Электродинамический стенд для испытания изделий на воздействие многократных ударных нагрузок

(53)5 6 01 Н 17/О ИЗОБРЕ ПИСАНИ ЕНИЯ АВТОР(56) Авторское свиВ 1409872, кл, 6 0Авторское свиМ 1327663, кл, 6 0 детельство СССР 1 М 7/00, 1986.детельство СССР 1 М 7/00, 1985,я тем, что в на магнитоеля установй связан с вающий вына диамагю на штоке, щий стакан, и для осущеи "Разгон",тигаетс ленной лотнит которы еспечи йствие вленну роводя тушко дьем" ль-. сится к испитати к устройствам воздействие музок,гоЦель изоб зона регулиро гократных у увеличения ск испытуемым и- расширение диа спроиэводимыхм нагрузок за с разгона платформетения ания вдарных рости делием ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54) ЭЛ ЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ МНОГОКРАТНЫХ УДАРНЫХ НАГРУЗОК(57) Использование; изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания изделий на воздействие многократных ударных нагрузок. Сущность: электродинамический стенд для испытаний изделия на воздействие многократных воздействий позволяет расширить диапазон испытательных нагрузок за счет увеличения скорости платформы с изделием. Стенд содержит основание 1, магнитопровод 2, в котором с помощью уплотнителя 4 установлена катушка 3, крышку 7, установленную на магнитопроводе 2, в которой с Изобретение отно ной технике, в частнос испытания изделий на кратных ударных нагр.Ы 2, 1809326 А 1 помощью уплотнителя 6 установлен плоский индуктор 5, стол 9 для крепления испытуемого иэделия 8, связанный со штоком 10, на котором установлены диамагнитная пластина 13 и проводящий стакан 11, разъединенные между собой диэлектрическим кольцом 14, датчики верхнего 16 и нижнего 17 положений стола 9, упругий амортизатор, выполненный в виде пневмопружины 18 с регулируемой величиной давления воздуха, Между индуктором 5 и диамагнитной пластиной 13 на крышке установлен упругий элемент 15. Работой стенда управляет система управления, содержащая входной блок 19, связанный с датчиком верхнего 16 положения, с распределительным блоком 27, с эадатчиком числа испытаний 20, с ключом 21, который через усилитель 22 связан с коммутатором 24. В свою очередь, .распределительный блок 27 связан через блок 25 управления с плоским индуктором 5 и с блоком 31 управления. Для питания катушки 3 служит силовой преобразователь 28, вклю- чающий в себя стабилизированный источник тока 29, блок коммутации 30, работой которого управляет блок 31 управления, связанный с датчиком нижнего 17 положения. 3 ил. Указанная цель дос крышке стенда, установ проводе, с помощью уп лен плоский индуктор, системой управления, об сокоинтенсивное возде нитную пластину, устано на котором установлен и взаимодействующий с ка ствления операций "ПоСистема управления содержит входнойблоксвязанный с датчиком верхнего положения, с распределительным блоком, количества которых определяются условиямииспытаний, с эадатчиком числа испытаний, с ключом, который через усилитель связан скоммутатором, распределительный блоксвязан через дополнительные блоки управления с плоским индуктором и блоком управления, расположенным в силовом "О преобразователе, в свою очередь каждый из дополнительных блоков управления содержит накопитель энергии, заряд которых осуществляется зарядным устройством с помощью контактора, и для передачи запа сенной энергии от накопителя к плоскому индуктору служит тиристорный ключ, работой которого управляет распределительный блок посредством сигнала через усилитель и тиристорный оптрон, так же в дополни тельном блоке управления установлена цепочка, служащая для подачи команды "Разгон" на катушку, которая состоит из последовательно связанных с собой интегратора, компаратора и усилителя, Между 25 диамагнитной пластиной и проводящим стаканом установлено диэлектрическое кольцо для исключения влияния друг на друга электромеханических систем плоского индуктора и катушки, и между диамагнит. ной пластиной и плоским индуктором на крышке установлен упругий элемент для избежания удара диамагнитной пластины о плоский индуктор. Пластина для срабатывания датчика верхнего положения установле на на проводящем стакане, который служит для срабатывания датчика нижнего положения. При увеличения скорости разгона платформы с испытуемым изделием повышается пиковое значение воспроизводимой удар ной нагрузки.