрати стійкості штоків і зростання опору їх переміщенню), то на цьому стенді неможливе реверсування (зміна напряму) створюваного гідроциліндрами зусилля. Гідроциліндр, що створює стискаюче зусилля, не може бути розташований усередині бакового відсіку.

Відома установка для комбінованого навантаження оболонок при випробуваннях на міцність і жорсткість, що містить основу, на якій консольно закріплена оболонка, що випробовується, чотири навантажуючих пристрої, що шарнірно приєднані до основи та верхнього торця оболонки, розташовуючись при цьому попарно в двох пересічних площинах, однаково нахилених до основи [ 2, с. 120, рис. 3].

При усій універсальності такої схеми навантаження вона має наступні істотні недоліки:

- оскільки навантажуючі пристрої встановлені під кутом один до одного і до подовжньої вісі навантажуваної оболонки, то має місце не ефективне використання їх потужності. Дійсно, при куті між навантажуючими пристроями в 90⁰ на розтягування-стискування оболонки передається тільки 70% зусилля, що розвивається ними;

- в процесі створення того або іншого виду навантаження, навіть простого, постійно беруть участь усі чотири навантажуючі пристрої, від яких потрібно строга синхронність спрацьовування в часі. При чутливому зворотному зв'язку по зусиллю за рахунок взаємовпливу навантажуючих пристроїв, особливо при електромеханічному варіанті їх виконання і жорсткій навантажуваній оболонці, система управління не встигає відстежувати програму навантаження, з'являється перерегулювання і автоколивання;

- схема навантаження забезпечує тільки постійне співвідношення між силовими чинниками при комбінованому навантаженні, що визначається первинними кутами між навантажуючими пристроями та оболонкою; зміна цього співвідношення під час навантаження неможлива, для цього необхідно міняти кути в процесі монтажу при підготовці випробувань. Це звужує технологічні можливості при імітації реальних умов навантаження конструкцій;

- установка не дозволяє робити комбіноване навантаження послідовно в часі. Наприклад, після розтягування не можна робити кручення, вигин, оскільки при цьому два з чотирьох навантажуючих пристроїв повинні змінити напрям зусилля, що розвивається, на протилежне, що можливо тільки після розвантаження від первинного зусилля, при цьому первинна величина розтягування не зберігається. Це не дозволяє імітувати черговість прикладення в часі реальних експлуатаційних навантажень до систем ракет;

- із-за постійного використання чотирьох взаємновпливаючих навантажуючих пристроїв система управління складна та ненадійна;

- у разі виходу з ладу навіть одного навантажуючого пристрою жоден вид простого навантаження не може бути реалізован.

У зв’язку з цим актуальним стає завдання підвищення економічності установки внаслідок ефективнішого використання потужності навантажуючих пристроїв і розширення можливостей в реалізації реальних умов навантаження конструкцій за рахунок забезпечення можливості зміни в часі співвідношення між силовими чинниками безпосередньо в ході комбінованого навантаження, а також спрощення системи управління.

Це завдання вирішується тим, що в установці для комбінованого навантаження оболонок при випробуваннях на міцність і жорсткість, що містить основу, на якій консольно закріплена оболонка, що випробовується, чотири навантажуючих пристрої, що шарнірно приєднані до основи та верхнього торця оболонки, розташовуючись при цьому попарно в двох пересічних площинах, однаково нахилених до основи, між основою і оболонкою встановлено перехідник, який має нахилену під кутом 45⁰ опорну поверхню під нижній торець оболонки, а площини розташування навантажуючих пристроїв до основи та оболонки розташовані так, що одна пара навантажуючих пристроїв розташована в площині, яка проходить через вісь оболонки, а інша пара у перпендикулярній площині на рівні верхнього торця оболонки.

Суть пропонованого технічного рішення пояснюється рисунком.

Установка містить основу 1, перехідник 2, чотири навантажуючих пристрої 3, 4, 5, 6, виконаних, наприклад, у вигляді гідравлічних або електромеханічних домкратів, керованих дистанційно за допомогою системи управління. Перехідник 2 має опорну поверхню 7, нахилену під кутом 45⁰ до основи 1. Оболонка 8 за допомогою технологічного кільця 9 консольно закріплюється на поверхні 7 перехідника 2. Навантажуючі пристрої одним кінцем приєднуються шарнірно до основи 1, іншим кільцем до технологічного кільця 10 верхнього торця оболонки. Місця приєднання навантажуючих пристроїв до основи 1 і оболонці 8 вибрані так, що одна пара навантажуючих пристроїв 3, 4 розташовується в площині, що проходить через вісь нахиленої оболонки, а інша пара 5, 6 розташовується в іншій площині, перпендикулярній першій площині, на рівні верхнього торця оболонки. Таким чином, площини розташування пар навантажуючих пристроїв перетинаються між собою під кутом 90⁰, при цьому кожна з площин утворює з основою 1 кут в 45⁰. Усі навантажуючі пристрої

Рисунок – Установка для навантаження оболонок

забезпечені силовимірювальними пристроями 11, які використовуються як датчики зворотного зв'язку в системі управління взаємодією навантажуючих пристроїв.

