Автоматизированная станция гидравлического нагружения для силовых статических испытаний изделий из композиционных материалов
Основные технические характеристики станции гидравлического нагружения, её техническая структура и конструктивная компоновка. Задача программного воспроизведения осевых, перерезывающих сил и моментов для заданных скоростей с требуемой точностью.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.07.2017 |
Размер файла | 1,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Автоматизированная станция гидравлического нагружения для силовых статических испытаний изделий из композиционных материалов
В.И. Маринин, И.Г. Семенченко, А.И. Бутов, С.В. Омелянчук, И.В. Шишков, А.А. Сидоренко
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
Аннотация
В настоящей работе приведены основные технические характеристики станции гидравлического нагружения, её техническая структура и конструктивная компоновка. Представленная в статье структура системы управления позволяет решать задачу программного воспроизведения осевых, перерезывающих сил и моментов для заданных скоростей с требуемой точностью.
Ключевые слова: Гидравлическая система, система управления нагружением, регулятор давления.
Экспериментальная отработка вновь создаваемых серийных изделий из композиционных материалов[1-4] изготовленных методом намотки и проведение их приемо-сдаточных испытаний требуют воссоздания в реальном времени полного комплекса силовых эксплуатационных воздействий (осевых и поперечных сил, крутящих и изгибающих моментов, внутреннего давления) [5-7].
На протяжении более 15 лет для этих целей использовались автономные станции гидравлического нагружения, в которых отсутствовала обратная связь по силовым нагрузкам и тем более многоканальное синхронное воспроизведение нагрузок. В таких установках давление рабочей жидкости (минеральное масло) величиной до 32МПа, создаваемое насосной станцией, воздействует на поршень гидроцилиндра с заданным в зависимости от усилий диаметром. Основными недостатками этих установок является невозможность проведения циклических испытаний и сложность реализации нагружения с заданной скоростью, а также отсутствие возможности проводить нагружение по оцениваемому параметру - сила, момент.
В настоящей статье рассматривается устройство и технические возможности автоматизированной станции гидравлического нагружения (АСГН) для испытания изделий из композиционных материалов, разработанной в НИИ ВИУС ЮРГПУ(НПИ), испытанной и переданной в промышленную эксплуатацию в АО «ЦНИИСМ» г.Хотьково.
АСГН является ядром многоканального локального автоматизированного технологического комплекса силовых испытаний и должна обеспечить проведение статических силовых испытаний изделий в следующих режимах работы:
- при линейном многоступенчатом нагружении с заданной скоростью изменения усилий в том числе с выдержкой под испытательной нагрузкой в течении заданного промежутка времени;
- при управляемом сбросе нагрузки до нуля с выдержкой на этапе сброса;
- при циклическом изменении испытательной нагрузки от заданного минимального до заданного максимального значений.
Известны гидросистемы [8,9], представляющие собой гидропривод с дроссельным регулированием, причем в качестве основного регулируемого аппарата используется переливной гидроклапан с пропорциональным управлением. В этих гидросистемах при нагружении-разгружении имеется большой риск возникновения пульсаций давления, в том числе и незатухающих автоколебаний.
Основные технические характеристики разработанной АСГН приведены в таблице 1.
Автоматизированная станция гидравлического нагружения выполнена в виде закрытого напольного шкафа на колёсных опорах. В ее состав входят следующие составные части: насосная станция, блок электроники (система управления), каркас с защитными панелями (рис. 1).
