Возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду

СОЮЗ СОВЕТСКИХ,СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51)5 О 01 М 7/08 ЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКОМУ ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ(56) Авторское свидетельство СССР М 567987, кл, 6 01 М 7/08, 1975,Авторское свидетельство СССР М 1024785, кл, 0 01 М 7/08, 1982.(54) ВОЗБУДИТЕЛЬ УДАРНОЙ НАГРУЗКИ К ИСПЫТАТЕЛЬНОМУ СТЕНДУ(57) Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является повышение надежности возбудителя ударной нагрузки и повышение эффективности использования энергии за счет ее перераспределения между элементами возбудителя, Возбудитель содержит плунжер-боек (1) с буртиком (2) и штифтом (3), пневмоцилиндр (4), в крышке(5) которого размещено устройство для сброса давления из полости (А) пневмоцилиндра, выполненное в виде Изобретение относится к испытательной технике, а частности к возбудителям ударных нагрузок, применяемым в стендах для испытаний иэделий на воздействие ударной нагрузки.Известен возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнениями в полость пнеамоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный тор 1747979 А втулки (6), имеющей кольцевые уплотнения (7), кольцевую канавку (8), каналы (9) и (10). соединяющие канавку с полостью (А) пневмоцилиндра, и осевую выемку (11) под штифт, Буртик и днище пнеамоцилиндра образуют полость (В), к которой подключен источник управляющего давления. В стенке пнеамоцилиндра выполнены отверстия (14) и закреплен штифт (15), ограничивающий перемещение втулки. Место расположения штифта (3) на плунжере-бойке выбрано из условия возможности перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым изделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пнеамоцилиндра, После удара плунжера-бойка по испытуемому изделию он при отскоке своим штифтом через сьемную прокладку (16) перемещают втулку в крайнее нижнее положение до упора а штифт (15), При этом плунжер-боек также перемещается а крайнее нижнее положение.1 з. пф-лы,1 ил,цевым уплотнением, которое взаимодействует с днищем пнеамоцилиндра и образует полость, подключенную к управляемому источнику высокого давления, и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера. Устройство для сброса давления выполнено а виде инерционного клапана, перекрывающего канал, соединяющий полость пневмоцилиндра с атмосферой, и срабатывающего при торможении плунжера-бойка в момент формирования ударного импульса,20 плунжера-бойка, включающее выполн ен ную с возможностью пе реме щения 25 30 35 40 50 55 Недостаток этого возбудителя заключается в том, что клапан срабатывает только после начала взаимодействия плунжерабойка с испытуемым изделием, вследствие чего удар несколько затягивается по времени, Это не позволяет достичь точного воспроизведения ударных импульсов инерционного типа.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотненйем, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость,подключенную к источнику управляющего давления и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано из условия ее совмещения с отверстием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка, Втулка выполнена подпружиненной.Недостатком известного возбудителя является то, что при движении вверх на конечном участке до момента взаимодействия с испытуемым изделием плунжер-боек, перемещая своим буртиком подпружиненную втулку, затрачивает определенную часть энергии на сжатие пружины, которая прямо пропорциональна коэффициенту жесткости пружины и степени ее сжатия. Вследствие этого уменьшается величина ударного импул ьса, приклады ваемого к испытуемому изделию, что снижает эффективность использования энергии возбудителя. Кроме того, при возвращении плунжера-бойка в исходное положение, после приложения ударного импульса к испытуемому изделию и отскока, его энергия переходит в энергию взаимодействия торцевого уплотнения и днища пневмоцилиндра, что приводит к повышенному износу торцевого уплотнения, а следовательно, к дополнительным затратам йа обслуживание возбудителя. Энергия плунжера-бойка при его движении вниз после отскока практически не используется 51015(если не считать затрат на преодоление сил трения), что также снижает эффективность использования энергии возбудителя.Цель изобретения - повышение надежности и эффективности использования энергии возбудителя за счет перераспределения энергии между его элементами.,Поставленная цель достигается тем, что в возбудителе ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащем пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный суплотнением в по-лость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотнением, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную к источнику управляющего давления, и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера-бойка, включающее выполненную с воэможностью перемещения в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра, причем место расположения канавки выбрано из условия ее совмещения с отверстием, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка, плунжер-боек снабжен штифтом, перпендикулярным его оси, на внутренней цилиндрической поверхности втулки со стороны, противоположной буртику плунжера-бойка, выполнена осевая выемка Или пазы под штифт, длина которой (которых) выбрана из условия обеспечения перемещения втулки плунжеромбойком в крайнее нижнее положение; при этом место расположения