Способ определения энергии удара машины ударного действия и стенд для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт горного дела СО АН СССР(56) Вопросы механизации горных работ.Новосибирск, изд-во Сибирского отделенияАН СССР, 1961, вып,6, с. 99-114.Авторское свидетельство СССРГч. 581205, кл, Е 02 Е 5/18, 1975,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИУДАРА МАШИНЫ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯИ СТЕНД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к способам и стендам для испытания пневматических машин ударного действия. Цель - упрощение измерений по определению энергии удара при одновременном повышении их точно,е З,) ац 1 640302 А 1(я)5 Е 02 Г 5/18 6 01 М 19/00 сти и стабильности. Испытуемую машину (М) 1 устанавливают на стенд. Определяют энергию удара М 1 по продольной деформации поперечного сечения жесткого стержня-волновода 2 от удара, который наносят по нему инструментом. Сначала наносят удар с тарированной силой и определяют величину потерь энергии в системе М 1 - стержень-волновод 2 путем замера продольной деформации поперечного сечения стержня-волновода 2. Затем осуществляют второй удар, при котором измеряют максимальное значение продольной деформации поперечного сечения стержня-волновода 2, При этом энергию удара М 1 определяют по повторному удару с учетом потери энергии в системе М 1 - тензодатчик 3 как произведение квадрата максимального значения продольной деформации стержня-волновода 2 на величину потерь энергии, Ударный импульс воспринимается тензодатчиком 3 и передается через усилитель 5 на регистра. 1640302 где ю =Чо/а,тор величины тока. Стержень-волновод 2 выполнен по меньшей мере из двух соединенных между собой частей, Одна из них имеет выступ, а другая - гнездо для размещения выступа, Стержень 2 прижимается к корпусу М 1 механизмом для прижима в виде пневмоцилиндра 11, ход штока 12 которого м,б, большим хода штока 9 силового Изобретение относится к способам испытаний и стендам для испытания пневматических машин ударного действия,преимущественно пневмоударников.Цель изобретения - упрощение измерений по Определению энергии удара при одновременном повышении их точности истабильности,На фиг.1 представлена схема определения энергии удара машины ударного действия - пневмопробойника; на фиг.2 и 3 -стенд для определения энергии удара пневмопробойника.Согласно способу определения энергииудара испытуемая машина 1 ударного действия прижимается силой Р к жесткомустержню-волноводу 2, выполненному, например, из металла, К стержню-волноводу 2прикреплен тензодатчик 3, который проводами 4 соединен с измерительным приспособлением в виде усилителя 5 тензометра ирегистратора б величины тока (фиг.2), являющимися фактически индикаторами энергиии частоты ударов.Сущность способа определения энергии удара машин ударного действия, например пневмопробойников, заключается вобеспечении контакта корпуса испытуемоймашины 1 с жестким (металлическим) стержнем-волноводом 2, на который передаютволну деформации от ударного импульса изамеряют продольную деформацию поперечного сечения стержня-волновода 2, Волна деформации распространяется от одноготорца стержня-волновода 2 (по которомупроизведен ударный импульс) к другому.При этом деформация е определяется поформуле где Чо - начальная скорость соударения;а -скорость распространения волны деформации в стержне (величина а является цилиндра 10. При подаче сжатого воздуха в цилиндр 10 шток 9 двигает верхний полуцилиндр 8, обжимая при этом корпус М 1, фиксируя ее от продольного перемещения. Реле времени включает электропневматический клапан 18, подавая сжатый воздух в М 1, которая начинает работать, создавая ударные импульсы, 2 с. и 1 з.п, ф-лы, 3 ил. константой для каждого материала и равна,например, для стали 5700:+100 м с).Энергия удара удэг ой машины определяется из выракениг5 гп Чо22где а - масса ударника;Чо - скорость ударника в момент соударения.Подставляя значение я, получаютА=КР,15К - = сопзт,ва2В зависимости от контакта инструмента, которым является корпус машины 1, состержнем-волноводом 2 энергия передается от испытуемой машины 1 к стержню-вол 20 новоду 2 с большей или меньшей потерей,Для компараторного метода это не имеетникакого значения (важно, чтобы поджимбыл одинаковым). Для нахождения абсолютного значения необходимо эксперимен 25 тально определить величину потерь энергииЬ зависимости от силы поджатия,Для определения потерь в системе машина - стержень целесообразно осуществить сначала один удар с известной30 энергией удара, т,е. с тарированной силой,и по замеренной деформации определитьпотери в системе (величину К), а затем приповторном ударе по деформации и величинеК определить численное значение энергии35 удара,Для уменьшения силы воздействия нэтензодатчик 3 его целесообразно закрепить в конце стержня-волновода 2, В