стенд для испытаний на выносливость шасси летательных аппаратов

Формула изобретения

1. Стенд для испытаний на выносливость шасси летательных аппаратов, состоящий из привода с маховиком и нескольких каналов нагружения, где каждый канал имеет трубопровод с силосоздающим гидроцилиндром, один конец которого шарнирно закреплен на неподвижном основании, а другой конец шарнирно соединен с неподвижно закрепленной опорой шасси, отличающийся тем, что каждый канал нагружения снабжен кривошипом, нагнетающим гидроцилиндром, полость которого соединена трубопроводом с полостью силосоздающего гидроцилиндра, поршень нагнетающего гидроцилиндра соединен с кривошипом, а кривошип связан с общим для нескольких каналов нагружения приводом с маховиком.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что в каждом канале имеется дополнительный гидроцилиндр, полость которого сообщается через краны с полостями нагнетающего и силосоздающего гидроцилиндров, при этом поршень дополнительного гидроцилиндра соединен с одним концом упругого элемента изменяемой жесткости, другой конец которого закреплен неподвижно.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что рабочие полости силосоздающих гидроцилиндров соединяются через золотники с гидрогазовыми аккумуляторами, при этом оси золотников соединены с общим приводом стенда.

4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что на канале нагружения с нулевой по величине силой установлена дополнительная емкость, сообщающаяся с атмосферой и при этом соединенная через кран с полостью нагнетающего гидроцилиндра.

5. Стенд по п.1, отличающийся тем, что на канале нагружения установлен гидрогазовый аккумулятор, соединенный через кран с рабочей полостью силосоздающего гидроцилиндра, при этом имеется дополнительная емкость, сообщающаяся с атмосферой и соединенная через кран с полостью нагнетающего гидроцилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для программных многоканальных испытаний натурных опор шасси летательных аппаратов на выносливость.

Известно нагружающее устройство Армавирского СКБИМ (см. "Динамика машин для испытания на усталость" С.В. Серенсен и др. М., Машиностроение, 1967 г., с, 364), содержащее гидравлический пульсатор, имеющий нагнетающий цилиндр, поршень, коромысло, кривошип, маховик, привод, винтовое устройство, обеспечивающее перемещение нагнетающего цилиндра вместе с поршнем вдоль по коромыслу. Пульсатор вместе с силосоздающим цилиндром обеспечивает на объекте переменную силу.

Недостатком пульсатора является действие нагружающей силы по одной оси, в случае применения нескольких вибраторов для нагружения опоры шасси требуется дополнительное устройство для синхронизации сил в разных направлениях, из-за взаимного влияния каналов нагружения, синхронизация пиков и впадин нагрузок на каналах затруднена. Изменение нагружающей силы производится перемещением нагнетающего цилиндра, что не позволяет выполнить быстрый переход с одного уровня нагрузок на другой.

В качестве прототипа принята многоканальная система нагружения (см. "Испытательная техника", книга 2, под ред. проф. В.В. Клюева, М., Машиностроение, 1982 г., с. 56), состоящая из отдельных следящих систем по каждому каналу, где обеспечивается управление каналами нагружения с помощью ЭВМ. В систему входят маслонасосные агрегаты, гидроблоки, устройства фильтрации, дистанционного управления кранами, трубопроводы, распределительные блоки и гибкие шланги для соединения силосоздающих цилиндров с распределительными блоками.

Недостатком системы является большой расход энергии на создание повторных нагрузок, так как из-за использования энергетически разомкнутой системы энергия, накопленная в упругой конструкции шасси за первый ("активный") полуцикл цикла нагружения, непроизводительно расходуется при сливе жидкости в магистраль низкого давления при выполнении второго ("пассивного") полуцикла. Кроме того, в этой системе мала частота нагружения при больших перемещениях поршней силовых цилиндров, имеющих место при испытаниях натурных конструкций.

Целью изобретения является уменьшение затрат энергии и времени на проведение испытаний на выносливость.