штифта выбрано из условия возможности перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым иэделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра,Осевая выемка может быть выполнена цилиндрической, концентричной плунжерубойку, а на ее дне установлена сьемная прокладка,Проведенный патентный поиск показал, что отличительные признаки не являются новыми в науке и технике, Однако в предлагаемом техническом решении они проявляют новое свойство, не совпадающее со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в решениях, известных науке и технике и не равное сумме этих свойств, Это новое свойство, обуславливающее, в свою очередь, новый эффект, заклю10 20 С А+В,30 35 40 50 55 чается в перераспределении энергии между элементами возбудителя эа счет того, что, во-первых, потери энергии плунжера-бойка при его движении вверх происходят только лишь на преодоление сил трения между подвижными элементами, во-вторых, уменьшается энергия взаимодействия торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра изза расхода части энергии плунжера-бойка при его отскоке и движении вниз на совершение полезной работы по перемещению втулки в крайнее нижнее положение.Таким образом, выявлена новизна причинно-следственной связи отличий и получаемого эффекта, что в соответствии с нормативными актами является необходимым и достаточным условием для признания предлагаемого решения соответствующим критерию "существенные отличия",Сопоставительный анализ результатов, которые могут быть получены при использовании предлагаемого решенйя и прототипа, позволяет определить положительный эффект всего решения в целом, к которому приводят указанные выше новые свойства, обусловленные, в свою очередь, отличительными признаками. Во-первых, возрастает величина ударного импульса,прикладываемого к испытуемому изделию за счет уменьшения потерь энергии плунжера-бойка (отсутствуют затраты энергии на сжатие пружины) при одинаковом значении давления в торцевой полости и у предлагаемого решения и у прототипа, следовательно, повышается эффективность использования энергии возбудителя. Во-вторых, уменьшается износ торцевого уплотнения за счет расхода части энергии плунжера-бойка при его отскоке и движении вниз на совершение полезной работы по перемещению втулки в крайнее нижнее положение и, вследствий этого, уменьшения энергии взаимодействия торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра. В итоге, повышается эффективность использования энергии отскока плунжера-бойка и надежность в работе.На чертеже изображен описываемый возбудитель ударной нагрузки. Возбудитель ударной нагрузки содержит плунжер-боек 1 с буртиком 2 и штифтом 3, пневмоцилиндр 4, в крышке 5 которого размещено устройство для сброса давления иэ полости А пневмоцилиндра 4, выполненное в виде втулки 6, имеющей кольцевые уплотнения 7, кольцевую канавку 8, каналы 9 и 10, соединяющие проточку 8 с полостью А пневмоцилиндра 4 и осевая выемка 11 под штифт 3 для возможности перемещения плунжера-бойка 1 со штифтом 3. Буртик 2 и днище пневмоцилиндра 4 образуют полость В, к которой посредством вентиля 12 подсоединен источник управляющего давления (не показан). Полость А пневмоцилиндра 4 подключена через вентиль 13 к источнику высокого давления. (не показан) В стенке крышки 5 пневмоцилиндра 4 выполнены отверстия 14 для соединения полости А пневмоцилиндра 4 с атмосферой и закреплен штифт 15, служащий для ограничения перемещения втулки 6. Место расположения штифта 3 на плунжере-бойке 1 определяется из условия возможности перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым иэделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищем пневмоцилиндра. При этом расстояние С от штифта 3 до верхней части крышки 5 пневмоцилиндра 4 должно быть где А - расстояние, равное ходу плунжерабойка 1 иэ крайнего нижнего положения, при котором торцевое уплотнение буртика 2 плунжера бойка 1 взаимодействует с днищем пневмоцилиндра 4, до взаимодействия буртика 2 плунжера-бойка 1 с втулкой 6, находящейся в крайнем нижнем положении;В - расстояние, равное ходу втулки 6, Длина осевой выемки 11 под штифт 3 определяется из условия обеспечения перемещения втулки 6 плунжером-бойком 1 в крайнее нижнее положение,Осевая выемка 11 под штифт 3 выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1, а на ее дне установлена съемная прокладка,Возбудитель ударной нагрузки работает следующим образом.При открытии вентиля 13 сжатый гаэ заполняет полость А пневмоцилиндра 4 до заданного давления, После чего открывается вентиль 12, и сжатый гаэ поступает в полость В, При превышении давления в полости В по сравнению с полостью А плунжер-боек 1 начинает перемещаться и сообщает полости А и В. При расширении сжатого газа плунжер-боек 1 разгоняется и на конечном участке своим буртиком 2 перемещает вверх втулку 6, совмещает кольцевую канавку 8 с отверстиями 14 крышки 5 и сообщает полость А пневмоцилиндра 4 с атмосферой, Сжатый газ по каналам 9 и 10 попадает в кольцевую канавку 8 втулки 6 и через отверстия 14 крышки 5 стравливается в атмосферу, После полного сброса давления плунжер-боек 1 под действием сил.инерции производит удар по испытуемомуизделию,(не показано), при этом удар происходит в тот момент, когда втулка 6 еще недошла до крайнего верхнего положения, т,е.до упора в штифт 15, и плунжер-боек 1 отскакивает в противоположном направлении, При движении плунжера-бойка 1 внизна конечном участке он своим штифтом 3входит в зацепление через съемную прокладку 16 с втулкой 6, перемещая ее в крайнее нижнее положение до упора в штифт 15.