При разряде конденсаторных батарей на индуктор возникает импульсное электромагнитное поле, формируемое индуктором, Диамагнитная пластина представляет со бой электромагнитный экран, Между индуктором и электромагнитным экраном образуется плоская волна, которая, падая на экран, отражается практически полностью(преломленная волна в экране отсутст вует), вследствие чего электромагнитное поле не проникает внутрь экрана (Е = О и Н = О - напряженности электрическая и магнитная) благодаря резко выраженному поверхностному эффекту, В результате 55 наложения падающей и отраженной волн образуется результирующая волна, Именно место узел волны Е и пучность волны Н. Это приводит к появлению силы взаимодействия между индуктором и диаэлементом-экраном, Эта сила направлена на "отталкивание" друг от друга индуктора и диаэлемента. Так как индуктор неподвижен, то в движение приводится диаэлемент. Наличие диаэлемента в непосредственной близости от индуктора (порядка 0,0001 м) приводит к тому, что значение индуктивности экранированного индуктора меньше собственного значения без учета экрана. Удержание в заданном положении штока обеспечивается неподвижной катушкой, установленной в магнитопроводе, взаимодействующей с проводящим стаканом, установленным на штоке до тех пор, пока сила, действующая со стороны индуктора, не станет равной максимальному значению. В этот момент меняется полярность питаемого напряжения неподвижной катушки и осуществляется ее дальнейший разгон. Для определения начальной скорости используют второй закон Ньютона, и от характеристики импульсного силового воздействия переходит к характеристике ускорения, а следовательно, к скорости. Дальнейший разгон осуществляется неподвижной катушкой путем втягивания проводящего стакана. Уравнения движения штока имеют видЧ = Чо+ Яаб+ бЯ = Чд+ ЯЯай+ й /2где Чо и Ч - скорости испытуемого изделия в начальном и конечном положениях; а 1 - ускорение при разгоне, осуществляемом неподвижной катушкой; д - ускорение свободного падения; Я - пройденный путь из верхнего до нижнего положения; т - время разгона,Значение скорости Чо при высокоинтенсивном воздействии, создаваемом плоским индуктором, оказывается на порядок больше значения ЗаОт+ дт, Следовательно, обеспечивается повышение испытательных нагрузок за счет увеличения скорости разгона, в частности начальной скорости разгона,На фиг, 1 изображен электродинамический стенд для испытаний изделий на воздействие многократных ударных нагрузок; на фиг. 2 - система управления злектродинамическим стендом; на фиг. 3 - графики работы стенда х = ф) - ускорения испытуемого иэделия и х = ф) -" скорости испытуемого иэделия.Электродинамический стенд содержит основание 1, магнитопровод 2, в котором с помощью уплотнителя 4 установлена катуш-. ка 3, крышку 7, установленную на магнитопроводе 2, в которой с помощью уплотнителя 6 установлен плоский индуктор510 20 25 35 40 50 55 5, стол 9 для крепления испытуемого изделия 8, связанной со штоком 10, на котором установлены диамагнитная пластина 13 и проводящий стакан 11, разъединенные между собой диэлектрическим кольцом 14, датчики верхнего 16 и нижнего 17 положений стола 9, упругий амортизатор, выполненный в виде пневмопружины 18 с регулируемой величиной давления воздуха. Между плоским индуктором 5 и диамагнитной пластиной 13 на крышке установлен упругий элемент 15 во избежание удара пластины об индуктор во время движения штока 10 вверх, датчики 16 и 17 выполнены фотоэлектрическими, первый срабатывает при входе пластины 12, закрепленной на проводящем стакане 11 в зазор (не показан), второй срабатывает при входе стакана 11 в другой зазор (вход в зазор стакана 11 показан штрихпунктирной линией). Работой стенда управляет система управления, содержащая входной блок 19, связанный с датчиком верхнего положения, содержащая входной блок 19, связанный с датчиком вер-. хнего положения 16 с распределительным блоком 27, с задатчиком числа испытаний 20, с ключом 21, который через усилитель 22 связан с коммутатором 24, В свою очередь распределительный блок 27 связан через . блок 25 управления с плоским индуктором 5и с блоком 31 управления. Для питания катушки 3 служит силовой преобразователь 28, включающий в себя стабилизированный источник тока 29, блок коммутации 30, работой которого управляет блок 31 управления, связанный с датчиком нижнего положения 17. Входной блок 19 содержит соединитель, выполненный на усилителе ОА 1 и элементах Й 1, 82, Ч 01 и инвертор 001, Задатчик ,числа испытаний 20 представляет собой .