гидравлический нагружение конструктивный сила
Таблица 1
Технические характеристики АСГН
Параметр |
Значение |
|
Полезный объем маслобака, л |
63 |
|
Заправочный объем маслобака, л |
70 |
|
Рабочая жидкость |
МГЕ-10А ОСТ 38.01281-82 |
|
Номинальное давление, МПа |
32 |
|
Максимальное допустимое давление, МПа |
35 |
|
Подача насоса (при частоте вращения вала приводного электродвигателя 2900 об/мин), л/мин |
6,0 |
|
Пределы изменения производительности, л/мин |
0-5 |
|
Напряжение питания электронного блока АСГН |
3Ф~50Гц, 380 В |
|
Мощность привода насоса, кВт |
7,5 |
|
Рабочий объем насоса, см3/об |
2,0 |
|
Номинальная тонкость фильтрации, мкм |
10 |
|
Габаритные размеры АСГН (Д х Ш х В), мм: |
900 х 700 х 1812 |
|
Масса (с сухим баком), кг |
400 |
|
Погрешность воспроизведения заданного давления, МПа |
+/- 0,2 |
|
Форма задания траектории нагружения |
Кусочно-линейная |
|
Регистрация давления во времени |
С интервалом от 0,1 до 10 сек. |
На передней панели станции установлены:
- манометры;
- вентили управления гидравлическими аппаратами;
- кнопки управления питанием и приводом;
- переключатели выбора режима работы и линии нагружения;
- панель управления приводом насоса;
- промышленный панельный компьютер;
- выдвигающийся отсек для клавиатуры и манипулятор типа «мышь».
С тыльной стороны расположено окошко для доступа к автоматическим выключателям и ниша с разъемами для подключения центрального пульта и датчиков усилия, а внизу - быстросъемные гидравлические соединители.
Рис. 1 - Автоматизированная станция гидравлического нагружения
Блок электроники расположен в верхней части каркаса станции на виброизолирующих подвесах. Насосная станция НЭЭ-5Н63Т1 [10] с радиально-поршневым насосом расположена в нижней части шкафа на виброизолирующих опорах. Эта станция наиболее полно обеспечивает требуемые параметры по расходу и давлению. На эту станцию дополнительно было установлено оборудование: гидропневмоаккумулятор с блоком безопасности, переливной клапан с пропорциональным управлением DUPLOMATIC PRED-3J, кран многоходовый типа КМХ4.
На рис. 2 представлена гидросистема для нагружения конструкции при силовых испытаниях.
Рис. 2 - Принципиальная гидравлическая схема
Гидравлическая система содержит: гидробак 1; приёмный фильтр насоса 2; нерегулируемый радиально-поршневой насос 3; электродвигатель 4 с частотным преобразователем 5; программный задатчик 6; сравнивающее устройство 7; трехпозиционный четырехходовой гидрораспределитель с электромагнитным управлением 8; вентиль аварийного сброса давления 9; переливной клапан с пропорциональным управлением и предохранительным клапаном 10; двухпозиционный гидроклапан с пропорциональным управлением 11; гидропневмоаккумулятор с защитным блоком 12; испытуемая конструкция 13; указатель уровня нагрузки (датчик усилия) 14; гидроцилиндр двустороннего действия с одним штоком 15; основной предохранительный клапан 16; фильтры тонкой очистки 17; вентиль отключения гидросистемы гидропневмоаккумулятора 18; вентиль отключения пропорционального переливного клапана 19.
Гидравлическая система работает следующим образом. После включения в работу электродвигателя с частотным регулированием, рабочая жидкость из маслобака 1 через приемный фильтр 2 поступает в насос 3. При нейтральной позиции золотника гидрораспределителя 8 рабочая жидкость поступает на слив через фильтры тонкой очистки 17.
При включении электромагнита ЭМ1 одновременно запускается программа по отработке заданной диаграммы усилия. Рабочая жидкость от распределителя поступает в гидроцилиндр нагружения и создает необходимое усилие нагружения. Сигнал от указателя нагрузки 14 поступает в сравнивающее устройство 7 и программный задатчик 6. Одновременно рабочая жидкость поступает через переливной клапан с пропорциональным управлением и датчиком давления 10 на слив. Рабочее давление в гидроцилиндре формируется пропорциональным переливным клапаном путем регулирования проходного сечения, уменьшая его при нагружении и увеличивая при снижении нагрузки. Так выполняется отработка заданной диаграммы нагружения.