Установка працює таким чином. По команді від системи управління навантажуючі пристрої включаються в роботу в певній послідовності або одночасно, створюючи зусилля того або іншого напряму і величини.

Розтягування-стискування оболонки 8 забезпечується синхронним спрацьовуванням навантажуючих пристроїв 3, 4, при цьому пристрої 5, 6 не створюють ніяких зусиль і тільки лише відстежують положення оболонки.

Для вигину оболонки в площині розташування навантажуючих пристроїв 3,4 останнім задаються протилежні по напряму, але однакові за величиною зусилля (чи переміщення). Одно з навантажуючих пристроїв працює на втягування штока, інше на виштовхування залежно від напряму вигину.

Для вигину оболонки в перпендикулярному напрямі синхронно на втягуванні або виштовхуванні штоків працюють навантажуючі пристрої 5,6.

Якщо шток пристрою 5 втягується, а шток пристрою 6 виштовхується, то оболонка випробовує закручування. При зміні напряму переміщення штоків навантажуючих пристроїв 5,6 оболонка 8 закручується в інший бік.

При розузгодженні в широких межах навантажуючих пристроїв 5,6 за величиною і напрямом зусилля, що розвивається, оболонка випробовуватиме спільну дію вигину і кручення в ту або іншу сторону.

При зміні співвідношення між величинами і напрямом зусиль пристроїв 3,4 оболонка випробовуватиме внецентренное розтягування-стискування або спільну дію розтягування-стискування і вигину в ту або іншу сторону.

Одночасна дія навантажуючих пристроїв 3,4,5,6 забезпечує таке комбіноване вантаження як розтягування-стискування з крученням і вигином в двох взаємно перпендикулярних площинах.

Комбіновані види навантаження можуть бути здійснені в двох незалежних етапах навантаження зі збереженням величини і напряму попереднього знаку або одночасно.

Оскільки чотири навантажуючі пристрої розбиті на дві пари, розташовані в двох взаємно перпендикулярних площинах, то ці пари можуть працювати незалежно один від одного. Це дозволяє зменшити взаємний вплив пристроїв на роботу один одного. Таким чином це спрощує програму і систему управління ними. Зменшується вірогідність перерегулювання і автоколивань, що дає можливість підвищити точність датчиків зворотного зв'язку системи управління.

Комбіноване навантаження конструкції може здійснюватися шляхом послідовних в часі етапів простих вантажень. Незалежність роботи пар навантажуючих пристроїв дозволяє безпосередньо в процесі навантаження міняти в широких межах співвідношення між силовими чинниками комбінованого навантаження. Усе це разом дає можливість точніше імітувати в процесі випробувань черговість прикладення в часі реальних експлуатаційних навантажень.

Відмітною особливістю такої установки є можливість проведення усіх вказаних простих і комбінованих навантажень послідовно в часі на одній і тій же оболонці без перемонтажу установки. Установка дозволяє проводити випробування по одному з простих видів навантаження (розтягування - стискування, кручення, вигин) навіть у разі виходу з ладу одного або двох навантажуючих пристроїв шляхом швидкої їх заміни з перпендикулярної пари. Це значно підвищує ремонтноспроможність і надійність установки, економить час і засоби на підготовку випробувань.

Ефективність розглянутої установки полягає в можливості на одній і тій же матеріальній частині проімітувати послідовно в часі різні розрахункові випадки експлуатаційного навантаження.

Це, з одного боку, підвищує достовірність отриманої експериментальної інформації про напружено-деформований стан оболонкової конструкції і, з іншого боку, зменшує кількість виробів, що виділяються для експериментальної відробітки міцності і надійності, що зберігає матеріальні і фінансові засоби.

Література

1. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов / Б.В. Грабин, В.И. Давыдов, В.И. Жихарев и др.- М.: Машиностроение, 1991. – 416 С.

2. Ганенко Б.И. , Аверин Л.В. Система управления электромеханическими силовозбудителями // Расчет, конструирование и испытание машин в экстремальных условиях. – Днепропетровск, 1985. – С.112 – 121.