Указанная цель достигается за счет того, что каждый канал нагружения, представляя энергетически замкнутую систему, снабжен кривошипом, нагнетающим гидроцилиндром, полость которого соединена трубопроводом с полостью силосоздающего гидроцилиндра, поршень нагнетающего гидроцилиндра соединен с кривошипом, а кривошип связан с общим для нескольких каналов нагружения приводом с маховиком. С целью расширения диапазона нагрузок в каждом канале имеются дополнительный гидроцилиндр, полость которого сообщается через краны с полостями нагнетающего и силосоздающего гидроцилиндров, при этом поршень дополнительного гидроцилиндра соединен с одним концом упругого элемента изменяемой жесткости, другой конец которого закреплен неподвижно. С целью поддержания заданной максимальной и минимальной величин цикла нагрузки на каналах рабочие полости силосоздающих гидроцилиндров соединяются попеременно через золотники с гидрогазовыми аккумуляторами, при этом оси золотников соединены с общим приводом стенда. С целью устранения влияния канала, на котором нагрузка равна нулю, на другие каналы, на этом канале установлена дополнительная емкость, сообщающаяся с атмосферой, соединенная через кран с полостью нагнетающего гидроцилиндра. С целью создания на каком-либо режиме постоянной по времени отличной от нуля нагрузки на шасси на канале этой нагрузки установлен гидрогазовый аккумулятор, соединенный через кран и трубопровод с рабочей полостью силосоздающего гидроцилиндра, при этом на канале имеется дополнительная емкость, сообщающаяся с атмосферой и соединенная через кран с полостью нагнетающего гидроцилиндра.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 показаны схемы только двух каналов нагружения (силами Р_у и Р_хт соответственно); на фиг. 3 показан фрагмент программы нагружения только по двум каналам и только с тремя режимами и на фиг.4 показана общая схема нагружения шасси при испытаниях по разным направлениям силами Р_у, Р_хо, P_z и Р_хт. Принципиально схемы каналов нагружения силами Р_хо и P_z не отличаются от показанных на фиг.1 и 2. Канал нагружения _у (фиг.1) имеет силосоздающий гидроцилиндр 1, поршень которого шарнирно соединен с шасси 2. Полость гидроцилиндра 1 соединена трубопроводом 3 через кран 4 с гидрогазовым аккумулятором 5, а через краны 12, 6 и 7 с дополнительными гидроцилиндрами 8 и 9. Поршни этих цилиндров опираются на упругие элементы 10 и 11 с регулируемой жесткостью, а корпуса закреплены неподвижно. Трубопровод 3 соединяется через кран 13 с дополнительной емкостью 29, сообщающейся с атмосферой, и через кран 12 с полостью нагнетающего гидроцилиндра 14, поршень которого соединен с кривошипом 15, соединенным с шестерней 27. Стенд оснащен гидрогазовыми аккумуляторами 16, 17, 18 и 19, кранами 20, 21, 22 и 23 и золотниками 24 и 25, через которые полости аккумуляторов сообщаются с трубопроводом 3. На соединенных вместе осях золотников 24 и 25 закреплено зубчатое колесо 26, соединенное с шестерней 27, ось которой через редуктор соединена с общим для всех каналов приводом с маховиком 30. Канал нагружения силой Р_хт (фиг.2) содержит силосоздающий гидроцилиндр 31 с поршнем, соединенным с шасси 2, Полость гидроцилиндра 31 соединена трубопроводом 33 через краны 34 и 35с дополнительными гидроцилиндрами 36 и 37, поршни которых опираются на упругие элементы 38 и 39 с регулируемыми жесткостями. Трубопровод 33 соединен через кран 40 с емкостью 41, с нагнетающим гидроцилиндром 42, поршень которого соединен с кривошипом 43. Трубопровод 33 также соединен с гидрогазовыми аккумуляторами 44 и 45 через краны 46 и 47 и золотник 48. Золотник 49 соединяет трубопровод 33 через кран 53 с емкостью 50, внутренняя полость которой сообщается с атмосферой. Оси золотников 48 и 49 соединены с осью зубчатого колеса 51, находящегося в зацеплении с шестерней 52, связанной с кривошипом 43. Ось этой шестерни через редуктор соединена с общим приводом с маховиком 30. Для контроля нагрузок в каждый канал между шасси 2 и поршнем гидроцилиндров 1, 31 поставлены силоизмерительные элементы 28 (фиг.1) и 32 (фиг.2).

Работа стенда осуществляется следующим образом.