Кроме того, рабочая жидкость поступает и в гидропневмоаккумулятор при открытом кране блока безопасности. Гидропневмоаккумулятор сглаживает пульсации в системе и защищает ее от гидравлического удара.
На рисунках 3-4 приведены результаты испытаний в производственных условиях АСГН с предлагаемой гидросистемой, гидропневмоаккумулятор был заряжен на 9 МПа.
Рис. 3 График изменения давления при скорости 0.6 МПа/с (с гидропневмоаккумулятором)
Рис. 4 График изменения давления при скорости 0.6 МПа/с (при плавном закрытии обратного клапана гидропневмоаккумулятора)
На рис. 3 и рис. 4 показаны графики давления для скорости снижения давления 0,6 МПа/с - рис. 3 с гидропневмоаккумулятором и рис. 4 при закрытии обратного клапана гидропневмоаккумулятора на участке разгружения. Как видно из приведенных рисунков, плавное закрытие обратного клапана на участке разгружения позволяет убрать всплески давления.
Электронный блок содержит компоненты системы управления, в функции которой входит:
- управление процессом нагружения;
- автоматическое поддержание заданного испытательного усилия;
- интерактивное формирование траекторий нагружения;
- защиту испытываемого изделия от превышения давления;
- формирование и вывод на панель оператора протокола испытаний и диаграмм нагружения;
- сохранение и передачу в вышестоящие системы результатов испытаний.
Система управления усилием построена как двухуровневая система с внешним контуром по средним значениям усилий по всем активным датчикам в соответствии со схемой нагружения по каналам (осевая/перерезывающая сила, момент). Внутренний контур представлен регулятором давления масла.
Структурная схема регулятора давления АСГН представлена на рисунке 5. Регулятор давления выполнен по схеме каскадного регулирования. Первый канал - ведущий, обеспечивает стабилизацию давления путём регулирования частоты вращения двигателя насоса. Второй канал - ведомый, вычисляемая им степень закрытия пропорционального клапана зависит от заданного давления и интегрального рассогласования между заданной частотой вращения (16 Гц - при подъёме и выдержке давления, 10 Гц - при сбросе давления) и текущей частотой преобразователя. В качестве задания для регулятора сечения клапана используется константа, равная минимальным рекомендуемым оборотам гидравлического насоса. Регулятор сечения дает задание регулятору тока соленоида, который, непосредственно управляя током в соленоиде, определяет проходное сечение пропорционального клапана.
Рис. 5 Структурная схема регулятора давления.
Результаты испытаний системы управления представлены на рис. 6. Из графика видно, что максимальные отклонения замеренного усилия от заданного (программного) на всем участке диаграммы составляет в пределах 0.26 Тс для гидроцилиндра 50 Тс. Максимальные отклонения усилия наблюдаются только при переходе после подъема на полочку с постоянным усилием.
Рис. 6 - Результаты испытаний системы управления.
Литература
1. Koussios, S (2004) «Filament Winding: a Unified Approach», DUP Science, ISBN 90-407-2551-9, 400 p.
2. Peters, S T (2011) “Composite Filament Winding”, Materials Park, Ohio: ASM International, ISBN 1615037225, 167 p.
3. Савин А.Г. Математическое моделирование пятикоординатного двухшпиндельного намоточного станка // Инженерный вестник Дона, 2016, №3, URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_54_Savin.pdf_22 dcaf2d67.pdf.
4. Савин А.Г. Автоматизация синтеза виртуальных моделей технологического оборудования в системах автоматизированного программирования многокоординатных станков с ЧПУ // Инженерный вестник Дона, 2017, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4045.
5. Роженцев В.С.Новиков А., Шаманин А. И др. Автоматизированная система для определения механических свойств материалов //Современные технологии автоматизации. - 2007. - №2.- с.72-78.