счетчик импульсов, работающий в режиме вычитания. Ключ 21 выполнен на элементе И 002.Блок 25 управления содержит накопитель энергии, собранный на конденсаторных батареях С 1 СМ, заряд которых осуществляется зарядным устройством 26 с помощью контакторэ КЧ 1, Для передачи запасенной энергии от конденсаторных батарей к плоскому индуктору 5 служит тиристорный ключ ЧЯ 1, работой которого управляет сигнал, получаемый от распределительного блока 27 через усилитель ОАЗ и тиристорный оптрон А 01. Для включения катушки 3 в режим "Разгон" служит цепочка блока 25 управления, состоящая из интеграла, собранного на усилитель ОА 5 и элементов 810, С 2, компаратора ОА 6 и усилителя ОА 7, Количество блоков управления определяется спецификой проведения испытаний и может быть равным 16 и более, Для увеличения блоков 25 управления необходимо увеличить количество распределительных блоков 27.Стенд работает следующим образом, Перед началом проведения испытаний в задатчик числа испытаний 20 заносится число испытаний Й и заряжаются конденсаторные батареи С 1 С/й во всех блоках 25 управления. Далее от силового преобразователя 28 на катушку 3 подается сигнал "Подъем". В результате взаимодействия катушки 3 с проводящим стаканом 11 возникает 6 Ьдъемная сила, благодаря которой 15 шток 10, а вместе с ним стол 9 и испытуемое иэделие 8 поднимаются вверх с постоянным ускорением моменты времени т 1, 12 на фиг, 3), Подъем осуществления до тех пор, пока пластина 12, закрепленная на стакане 11, не войдет в зазор и не произойдет срабатывание датчика верхнего положения 16. В момент срабатывания датчика верхнего положения 16 12) сигнал от него поступает во входной блок 19, на выходе которого появляется сигнал "Логическая единица", который поступает в задатчик числа испытаний 20, где заданное число испытаний М уменьшается на единицу. На выходе задатчика числа испытаний 20 появляется 30 сигнал "Логическая единица", Сигнал "Логической единицы" с входного блока 19 и задатчика числа испытаний 20 поступают на входы ключа 21, состояние которого становится таким: х 1 = х 2 = 1, в результате чего на выходе ключа 21 появляетсясигнал "Логическая единица", который усиливается усилием 22, поступает в коммутатор 24, Происходит срабатывание контактора КЧф, который замыкает свой нормально разомкнутые контакты КЧ Ф все контакты К/ф замкнуты). Одновременно с подачей" сигнала "Логическая единица" с выходного блока 19 на задатчик числа испытаний 20 и 21 этот сигнал поступает в распределительный блок 27, в результате чего на первом выходе элемента блока 004 появляется сигнал "Логическая единица", который через усилитель ОАЗ и тиристорный оптрон А 01 подает управляющий импульс на включение тиристора 1, Тиристор ЧЯ 1 отпирается и конденсаторные батареи С 1,1,С 1,Н разряжаются на плоский индуктор 5, В результате взаимодействия плоского индуктора 5 с диамагнитной пластиной 13 появляется сила, действующая со стороны индуктора на шток и направленная вниз, В процессе разряда конденсаторных батарей на индуктор 5 действующая сила возрастает. Удерживание в верхнем положении штока 10 обеспечивается взаимодействием катушки 3 со стаканом20 датчика нижнего положения 17, в результа 30 35 40 50 11 до тех пор, пока действующая сила со стороны индуктора 10 не будет максимальнойОпределение времени этого момента осуществляется аналитически и реалиэовано на элементах ОА 5; Й 10; С 2, ОА 6, ЧО 2. С момента подачи сигнала "Логическая единица" от распределительного блока 27 в блок 25 начинает работать интегратор, время интегрирования, а также входное напряжение Ох компаратора ОА 6 определяются временем нарастания силы, действующей со стороны индуктора 5 на диамагнитную пластину 13 до максимальното значения (момента 1 з - 14, фиг. 3), В момент, когда сила станет равной максимальному значению(1 