этом 40 случае часть энергии теряется в теле самогостержня-волновода 2, Подбирая соответствующий материал, геометрию стержня-волновода 2, можно повысить диссипацию энергии в теле стержня-волновода 2, Дисси- т30 35 40 пация энергии (ее потеря в окружающую среду) пропорциональна квадрату частоты колебаний, В то время, как период колебаний зависит от длины стержня 2, меняя его длину, можно увеличить (уменьшить) диссипацию,Ударный импульс (первый) воспринимается тензодатчиком 3 и передается через усилитель 5 на регистратор величины тока. Отразившись от торца стержня-волновода 2, волна деформации идет назад, где вновь, отразившись. возвращается, При каждом возвращении энергия уменьшается, Однако на тензодатчик 3 каждый раз воздействует определенная сила, возникшая уже от колебаний волн деформации в стержне-волноводе 2. От этих воздействий можно защитить тензодатчик 3, повышая диссипацию энергии в стержне-волноводе 2, Первый (ударный) импульс пройдет практически без потерь (менее 1%).При установке тензодатчика 3 в передней части стержня-волновода 2 (фиг:2) можно подобрать длину последнего такой, чтобы отраженный от другого конца импульс не пришел к тензодатчику 3 до того момента, пока не пройдет прямой импульс, В этом случае можно замерить величину импульса (по его площади), что резко повышает точность измерений,При установке на конце стержня-волновода 2 (фиг,1) тензодатчика 3 на последний действует меньший импульс из-за диссипации энергии, однако он фиксирует и отраженную волну, Лучший вариант определяется производственными условиями.Стенд для определения энергии удара пневмопробойника содержит станину 7, на которую устанавливается испытуемая машина 1 ударного действия. Станина может быть выполнена в виде желоба, Сверху имеется приспособление для крепления испытуемой машины 1 в виде второгополуцилиндра 8 (подвижный), который связан со штоком 9 силового цилиндра 10. В передней части установлен датчик, выполненный в виде стержня-волновода 2, к которому прикреплен тензодатчик 3, связанный проводами 4 с усилителем 5 (фиг.2) и импульсным (пиковым) вольтметрс" 1, являющимся регистратором величины тока. Стержень-волновод 2 прижимается к корпусу испытуемой машины 1 механизмом дляприжима корпуса машины в виде пневмоцилиндра 11, ход штока 12 которого можетбыть большим хода штока 9 силового цилиндра 10, В систему управления работой стенда входит реле 13 давления, установленное в воздушной магистрали 14, два трехходовых 45 50 55 10 15 вентиля 15 и 16, электропневматические клапаны 17 и 18 с реле 19 и 20 времени.Стержень-волновод 2 выполнен составным по меньшей мере.из двух частей 21 и 22. Одна иэ частей, например 22, выполнена с гнездом 23, другая - с выступом 24, причем выступ 24 установлен в гнезде 23 с натягом по боковым поверхностям. Для повышения точности измерений между стержнем-волноводом 2 и станиной 7 может быть установлена эластичная пластина (не показана),Стенд работает следующим образом.Испытуемую машину 1 устанавливают на станине 7, ложе которого выполнено в виде желоба, Затем включают подвод воздуха к магистрали 14. При установлении в сети номинального давления срабатывает реле 13 давления, которое соединяет цилиндр 10 с магистралью 14, Трехходовой вентиль 15 предварительно установлен в положение. когда с магистралью соединяется верхняя камера, При подаче в зту камеру сжатого воздуха шток 9 двигает верхний полуцилиндр 8, обжимая при этом корпус испытуемой машины 1, фиксируя ее от продольного перемещения. После чего реле 20 времени включает электропневматический клапан 18, подавая сжатый воздух в испытуемую машину 1, которая начинает работать, создавая ударные импульсы. При этом стержень-волновод 2 с тензодатчиком 3 не контактирует с корпусом испытуемой машины 1. Проработавтаким образом некоторое время, устанавливается стабильный режим работы (обычно переход от не- установившегося режима работы к установившемуся происходит после 5 - 7 циклов),Затем срабатывает реле 19 времени, включающее электропневматический клапан 17, Предварительно трехходовой вентиль 16 устанавливается в положение, когда шток 12 должен двигаться в сторону испытуемой машины 1. Сжатый воздух поступает в пневмоцилиндр 11, которь,й двигает шток 12 вперед и тем самым сдвигает стерженьволновод 2 с тензодатчиком 3, прикрепленным. к последнему, к корпусу испытуемой машины 1, Стержень-волновод 2 перемещается по направляющим (не показаны), Ударный импульс идет по стержню-волноводу 2 в виде волны деформации. Тензодатчик 3 фиксирует продольную деформацию поперечного сечения стержня-волновода 2. Регистрируя величину деформации г, по формуле определяют энергию удара, Показания приборов могут быть отградуированы и непосредственно вэнергию. При использовании испульсного (пикового) вольтмерапоследний фиксирует только максимальное значение импульсного напряжения, т,е.