На обоих каналах нагрузок Р_у и Р_хт и режимах I, II и III оси кривошипов 15 (фиг.1) и 43 (фиг.2) вращаются, поршни нагнетающих гидроцилиндров совершают возвратно-поступательное движение. Первый случай - приложение к шасси силы Р_у (фиг. 1 и 3). При режиме I все краны закрыты, кроме кранов 4 и 13. Жидкость под давлением от аккумулятора 5 поступает через кран 4 по трубопроводу 3 в силовозбудитель 1, где создается постоянная по времени сила P_1y. Жидкость под действием возвратно-поступательного движения поршня гидроцилиндра 14, совершая колебательное движение, поступает через кран 13 в емкость 29. На режиме II (фиг.1 и 3) краны 6, 12, 20 и 23 открыты. Жидкость под действием поршня гидроцилиндра 14 совершает колебательное движение, создающее переменную по времени нагрузку на поршни силовозбудителя 1 и гидроцилиндра 8. При этом упругий элемент 10 предварительно настроен на требуемую для этого режима жесткость. Золотники 24 и 25 при максимальных р_2mах и минимальных р_2min давлениях соединяют полость трубопровода 3 попеременно с аккумуляторами 16 и 19, в которых были предварительно созданы требуемые давления. Благодаря этому происходит выравнивание давления в трубопроводе 3 с давлением в аккумуляторе 16 при максимуме нагрузки Р_у и с давлением в аккумуляторе 19 при минимуме нагрузки Р_у. На режиме III краны 7, 12, 21 и 22 открыты. Жидкость под действием поршня гидроцилиндра 14 совершает колебательное движение, передающееся на поршни силовозбудителя 1 и гидроцилиндра 9. Полости гидрогазовых аккумуляторов 17 и 18 попеременно соединяются через золотники 24 и 25 с трубопроводом 3. Происходят выравнивания давлений в трубопроводе 3 с давлениями в аккумуляторах 17 (при максимуме нагрузки Р_у) и 18 (при минимуме Р_у). Второй случай - приложение к шасси компонента нагрузки Р_хт. При работе на режиме I (фиг.2 и 3) все краны закрыты, кроме кранов 34, 46 и 53. Под действием поршня гидроцилиндра 42 жидкость совершает колебательное движение, передающееся на поршни силовозбудителя 31 и гидроцилиндра 36. Упругий элемент 38 предварительно настроен на требуемую для этого режима жесткость. Золотники 48 и 49 при давлениях _1хтmах и р_хт=0 соединяют трубопровод 33 попеременно с аккумулятором 44 и емкостью 50. При этом происходят выравнивания давления в трубопроводе 33 с давлением в аккумуляторе 44 (при максимуме Р_хт) и атмосферным давлением (при Р_хт=0). На режиме II все краны закрыты, кроме крана 40. Поршень гидроцилиндра 42 совершает возвратно-поступательное движение, приводящее в колебательное движение жидкость в емкости 41. Сопротивление движению жидкости сравнительно мало и величину нагрузки на поршень можно считать пренебрежимо малой. На режиме III работа стенда аналогична работе на режиме I. В этом случае краны 35, 47 и 53 открыты, а остальные закрыты.

В результате предварительных численных исследований системы нагружения шасси по предлагаемой схеме и анализа аналогичных установок получены следующие результаты:

1) энергия активного полуцикла нагружения, составляющая 70-80% от общей потребной на испытания энергии, сохраняется в системе и используется при последующем цикле нагружения, что позволяет, совместно с другими особенностями стенда, уменьшить затраты энергии на испытания на выносливость не менее чем в 3 раза в сравнении с прототипом, выполняя при этом достаточно сложное многокомпонентное программное нагружение шасси при разных вариантах соотношения фаз компонент нагрузок;

2) второй полуцикл каждого цикла нагружения, пассивный на прототипе, на предлагаемом стенде выполняется быстрее, т.к. при нем используется энергия, накопленная как в сжатой конструкции шасси, так и в маховике, нагружение шасси на цикле выполняется более равномерно, что позволяет увеличить частоту нагружения в 1,5-2 раза (по сравнению со стендами повторно-статического нагружения) при реализации циклов нагрузок с удовлетворительной точностью.