6. Прокопенко Ю.Д., Роженцев В.С., Прокопенко И.Ю. Стендовое оборудование для испытаний элементов ракетнокосмической техники//Тезисы докладов Всероссийской научнотехнической конференции «Измерения и испытания в ракетнокосмической промышленности». - М., 2009. - С. 64-67.
7. Автоматизированная система управления установкой для испытаний изделий внутренним давлением. В. Роженцев, Ю. Прокопенко, В. Мараховский и др.// Современные технологии автоматизации. - 2010. №3. С. 54-65.
8. Патент RU № 2449253 С2, кл. G01M 5/00, 2012.
9. Патент SU № 805752, кл. G01M 5/00, 1996.
10. Гидравлическое оборудование и технические решения. Каталог ЭНЕРПРЕД. -Иркутск.-2014. - 110 с.
References
1. Koussios, S (2004) «Filament Winding: a Unified Approach», DUP Science, ISBN 90-407-2551-9, 400 p.
2. Peters, S T (2011) “Composite Filament Winding”, Materials Park, Ohio: ASM International, ISBN 1615037225, 167 p.
3. Savin A.G. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2016, №3. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_54_Savin.pdf_22dcaf2d67.pdf.
4. Savin A.G. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4045.
5. Rozhencev V.S. Novikov A., Shamanin A. a.o. Sovremennye tekhnologii avtomatizacii. 2007. №2. pp. 72-78.
6. Prokopenko Yu.D., Rozhencev V.S., Prokopenko I.Yu. Abstracts of the All-Russian Scientific Technical Symp. «Measuring and testing in the rocket-space industry». Moscow, 2009. pp. 64-67.
7. V. Rozhencev, Yu. Prokopenko, V. Marahovskij a.o. Sovremennye tekhnologii avtomatizacii. 2010. №3. pp. 54-65.
8. Pat. RU № 2449253 S2, kl. G01M 5/00, 2012.
9. Pat. SU № 805752 S2, kl. G01M 5/00, 1996.
10. Gidravlicheskoe oborudovanie i tekhnicheskie resheniya. Katalog EHNERPRED [Hydraulic equipment and technical solutions. ENERPRED Catalog]. Irkutsk. 2014. 110 p.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Тактико-технические характеристики самолета Bf 109 G-2. Полетные случаи нагружения крыла при маневре. Построение эпюр внутренних силовых факторов по размаху крыла. Выбор конструктивно-силовой схемы. Подбор сечений элементов продольного набора крыла.
курсовая работа [764,1 K], добавлен 13.04.2012Традиционная компоновка конвейеров для перемещения. Определение вращающих моментов на валах привода. Выбор твердости, термической обработки и материала колес. Учет режима нагружения при определении допускаемых напряжений. Расчет шпонки на прочность.
курсовая работа [256,7 K], добавлен 05.05.2009Подбор приводного электродвигателя. Определение передаточных чисел, частот вращения и угловых скоростей на валах. Определение вращающих моментов и мощностей. Расчет закрытой конической, открытой цилиндрической и клиноременной передачи. Схема нагружения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 19.04.2011Осуществление вращательного движения с помощью центрифуг для воспроизведения линейных ускорений. Анализ влияния разных факторов на измерение. Методы испытаний изделий и статические характеристики приборов. Применение управляющих ЭВМ при испытаниях.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 06.08.2013Проект мобильной тепловой станции - универсального источника тепла, который может работать в круглосуточном режиме и устанавливаться вне помещения. Основные преимущества и технические характеристики станции. Технологические и экономические расчеты.
контрольная работа [47,4 K], добавлен 09.10.2010Устройства для испытания материалов и смазочных сред при динамическом управлении параметрами нагружения и реверсивного движения на малых скоростях. Расширение функциональных возможностей машины трения для повышения точности трибологических испытаний.