При этом плунжер-боек 1 также перемещается в крайнее нижнее положение до взаимодействия его торцевого уплотнениябуртика 2 с днищем пневмоцилиндра 4.Энергия плунжера-бойка 1 в моментвзаимодействия с испытуемым изделиемравнадля прототипа Епл = Епл - Етр - Епруж, (1)для предлагаемого технического решенияЕ "пл = Епл - Етр, (2)где Епл - энергия плунжера-бойка 1 послеего разгона, обусловленная величиной давления в полости В;Етр - энергия, затрачиваемая на преодоление сил трения между подвижными элементами;Епруж - энергия, затрачиваемая на сжатие пружины при движении плунжера-бойка1 вверх,Из сравнения (1) и (2) видно, что и приодном и том же значении давления в полости В, у предлагаемого технического.решения величина ударного импульса большечем у прототипа, т,к. Е"плЕпл, а следовательно выше и эффективность использованияэнергии возбудителя, Кроме того, повышается точность воспроизведения ударных импульсов за счет устранения погрешностей,обусловленных частичным демпфированием .ударных импульсов пружиной.Энергия плунжера-бойка 1 при его движении вниз после приложения ударного импульса к испытуемому изделию и отскока отнего равнадля прототипа Епл.отс - Ету+ Етр, Р)для предлагаемого технического решения Е "пл.отс = Е "т:у. + Етр+ Евт, (4)где Ету - энергия взаимодействия торцевогоуплотнения буртика 2 плунжера бойка 1 сднищем пневмоцилиндра 4;Евт - энергия, затрачиваемая на совершение полезной работы по перемещениювтулки 6 в крайнее нижнее положение.Из сравнения (3) и (4) видно, что прииспользовании прототипа энергия Е "пл.отсполностью, за исключением затрат на преодоление сил трения между элементами Етрпереходит в Ету, что приводит к повышенному износу торцевого уплотнения. При использовании предлагаемого технического решения определенная часть Е "пл.отс затрачивается на совершение полезной работы Евт, вследствие чего повышается и эффективность использования энергии отскока и снижаются нагрузки на торцевое уплотнение за счет уменьшения Ету до Е "ту, что в свою очередь, повышает надежность и приводит к снижению дополнительных затрат на обслуживание возбудителя Для уменьшения трения, возникающего между плунжером-бойком 1 и втулкой 6 при движении относительно друг. друга, осевая выемка 11 под штифт 3 выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1. При этом частично уменьшается Етр на Ь Етр и из (2) видно, что возрастает величина ударного импульса, Поскольку, как видно из (4), с уменьшением Етр должна увеличиваться Е "ту, то для того, чтобы этого не происходило на дне осевой выемки установлена съемная прокладка 16, через которую штифт 3 при перемещении плунжера-бойка 1 вниз воздействует на втулку 6, Тогда(4) можно переписать в виде Е"пл.отс = Е"ту+(Етр - Ь Етр)+ Евт+ Епр (5) где Епр - энергия, поглощаемая съемной прокладкой 16, .Выполнение осевой выемки 11 цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку 1 и установка на ее дне съемной прокладки 16 позволяют получить более высокое значение показателей эффективности и надежности.От использования изобретения можно ожидать получения экономического эффекта, заключающегося в снижении дополнительных затратна обслуживание и повышении эффективности использования энергии возбудителя, а также улучшения удобства в эксплуатации за счет повышениянадежности в работе. Для доведения заявляемого технического решения до промышленного образца необходимо провести полный цикл проектирования;Формула изобретен и я 1. Возбудитель ударной нагрузки к испытательному стенду, содержащий пневмоцилиндр, подключенный к источнику высокого давления, введенный с уплотнением в полость пневмоцилиндра плунжер-боек, имеющий на конце внутри пневмоцилиндра буртик, снабженный торцевым уплотнением, которое совместно с днищем ограничивает образованную в плунжере-бойке полость, подключенную какаэ 2497 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по йэобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул;Гагарина, 10 источнику управляющего давления, и устройство для сброса давления в пневмоцилиндре после разгона плунжера-бойка, включающее выполненную с возможностью перемещения в корпусе пневмоцилиндра буртиком плунжера-бойка втулку, имеющую на своей внешней цилиндрической поверхности два кольцевых уплотнения и кольцевую канавку между ними, соединенную каналами с полостью пневмоцилиндра; причем место расположения канавки выбрано иэ условия ее совмещения с бтверСтйем, выполненным в стенке пневмоцилиндра, при заданном перемещении плунжера-бойка,отл ича ющийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности использования энергии за счет перераспределения энергии между его элементами, плунжер-боек снабжен штифтом, перпендикулярным его оси, на внутренней цилиндрической поверхности втулки со стороны, противоположной буртику плунжера-бойка, выполнена осевая выемка или пазы под 5 штифт, длина которой которых) выбрана изусловия обеспечения перемещения втулки плунжером-бойком в крайнее нижнее положение, при этом место расположения штифта выбрано из условия возможности 10 перемещения плунжера-бойка вверх до взаимодействия с испытуемым изделием и вниз до взаимодействия его торцевого уплотнения с днищемпневмоцилиндра,15 2. Возбудитель по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что осевая выемка выполнена цилиндрической, концентричной плунжеру-бойку, а на ее дне установлена съемная прокладка,