RU219823U1 - Устройство для приложения нагрузки при прочностных испытаниях объектов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области прочностных испытаний натурных объектов, в частности к ресурсным и статическим испытаниям. Устройство для приложения нагрузки при прочностных испытаниях объектов содержит привод нагружения, рычаги нагружения, набор пластин, неподвижно прикрепленных одним концом к рычагам. При этом набор пластин выполнен металлическим. Между пластинами в области заделки в рычаг вставлены металлические вкладыши, обеспечивающие технологические зазоры между пластинами. Другой стороной пластины соединены с объектом испытаний через адаптер, состоящий из металлической и резиновой частей. Причем с металлической частью адаптера пластины соединены механическим соединением, а резиновая часть адаптера приклеена к поверхности объекта испытаний. Техническим результатом является возможность компенсировать большие кручения, возможность проведения испытаний на вибрацию, возможность приложения сравнительно малых нагрузок, повышение точности прилагаемых нагрузок, снижение металлоемкости, и, следовательно, веса рычажной системы. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области прочностных испытаний натурных объектов, в частности к ресурсным и статическим испытаниям.

Необходимость нагружения заключается в том, что при проведении прочностных испытаний натурных объектов возникает необходимость замены распределенных нагрузок точечными, для воспроизведения заданных распределений силовых факторов.

Известна конструкция рычажной системы одностороннего нагружения с помощью парусиновых лямок, воспроизводящих точечные нагрузки (см. руководство для конструкторов ЦАГИ) (компания PTG 2009-2022). Такая система одностороннего нагружения содержит: силовозбудитель, рычаги, тяги, болтовые соединения, парусиновые лямки. Принцип действия данной рычажной системы основан на замене распределенных сил системой элементарных сосредоточенных сил, которые при испытаниях передаются на испытываемую конструкцию с помощью наклеенных на ее поверхности парусиновых лямок. Парусиновые лямки за счет своей гибкости обеспечивают компенсацию перемещений и шарнирных моментов, возникающих при деформации испытываемой конструкции в процессе испытаний.

У данной конструкции системы нагружения присутствует ряд недостатков, а именно:

большое количество каналов нагружения;

большая металлоемкость;

большая стоимость стенда нагружения;

лямки непригодны для двустороннего нагружения.

Известна рычажная система двустороннего нагружения, предназначенная для передачи нагрузки в прямом и обратном направлении с помощью шаровых шарниров (К.С. Щербань «Ресурсные испытания натурных конструкций самолетов» Москва Физмат 2009 г., стр. 150), которая имеет ряд преимуществ перед конструкцией, обеспечивающей одностороннее нагружение.

Принцип действия конструкции основан на замене распределенных сил системой элементарных сосредоточенных сил, которые при испытаниях передаются на испытываемую конструкцию с помощью опорных элементов. Опорные элементы имеют в составе конструкции сферические подшипники, обеспечивающие компенсацию шарнирных моментов, возникающих при деформации испытываемой конструкции. Перемещения, возникающие при деформации, компенсируются за счет перемещения оси в продольном направлении во внутренней обойме сферического подшипника. Данная система включает в себя аналогичные элементы: силовозбудитель, рычаги, тягу с заделанным в нее сферическим подшипником и болтовые соединения.

Недостаток такой конструкции системы нагружения в том, что независимо от величины компенсируемого перемещения, в паре ось - внутренняя обойма сферического подшипника возникает паразитное усилие, обусловленное силой трения в этой паре. Возникающие паразитные нагрузки ведут к возникновению погрешности в значении прилагаемого усилия.

Другим существенным недостатком такой конструкции системы нагружения является необходимость использования металлических точеных и стандартных деталей, что приводит к неоправданному увеличению веса конструкции, а также удорожание конструкции и увеличение трудоемкости ее изготовления.

В случае ее использования для передачи сравнительно малых нагрузок, погрешность из-за паразитных становится соизмеримой с величиной прилагаемого усилия.