именно ударного импульса, а не последующих колебаний отраженных волн деформаций. По периодичности пиковых напряжений определяют частоту ударов.Стенд позволяет работать и в другом режиме. При подаче сжатого воздуха в магистраль постепенно поднимается его давление, Когда давление становится номинальным, например 6 кгс/см, реле 13 давления соединяет магистраль 14 с пневмоцилиндрами, которые выдвигают штоки 9 и 12, В силу того, что ход штока 9 меньше хода штока 12, сначала испытуемая машина 1 обжимается полуцилиндрам 8, а затем уже стержень-волновод 2 прижимается к испытуемой машине 1, она при подаче сжатого воздуха в машину 1 начинает создавать ударные импульсы,Реле времени, установленное между тензодатчиком 3 и усилителем 5 не показано), включает цепь тензодатчик 3 - усилитель 5 спустя некоторое время, когда неустановившийся режим работы сменяется установившимся, Затем другое реле времени, установленное между реле 13 давления и магистралью 14 (не показано), обеспечивает работу всей системы в заданной продолжительности. По количеству циклов за известный промежуток времени определяют частоту ударов, Можно определить и стабильность показаний вольтметра, шкала которого может быть градуирована в показаниях, характеризующих энергию.Составной стержень-волновод 2 обеспечивает затухание колебаний волны деформации, что позволяет более. точно определять энергию удара, так как в меньшей степени влияет деформация от предшествующего удара на результат замера. Кроме того, тензодатчик 3 и сама испытуемая машина 1 в меньшей степени подвержена нагрузкам. При ударепо стержню-волноводу 2 продольная волна деформации, идущая от торцовой контактной поверхности одной части 1 стержня к другой, переходит в сдвиговую волну, которая. по поверхности контакта боковая поверхность выступа 24 и гнезда 23), передается на другую часть 22 стержня-волновода 2 и затем переходит в продольную волну деформации, идущей по другой 22 части стержня-волновода 2 до его торца, где, отражаясь, возвращается назад опять, переходя в сдвиговую и продольную. При этом происходит потеря энергии на поверхности контакта. Экспериментально достигнуто затухание колебаний в510 40 раз по отношению к сплошному стержнюю-Вол новоду,В первом указанном случае стенд используется для определения работоспособности испытуемых машин по сравнению их энергетических показателей, во втором случае - только для замера абсолютных значений энергетических параметров испытуемых машин,Формула изобретения 1, Способ определения энергии удара машины ударного действия, согласно кото 15 рому испытуемую машину устанавливаютна стенд и определяют энергию удара испытуемой машины по продольной деформациипоперечного сечения жесткого стержняволновода от удара, котодый наносят по нему инструментом, отл и ча ющийся тем,что, с целью упрощения измерений по определению энергии удара при одновременном повышении их точности и стабильности, сначала наносят удар с тарированнай силой и определяют величину потерь энергии всистеме испытуемая машина - стержень путем замера продольной деформации поперечного сечения стержня, а затем осуществляют второй удар, при котором измеряютмаксимальное значение продольной деформации поперечного сечения стержня, при этом энергию удара испытуемой машины определяют по повторному удару с учетом потери энергии в системе машина - датчик как произведение квадрата максимального значения продольной деформации стержня на величину потерь энергии,2. Стенд для определения энергии удара пневмопробойника, включающий станину, на которой размещено приспособлениедля крепления испытуемой машины с механизмом для прижима корпуса испытуемой машины, датчик, электрически связанный с измерительным приспособлением, и механизм для прижатия датчика к корпусу испытуемоймашины,отл ича ющи йся тем, что датчик выполнен в виде установленного с возможностью взаимодействия с корпусом испытуемого пневмопробойника и со станиной жесткого стержня-волновода с закрепленным на его боковой поверхности тензодатчиком, а стержень-волновод выполнен по меньшей мере из двух соединенных между собой частей, одна из которых имеет на торце выступ, а другая - гнездо для размещения выступа, при этом части стержня-вол новода установлены с зазором между их торцами и торцом выступа и дном гнезда и с воэможностью взаимодействия боковыми поверхностями выступа и гнезда, причем10 1640302 Составитель А, ТолстовРедактор И. Шулла Техред ММоргентал Корректор С, Черн каз 1003 Тираж 402 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро ага рина,измерительное приспособление выполненов виде регистра величины тока и усилителя,которые последовательно соединены с тензодатчиком,3, Стенд по и 2, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что он имеет эластичную пластину, которая размещена между стержнем-волноводом и станиной.5