курсовая работа [479,3 K], добавлен 10.11.2013Структура композиционных материалов. Характеристики и свойства системы дисперсно-упрочненных сплавов. Сфера применения материалов, армированных волокнами. Длительная прочность КМ, армированных частицами различной геометрии, стареющие никелевые сплавы.
презентация [721,8 K], добавлен 07.12.2015Подготовительные технологические процессы для производства изделий из композиционных материалов. Схема раскроя препрегов. Расчет количества армирующего материала и связующего, необходимого для его пропитки. Формообразования и расчет штучного времени.
курсовая работа [149,9 K], добавлен 15.02.2012Описание конструкции самолета АН-148, его узлы. Прочностной расчет конструкции панели сопла гондолы двигателя, схема его нагружения. Технологический процесс приготовления связующего ЭДТ-69Н. Экономический эффект от внедрения композиционных материалов.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 13.05.2012Наиболее распространенные неисправности, которые встречаются в процессе эксплуатации гидроприводов. Ремонт тормозных систем с гидравлическим приводом. Основные виды гидрораспределителей. Анализ схемы гидравлического подключения. Ремонт корпуса насоса.
презентация [1,2 M], добавлен 16.06.2017Подготовительные технологические процессы, расчет количества ткани и связующего для пропитки. Изготовление препрегов на основе тканевых наполнителей. Методы формообразования изделия из армированных композиционных материалов, расчёт штучного времени.
курсовая работа [305,7 K], добавлен 26.03.2016Назначение и область применения колесотокарного станка. Конструктивная компоновка и узлы колесотокарного станка. Основные виды испытаний станков. Инструменты, применяемые при испытании станков. Нормы точности и методы испытаний колесотокарного станка.
курсовая работа [206,1 K], добавлен 22.06.2010Производство изделий из композиционных материалов. Подготовительные технологические процессы. Расчет количества армирующего материала. Выбор, подготовка к работе технологической оснастки. Формообразование и расчет штучного времени, формование конструкции.
курсовая работа [457,2 K], добавлен 26.10.2016Описание работы установки виброакустического контроля крупногабаритных подшипников. Разработка каталога разнесенной сборки узла радиального нагружения и управляющей программы для станка. Инженерный анализ напряженно-деформированного состояния детали.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 12.08.2017Исходные геометрические характеристики элементов крыла и схема его нагружения. Задание свойств материалов для каждого элемента конструкции. Построение конечноэлементной модели и расчет ее устойчивости в Buckling Options. Перемещение лонжеронов крыла.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 16.03.2012Разработка гидравлического циклического привода пресса ПГ-200 для изготовления металлочерепицы. Определение нагрузочных и скоростных параметров гидродвигателя. Выбор насосной установки и гидроаппаратуры. Расчет потерь давления в аппаратах и трубопроводах.
курсовая работа [214,7 K], добавлен 20.03.2017Основные критерии работоспособности деталей машин. Расчет на сопротивление усталости при переменных напряжениях. Характеристика основных видов крепежных изделий. Порядок расчета болтов для общей схемы нагружения. Общие сведения о механических передачах.
контрольная работа [852,0 K], добавлен 23.11.2009Современная наука о прочности, ее цели и задачи, основные направления. Классификация тел (элементов конструкции) по геометрическому признаку. Модель нагружения. Внутренние силовые факторы в поперечном сечении стержня. Перемещения и деформации, их виды.
презентация [5,0 M], добавлен 10.12.2013Насосные и воздуходувные станции как основные энергетические звенья систем водоснабжения и водоотведения. Расчёт режима работы насосной станции. Выбор марки хозяйственно-бытовых насосов. Компоновка насосной станции, выбор дополнительного оборудования.
курсовая работа [375,7 K], добавлен 16.12.2012Функциональные свойства в сплаве NiTi эквиатомного состава после квазистатического нагружения при разных температурах. Эффект однократной памяти формы. Исследование зависимости коэффициента теплового расширения сплава от процентного содержания никеля.
контрольная работа [919,2 K], добавлен 27.04.2015