Ближайшим аналогом полезной модели является устройство для приложения нагрузки при прочностных испытаниях, представляющее конструкцию с набором гибких пластин. Данное устройство содержит привод нагружения, рычаги нагружения, набор пластин, неподвижно прикрепленных одним концом перпендикулярно оси рычага, к самому рычагу, а другим - к поверхности объекта испытаний или рычагу верхнего яруса. Наборы пластин обеспечивают передачу усилий в вертикальном направлении, через рычаги нижнего яруса и шарнирные соединения передают нагрузку на поверхность испытуемого объекта. При неизбежно возникающей деформации испытываемой конструкции, деформации в горизонтальной плоскости не возникает. (К.С. Щербань «Ресурсные испытания натурных конструкций самолетов» Москва Физмат 2009 г., стр. 152.).

Недостатком описанной конструкции является: требования к чистоте обработки, так как необходима обработка торцов пластин на станках с ЧПУ, что бы их форма была сопрягаема с поверхностью объекта. Сложность заделки в рычаг, передача нагрузки на испытываемую поверхность подразумевает жесткое крепление к поверхности, чтобы компенсировать продольные усилия, что плохо сказывается на точности полученных результатов. При возникающих больших деформациях и возникающих углах кручения испытываемого объекта поворот сечения пластин не предусмотрен, ввиду их повышенной жесткости. Для приложения сравнительно малых нагрузок, нагрузок, вызывающих большие кручения, при испытаниях на вибрацию, такое решение не подходит.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является:

1. Возможность компенсировать большие кручения.

2. Возможность повысить точность прилагаемых нагрузок за счет устранения паразитных нагрузок.

3. Снижение металлоемкости, а, следовательно, веса рычажной системы. Это позволяет:

проводить испытания на вибрацию;

воспроизводить сравнительно малые нагрузки;

Технический результат достигается тем, что в устройстве для приложения нагрузки при прочностных испытаниях объектов, содержащем привод нагружения, рычаги нагружения, набор пластин, неподвижно прикрепленных одним концом к рычагам, набор пластин выполнен металлическим, между пластинами в области заделки в рычаг вставлены металлические вкладыши, обеспечивающие технологические зазоры между пластинами, а другой стороной пластины соединены с объектом испытаний через адаптер, состоящий из металлической и резиновой частей, причем с металлической частью адаптера пластины соединены механическим соединением, а резиновая часть адаптера приклеена к поверхности объекта испытаний.

Пластины выполнены из металла, со стороны рычага сварены или спаяны с элементами рычага на высоте не более 1/5 от общей длины. Набор пластин стянут болтовым соединением или шпилькой минимального диаметра (не более 8 мм), при этом дополнительного болтового соединения для обеспечения равномерного обжатия пакета рычагов не требуется.

На фиг. 1 изображена схема устройства для приложения нагрузки при прочностных испытаниях на одноканальном стенде с использованием пакета металлических пластин.

На фиг. 2 изображена схема устройства для приложения нагрузки при прочностных испытаниях на одноканальном стенде в изометрии.

На фиг. 3 изображено фото пакета металлических пластин в сборе.

На фигурах обозначены: 1 - привод нагружения; 2 - рычаг нагружения; 3 - набор пластин; 4 - объект испытаний; 5 - болтовое соединение; 6 - адаптер; 7 - резиновая пластина (резиновая часть адаптера), 8 - вкладыши, 9 - клей.

Устройство для приложения нагрузки при прочностных испытаниях содержит привод нагружения 1, рычаги нагружения 2, набор пластин 3, неподвижно прикрепленных одним концом к рычагам 2, другим - к поверхности адаптера 6. Пластины выполнены из металла, собраны в пакет, при этом, между пластинами помещены металлические вкладыши 8 толщиной S=0,5-0,8 от толщины листа пластин. Высота вкладышей 8 составляет 1/5 от общей высоты пластины. С адаптером 6 набор пластин 3 соединен механическим (неразъемным или разъемным) соединением. К адаптеру 6 одной стороной приклеена резиновая пластина 7, другой стороной резиновая пластина 7 приклеена к объекту испытаний 4.