а, фиг. 3) срабатывает компаратор ОА 6 и через усилитель в блок 31 управления поступает сигнал, в результате которого меняется полярность питаемого напряжения катушки 3,т,е. подается команда на катушку 3 "Разгон". Разгон стола 9 осуществляется на всем пути его движения до амортизатора (т 4 - ь, фиг, 3). Перед соударением стола 9 с амортизатором 18 стакан входит в рабочий зазор те чего сигнал с датчика 17 поступает в блок 31 управления и катушка 3 обесточивается (и, фиг, 3). Заданное динамическое воздействие на испытуемое изделие 8 обеспечивается за счет удара платформы 9 об амортизатор 18 (ц - О, фиг, 3). С момента начала разгона стола 9 пластина 12, закрепленная на стакане 11, входит из зазора датчика верхнего положения 16, в результате чего на вь 1 ходе входного блока появляется сигнал "Логический ноль", который поступает в распределительный блок 27 и на выходе которого устанавливается сигнал "Логиче- ский ноль". В результате чего происходит отключение конденсаторных батарей от индуктора 5, В этот момент на выходе элемента ОО 5 появляется управляющий сигнал "Логическая единица" и через усилитель ОА 4 срабатывает контактор КЧ 1, который своими нормально разомкнутыми контактами КЧ 1 подключают конденсаторные батареи к зарядному устройству 26, обеспечивая тем самым их подзарядку. Через время, пропорциональный степени рассеивания энергии и амортизатора, от силового преобразователя 28 в катушку 3 подается сигнал"Подъем" и процесс работы повторяется. Всвязи стем, что время зарядки конденсатор. ных батарей намного превышает время, необходимое на подъем штока в верхнее положение, на индуктор 3 будет разряжаться конденсаторные батареи блока 25 управления, соединенные со вторым выходом элемента ОО 4 распределительного блока 27, далее - третьим, четвертым и т.д, В момент, когда число в задатчике числа испыта.ний 20 станет равным нулю, на выходе ключа 21 установится сигнал "Логическийнуль", который отключает контактор ВЧф исистема управления электродинамическим стендом полностьюотключается, контакты КЧф разомкнуты).Используемый в системе цифровойпринцип управления обеспечивает достаточно .высокое быстродействие выполняемых операций, Таким образом, предложенный электродинамический стенд для испытания изделий на воздействие многократных ударных нагрузок позволяет повысить диапазон испытательных нагрузок за счет увеличения скорости разгона,Формула изобретения Электродинамический стенд для испытаний изделий на воздействие многократных ударных нагрузок, содержащий основание, магнитопровод с катушкой., стол для крепления испытуемого изделия, связанный со штоком, фотоэлектрические датчии.верхнето и нижнего положений стола, упругий амортизатор, выполненный в виде пневмопружины с регулируемой величиной давления воздуха, пластину для срабатывания датчика верхнего положения, силовой преобразователь для питания катушки, включающий в себя стабилизированный источник тока и блок коммутации, систему управления, связанную с датчиком нижнего положения, о т л и ч а ю щ и й с я темчто, с целью расширения диапазона испытательных нагрузок за счет увеличения скоро,сти разгона платформы с изделием, он снабжен установленным в крышке стенда , на магнитопроводес помощью уплотнителя плоским индуктором, установленным на штоке проводящим стакайом, предназначенным для срабатывания датчика, и диамагнитной пластиной, диэлектрическим кольцом, установленным между диамагнитной пластиной и проводящим стаканом, упругим элементом, установленным между плоским индуктором и диамагнитной пластиной, установленной на проводящем ста. кане пластиной для срабатывания датчикаверхнего положения, система управления выполнена в виде соединенных последовательно входного блока, задатчика числа испытаний, ключа, усилителя и коммутатора, последовательно соединенных распредели тельного блока первого, второго блоков управления и силового преобразователя, вход распределительного блока соединен с выходом входного блока, распределительный блок связан с плоским индуктором,1809326г. оставитель А,Денисовехред М,Моргентал р М Реда В.Тычына ксимишинец Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 аз 1281, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушскэя наб., 4/5