Устройство и заделка пластин в рычаг следующая:

в металлических пластинах 3 размещены вкладыши 8, пластины в поперечном направлении стянуты болтовым соединением 5 или соединением шпилькой (фиг. 3). Пластины в рычаг впаяны, вклеены или вварены, то есть заделаны неподвижно в рычаг 2 по верхнему и нижнему краю, на расстоянии не более 1/5 от общей длины пластин (фиг. 1, поз. 2). Наличие металлических вкладышей 8 позволяет повысить упругость и устойчивость собранного пакета, так как наличие зазоров между тонкими пластинами позволяет пакету компенсировать возникающие перемещения и углы поворота объекта испытаний за счет свободного поворота сечений металлических пластин. Свободными концами набор металлических пластин соединен с адаптером 6, который в свою очередь приклеен к объекту испытаний через резиновую пластину 7 (фиг. 1). Соединение пакета пластин с адаптером может быть неразъемным или разъемным. Неразъемное соединение может быть в виде точечной сварки, пайки, заклепочного соединения или склеивания, в зависимости от воспроизводимых нагрузок. Разъемное соединение может быть любым резьбовым соединением. Суммарная ширина набора пластин берется из условия обеспечения устойчивости данных пластин:

где n - количество пластин в пакете; b - ширина пластины; l - длина пластины; δ - толщина пластины; Е - модуль упругости; f - коэффициент запаса по устойчивости пластины; F - толкающее усилие, действующее в рассматриваемом плече рычажной системы.

Устройство работает следующим образом. При приложении сосредоточенной нагрузки в вертикальном направлении от привода нагружения 1 она передается в виде распределенной нагрузки через жестко заделанные в рычаге 2 набор металлических пластин 3 (фиг. 3) соединенные с с объектом испытаний 4 через адаптер 6. При этом металлические пластины нагружаются растягивающими или сжимающими усилиями. Величина деформации и угол поворота сечения металлических пластин зависит от модуля упругости, соответствующего марке стали, из которой выполнены пластины. При работе устройства под нагрузкой происходят линейные и угловые смещение адаптера относительно рычага. Компенсация этого перемещения происходит за счет свободного поворота сечений набора металлических пластин (которые дают нам технологические зазоры), имеющих в компенсируемом направлении минимальную жесткость, что позволяет компенсировать возникающие шарнирные моменты и не создавать паразитные нагрузки.

Набор металлических пластин хорошо подходит для воспроизведения внешних нагрузок, позволяющих в широком диапазоне и с высокой точностью создавать усилия для испытания с минимальными пластическими деформациями объекта испытаний. При этом отпадает необходимость использовать тяги со сферическими подшипниками, что значительно снижает металлоемкость конструкции, трудоемкость при ее изготовлении и, несомненно, дает экономический эффект. Это позволяет предположить, что металлические пластины могут быть использованы для приложения больших и относительно малых нагрузок, компенсации шарнирных моментов, имея при этом высокую степень подвижности и малую массу.

Данное предложение дает возможность использовать пакет металлических пластин при испытаниях на вибрацию, так как за счет малой массы, пакет пластин не влияет на собственную частоту объекта.

Техническим результатом также является:

возможность приложения знакопеременной нагрузки, вследствие этого уменьшение каналов нагружения (как и у рычажной системы двустороннего нагружения);

высокая компенсация шарнирных моментов (как у парусиновых лямок);

увеличение точности воспроизводимых нагрузок, вследствие исключения паразитных нагрузок;

возможность использования для испытаний с большим углом поворота испытуемого объекта, так как набор металлических пластин имеет высокую степень подвижности;

не используются тяги со сферическими подшипниками (как у рычажной системы двустороннего нагружения);

уменьшение металлоемкости и трудоемкости;

высокий экономический эффект.

Claims (1)

1. Устройство для приложения нагрузки при прочностных испытаниях объектов, содержащее привод нагружения, рычаги нагружения, набор пластин, неподвижно прикрепленных одним концом к рычагам, отличающееся тем, что набор пластин выполнен металлическим, между пластинами в области заделки в рычаг вставлены металлические вкладыши, обеспечивающие технологические зазоры между пластинами, а другой стороной пластины соединены с объектом испытаний через адаптер, состоящий из металлической и резиновой частей, причем с металлической частью адаптера пластины соединены механическим соединением, а резиновая часть адаптера приклеена к поверхности объекта испытаний.